电机集中式绕组和分布式绕组的区别

绕组总是缠绕在至少两个定子齿上（wound over at least two stator teeth）。在集中式绕组有一个定子齿缠绕（one stator tooth is wound）。这两种类型的绕组都有不同的优点和缺点。

什么时候使用集中式绕组，什么时候使用分布式绕组，取决于电机的尺寸和具体应用（depends on the dimensions of the motor and its application）。

电机产量目标和电机的制造方式也对绕组类型的选择有影响。对绕组设计很重要的其他区别特征是分数槽绕组（fractional slot winding）和整数槽绕组（integer slot winding,），以及单层绕组（single layer winding）和双层绕组（double layer winding）。

电机绕组图

（Motor Winding Diagram）

集中式绕组，定子的一个齿正好承载一个绕组。不同的颜色代表三相U、V和W。一相的两个绕组相互连接，然后三相可以连接成星形（star）或三角形（delta）。

在分布式绕组中，至少缠绕两个齿，如本例所示。缠绕的齿数称为线圈跨度（coil span），当然可缠绕3、4、5或更多的齿。线圈跨度取决于定子的齿数和转子的极对数（the number of pole pairs）。

集中式绕组

（concentrated winding）

集中式绕组，定子总是正好缠绕在一个齿上。这在定子的制造中具有显著的优势（significant advantages in manufacturing）。例如，完成的绕组（finished windings）可以简单地推到定子上。但定子齿（stator’s teeth）的设计必须为此专门设计。

分布式绕组和集中式绕组之间的技术区别（technical difference）是什么。对此，我们将研究反电动势的电压（the voltage of the back EMF）。在电机旋转足够快时，在带有永磁体的电机的端子处测量电压（measure voltage at the terminals），电机的旋转可以用手或负载机（load machine）。

采用经典设计（classical design）集中式绕组的电机，反电动势（back EMF）是梯形的（trapezoidal）。因此，这种类型的绕组可以产生高转矩（high torque），特别是在低速范围内。

然而，这并不意味着它效率高。这是因为集中绕组的主要缺点（main disadvantage）是产生谐波（harmonics），这可能导致高损耗（high losses），尤其是在高速下（at high speeds）。这些损耗可能发生在叠片中的绕组（windings in the laminations）以及永磁体（permanent magnets）中。

集中式绕组主要用于短且直径大的电机。例如，无齿轮电动两轮的轮毂电机（wheel hub drives without gears）。集中式绕组也用于需要高动态性（high dynamics）和效率不那么关键的驱动器。

集中式绕组的另一个缺点是转矩脉动（torque ripple）。但这可以补偿，例如移动转子上磁体彼此间的相对位置（moving the magnets）或相应地改变磁体形状（shaping the magnets）来补偿。

分布式绕组

（Distributed Winding）

在分布式绕组中，由于绕组重叠（the overlap of the windings），绕组头会比较大。由于集中式绕组的绕组头较小，在低速范围内的欧姆损耗（ohmiclosses）比分布式绕组要低。

对于分布式绕组，定子的至少两个齿缠绕，如图中的示例所示。缠绕的齿数称为线圈间距（coil pitch）或步长（step size），当然也可以缠绕3、4、5或更多的齿。

分布式绕组，绕组在电机的顶部和底部重叠，电机的这一区域也称为绕组头（winding head）。由于重叠，分布式绕组中的绕组头比集中绕组中的大。因此，对于极短的电机，通常使用集中绕组，而不是分布式绕组。集中式绕组头的欧姆损耗更小。对于较长的电机，绕组头的损耗对总损耗的影响并不大。

电机分布式绕组的一个非常重要的优点是，产生的反电动势具有平滑的正弦特性（smooth mostly sinusoidal characteristic）。这意味着谐波的比例（proportion of harmonics）非常低，定子和绕组的叠片中的损耗也是更小。分布式绕组用于需要更高效率的应用，例如电动汽车。

分布式绕组的另一个优点是高同步性（high synchronism），这意味着转矩波动（torque ripple）以及电机的噪声（noise of the motor）都非常低。因此，分布式绕组电机主要用于机床的旋转主轴（rotary spindles of machine tools），否则扭矩振荡（torque oscillations）将对加工工件的质量产生不良影响。

编辑：黄飞