湖北工业大学等单位研究者提出一种适用于轴向无铁心电机扁线绕组的涡流损耗计算方法!轴向磁通无铁心永磁电机的定子为无铁心结构,采用扁线绕制的定子绕组盘,具有槽满率高、平整度好、加工简单等特点。
由于定子没有铁心,电机绕组直接暴露在气隙磁场中,导致其产生大量涡流损耗,当电机转速较高时这种现象会更加严重。
由于电机没有铁耗,涡流损耗成为电机的主要损耗,不合理的绕组设计将导致绕组的铜耗过大,降低电机的效率与功率密度,同时过高的温升降低了电机运行的可靠性。
所以,为了进一步提升电机的性能,精确计算无铁心电机定子绕组涡流损耗并通过合理的设计和优化以降低绕组铜损变得尤为重要。
矩形扁线作为一种形状相对规则的导线,由于其可以充分利用定子空间,且传热性能好,有利于提高电机的功率密度,在有铁心电机中得到了广泛的应用,同时也非常适用于制作轴向无铁心电机绕组。
随着扁线绕组加工工艺越来越成熟,矩形扁线在电机绕组中的应用越来越广泛。
由于定子没有铁心,电机的漏磁场与绕组产生交链。
相对于圆形导线,矩形扁线具有截面积较大、涡流损耗大的缺点,导致电机损耗偏高、效率偏低。
为了兼顾电机的高槽满率及高效率,精确计算并且降低扁线绕组的涡流损耗成为无铁心电机的研究重点。
针对矩形导线绕组的轴向无铁心电机无法精确计算绕组涡流损耗这一问题,基于轴向无铁心电机气隙磁场的分布特性,湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心、锐革机电(武汉)有限公司的王晓光、尹浩、余仁伟,提出了扁线无铁心电机绕组涡流损耗的计算和优化方法,推导了绕组涡流损耗的快速计算公式。
该涡流损耗计算公式以及导线参数优化方法可以实现扁线绕组的低损耗及电机的高效率。
他们总结指出:1)针对定子无铁心电机,气隙磁场的轴向分量和周向分量均会在矩形导线中产生涡流损耗,即由转子漏磁场产生的涡流损耗不能忽略;2)电机涡流损耗主要与扁线截面的长和宽比值以及气隙磁场强度有关系。
通过改变截面长与宽的比值,可以保证电机绕组在直流损耗相同的条件下,涡流损耗最小;3)样机不同转速情况下定子涡流损耗测试结果与理论解析、有限元分析结果基本一致,验证了解析计算与有限元结果的正确性,为扁线绕组在无铁心电机领域的应用提供了一定的参考价值。
本工作成果发表在《电工技术学报》,论文标题为“轴向磁通无铁心永磁电机多层矩形扁线绕组涡流损耗解析计算及优化”。
本课题得到湖北省教育厅科学技术研究计划重点资助项目的支持。