Bachelor's Thesis

Analysis of the leakage reactance of the ends of the hairpin winding of a traction electric motor

Final Thesis 9.61 MB Appendix 28.81 kB

Author of thesis: Bc. Aleš Neterda

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the analysis of end-winding leakage inductance of a
traction electric motor with hairpin winding. The first part of the thesis describes wind-
ing technologies used in traction motors for automotive applications. Individual types of
windings are introduced, while the following part of the thesis focuses mainly on hair-
pin winding, its manufacturing process, conductor shapes and winding layout design.
Selected winding parameters are also explained and analytically described, including a
numerical example and visualization. These parameters mainly include resistance and
inductance, whose influence on the behaviour of an electric machine is examined.
The main part of the thesis focuses on methods for determining the end-winding leakage
inductance. These methods include the finite element method, analytical approaches,
the Neumann integral, the method of images and the PEEC method. In the practical
part, these methods are applied to a real model of a synchronous motor with hairpin
winding. The end-winding leakage inductance is determined using 2D and 3D models
in Ansys Electronics Desktop and a simplified PEEC-based calculation implemented in
Python.
The aim of the thesis is to describe possible approaches for calculating end-winding
leakage inductance, to compare the simplified numeric-analytic method with the finite
element method, and then to evaluate the results using measured data from a real motor
provided by Garrett Motion s.r.o.

Keywords:

hairpin winding, traction motor, end-winding leakage inductance, leakage reactance,
finite element method, PEEC method, Neumann integral, method of images

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval bakalářskou príci na téma Analýza rozptylové reaktance čel Hairpinového vinutí trakčního elektromotoru. Shrnul cíle bakalářské práce. Prezentoval motivaci k řešení dané problematiky. Popsal parametry, které byly použity k nastavení výpočtu. Popsal výpočty provedené v prostředí MOTORCAD. Shrnul a vyhodnotil dosažené výsledky. Popsal metodu zrcadlení použitou v simulacích. Dále prezentoval PEEC metodu. Prezentoval model motoru, který student v rámci své práce analyzoval. Shrnul a vyhodnotil výsledky získané různými metodami. Student odpověděl na otázky komise a oponenta.

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Power Electrical and Electronic Engineering

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Bohuslav Bušov, CSc. (člen)
Ing. Petr Huták, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Student Aleš Neterda vypracoval svou bakalářskou práci na téma Analýza rozptylové reaktance čel Hairpinového vinutí trakčního elektromotoru. Práce byla vypracována ve spolupráci se společností Garrett Motion a měla za cíl analyzovat hairpin vinutí trakčního elektromotoru z pohledu rozptylových reaktancí. Odborným konzultantem v Garrett Motion byl Ing. Chmeliček Petr, Ph.D.

-    Z hlediska zadání práce autor splnil veškeré body zadání. Toto hledisko tedy hodnotím stupněm výborně.

-    Prezentační úroveň: Z hlediska struktury je práce přehledná a obsahuje kvalitní ilustrace. Prezentační úroveň práce hodnotím stupněm výborně.

-    Jazykové a formální hledisko: Autor napsal text, který je převážně odborný a srozumitelný. Práce je psaná v angličtině. Hledisko hodnotím stupněm výborně.

-    Práce s literaturou: Autor citoval 39 literárních zdrojů. Hledisko práce autora s literaturou tak hodnotím stupněm výborně.

-    Výsledek a přínos práce: Autor zpracoval poměrně obsáhlé téma. Čela vinutí analyzoval jak numericky, tak i analyticky. Výsledky jsou srovnány s měřením. Přínos práce přesahuje rámec bakalářské práce a hodnotím tak stupněm výborně.

-    Pracovní přístup: Autor pracoval usilovně a převážně samostatně. Jednoznačně prokázal samostatnou schopnost řešit zadaný problém, a proto hledisko práce autora hodnotím stupněm výborně.

Shrnutí:
Autor se problematice věnoval usilovně a svědomitě, přičemž prokázal schopnost samostatně řešit zadanou problematiku na vysoké odborné úrovni. Výsledky práce mají praktický přínos. S ohledem na výše uvedené hodnotím práci stupněm A – výborně a práci doporučuji k obhajobě. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 100
Známka navržená vedoucím: A Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D.

Práce se zabývá analýzou rozptylové indukčnosti čel hairpinového vinutí trakčního elektromotoru. V první části se autor věnuje vinutím pro aplikace v automobilním průmyslu. Dále se zaměřuje na hairpinové (vlásenkové) vinutí a metody výpočtu parametrů vinutí jako je odpor a indukčnost. Připravil 2D a 3D model hairpinového vinutí v programu Ansys se zaměřením na výpočet rozptylové indukčnosti čel. Dále nastudoval a aplikoval analyticko-numerický PEEC výpočet indukčnosti. Nakonec provedl srovnání s naměřenými hodnotami, dodanými k analyzovanému vinutí průmyslovým partnerem.
Hlavním přínos práce autor spatřuje v ověření, že zjednodušený analyticko-numerický PEEC výpočet může být použit jako rychlá metoda pro odhad čelní rozptylové indukčnosti hairpinového vinutí.
Práce je logicky strukturovaná, přehledná, obsahuje řadu odkazů na literaturu. Svým rozsahem a obtížností řešené problematiky je práce značně nadstandardní a dosahuje úrovně spíše diplomové práce.
Zadání bakalářské práce bylo úspěšně splněno. Práce má vynikající úroveň a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Diskutujte prosím detailněji výsledky měření a výpočtu fázové indukčnosti a rozptylové indukčnosti čel v kontextu zmíněného zanedbání paralelních větví vinutí. Proč předpokládáte snížení rozptylové indukčnosti čel přibližně na polovinu a u fázové indukčnosti toto neuvažujete? Jakou předpokládáte vzájemnou indukčnost paralelních větví vinutí. Jak jsou tyto paralelní větve konkrétně provedeny?
Points proposed by reviewer: 99

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová