发夹绕组-一个强大的解决方案，电机设计

发夹缠绕是一项相对较新的技术，由于制造工艺的可负担性和有效性不断提高，汽车行业对其越来越感兴趣。

与绞合绕组相比，发夹由矩形导体组成。与传统解决方案相比，它可以显著提高槽位填充系数:在绞合绕组的最大值约为0.45的情况下，发夹技术可以达到0.8。

这种解决方案的主要缺点是复杂的模式设计。当引入并联路径时，需要遵循几个规则来获得电磁平衡发夹图。

在过去的几年中，许多汽车原始设备制造商(oem)已经迁移到该技术。这种绕组解决方案为电机的设计提供了许多优势，涉及电磁尺寸和冷却系统。

电磁分析

在电磁方面，改进的铜槽填充系数减少了专用槽的空间，并实现了更高的扭矩和功率密度，同时降低了直流电阻。在定子体积相同的情况下，发夹绕组比绞合绕组的饱和程度更低，铁损更低。这是一个关键的优势，特别是对于驱动循环。电动汽车(EV)电机通常具有少量串联匝数。这意味着手中可能需要大量的导线，从而造成显著的交流损耗。适当的发夹绕组组合层和平行路径可以限制这种损失。

设计实例及与绞线缠绕方案的比较

牵引应用电机的设计比较如图1所示。两台机器设计为相同的电压、电流和槽电流密度;它们已针对相同的输出性能进行了优化。发夹绕组电机相对于绞合绕组解决方案能够实现更大的定子内径，同时具有更短的堆叠长度和更高的功率密度。较低的定子铁体积在降低铁损耗方面也具有优势。

由于更低的直流电阻，发夹机显然在基点上具有更高的效率和更大的高效率区域。这也是由于发夹绕组机的交流损耗较低。绞合绕组要求槽内并联成束的导线满足电压要求，并达到良好的铜槽填充系数。这些线束代表有效的串联匝数，由于并联导线中的循环电流，特别容易产生高交流损耗。所选择的八层发夹绕组设计，由于槽高度较低，交流损耗显著减少。

在Ansys Motor-CAD中进万博行绕组设计，并导出到Ansys Maxwell

万博Ansys Motor-CAD自动计算发夹绕组波形，将方案划分为不同的初级绕组。每个基本绕组都满足磁链平衡规则，该规则覆盖所有层和每个极每个相位的所有槽，并表示一个潜在的平行路径。不同的并联路径组合是可能的，把基本绕组的串联组。

在图2中，基本绕组是自动生成的，覆盖所有层和每个相位的每个极槽。线圈矩阵的定义是为了得到波形(见图3)。在这种情况下，可能有8条平行路径，可以通过选择要串联的初级绕组来定制这个数字。

为了更详细地分析并联回路中的环流，电机- cad模型可以导出为万博Ansys麦克斯韦，其中可以进行外电路耦合的仿真。

驱动循环性能

电机cad可以轻松地计算效率图并执行占空比分析，提出最常见的驱动循环作为默认选项。

如图5所示为发夹机效率图，突出显示了US06驱动循环的工作点。这台机器的平均效率为94.23%。

对绞合绕组电机进行了相同的分析，如图6所示。采用该方案，平均效率降至93.77%。

耦合热电磁分析

电机- cad中的热模型适当地将直流+交流损耗分配给每个单独的导体。所得到的温度分布是离散的，如图7所示的有限元分析(FEA)模拟。热网也采用了同样的概念。

热模型对于评估机器在连续运行中的变速性能特别有用。图8显示了发夹机和绞合机的性能比较，两种解决方案采用相同的冷却系统。

评估发夹绕组和绞合绕组之间的权衡是一项复杂的多物理场挑战，涉及详细的电磁分析和热模拟。万博Ansys工具使您能够理解这些复杂性，并在开发过程中做出数据驱动的设计决策。

万博Ansys Motor-CAD自动计算可行的波浪模式为发夹绕组。此功能有助于在早期设计阶段选择适当数量的插槽和层组合。万博Ansys Maxwell能够进行复杂的有限元模拟，并将有限元模型与外部电路耦合，以验证可能存在的循环电流。

最后，在考虑冷却系统的情况下，将电机- cad耦合电磁分析与热模型计算机性能。这可以在早期设计阶段和优化过程中完成，以评估不同绕组解决方案的热性能。申请30天免费试用的An万博sys motor - cad，您将可以访问测试您的下一个发夹绕组电机设计所需的所有多物理场工具。