CN113691038B - 永磁同步电机中的电机定子及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机中电机定子的设计方法及电机定子，其中所述方法包括：采用焊接工艺制备所述永磁同步电机中电机定子的N个宽浅型焊道，以通过降低所述宽浅型焊道对所述永磁同步电机的磁路影响，来降低所述永磁同步电机中三相电压和三相电流的不平衡。采用本发明，能降低现有技术中内置式永磁同步电机中三相电压和三相电流不平衡的现象。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机中的电机定子及其设计方法。
背景技术
今年来，随着新能源汽车领域的大力发展，空调领域不断的能效提升、及其他行业对节能减排的迫切需求，内置式永磁同步电机的应用数量和应用领域正在急剧的扩大。此外，由于内置式永磁同步电机的励磁特性和结构特点，这种电机需要配置专用的电机控制器进行驱动控制。
而作为内置式永磁同步电机的性能评估方法之一，是在电机控制器(也可称为驱动控制器)的作用下，在专用的测试台架上进行综合性能的性能测试。而在内置式永磁同步电机的测试过程中，通过配置的电流和电压检测装置，通常能够发现内置式永磁同步电机的三相电压和三相电流存在不平衡的现象，不平衡严重者可达10％以上。这种三相电压和三相电流不平衡的现象，会使得电机发热严重，严重时会使得电机损坏。
因此，如何设计一种降低三相电压和三相电流不平衡的内置式永磁同步电机是目前亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例通过提供一种永磁同步电机中电机定子的设计方法及电机定子，能降低现有技术中内置式永磁同步电机中三相电压和三相电流不平衡的现象。
一方面，本申请通过本申请的一实施例提供一种永磁同步电机中电机定子的设计方法，其中所述方法包括：采用焊接工艺制备所述永磁同步电机中电机定子的N个宽浅型焊道，以通过降低所述宽浅型焊道对所述永磁同步电机的磁路影响，来降低所述永磁同步电机中三相电压和三相电流的不平衡；
其中，N为正整数。
可选地，N个所述宽浅型焊道均匀布置在所述电机定子中。
可选地，当N为9时，9个所述宽浅型焊道沿圆周方向间隔40°布置在所述电机定子中。
可选地，所述宽浅型焊道包括a个折线段和b个弧线段，a和b均为正整数。
可选地，a为2，b为1。
可选地，所述弧线段的半径大于0.5mm，且小于或等于1mm。
可选地，所述宽浅型焊道采用沿宽度方向伸张、沿深度方向减小的设计方式制备而成。
可选地，所述方法还包括：
在所述永磁同步电机的性能测试中，为所述永磁同步电机匹配对应的电机控制器，并确定所述电机控制器的控制参数；
根据所述电机控制器的控制参数，对所述永磁同步电机的三相电压和三相电流进行测试。
可选地，所述确定所述电机控制器的控制参数包括：
根据预设的参数调整线图，确定出所述三相电压或所述三相电流超过对应预设阈值时的所述控制参数；
其中，所述参数调整线图包括所述三相电压或所述三相电流与所述控制参数的对应关系，所述控制参数包括所述电机控制器的开关频率和所述电机控制器的三相调制系数。
另一方面，本申请通过本申请的一实施例提供一种永磁同步电机中的电机定子，所述电机定子为采用如上所述的永磁同步电机中电机定子的设计方法制备而成的电机定子。
另一方面，本申请通过本申请的一实施例提供一种永磁同步电机，所述永磁同步电机包括采用如上所述的永磁同步电机中电机定子的设计方法制备而成的电机定子。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请采用焊接工艺制备所述永磁同步电机中电机定子的N个宽浅型焊道，以通过降低所述宽浅型焊道对所述永磁同步电机的磁路影响，来降低所述永磁同步电机中三相电压和三相电流的不平衡；其中，N为正整数。这样能从电机本体因素上来改善永磁同步电机三相不平衡的现象，降低现有技术中内置式永磁同步电机中三相电压和三相电流不平衡的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种永磁同步电机中电机定子的设计方法的流程示意图。
