電機繞組設計
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
電機繞組設計的實例教程
2 分裂繞組設計
2.1 設計原則
為了降低電驅系統的最大伏安容量，同時提高電機高效率區面積，擬將本電機的定子繞組設計為分裂繞組形式，將定子繞組分兩部分組成，兩部分同槽分布，低速區域兩部分串聯同時工作，高速時切掉部分繞組來降低電機的感應電動勢，分裂繞組電機拓撲結構如圖6所示。
圖6 分裂繞組拓撲結構
定子繞組分為N1和N2兩部分，兩段之間首尾串聯并做中間引出線，三相電機的三個尾端引出線接切換開關K1，三個中間引出線接切換開關K2。低速時K1接通，K2斷開，電機工作繞組N=N1+N2；高速時K1斷開，K2接通，電機工作繞組N=N1。當然，圖6為特殊的兩段式分裂結構，而分裂繞組的分段段數z不僅限于z=2，切換開關個數等于分段段數z，具體分段段數需依照電機的弱磁調速范圍而定，并同時考慮經濟性和可行性。
分裂繞組內部結構如圖7所示，以A相為例，每個六邊形為一個繞組元件，普通電機繞組的元件個數為Ns/m，即槽數除以相數，而分裂繞組的元件個數為z×Ns/m，本文中電機z=2即可滿足弱磁調速需求。圖7中繞組A1-X1段每個元件的匝數為N1，繞組A2-X2段每個元件的匝數為N2，兩段繞組的元件同槽分布。
圖7 分裂繞組內部結構
分裂繞組的設計原則如下：
1) 繞組分段段數z需要同時考慮經濟性和可行性，分段段數提升會導致切換開關個數增加，從而增加接線盒體積，不利于成本控制。
2) 繞組分裂匝數比λ=N1/(N1+N2)，λ的選取需要同時考慮低速時輸出足夠大的轉矩和高速時足夠小的感應電動勢。
展開 隨著新能源車用驅動電機市場的發展，上述工業電機領域的繞組技術被逐一應用到驅動電機領域，如下表1所示為驅動電機典型徑向嵌裝繞組中分布式圓線繞組、集中式扁線繞組、分布式波繞扁線繞組的主要性能對比（所有的性能對比均為換算到相同電磁設計方案下的典型值）：
表1 典型徑向嵌裝繞組的性能對比
然而，對于徑向嵌裝式繞組技術，由于其鐵芯槽口極靴形狀的結構設計受限，會直接影響到電機的峰值/持續特性以及NVH性能，此外在生產工藝上往往還需要手工介入調整，難以實現高節拍（60s以內）的自動化生產。
展開 隨著新能源車用驅動電機市場的發展，上述工業電機領域的繞組技術被逐一應用到驅動電機領域，如下表1所示為驅動電機典型徑向嵌裝繞組中分布式圓線繞組、集中式扁線繞組、分布式波繞扁線繞組的主要性能對比（所有的性能對比均為換算到相同電磁設計方案下的典型值）：
表1 典型徑向嵌裝繞組的性能對比
然而，對于徑向嵌裝式繞組技術，由于其鐵芯槽口極靴形狀的結構設計受限，會直接影響到電機的峰值/持續特性以及NVH性能，此外在生產工藝上往往還需要手工介入調整，難以實現高節拍（60s以內）的自動化生產。
展開 1．前言
永磁電機的主要功率損耗部件是鐵心，磁鋼和繞組。Hair-Pin電機在高速時有較大的繞組AC損耗，特別是發生在繞組端部的損耗。發生在端部繞組區域中的磁力線模式不同于鐵心中的繞組長度內的磁力線模式。
這些損耗可以通過直流和交流損耗來定義，直流繞組損耗很容易通過繞組的電路分析來計算，并且是算術計算。AC損耗分量是由于導體相互靠近產生的磁場的各種影響而引起的。這通常是通過創建原型和對線圈部件進行繁瑣的測量來估計的。這將使設計工作流程既昂貴又耗時。
然而，通過在JMAG中將線圈創建三維模型并進行3D的有限元分析，可以相對快速和經濟地分析AC損耗。
2．背景
（1）Bar-winding廣泛用于新能源汽車的電機設計中。
圖1 圓線繞組和扁線繞組對比
A. 優點：
1)用銅量少。
2)提高散熱性。
3)端部整齊免綁扎。
4)提高生產率。
B .缺點：存在較大渦流損耗。
（2）交流損耗的電磁場
引起交流損耗的原因主要是：漏磁通、集膚效應和臨近效應。
（3）漏磁通
漏磁通將引起線圈中的AC 損耗，它在旋轉過程分布性將變化，并且如果電流是PWM，它將具有很高的諧波分量。
（4）集膚效應
a）高速和PWM引起的高頻分量。
b）集膚效應增加了損耗。
圖2 集膚效應和頻率關系
上圖為交流電流應用于單根導線，從圖2可以看出較高的頻率如高速會導致集膚效應并增加損耗。
（5）鄰近效應
槽內的導體會產生鄰近效應。從圖3可以看出，距離越近鄰近效應越明顯，因此交流損耗也越大。
圖3 鄰近效應和距離
交流電流施加到兩根導線上。來自每根導線的磁通鏈接到另一根導線中導致了渦流。槽內的許多導體會增加AC損耗。
