電機繞組設計的案例
電動汽車用分裂繞組永磁同步電機設計
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 新能源車用驅動電機定子繞組技術
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。
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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 新能源汽車扁線電機的繞組交流損耗分析
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 
電機繞組I-pin、Hair-pin、X-pin、S-winding的區別
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
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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 新能源車用驅動電機定子繞組技術
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。
第二代繞組技術：軸向嵌裝繞組
從1958年開始，隨著繞組技術的進一步成熟，第二代軸向嵌裝繞組技術開始進入市場應用，初期的軸向嵌裝繞組也主要應用在大中型工業電機中。
軸向嵌裝繞組是指將半成型或者未經預成型的扁銅線導體，沿定子鐵芯的端面槽口將繞組從軸向方向裝配進鐵芯槽內。
展開 什么是電機繞組熱保護，它們如何限制浪涌電流？
電機的熱繞組保護是自動化設備中的關鍵組件，這樣就可以防止繞組溫度過高，最終避免繞組絕緣永久性擊穿和失效。所使用的熱保護可能有所不同，主要取決與熱測量的方法以及該保護設備與變頻驅動器（VFD）的相互作用方式。
新能源驅動電機定子幾種常見的扁線繞組型式
“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，根據不同機種、型號及線圈嵌繞的工藝條件，電機各自設計采用不同的繞組型式和規格”。
01
Hair pin / 發夾式繞組
Hairpin是目前比較常見的扁線繞組形式，由于單根形狀比較像發夾，所以也叫發夾式繞組。該繞組型式的特點是只需要焊接一端。
02
i-pin繞組
i-pin最大的特點是制造工藝簡單，一字型扁銅線直接插入定子槽內后扭頭焊接，特點是端部兩頭都需要焊接。
展開 關于Ansoft Rmxprt中whole coiled和half coiled的說明
用Ansoft Rmxprt進行旋轉電機繞組設計時，要在whole coiled和half coiled二者中作出選擇，這使得很多設計人員感到茫然。whole coiled和half coiled字面意思是全極式繞組和半極式繞組，這個是國外的說法。在國內，這兩種繞組又分別被稱為顯極式繞組和庶極式繞組，下面分別進行解釋。
顯極接法時，它的每個極相組（或線圈組）均形成一個磁極的極性。因而電機繞組的極相組數與其極數相等。為了使磁極的極性符合旋轉磁場按N極、S極相互交替產生的要求，故相鄰兩極相組內的電流方向必須是相反的。因此在實際接線時，按“頭與頭相接、尾與尾相接”的所謂反串聯接法。
庶極接法時，它的每個極相組（或線圈組）產生兩個磁極的極性，繞組的極相組數僅為電機極數2p的一半，也就意味著p個極相組獨立產生p個磁極，而另外p個磁極則由相鄰極相組共同形成。在庶極接法的繞組中每個極相組所產生的極性都是相同的，因而在各相中所有極相組內的電流方向也是相同的。即每相內相鄰兩極相組的聯接應按首端與尾端相接，也就是按“頭與尾相接、尾與頭相接”的所謂順串聯接法。
很顯然，常規60°相帶繞組是顯極式繞組，非常規120°相帶繞組是庶極式繞組。下面以36槽4極，繞組跨距7為例，分別給出兩種繞組的接法。對于相同匝數，通相同大小的電流時，繞組產生的磁動勢和電動勢大小與繞組相帶度數成反比。因此，60度相帶繞組的利用率要比120度相帶繞組的利用率高。
展開 三相異步電動機低諧波繞組的特點及應用
低諧波繞組在三相異步電動機運用中有多種形式，常見的如“△-Y”混接的正弦繞組、單雙層混合繞組以及雙層低諧波繞組等。其中單、雙層混合同心式不等匝并按余弦分布的繞組形式（以下稱低諧波繞組），與其它低諧波繞組相比，具有設計快捷，制造工藝相對簡單等特點。
1
低諧波繞組的特點
低諧波繞組是一種“高精度”的特殊單、雙層不等匝混合繞組，就目前實際運用的低諧波繞組其本身結構而言，它綜合了普通的單層和雙層繞組的基本特征，并能有效地消除或削弱高次諧波，使綜合諧波強度減小50%左右甚至更多，改善電機氣隙磁勢波形，從而達到提高電機效率、改善起動性能、降低電機溫升等效果。
從電機電磁設計考慮，由于低諧波繞組是一種“高精度”繞組形式，故在電磁設計時能靈活地選擇每槽每層匝數，使每極每相槽數之間的匝數之差大于1及以上，因此，它的極相組的串聯匝數可實現靈活微調。
而普通雙層繞組每極每相槽數之間的每槽每層匝數相差值至多等于1，且其跨距均為疊式等距，故在進行電磁方案設計時受到很大的局限。
因此，低諧波繞組在進行電磁方案設計時，比普通雙層繞組更易兼顧到電機各項性能指標，使方案設計能達到最佳效果。
展開 電機快速數字設計方案
幫助用戶預判熱點風險區域、選擇合理的冷卻方式、優化冷卻結構，確保電機冷卻系統設計方案的合理性。
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。
2、電機電磁性能數字模擬計算模塊
1） 電機電磁場求解
? 靜電場、瞬態電場、靜磁場、時諧磁場、瞬態磁場與場路耦合等。
2） 電機運動問題
? 旋轉電機的2D/3D旋轉運動；
? 直線電機的2D/3D直線運動。
3） 電機電磁場量計算
? 磁場強度、磁感應強度、磁力線、磁場能量、損耗密度、電流密度、電磁力密度等。
4） 電機電磁特性計算
? 電感矩陣、電容矩陣、電阻；
? 渦流損耗、鐵芯損耗；
? 電磁力、電磁力矩；
? 三相電流、電壓與D、Q軸電流、電感等
3、電機結構強度與NVH數字模擬分析模塊
1） 電機結構動力學分析
? 線性\非線性靜力分析：靜載荷作用；
? 模太分析：各階模態頻率、振型，確定振動特性；
? 諧響應分析：電磁力諧波作用的穩態響應、受迫振動；
? 瞬態動力分析：準靜力載荷的時域分析；
? 隨機振動分析：功率譜密度載荷、響應的概率分布。
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奔馳 EQ 系列：將電動「超豪華」的品牌理念貫徹到底
豪華中的高性能：AMG EQS 53
奔馳對于豪華的定義絕不僅是設計、用料等，還有一輛車最根本的要素，那就是機械素質，如果現在奔馳品牌的機械素質是豪華品牌的基本要求，那么 AMG 系列則是奔馳回答「高性能」最好的答案。
AMG EQS 53 的發布是奔馳在用自己的方式詮釋：「打造電動性能車我依然行」。
看看 AMG EQS 53 的信息：
EQ系列首款亮相的 AMG 車型，EVA平臺打造，預計 2025 年量產；
標準EQS 53型號將提供649馬力，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，具有更強的電流和強勁的驅動能力，可以實現更高的轉速；
新車配備了AMG的「Ride Control + 空氣懸架」，結合了電子控制的主動減震器和標準的后橋轉向系統，這套懸架系統還可以分析傳感器數據以改變阻尼；
AMG EQS 53 具有多項駕駛模式，以及可調整懸架、操控性、動力傳輸和電池管理，以及更改合成聲音；
新車有 21 英寸或 22 英寸車輪可供選擇，標配高性能 AMG 制動器，并可選擇更大的陶瓷剎車片。
而且新車還有專門為高性能車設計的模擬聲音。
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