淘汰发卡扁线（Hairpin）？是变形利兹线（Form Litz Wire）还是增材制造？

zengxiaodong · 发表于 2022-10-28 08:51

有个浙江台州的老板昨晚打电话给我，说本来计划想上扁线绕组电机生产线，看了这篇帖子大为震惊，强烈怀疑扁线绕组是否还是未来的方向？......

zengxiaodong · 发表于 2022-10-28 22:55

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-10-29 00:08 编辑

选取最靠槽口的一根扁线（高度8.7mm、共4层），在这根扁线上选取内外侧共2个点，考察这2个点的电密随时间变化情况。

1000电动.png

zengxiaodong · 发表于 2022-10-29 17:40

zengxiaodong · 发表于 2022-10-30 12:17

随着频率逐步降低，扁线导体上下侧边缘的电流密度逐渐降低，相位逐渐趋近于相同。

补充内容 (2022-11-1 10:14):
1000r/min，临界高度5.34mm
750r/min，临界高度6.17mm
500r/min，临界高度7.55mm
250r/min，临界高度10.68mm
125r/min，临界高度15.10mm

zengxiaodong · 发表于 2022-11-1 09:10

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-11-1 13:19 编辑

为了避免槽口处的影响，在发电状态下，不选择最靠槽口的扁线，而选择靠槽口的第二层扁线，在该扁线上选取4个点，考察电密变化情况。
下面的图中，点1是靠槽口侧，点4是靠槽底侧。

1000发电.png

zengxiaodong · 发表于 2022-11-1 10:32

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-11-1 12:50 编辑

250发电.png

zengxiaodong · 发表于 2022-11-1 15:19

很显然，在发电状态下，扁线中的电流密度也是随着频率的逐步降低而降低，内外侧的电密相位也是从高频时接近反相位到低频时接近同相位！

zengxiaodong · 发表于 2022-11-2 12:20

由于电流相位角的问题（还需进一步优化），发电状态下，扁线切割磁力线并非是典型的挤流效应！

补充内容 (2022-11-3 09:29):
靠槽口扁线磁力线严重倾斜切割，即使第二根扁线也明显倾斜切割！

zengxiaodong · 发表于 2022-11-2 16:07

作为对比，电动状态下切割磁力线就表现出非常完美的挤流效应

zengxiaodong · 发表于 2022-11-2 17:01

以前仿过Prius，其相量图如下

zengxiaodong · 发表于 2022-11-3 08:34

也就是在电动和发电状态下，直轴去磁电流基本上保持不变，改变的仅仅是交轴电流的方向————正的交轴电流变为负的交轴电流，转矩方向就会反向！

这种电机是所谓的双边励磁，转子和定子都提供励磁，也就是扁线中的电流也提供了很大一部分励磁功效，因此，更接近理论上推导出来的“挤流效应”模型。

zengxiaodong · 发表于 2022-11-3 09:32

调整电流相位角以后，果然在发电状态下也实现了很标准的“挤流效应”切割磁力线方式

zengxiaodong · 发表于 2022-11-3 11:24

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-11-3 14:26 编辑

优化电流相位角以后，电密波形也圆滑了很多

250rpm发电.png

对比一下电动状态

zengxiaodong · 发表于 2022-11-3 14:28

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-11-3 14:30 编辑

最靠槽口的扁线，上下侧边缘电密

无标题1.png

zengxiaodong · 发表于 2022-11-7 13:35

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-11-7 14:37 编辑

zengxiaodong 发表于 2022-11-2 12:20
由于电流相位角的问题（还需进一步优化），发电状态下，扁线切割磁力线并非是典型的挤流效应！

磁力线倾斜切割扁线的话，很显然会使得扁线中的电密分布模式与经典“挤流效应”迥然不同

无标题1.png

补充内容 (2022-11-9 08:50):
这张图显示，在该瞬时槽口扁线也出现了紊乱的磁力线切割模式

zengxiaodong · 发表于 2022-11-7 14:43

楼上磁力线对应的扁线损耗分布模式

无标题2.png

zengxiaodong · 发表于 2022-11-7 21:15

在某一瞬间，竟然有这样的磁力线分布

111 196.png

zengxiaodong · 发表于 2022-11-8 16:41

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-11-9 08:03 编辑

如果永磁电机是表面式，且槽口尽量大，磁钢厚度尽量厚（气隙尽量大），并采用分布绕组，这样的话电枢反应就会比较小，如果采用直轴电流为零的控制方式，则只有交轴电枢反应，负载轻的话功率因数也会很高。这种情况下，电机槽内切割磁力线的方式基本上取决于转子的转动，也就是电机基本上可以认为是转子单边励磁，此时挤流效应会是有什么特点呢？

zengxiaodong · 发表于 2022-11-9 08:14

本帖最后由 zengxiaodong 于 2022-11-9 15:08 编辑

zengxiaodong 发表于 2022-11-7 13:35
磁力线倾斜切割扁线的话，很显然会使得扁线中的电密分布模式与经典“挤流效应”迥然不同

这张图显示，在该瞬时槽口扁线也出现了紊乱的磁力线切割模式。大槽口的明显特征就是磁力线会径向深入槽内一定的范围，这点在前面的动画中就已经显现出来。

楼上讨论到的减少电枢反应，假设电机空载全速运转，那么就几乎没有电枢反应了，此时，每根扁线上几乎全部是涡流电流，而且每根扁线内外侧的电流密度最大，且应该接近反相位。

1、2、3、4点的示意图如下，前面楼层的波形也是按照这个图取点
无标题.png

补充内容 (2022-11-10 14:21):
从槽口算起，这是第二层扁线的电密波形

补充内容 (2022-11-10 19:01):
很丰富的奇次谐波

zengxiaodong · 发表于 2022-11-9 14:51

在空载的情况下，扁线（槽口除外）中的电密分布基本上都是以中心对称分布的，这是显而易见的结果，因为涡流是对称分布的。

深层的扁线，涡流比浅层的扁线更小，也就是越靠近槽口的扁线其涡流往往更加大

无标题.png

补充内容 (2022-11-10 14:22):
从槽口算起，这是第三层扁线的电密波形

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