永磁同步電機性能取得新進展:焊縫槽優(yōu)化設計大幅提升效率

隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，對高性能驅動電機的需求日益增長，這些電機需要具備高效率、高扭矩和高可靠性。新能源汽車驅動電機的定子鐵心通常由0.20mm至0.35mm的硅鋼片通過疊壓和焊接成型。在某些電機設計方案中，為了加強鐵心的強度或其他工程需要，會設計出不同數(shù)量和尺寸形狀的焊槽。 這些焊槽勢必在三相感應電勢的平衡度方面造成影響，這可能會影響電機的磁通分布、電磁性能和整體效率。盡管已有文獻分析了定子焊槽對永磁電機性能的影響，并提出了優(yōu)化建議，但在實際工程應用中焊縫槽的設計存在差異，因此有必要進一步研究焊縫槽的數(shù)量和尺寸對永磁同步電機性能的具體影響。 首鋼智新李廣林等研究人員通過仿真分析和實驗驗證，分析了焊縫槽的設計對電機性能的具體影響，并提出了優(yōu)化建議。他們針對新能源汽車用6極54槽永磁同步電機，首先通過仿真分析了焊槽尺寸形狀、焊槽位置和焊槽數(shù)量對于電機三相感應電勢不平衡度的影響。在此基礎上，進一步仿真分析了在不同定子槽數(shù)和電機極數(shù)下，電機三相感應電勢不平衡度的變化規(guī)律。研究中設計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。仿真結果顯示，兩種焊縫槽的反電勢波形基本相同，但具有DeepenedW型焊縫槽的電機模型的鐵心損耗稍偏大，且轉矩脈動也稍偏大。

圖 1 兩種焊縫槽空載下的定子磁通密度 帶載性能對比分析表明，DeepenedW模型的三相感應電動勢波形畸變程度較大，且隨著加載的增加而增大。此外，焊槽的寬度和深度均對三相感應電動勢的不平衡度產(chǎn)生影響，且隨著焊槽寬度或深度的減小，三相感應電動勢的不平衡度逐漸減小。研究還發(fā)現(xiàn)，從減小三相感應電勢不平衡的角度出發(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)量和類型的樣機，并在新能源汽車驅動電機專用臺架上進行了實驗測試，實驗結果與仿真分析一致，進一步驗證了仿真分析的準確性。

圖 2 兩模型100%負載時的定子磁密云圖 通過研究人員的仿真分析和實驗驗證得出了以下結論，可以為新能源汽車用永磁同步電機的定子鐵心焊縫設計提供重要的參考依據(jù)，有助于優(yōu)化電機設計，提高電機的性能和效率。 1.對于6極54槽新能源汽車用永磁同步電機，焊槽的寬度和深度均會影響電機的三相感應電勢的不平衡度，且寬度或深度越大，電機的三相感應電勢的不平衡度越大。 2.從減小三相感應電勢不平衡的角度出發(fā)，定子焊槽的數(shù)量不適宜選用極數(shù)的整數(shù)倍，這是因為選用極數(shù)的整數(shù)倍會導致三相感應電動勢偏差值相對較大。 3.電機的三相電壓和電流的平衡度會影響電機的扭矩輸出和運行效率，不平衡度越小越有利于提升電機的輸出扭矩和運行效率。 因此，優(yōu)化焊縫槽的設計對于提高永磁同步電機的性能至關重要。