集中巻と分散巻の比較

多くの場合、騒音と振動のパフォーマンスが決定要因となります。集中巻と分布巻モーター設計が小型高速アプリケーションを超えて移行すると、-分数スロット集中巻軽量でも完全に許容できるレイアウトドローンモーターの巻線大型で回転の遅い産業用または自動車用モーターでは、許容できない音響ノイズが発生する可能性があります。{0}}

根本的な原因は磁界の高調波です。集中巻の単純なコイル レイアウトは分布巻よりも正弦波の磁界を生成しません。また、モーターのサイズとトルクの要求が増大すると、これらの余分な高調波がトルク リップルや可聴ノイズに直接変換されます。

以下では、これが起こる理由、その背後にある調和計算、実際の例を説明します。-アキシャル磁束モータ巻線設計、および各巻線タイプがそれを製造する機械に要求するもの。

I. 巻線タイプがモーターの騒音や振動に影響を与えるのはなぜですか?

すべての巻線レイアウトでは、完全な正弦波ではない起磁力 (MMF) 波形が生成され、その波形に含まれる高調波成分 - だけでなく、基本磁場 - がトルク リップルと可聴ノイズの原因となります。

ａ． MMF 高調波の発生方法

集中巻の非オーバーラップ コイル構造は本質的に、エアギャップの周囲に正弦波の少ない MMF 分布を生成し、分布巻のオーバーラップ コイル グループが大部分を打ち消す高次の空間高調波を導入します。-

b.モーターが大型化し、速度が遅くなるにつれて、なぜこれがより重要になるのか

高次高調波は、小型高速モーターではモーター速度と極数に関連する周波数でトルク脈動に変換されます。-これらの脈動は、可聴範囲を大きく外れるか、顕著な振動のしきい値を下回る周波数で発生します。しかし、大型で低速の産業用モーターやトラクション モーターでは、同じ高調波がまさに知覚可能な音響範囲と振動範囲に分類されます。-

II.巻線の高調波成分をどのように定量化しますか?

巻線係数は基本磁界の単一の数値ではありません -。高調波次数ごとに計算できます。基本巻線係数と高調波巻線係数を比較すると、巻線の磁界分布が実際にどの程度「クリーン」であるかがわかります。

高調波巻線係数の式:

kwn=kdn × kpn

どこ：

知っている高調波次数 n の=巻線係数

kdn= 高調波次数 n の分配係数=sin(n×q× /2) / (q×sin(n× /2))

KPN高調波次数 n の=ピッチ係数=sin(n× /2)、ここで、コイルピッチは電気角の分数で表されます

作業例:同じ 24 スロット、4 極の分布巻をベースライン (q=2、= 30 度) として使用し、基本波 (n=1) と 5 次高調波 (n=5) を比較します。

基本関数: kd1=sin(2×15 度 ) / (2×sin 15 度 ) ≈0.966(以前に計算したとおり)

5 次高調波: kd5=sin(5×2×15 度 ) / (2×sin(5×15 度 ))=sin(150 度 ) / (2×sin 75 度 )=0.5 / (2×0.966) ≈0.259

ａ．この比較が示していること

低い高調波巻線係数 (ここでは 5 次高調波の場合は 0.259) は、分布巻が磁界への高調波の寄与を積極的に抑制することを意味します - これは、単に一般的な設計上の好みではなく、分布巻がよりスムーズなトルクを生成する数学的な理由です。

b.なぜ集中巻では同じキャンセルが起こらないのか

フラクショナル-スロット集中巻線レイアウトは、一般的に、より広い範囲の高調波次数にわたってより高い巻線係数を維持します。これは、-非重複コイル配置により、製造とコンパクト性の利点との直接のトレードオフである同じ位相-グループキャンセル効果-が生じないためです。

Ⅲ．これは実際の軸磁束モータ設計ではどのように影響するのでしょうか?

