轴向磁通永磁电机具有功率密度高、体积小等优势，适用于对电机性能和安装空间有较高要求的领域，如航空航天、可再生能源、电动汽车等。高功率密度轴向磁通永磁电机的电磁负荷和热负荷都趋于极限，并且受到趋肤效应、邻近效应和外部磁场的影响，导致绕组交流铜耗较大、温升较高，将严重影响电机的性能和绝缘材料的寿命。因此，扁铜线交流铜耗的精确计算与抑制十分重要。采用三维瞬态场计算交流铜耗，虽然可以获得精确的结果，但存在计算时间长和对计算机性能要求高的问题。

为了权衡计算精度与计算时间，沈阳工业大学电气工程学院的武岳、张志锋，提出一种混合解析计算的方法。该方法将三维有限元与解析法相结合，可以考虑趋肤效应、邻近效应和外部磁场对交流铜耗的影响。为了抑制交流铜耗，提出采用扁线立绕的导体排列方式。

图1 双转子单定子轴向磁通永磁电机

图2 绕组结构与样机

研究者利用该方法对不同导体排列方式的交流铜耗和电机效率进行计算，并通过三维瞬态场有限元进行验证。

图3 电机测试实验平台

他们发现，所提出扁线立绕的导体排列方式，可以有效抑制扁铜线交流铜耗，提高电机效率。在额定工况下，与扁线平绕相比，扁线立绕的交流铜耗减小了36.9%。并且随着频率增加，差异越来越明显。因此，为抑制交流铜耗应尽可能减小槽口处的导体数量，选择合适的导体排列方式。为在不改变电机拓扑结构的前提下，抑制扁铜线交流铜耗提供了参考。

图4 效率对比

此外，他们指出，混合解析计算方法可以考虑趋肤效应、邻近效应和外部磁场对扁铜线交流铜耗的影响。利用该方法计算交流铜耗具有计算精度高和计算时间短的优势。该方法还适用于快速分析不同扁铜线排列方式对交流铜耗的影响，为快速准确地计算扁铜线交流铜耗提供了参考，同时也为优化高功率密度电机设计提供了基础。

本工作成果发表在2023年第24期《电工技术学报》，论文标题为“轴向磁通永磁电机扁铜线交流铜耗的混合解析计算及抑制”。