永磁同步電機(jī)性能取得新進(jìn)展:焊縫槽優(yōu)化設(shè)計(jì)大幅提升效率

隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求日益增長(zhǎng)，這些電機(jī)需要具備高效率、高扭矩和高可靠性。新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子鐵心通常由0.20mm至0.35mm的硅鋼片通過(guò)疊壓和焊接成型。在某些電機(jī)設(shè)計(jì)方案中，為了加強(qiáng)鐵心的強(qiáng)度或其他工程需要，會(huì)設(shè)計(jì)出不同數(shù)量和尺寸形狀的焊槽。 這些焊槽勢(shì)必在三相感應(yīng)電勢(shì)的平衡度方面造成影響，這可能會(huì)影響電機(jī)的磁通分布、電磁性能和整體效率。盡管已有文獻(xiàn)分析了定子焊槽對(duì)永磁電機(jī)性能的影響，并提出了優(yōu)化建議，但在實(shí)際工程應(yīng)用中焊縫槽的設(shè)計(jì)存在差異，因此有必要進(jìn)一步研究焊縫槽的數(shù)量和尺寸對(duì)永磁同步電機(jī)性能的具體影響。 首鋼智新李廣林等研究人員通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分析了焊縫槽的設(shè)計(jì)對(duì)電機(jī)性能的具體影響，并提出了優(yōu)化建議。他們針對(duì)新能源汽車(chē)用6極54槽永磁同步電機(jī)，首先通過(guò)仿真分析了焊槽尺寸形狀、焊槽位置和焊槽數(shù)量對(duì)于電機(jī)三相感應(yīng)電勢(shì)不平衡度的影響。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步仿真分析了在不同定子槽數(shù)和電機(jī)極數(shù)下，電機(jī)三相感應(yīng)電勢(shì)不平衡度的變化規(guī)律。研究中設(shè)計(jì)了兩種不同形狀和尺寸的焊縫槽，分別為DeepenedW型和TinyW型，用于氬弧焊接。仿真結(jié)果顯示，兩種焊縫槽的反電勢(shì)波形基本相同，但具有DeepenedW型焊縫槽的電機(jī)模型的鐵心損耗稍偏大，且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也稍偏大。

圖 1 兩種焊縫槽空載下的定子磁通密度 帶載性能對(duì)比分析表明，DeepenedW模型的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形畸變程度較大，且隨著加載的增加而增大。此外，焊槽的寬度和深度均對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的不平衡度產(chǎn)生影響，且隨著焊槽寬度或深度的減小，三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的不平衡度逐漸減小。研究還發(fā)現(xiàn)，從減小三相感應(yīng)電勢(shì)不平衡的角度出發(fā)，定子焊槽的數(shù)量不適宜選用極數(shù)的整數(shù)倍。最后，研究者制作了具有不同焊縫槽數(shù)量和類(lèi)型的樣機(jī)，并在新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)專(zhuān)用臺(tái)架上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真分析的準(zhǔn)確性。

圖 2 兩模型100%負(fù)載時(shí)的定子磁密云圖 通過(guò)研究人員的仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出了以下結(jié)論，可以為新能源汽車(chē)用永磁同步電機(jī)的定子鐵心焊縫設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)，有助于優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)，提高電機(jī)的性能和效率。 1.對(duì)于6極54槽新能源汽車(chē)用永磁同步電機(jī)，焊槽的寬度和深度均會(huì)影響電機(jī)的三相感應(yīng)電勢(shì)的不平衡度，且寬度或深度越大，電機(jī)的三相感應(yīng)電勢(shì)的不平衡度越大。 2.從減小三相感應(yīng)電勢(shì)不平衡的角度出發(fā)，定子焊槽的數(shù)量不適宜選用極數(shù)的整數(shù)倍，這是因?yàn)檫x用極數(shù)的整數(shù)倍會(huì)導(dǎo)致三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)偏差值相對(duì)較大。 3.電機(jī)的三相電壓和電流的平衡度會(huì)影響電機(jī)的扭矩輸出和運(yùn)行效率，不平衡度越小越有利于提升電機(jī)的輸出扭矩和運(yùn)行效率。 因此，優(yōu)化焊縫槽的設(shè)計(jì)對(duì)于提高永磁同步電機(jī)的性能至關(guān)重要。