アキシャル磁束モータ巻線この設計は、トルク リップルがアプリケーションにとって真に重要な場合、集中型と分散型のトレードオフがどのように解決されるかを示す、現実世界の優れた実例です。-

ａ．例: アキシャル磁束トラクション モーターの設計決定

軽量 EV または高性能電動自転車アプリケーション向けに開発されたアキシャル磁束モータを考えてみましょう。設計チームは最初に、軸方向の長さが短く、製造が簡単なフラクショナル スロット集中巻を評価します。-

負荷テストでは、特定の速度範囲でトルク リップルと聞こえる鳴き声が発生するため、アプリケーションの乗り心地と騒音要件で要求されるよりスムーズなトルク供給のためにコンパクトさの利点の一部を犠牲にして、変更された分散巻線パターンまたはハイブリッド巻線パターンに設計が進められます。-。

この種の開発途中の巻線の変更は、巻線装置自体が完全に設備を変更せずに両方のトポロジに対応できる十分な柔軟性を備えている場合、はるかに容易に吸収できます。-

あなた自身の運動プログラムでも同様のトレードオフに直面していませんか?同じライン上で集中レイアウトと分散レイアウトの両方をサポートする巻線機の構成については、当社のエンジニアリング チームにお問い合わせください。

b.なぜ軸方向の磁束形状がこのトレードオフを増幅させるのか

アキシャル磁束モータは、ラジアル磁束設計に比べて磁路が短く、有効エアギャップ領域が大きいため、高調波によるトルク リップルがより知覚されやすくなる傾向があります。-これは、このトポロジが開発中に従来のラジアル磁束モータよりも多くの巻線タイプの実験が行われる構造的な理由です-。

IV. BLDC モーター設計で分布巻を優先する必要があるのはどのような場合ですか?

ほとんどの人にとってBLDC モーター巻線アプリケーションでは、これらの条件が 1 つ以上当てはまると、分布巻がより良い選択肢になります。

ａ．集中巻が依然として優れたトレードオフである場合

電力密度、コンパクトな軸長、大量生産効率を優先するアプリケーション-、ドローン モーター、電動自転車ハブ モーター、小型アクチュエータ - では、高調波によるノイズやリップルの問題がその規模や速度範囲ではそれほど重要ではないため、一般的に集中巻が好まれます。-

b.なぜハイブリッドアプローチがより一般的になっているのか

最新のモーター設計の中には、両方のアプローチの特性を取り入れた修正またはハイブリッド巻線パターンを使用するものがあります。これは、可聴ノイズの原因となる特定の次数の高調波を抑制しながら、集中巻の製造の簡素性の多くを維持することを目的としています。

V. これは巻線機の要件にとって何を意味しますか?

高調波性能は基本的にコイルの配置と回転精度の関数であるため、巻線機の精度は、完成したモーターが集中レイアウトと分散レイアウトの両方で設計された巻線係数 - にどの程度一致するかに直接影響します。

ａ．ここで自動固定子巻線機が予想以上に重要な理由

アン自動ステータ巻線機タイトで再現性の高いターンと張力制御により、製造の一貫性が向上するだけではありません。-コイル間の小さなターン間のばらつきであっても、巻線パターンが打ち消すように特別に設計された高調波が再導入される可能性があるため、巻線が達成するように設計された高調波性能が直接保護されます。

b.設計検証時にこれが最も重要な理由

上記の軸方向磁束の例で説明した種類の巻線タイプ評価を行うモーター設計では、集中型プロトタイプと分散型プロトタイプの両方を同じ精度で製造できる装置の恩恵を受けます。これは、巻線の品質が一貫していないため、テスト中に 2 つのアプローチ間の真の高調波性能の違いが隠蔽されたり誇張されたりする可能性があるためです。

VI.両方の巻き取りアプローチをサポートするキオクシア機械はどれですか?

巻線タイプの決定はモーターの開発中に進化することが多いため、一貫した巻数と張力精度で集中コイルと分散コイルの両方を製造できる能力は、最終生産ラインを超えて真の実用的な価値を持ちます。{0}}

キオクシアLight Ring Equipment Group の固定子巻線プラットフォームは、最終レイアウトが一部のスロットに集中しているか完全に分散されているかにかかわらず、巻線設計の意図した高調波性能を保護するために必要な巻数カウント精度と張力の一貫性を備えて構築されています。{{0}{1}

メーカーは、以下に概説されているパフォーマンス要件に取り組んでいます。IEC 60034-1回転電機の定格と性能に関する国際標準である、生産稼働全体にわたって一貫して定格出力を満たすには、この種の巻線の再現性が必要です。

モーター プログラムでは、経験豊富な専門家と直接協力しながら、巻線トポロジーを評価しています。コイル巻線機メーカー多くの場合、柔軟なツールを使用することが、検証を通じて設計オプションをオープンにしておく最も実用的な方法です。

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