关于扁线电机讨论

chentz

1、影响扁线电机的AC损耗因素主要有哪些？
2、如何减少扁线电机AC损耗？
3、仿真是否有必要做3D呢？

轩轩

猜测一下  扁线的长宽尺寸 电机的运行频率 谐波的含量及幅值  槽形的尺寸 裂比等等

张老五

1、线的尺寸，频率
2、减小线的尺寸，采用多层线
3、不会仿真的飘过

lizhen2979371

扁线尺寸，电流频率等楼上已经说了

感觉还有一条 就是弯折的角度

电动无限

增加层数对制造来说有点难，但确实能降低AC损耗

Mr.晋

lizhen2979371 发表于 2019-5-30 21:32
扁线尺寸，电流频率等楼上已经说了

感觉还有一条 就是弯折的角度

弯折角度影响AC损耗的原理是什么？

Mr.晋

最主要的是运行频率，然后是谐波
减小，增加股数，降谐波
3D感觉必要性不大，或者说性价比不高

北汽越野车

最近在搞hairpin绕组AC loss 的数值分析，看了一些 文献，觉得频率不变的情况下，最主要的还是增加槽内导体数，目的是使导体的厚度降低（厚度同AC loss有三次方的关系）。另外重要的是降低槽内 leakage flux density.

zengxiaodong

北汽越野车 发表于 2020-8-3 05:19
最近在搞hairpin绕组AC loss 的数值分析，看了一些 文献，觉得频率不变的情况下，最主要的还是增加槽内导体 ...

降低槽内磁密毫无用处，漏磁越小，切割磁力线的速度越快，其效果是不变的。理论基础需要读懂这个帖子https://bbs.simol.cn/thread-193967-1-1.html
请看下面的切割磁力线动画，显然增加层数是最有效的措施。

zengxiaodong

FEA study of proximity effect in hairpin windings of a PMSM for automotive appli.pdf (1.65 MB, 下载次数: 173)

2020-10-22 09:58 上传

点击文件名下载附件

北汽越野车

zengxiaodong 发表于 2020-10-22 09:58

感谢曾老师的评论！这篇查尔莫斯大学的论文我之前看过，结合几篇其他的论文，都得出AC loss 的主要contributor是槽内漏磁引起的临近效应所带来的。
这篇文章索然没有具体讨论如何降低槽内漏磁，但比较了导体在槽内不同布置方式所带来的AC loss 差异。
结果也是显示导体离气隙远的布置方式 ACloss 会更小一些， 这也说明了漏磁是有影响的，因为槽内离气隙越远漏磁越小。

但是您说的没错，降低AC loss主要还是增加导体数。

zengxiaodong

北汽越野车 发表于 2020-10-25 22:37
感谢曾老师的评论！这篇查尔莫斯大学的论文我之前看过，结合几篇其他的论文，都得出AC loss 的主要contri ...

我认为扁线绕组既没有集肤效应，也没有临近效应，只有“切割磁力线”引起的涡流效应！

经典的电磁场理论里面，确实有导体的集肤效应与临近效应讨论，但是这个并不是本质上的问题，而只是一种特定情况下面对特定模型进行讨论得到的结果，单根导线通以交流电，形成了同心圆磁力线，磁力线运动时切割导体，并且在导体的不同部位切割速度不同，从而引起的局部反电势不同导致了电流趋向于导体表面，这就是集肤效应！同理，两根平行导线通以反向（或同向）交流电流，也会产生运动的磁力线切割导体，使得电流临近（或者临远）分布，这就是所谓的临近效应。应该注意的是，这两种效应的数学模型都是最简单的，一是通常没有铁磁介质，二是没有其他产生磁场的源泉，因此并不具有普遍性。拿Prius电机来说，既有空气又有铁心，还有永磁材料，部件也是有空间运动的，显然这才是普遍性的代表，从我给出的磁力线动画来看，槽内导体“切割磁力线”的模式也与集肤效应、临近效应模型迥然不同，很自然地，扁线中的电流分布必然不会是集肤效应、临近效应可以简单描述的，甚至类比都不适合。

从电流分布彩色云图可见，每根导体都是电流偏向一侧（径向）分布的，为什么会有这个特征？只有从磁力线动画中才被深刻揭示出来。

zengxiaodong

仔细思考一个问题。

10楼的图片请注意最左侧的槽内导体，以及最右侧槽内的导体。这两个槽内导体的电流分布方式完全相反，最左侧槽内导体是靠近槽底侧电流大，靠近槽口侧电流小；而最右侧槽内导体恰好相反！

zengxiaodong

我用反证法就证明了，槽内导体的涡流损耗与槽内磁密没有必然的关系，实质上是与各点矢量磁位Az的时间变化率有关。

另外一个问题，临近效应通常仅讨论两根导线流过反向电流的情形，这是为什么呢？不妨假设两根靠近的导线电流相同，那么这就与单根导线的情形很相似了，也就是退化变成了集肤效应了，电流必然是分散在外侧。脑洞开大一点，甚至可以认为集肤效应、临近效应这就是两种相反的效应！

对于电机而言，槽内导体不可能通过反向的电流，槽内导体通反向的电流，那岂不成了变压器啦？！
事实上电机槽内导体即使相位不同，那也是尽可能接近同相位（最多相差也不会超过60度），否则这个电机必然是存在绕组设计上的不合理之处，只会有低劣的运行性能。

也就是说，即使我们不求甚解，电机槽内扁线导体也谈不上什么临近效应，只要提Proximity effects的论文，基本上就是打酱油的！

张老五

不懂装懂，好像成了某人的标配了
同一槽的导体怎么就不能电流相反了？
不同相不行么？

至于为啥 要不同相，就不费力气给外行解释了，太累

zengxiaodong

张老五 发表于 2020-10-29 08:29
不懂装懂，好像成了某人的标配了
同一槽的导体怎么就不能电流相反了？
不同相不行么？

老五，槽内导体不同相的情况提到了呀。

张老五

对于电机而言，槽内导体不可能通过反向的电流，槽内导体通反向的电流，那岂不成了变压器啦？！
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立此存照

免得哪天又死不承认。。。。。。。。。。。。。。。。。

zengxiaodong

其实，很多年前的这个帖子https://bbs.simol.cn/thread-53500-1-1.html，着重看82楼、83楼，那时的讨论可谓就是今天扁线电机的理论基础。
如果槽内没有空隙了，那么就没有必要用扁线来增加铜面积，正因为槽内还有“很多”未被利用的空隙，才给各种新技术的发展留下了充足的空间。

此贴关于扁线电机涡流损耗的讨论，同样具有理论先行的意义，也许10年以后汽车扁线电机会发展成为每根扁线都是由表面绝缘的多层薄铜片叠压而成的！因为，随着频率的不断提高，交流电阻增加得非常迅速，因此显著降低交流铜耗会变得越来越迫切......

zengxiaodong

我们以Prius2010电机为例，看看负载时槽内矢量磁位Az的变化情况。

下面图中黑色的就是映射路径

zengxiaodong

在一个完整的电周期下，路径上面的Az变化情况如下





左侧的点是起点（靠槽口），右侧的点是终点（靠槽底），可见从Az的变化范围来看，槽口小于槽底！