Published February 12, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Electromagnetic and Thermal Analysis of Interior Permanent Magnet Motors Using Filled Slots and Hairpin Windings

Creators

  • 1. Hanoi University of Science and Technology

Description

This paper analyzes the electromagnetic and thermal design of interior permanent magnet motors using filled slots and hairpin windings for electric vehicle applications. Two models of ∇ shape of the interior permanent magnet motors have been proposed to evaluate the temperature distribution and cogging torque performance. A narrow opening slot of the interior permanent magnet of 48 slots/8 poles with the filled winding has been designed to investigate the electromagnetic torque because the cogging torque depends on opening stator slots. A parallel–rectangle slot of the interior permanent magnet with the hairpin winding has been also implemented with finite element analysis to evaluate their performances. Normally, the slot opening of the interior permanent magnet stator equals the slot width, it is greater than the size of hairpin windings, and the cogging torque is increased significantly with a bigger slot opening. The main advantage of the hairpin winding design is the high slot fill factors. Hence, the lower the current density, the higher torque, and efficiency are, than the normal design with the same geometry parameters. To improve the cogging torque due to the wide slot opening, the step–skew rotor slices have been arranged to minimize the torque ripple with different skewing angles.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تحلل هذه الورقة التصميم الكهرومغناطيسي والحراري للمحركات المغناطيسية الداخلية الدائمة باستخدام فتحات مملوءة ولفائف دبوس الشعر لتطبيقات المركبات الكهربائية. تم اقتراح نموذجين لشكل محركات المغناطيس الداخلي الدائم لتقييم توزيع درجة الحرارة وأداء عزم الدوران المسنن. تم تصميم فتحة فتح ضيقة للمغناطيس الداخلي الدائم من 48 فتحة/8 أعمدة مع اللف المملوء لفحص عزم الدوران الكهرومغناطيسي لأن عزم دوران الترس يعتمد على فتح فتحات العضو الساكن. كما تم تنفيذ فتحة مستطيلة متوازية للمغناطيس الدائم الداخلي مع لف دبوس الشعر مع تحليل العناصر المحدودة لتقييم أدائها. عادةً ما تكون فتحة الجزء الثابت الداخلي للمغناطيس الدائم مساوية لعرض الفتحة، وهي أكبر من حجم لفائف دبوس الشعر، ويزداد عزم دوران الترس بشكل كبير مع وجود فتحة أكبر. الميزة الرئيسية لتصميم لف دبوس الشعر هي عوامل ملء الفتحة العالية. وبالتالي، كلما كانت كثافة التيار أقل، كان عزم الدوران والكفاءة أعلى من التصميم العادي بنفس متغيرات الشكل الهندسي. لتحسين عزم الدوران المسنن بسبب فتحة الفتحة العريضة، تم ترتيب شرائح الدوار ذات الانحراف المتدرج لتقليل تموج عزم الدوران بزوايا انحراف مختلفة.

Translated Description (French)

Cet article analyse la conception électromagnétique et thermique des moteurs intérieurs à aimants permanents en utilisant des fentes remplies et des enroulements en épingle à cheveux pour les applications de véhicules électriques. Deux modèles de forme des moteurs intérieurs à aimants permanents ont été proposés pour évaluer la distribution de la température et la performance du couple de crantage. Une fente d'ouverture étroite de l'aimant permanent intérieur de 48 fentes/8 pôles avec l'enroulement rempli a été conçue pour étudier le couple électromagnétique car le couple de denture dépend de l'ouverture des fentes du stator. Une fente rectangulaire parallèle de l'aimant permanent intérieur avec l'enroulement en épingle à cheveux a également été mise en œuvre avec une analyse par éléments finis pour évaluer leurs performances. Normalement, l'ouverture de la fente du stator intérieur à aimant permanent est égale à la largeur de la fente, elle est supérieure à la taille des enroulements en épingle à cheveux, et le couple de denture est augmenté de manière significative avec une ouverture de fente plus grande. Le principal avantage de la conception de l'enroulement en épingle à cheveux est les facteurs de remplissage élevés des fentes. Par conséquent, plus la densité de courant est faible, plus le couple et l'efficacité sont élevés par rapport à la conception normale avec les mêmes paramètres géométriques. Pour améliorer le couple de crémaillère en raison de l'ouverture large de la fente, les tranches de rotor à pas oblique ont été agencées pour minimiser l'ondulation du couple avec différents angles d'obliquité.

Translated Description (Spanish)

Este documento analiza el diseño electromagnético y térmico de motores interiores de imanes permanentes que utilizan ranuras llenas y bobinados de horquilla para aplicaciones de vehículos eléctricos. Se han propuesto dos modelos de forma de los motores interiores de imanes permanentes para evaluar la distribución de la temperatura y el rendimiento del par de engranaje. Se ha diseñado una ranura de apertura estrecha del imán permanente interior de 48 ranuras/8 polos con el devanado lleno para investigar el par electromagnético porque el par de engranaje depende de la apertura de las ranuras del estator. También se ha implementado una ranura paralelo-rectangular del imán permanente interior con el devanado de horquilla con análisis de elementos finitos para evaluar sus rendimientos. Normalmente, la abertura de la ranura del estator de imán permanente interior es igual al ancho de la ranura, es mayor que el tamaño de los devanados de la horquilla y el par de torsión se incrementa significativamente con una abertura de ranura más grande. La principal ventaja del diseño de bobinado de horquilla son los altos factores de relleno de la ranura. Por lo tanto, cuanto menor sea la densidad de corriente, mayor será el par y la eficiencia que el diseño normal con los mismos parámetros de geometría. Para mejorar el par de torsión debido a la amplia abertura de la ranura, las rodajas del rotor de inclinación escalonada se han dispuesto para minimizar la ondulación del par de torsión con diferentes ángulos de inclinación.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل الكهرومغناطيسي والحراري للمحركات المغناطيسية الداخلية الدائمة باستخدام فتحات مملوءة ولفائف دبوس الشعر
Translated title (French)
Analyse électromagnétique et thermique des moteurs à aimants permanents intérieurs à l'aide de fentes remplies et d'enroulements en épingle à cheveux
Translated title (Spanish)
Análisis electromagnético y térmico de motores interiores de imanes permanentes con ranuras rellenas y devanados en horquilla

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4212881978
DOI
10.48084/etasr.4683

Is supplement to
https://openalex.org/W4376115851 (Other)
https://openalex.org/W4311432089 (Other)
https://openalex.org/W4289260432 (Other)
https://openalex.org/W3097801783 (Other)
https://openalex.org/W3092732170 (Other)
https://openalex.org/W3048131604 (Other)
https://openalex.org/W2588746103 (Other)
https://openalex.org/W2207109881 (Other)
https://openalex.org/W1976191344 (Other)
https://openalex.org/W1974141457 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W2000707425
  • https://openalex.org/W2022995682
  • https://openalex.org/W2046990436
  • https://openalex.org/W2124227376
  • https://openalex.org/W2538890184
  • https://openalex.org/W2911883119
  • https://openalex.org/W2976876443
  • https://openalex.org/W2994128662
  • https://openalex.org/W3040014249
  • https://openalex.org/W3095507669
  • https://openalex.org/W3172029324
  • https://openalex.org/W3205166052