iency）、寿命（lifetime）、体积（volume）和成本的关键因素。因此，要满足交通电气化的挑战性，选择合适的绕组技术和适当的设计是必须的。本文讨论并对比用于电驱动的高速电机（high speed electrical machines）的定子绕组技术。

　　提高电机的功率密度（power density）是降低电机材料成本的方法之一。

　　改用具有优化填充系数（an optimized fill-factor）的绕组技术，如发夹式绕组（HPW），这通常也会降造成本。

　　将高速电机和HPW结合起来，会产生交流损耗问题，进而影响效率和热管理（thermal management）。因此，如果要开发高速设计，必须很好地了解绕组的损耗机制（loss mechanisms）。

　　定子铁片为红色，导体材料（conductor）为黄色，绝缘材料（insulation）为绿色（图像用Motor-CAD制作）。

　　HPW的填充系数可能超过50％。由于制造的原因，用于高压焊的铜条边角是圆的，这就降低了填充系数。此外，还必须确保铜条保持最小间隙，以便进行组装。这些影响降低了填充系数，主要是对小尺寸的棒材影响较大。

　　HPW中与频率有关的铜损耗来自趋肤效应和邻近效应。电机棒材连接适当，可避免平行线匝（parallel turns）之间的循环电流凯时国际app首页登录入口。这种对连接的限制减少了并联和串联匝数的灵活性。

　　成型Litz绕组，如图所示，由平行连接的绞线束扭曲压缩而成的棒材组成。该技术与Roebel棒类似。

　　单独的绝缘线沿着电机的轴向连续换位（continuously transposed）。绞线的位置是预设好的（predefined），不像PIW那样随意。轴向换位（axial transposition）确保了FLW棒的平衡热特性。由于平行绞线之间的电压差很小，所以薄的钢绞线绝缘便足够。

　　Litz线的连接用BRUSA的专利技术实现，以形成设计的绕组模式（winding pattern）。

　　FLW可实现的填充系数与HPW相当。FLW的频率相关损失来自趋肤效应和邻近效应。通过选择横截面较小（small cross sections）的绞线，可以减少这些效应的影响。线内的循环电流应该是最小的凯时国际app首页登录入口，因为扭曲绞线的电气对称（electrically symmetrical due to its twisted nature）。

　　电机规格一个六极永磁辅助磁阻机（简称PMaRel，也称为内部永磁机或IPM）

　　用梯形槽，这使得槽的面积更宽，槽内的铜面积更大。在槽的面积(slot area)和铁齿的宽度(width of the iron teeth)之间有一个权衡（trade-off）。为确保研究的公平性，梯形槽（trapezoidal slots）设计是为了具有与HPW和FLW设计的矩形槽（rectangular slots）具有相同的扭矩能力。

　　绕组是由每条槽的六束平行铜绞线（six bundles of parallel strands）组成。铜线毫米。实现的填充系数为42.2%，总铜面积为22.9平方毫米。槽内钢绞线的分布是随机的（stochastic）。

　　使用矩形槽，绕组是一个六层的拓扑结构（six-layer topology）。每根棒的横截面为4平方毫米。实现的填充系数为52%。

　　使用FLW，每条槽中堆放两根FLW棒。每条棒（Each bar）是由直径为1.29毫米（AWG16）的单独导体线（individual conductor strands）组成。这些线沿着棒的有效长度扭曲。这样就形成了一个磁和热平衡的棒。各股之间是绝缘的，整个棒材也是绝缘的，类似于用于HPW的棒材。

　　PIW的填充系数比HPW和FLW低，但较大的插槽面积减少了每个插槽实际铜面积的差异。PIW的铜面积仅比HPW和FLW的铜面积分别小4.2%和5.4%。FLW具有明显的优势，可实现更紧凑的电机设计。

　　相位电阻（phase resistance）按照150◦C的温度运行期间表现出的电频率范围在MAT LAB中进行计算。

　　从相位电阻的计算结果可以看出几点。PIW的直流电阻较高，是因为末端绕组较长。PIW在高频率下表现出的相位电阻明显上升，即使是在最佳的几何布置下，也是如此，这是由于循环电流造成的。

　　HPW和FLW的交流电阻之差与电频率成二次方。这在低速时是不是太明显。FLW和HPW在500赫兹时的相位电阻分别为1.01 pu和1.17 pu。

　　在高速情况下，差异更为突出，在1500赫兹时，相位电阻为1.07 pu（FLW）和2.04 pu（HPW）。

　　从下图显示了扭矩-速度曲线和机械功率（a）、铜损（b）、铁损（c）和效率（d）。

　　在24000转/分的情况下，铜损情况PIW是FLW的三倍，HPW比FLW高62%。当扭矩相同时，三种电机的铁损失（参见图c）是相似的。

　　如图d所示，由于这两种因素，PIW和HPW的效率较低。在高速电机中，FLW具有优势，因为效率直接影响到车辆续航所需的电池容量。

　　下图显示在150◦C的等温运行下，三种设计的性能情况，显示了可实现的扭矩（a），机械功率（b），铜损失（c）和铁损失（d）。

　　图a和图b显示，FLW在所有速度下扭矩和功率都具有明显优势。FLW在最大速度下的最大功率为89千瓦，而PIW只有60千瓦，HPW为73千瓦。

　　图c显示，三种技术在最大速度下的铜损是相似的。这表明FLW的电阻较小，允许更高的绕组电流，也会导致更高的铁损，参见图d。扭矩和功率的提高也是由于末端绕组的紧凑性，因为更紧凑的绕组头意味着更好的铜与灌封材料（potting material）的比率，因此也就有了更好的热性能（better thermal behavior）。绕组和冷却套的热连接有助于低速性能的提高。

　　FLW的静止扭矩几乎达到150 Nm，而HPW只有130 N m，PIW为123 N m。三种技术的直流相位电阻非常相似，特别是HPW和FLW，因此，扭矩的差异只能用三种技术的热特性来解释。

　　在连续功率密度和效率方面，PIW在高速电机应用上不具有优势。该技术表现出较高的铜损和较低的效率，因为在整个速度范围内相位电阻较高（the higher phase resistance over the whole speed range）。损耗不仅是效率问题，也意味着连续运行中额外热量需要散热。PIW的热特性进一步增加了绕组冷却的挑战。

　　与PIW相比，HPW的直流相位电阻有改善，但在高速情况下，交流效应（AC effects）变得显著，导致高铜损。但是，HPW良好的热性能降低了铜损耗对电机总损耗的影响，进而可以获得更高的连续功率（higher continuous power）和更高的效率。

　　FLW非常适用于具有薄槽的高速应用（high-speed applications with thin slots）。填充系数与HPW相当，末端绕组紧凑，这都是低直流电阻的原因。导线的连续移位使所有的磁通量得以平衡，而不像PIW那样因铜线随意排布产生较多的循环电流。

　　绞线的扭曲和紧凑的末端绕组也改善了热性能凯时国际app首页登录入口。FLW可以实现最高的连续功率密度和效率。研究表明，在所选择的绕组配置中，FLW具有最高的性能指标。

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