永磁同步电动机成型绕组设计方法研究

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绕组设计是永磁同步电动机设计的关键问题之一。永磁同步电动机现有绕组形式主要为圆线绕组和扁线绕组两种,其中扁线绕组电机以其槽满率高,散热效果好等优点在各类高功率场合广泛应用。但随着航空航天及电动汽车牵引电机逐步向高频高速方向发展,现有扁线绕组涡流损耗大的弱点逐步显现出来。由双排多根扁铜线并绕组成的成型绕组可以有效改善绕组中的涡流损耗问题。成型绕组是永磁同步电动机的一种新型绕组技术,具有槽满率高,散热能力强,绕组涡流损耗小等诸多优点,研究永磁同步电动机的成型绕组具有重要意义。本文以一台60k W永磁同步电动机为例给出了成型绕组的设计方法,分别对成型绕组的排列方法,端部联接方式和槽内股线换位结构开展研究工作。首先,给出了永磁同步电动机成型绕组的设计方法,对成型绕组的三种绕组排列进行设计,包括双层叠绕组排列,双层波绕组排列及奇偶分层波绕组排列。建立了永磁同步电动机成型绕组的二维场路耦合有限元模型,并分别对其磁场,电动势及损耗等分布规律进行分析,证明了永磁同步电动机应用成型绕组的可行性,同时也说明了削弱成型绕组中环流损耗的必要性。其次,以降低成型绕组中环流损耗为目的,探讨了永磁同步电动机成型绕组的端部分组换位联接方式,在分析端部R联接和I联接的基础上,提出一种端部RI组合联接方式。建立了端部分组换位绕组的二维场路耦合有限元模型,并分别对成型绕组端部应用R联接,I联接以及RI组合联接方式时的环流损耗分布情况进行计算,结果表明RI组合联接削弱环流损耗效果最好,验证了所提RI组合联接方式削弱环流损耗的有效性。最后,为进一步降低成型绕组中的环流损耗,研究了永磁同步电动机成型绕组的槽内股线编织换位结构。建立了槽内股线换位绕组的三维场路耦合有限元模型,并分别对成型绕组应用360°全换位和288°不足换位时的环流损耗进行计算,结果表明288°不足换位削弱环流损耗效果更好,得到了适合削弱永磁同步电动机成型绕组环流损耗的槽内股线换位方法。
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