在過去的幾年中，工業(yè)領(lǐng)域的需求更加關(guān)注更綠色、更輕、更高效、更可靠的技術(shù)，汽車、船舶和航空航天工業(yè)正在取代傳統(tǒng)的液壓、氣動(dòng)和機(jī)械系統(tǒng)，這些創(chuàng)新的技術(shù)能顯著減少燃料使用/排放，電機(jī)技術(shù)正在不斷增加在這些領(lǐng)域中的作用。車輛性能對(duì)組件的功率/扭矩和質(zhì)量非常敏感，最大化功率重量比或扭矩重量比始終是運(yùn)輸領(lǐng)域電機(jī)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。
有多種方法可用于增加功率電機(jī)中的密度，簡單地說，主要操縱兩個(gè)參數(shù)來最大化它：輸出扭矩和角速度。根據(jù)洛倫茲力法，最大比值為電機(jī)轉(zhuǎn)子體積的電磁轉(zhuǎn)矩機(jī)器可以表示為磁性之間的乘積和電負(fù)載，電負(fù)載處理導(dǎo)體的電流密度依賴于冷卻系統(tǒng)。
今天，人們?cè)絹碓叫枰獜?qiáng)大計(jì)算工具來分析復(fù)雜熱流體現(xiàn)象，創(chuàng)新的冷卻系統(tǒng)增加電流密度，新型絕緣材料來承受的非常高溫 。另一方面，開發(fā)具有優(yōu)良特性的新材料 來優(yōu)化磁特性，以增加磁負(fù)載。角速度代表第二個(gè)參數(shù)最大化功率密度，增加它來實(shí)現(xiàn)更緊湊、更輕的設(shè)計(jì)。除了它們的磁性外，今天的電機(jī)所使用的材料必須具有良好的機(jī)械性能特性以承受當(dāng)今所需的高速。除了電機(jī)機(jī)械性能的研究，在很多電力電子層面進(jìn)行了改進(jìn)，基于各種帶寬新功率器件市場(chǎng)的到來，使電機(jī)具有更高基頻。
發(fā)夾式繞組在專為高功率和扭矩密度設(shè)計(jì)的電機(jī)中得到了越來越多的應(yīng)用和發(fā)展，由于其固有的高填充因子，它們?cè)谶\(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域非常有吸引力，在這些領(lǐng)域中，這些特性被視為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。高的工作頻率有助于為了提高電機(jī)的功率密度，但是會(huì)增加鐵芯和繞組的功率損耗 ，更快的設(shè)備換向會(huì)觸發(fā)部分放電和線圈絕緣的更快退化。影響電機(jī)的功率密度的關(guān)鍵兩個(gè)主要參數(shù)，即扭矩和速度，繞組技術(shù)是目前提高電機(jī)性能的主要瓶頸。
發(fā)夾式繞組已被開發(fā)，這些通常僅限于實(shí)心導(dǎo)體，從而導(dǎo)致高交流損耗，氣隙磁通密度主要通過改善材料的電磁特性和線性的電流密度。新的系統(tǒng)工具來改進(jìn)熱管理操作條件，例如創(chuàng)新的分析工具、優(yōu)化控制。
機(jī)械性能材料，例如：增加產(chǎn)量強(qiáng)度不影響磁性。優(yōu)化機(jī)器設(shè)計(jì)，例如：最佳極對(duì)數(shù)，互動(dòng)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。寄生效應(yīng)，例如：集膚補(bǔ)償效果，提高可靠性。繞線技術(shù)來降低繞組電阻，例如：通過更大的電線直徑，減少端部繞組長度。減少交流寄生效應(yīng)，例如：通過多鏈和更小的線徑，通過減少雜散電感最佳端部繞組形狀。增加填充因子，例如：通過預(yù)成型的異型線。
為了滿足在高基頻 (>1kHz) 下工作的要求，線圈通常需要多股小橫截面積或利茲線以減少損耗并具有適當(dāng)?shù)慕^緣來承受邊緣的高頻率，這反過來又會(huì)導(dǎo)致整體填充不佳因素，大端繞組，更高的線圈熱阻，以及繞組故障的可能性更高。新的繞組概念需要制造技術(shù)來減輕這些要求，高可靠性和高功率密度的電機(jī)需要滿足汽車和航空航天領(lǐng)域的填充系數(shù)和低損耗要求。
結(jié)論
發(fā)夾繞組越來越多出現(xiàn)在高功率和扭矩密度設(shè)計(jì)的電機(jī)中，高填充因子使它們?cè)谄囶I(lǐng)域中非常有吸引力，在這些應(yīng)用中，這些特性被視為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。高工作頻率也有助于提高電機(jī)的功率密度，然而，在高基頻下，發(fā)夾式繞組的特點(diǎn)是由于趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)導(dǎo)致焦耳損失增加。因此，這些技術(shù)是在引入新機(jī)遇的同時(shí)，仍有一些挑戰(zhàn)需要解決，這些包括制造方面、接觸過程、熱管理等。
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