茵梦达 | 德国品质，细微之处见不同：槽型篇

引言:从谐波之源，到优化之道

在日常生活中，我们可能很少注意到电机运行时的噪音和振动，但这些现象背后其实隐藏着复杂的电磁原理。这些问题主要源于电机运行过程中产生的谐波--一种不必要的电磁波动。

就像声波中的杂音会影响音乐品质一样，电磁谐波会影响电机的性能。茵梦达通过先进的槽型设计，有效优化了谐波问题。本文将介绍如何通过槽型设计来解决谐波问题。

01 谐波的产生与危害

当电机的定子绕组通入三相交流电时，会产生旋转磁场，但由于磁场并非完全按正弦规律分布，除了基波外还会产生一系列高次谐波。

这些谐波磁场会引起额外的损耗和发热，降低电机效率。研究表明，谐波损耗可使电机效率降低2%-5%:在变频驱动情况下更为明显。谐波还会产生附加转矩导致电机振动和噪声增大，影响用户体验。更严重的是，谐波可能引起转矩脉动，在低速运行时产生转速波动，影响电机控制的精确性。

02 茵梦达槽型设计——三大硬核引擎，塑造电机性能新时代

今天，茵梦达以创新为利刃，突破传统技术桎梏，携三大槽型革新设计，为您揭开电机性能跃迁的神秘面纱。

1、梨形槽设计

梨形槽是茵梦达采用的解决方案，这种特殊槽型在传统矩形平底槽基础上进行了全面优化。梨形槽的结构特点是槽口区域相对狭窄，槽身区域逐渐扩大呈圆弧状，整体轮廓类似梨的形状。

从机械结构分析:

(1)如图1与图2，传统平底槽相较于梨形槽，加工难度小，但是平底的槽型，会在底部的形状突变处产生大量的集中应力，降低定子寿命。

2)提高槽满率，梨形槽的半圆槽底结构使绝缘材料与槽壁更加贴合，增加了导体填充面积，增加了绕组横截面积，降低了绕组的阻抗，通常梨形槽比同面积的平底槽槽满率高3%~8%。

从电磁场理论分析：

(1)通过平滑的槽型轮廓减小气隙磁导变化率，降低因槽口效应引起的气隙磁场畸变。更平滑的磁场分布和更正弦的气隙磁密有助于降低电磁噪音(NVH)经验表明，优化良好的梨形槽电机可比同规格平底槽电机噪音低1~3dBA。

(2)这种设计通过优化磁通分布路径，也显著减少了磁阻突变现象，从而降低齿谐波幅值。同时优化齿部磁场分布，使磁力线分布更加均匀，减少局部磁饱和现象，进一步提高电机的整体效率。

值得一提的是，梨形槽设计还带来了显著的工艺优势。其半圆槽底结构使绝缘纸与槽底能完美贴合，大大提高了槽绝缘的可靠性和一致性。圆滑的槽形避免了尖角，嵌线操作阻力更小。同时，极大地减少了因刮擦导致的绝缘纸破损风险，提升生产良率。

但因为梨形槽模具加工难度更大，且维护更为复杂：故梨形槽设计的电机生产成本通常高于平底槽。为了追求卓越的电机性能，茵梦达依然选用梨形设计作为其电机定子槽型的解决方案，因其解决了平底槽上述的常见问题，意味着电机能够运行更加稳定。这对于提高电机大规模生产的质量和稳定性具有重要意义。

2、小槽口宽度设计

槽口宽度直接影响了气隙磁场的分布特征，较小的槽口宽度可以显著降低气隙磁阻的变化幅值，从而减少因槽口效应引起的磁导谐波。这些谐波是导致齿槽转矩波动、附加铁损和电磁噪声的主要原因之一。

在电机定子设计中，槽口尺寸对电磁性能具有关键影响:较小的槽口能够有效降低磁阻损耗，提升气隙磁场均匀性，进而优化电机的效率、功率密度和运行稳定性。然而，传统生产工艺中过小的槽口往往导致嵌线难度大幅增加，迫使设计人员在电磁性能与生产可行性之间进行妥协。茵梦达通过自动化生产线和精密绕线技术成功解决了这一难题。我们的自动化绕线设备采用精确定位和智能控制技术，能够准确地将导线嵌入窄小的槽口中，保证了生产效率和产品质量的一致性。相比于茵梦达和友商的160KW IE4电机定子槽型，如图(1)(2)茵梦达在该型号实现了槽口宽度缩小25%左右，这一关键设计优化直接带来了显著的性能提升:更窄的槽口有效降低了气隙磁阻，使气隙磁场分布更接近于理想正弦波减少了磁场的谐波畸变和杂散损耗，可将电机整体效率再提升0.3%以上。

小槽口设计与梨形槽结构相结合，产生了协同增效作用。梨形槽的狭窄槽口区域与小槽口设计理念高度一致，而梨形槽的宽敞槽身区域又补偿了小槽口可能带来的绕线空间不足问题。另外，小槽口设计还带来了电机机械性能的改善。较小的槽口宽度增加了齿部机械强度，提高了电机抵抗电磁力和离心力的能力，对于高速应用场景尤为重要，减少了运行过程中的变形和振动。

3、斜槽设计

斜槽结构也是茵梦达电机降低谐波的一个重要技术手段。我们通过仿真找到一个最合适的角度，将转子槽或定子槽沿轴线方向扭斜这个角度，使得同一根导体内各点所感应的齿谐波电势相位不同，互相抵消。

如图3，当槽体扭斜时，导体在不同位置处的电势感应存在相位差，特别是对于高次谐波，这种相位差更加明显。通过精确计算斜槽角度，可以使特定次数的谐波电势在导体全长上积分结果接近于零，从而达到抑制谐波的目的。

斜槽设计虽然效果显著，但也带来了制造成本增加和工艺复杂度提高的挑战。茵梦达通过先进的模具设计和制造工艺，成功解决了斜槽冲片制造中的关键技术难题，实现了高精度、高效率的斜槽冲片大规模生产。

03 技术优势与客户价值

通过上述槽型设计优化，茵梦达交流异步电动机在多个性能指标上实现了显著提升：

1.静音运行:谐波减少直接降低了电磁噪声和振动。这使得我们的产品也适用于对噪声敏感的环境，如医院、办公楼和高端住宅区。

2.高效节能:谐波优化降低了附加损耗，提高了能量转换效率。在碳中和背景下，这一优势尤为重要。

3.高可靠性:谐波减少意味着电机发热降低，绝缘材料老化速度减慢，从而延长了电机使用寿命。同时，振动减少降低了轴承和机械部件的磨损，提高了整机可靠性。

（来源：茵梦达）