展開 扁線電機已經是目前主流的電機繞組形式，與圓線相比，扁線有利于電機槽滿率的提升，一般圓線電機的槽滿率為50%左右，而扁線電機的槽滿率能達到70%以上。槽滿率的提升意味著在定子槽空間不變的條件下，可以填充更多的銅線，通過更大的電流，產生更強的磁場，進而提升功率密度。
先看一個扁線電機定子繞組裝配過程視頻。
扁線電機的繞組形式主要有I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding。下面是對四種扁線繞組的整理介紹。
01
—
I-pin
I-Pin繞組形如I，直接插線，然后雙邊焊接。無需預成型且為單槽裝配，可以進一步降低繞組的裝配預留空間，缺點是焊接工藝繁瑣，端部尺寸較大。
02
—
Hair-pin
Hair-pin繞組形似發卡，先成型再插線，然后單邊焊接。是目前應用最多的扁線繞組形式。
03
—
X-pin
X-pin繞組主要是在焊接端進行優化，如下圖所示。
展開 
電機繞組設計的相關專題、標簽、搜索
電機繞組設計的最新內容
功能模塊：
1、電機方案數字設計迭代模塊
1) 適用于電機的初期方案設計與優化；
2) 內置常用的電機全參數化建模模板，實現電機初期方案的快速構建；
3) 基于等效磁路法分析電機在各種工況負載下的電磁性能、輸出特性以及效率等；
4) 輔助用戶在電機前期設計階段，快速評估迭代電機尺寸設計、繞組設計、電氣設計以及電機性能；
5) 快速生成有限元分析模型開展詳細設計與優化。
扁線電機已經是目前主流的電機繞組形式，與圓線相比，扁線有利于電機槽滿率的提升，一般圓線電機的槽滿率為50%左右，而扁線電機的槽滿率能達到70%以上。槽滿率的提升意味著在定子槽空間不變的條件下，可以填充更多的銅線，通過更大的電流，產生更強的磁場，進而提升功率密度。
先看一個扁線電機定子繞組裝配過程視頻。
扁線電機的繞組形式主要有I-pin、Hair-pin、
1 驅動電機定子繞組的定義與功能 定子繞組是新能源車用驅動電機的動力心臟，通常指由多個線圈或者線圈組通過不同的繞制方式構成的對稱電路連接回路。如圖1，圖2所示，由聯合電子自主開發的分離式驅動電機定子繞組。在驅動工況下，當外部的電能通過高壓線束連接到定子繞組的輸入端子時，定子繞組可以將輸入的電能轉換成磁能并存儲在定轉子氣隙中，最終轉換為機械能提供驅動力。 2 驅動電機定子繞組技術的發展 電機繞組的發
“定子繞組是指安裝在定子上的繞組,也就是繞在定子上面的銅線。繞組是由多個線圈或線圈組構成一相或整個電磁電路的統稱。電機繞組根據線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式不同，可分為集中式和分布式兩類。集中式繞組的繞制和嵌裝比較簡單，但效率較低，運行性能也差。目前的交流電機定子絕大部分都是采用分布式繞組
浪涌電流是峰值電流在電源第一次加到負載上時出現的，電源變壓器或開關電源（例如D.C.驅動控制或相控SCR轉換器）的濾波電容器中的低阻抗引起的。如果沒有限制，這些峰值電流可能會損壞電源系統或直流電機的繞組， 限制浪涌電流方法之一是使用電阻傳感器來根據溫度改變其電阻。
這些組件非常小巧耐用，可以放置在需要保護的緊湊位置，例如直接在電機繞組內部
，帶有 Dynamic Plus 套件的車型將具有Race Start模式，最大馬力提升到 751 馬力；
Race Start 模式下，EQS 53 0 - 100 km/h加速時間為 3.4 秒，比標準版快 0.4 秒；標準車型的最高時速限制為220 km/h，Dynamic Plus車型的最高時速為250 km/h；
EQS 53每個車軸上都安裝了AMG專用高性能電機，新電機采用新的繞組設計
（3）設計時對功率因數指標的確定
在進行低諧波繞組電機設計時，在保證堵轉電流等指標合格的前提下，將功率因數指標盡可能控制在下限，這對在進行電磁方案設計時選取電機鐵心長度，更具有一定的合理性，同時，也可避免實測時有過高的功率因數指標。
1 驅動電機定子繞組的定義與功能
2 分裂繞組設計
2.1 設計原則
為了降低電驅系統的最大伏安容量，同時提高電機高效率區面積，擬將本電機的定子繞組設計為分裂繞組形式，將定子繞組分兩部分組成，兩部分同槽分布，低速區域兩部分串聯同時工作，高速時切掉部分繞組來降低電機的感應電動勢
來源：新能源動力電池技術、聯合電子 1 驅動電機定子繞組的定義與功能 定子繞組是新能源車用驅動電機的動力心臟，通常指由多個線圈或者線圈組通過不同的繞制方式構成的對稱電路連接回路。如圖1，圖2所示，由聯合電子自主開發的分離式驅動電機定子繞組。在驅動工況下，當外部的電能通過高壓線束連接到定子繞組的輸入端子時，定子繞組可以將輸入的電能轉換成磁能并存儲在定轉子氣隙中，最終轉換為機械能提供驅動力。 2 驅動