图2是本申请实施例提供的一种带宽浅型焊道的电机定子的结构示意图。
图3是现有技术提供的一种宽浅型焊道的形状示意图。
图4是本申请实施例提供的一种宽浅型焊道的形状示意图。
图5是本申请实施例提供的另一种宽浅型焊道的形状示意图。
图6是本申请实施例提供的一种现有和本申请宽浅型焊道的形状对比示意图。
图7是本申请实施例提供的一种试验设计DOE结果的示意图。
具体实施方式
申请人在提出本申请的过程中还发现：由于内置式永磁同步电机的三相电压和三相电流不平衡现象的存在，还会使得(内置式永磁同步)电机在上台架测试电机性能过程中，无法准确评估相同规格的不同电机之间的性能差异，从而使得设计开发人员无法准确评估所开发电机的优劣性。而这种内置式永磁同步电机的三相电压和三相电流存在不平衡的现象原因，主要包括内置式永磁同步电机本体因素和电机控制器因素。其中，内置式永磁同步电机本体因素包括设计因素和加工因素，控制器因素包括硬件、软件和参数因素。
本申请实施例通过提供一种永磁同步电机中电机定子的设计方法，解决了现有技术中内置式永磁同步电机的三相电压和三相电流不平衡现象的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：采用焊接工艺制备所述永磁同步电机中电机定子的N个宽浅型焊道，以通过降低所述宽浅型焊道对所述永磁同步电机的磁路影响，来降低所述永磁同步电机中三相电压和三相电流的不平衡；其中，N为正整数。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
请参见图1，是本申请实施例提供一种永磁同步电机中电机定子的设计方法的流程示意图。如图1所示的方法包括如下实施步骤：
S101、采用焊接工艺制备永磁同步电机中电机定子的N个宽浅型焊道，N为正整数。
在永磁同步电机的设计过程中，本申请通过设计与焊接工艺相匹配的深浅型焊道，来降低深浅型焊道对于永磁同步电机磁路的影响，进而降低对于永磁同步电机三相电压和三相电流不平衡的影响。
在可选实施例中，N个所述宽浅型焊道均匀分布在所述电机定子中，N为系统自定义设置的正整数。以N＝9为例，请参见图2示出本申请的一种带焊道的电机定子的结构示意图。如图2所示，图中9个宽浅型焊道沿圆周方向每间隔40°角度，对称分布在电机定子的圆周上。
在可选实施例中，本申请涉及的所述宽浅型焊道包括a个折线段和/或b个弧线段组成，其中，a和b均为系统自定义设置的正整数。
请一并参见图3，是现有技术提供的一种常规焊道的形状示意图。本申请所述宽浅型焊道正在常规形状焊道的基础上，沿径向切入到电机定子内部的深度大幅度变浅，从而大幅度降低对于电机定子轭部的旋转磁路的阻隔影响。此外，这种宽浅型焊道，它在常规形状焊道的基础上，还增大了焊接区的宽度，从而使得可以用于焊接的有效区域得到扩展，进而使得焊接强度得到提升。
举例来说，以a＝2，b＝1为例，请参见图4是本申请实施例提供的一种宽浅型焊道的形状示意图。如图4中，所述宽浅型焊道由2个折线段和1个弧线段组成。
又举例来说，以b＝3为例，请参见图5是本申请实施例提供的另一种宽浅型焊道的形状示意图。如图5中，所述宽浅型焊道由三个弧线段组成。可选地，本申请设计的所述宽浅型焊道可采用沿宽度方向伸张、沿深度方向缩小/减小的设计方式制备而得。请一并参见图6是本申请实施例提供的一种现有焊道和本申请宽浅型焊道的形状对比示意图。
如图5中，所述宽浅型焊道涉及的参数包括第一弧线段的半径A1、第二弧线段的半径A2、第三弧线段的半径A3、第一弧线段的深度高度H2、弧线段的深度差值H1、所述宽浅型焊道的宽度长度L1及所述第三弧线段的宽度长度L2。
在实际应用中，L1/L2大于1.5，以防止焊接热影响区超出L1的范围而影响电机定子外圆尺寸。H1大于0.2mm(毫米)，以防止焊瘤堆积而影响电机定子外圆尺寸。H2大于0.5mm，且小于1.0mm，以使得焊接熔融一定深度以确保焊接强度，但又不影响电机定子主磁路。A1和A2均大于0.5mm，且小于等于1mm，以便于加工。且A3/A1大于4，以便具有足够的焊接区域。
S102、在所述永磁同步电机的性能测试中，为所述永磁同步电机匹配对应的电机控制器，并确定所述电机控制器的控制参数。
本申请所述电机控制器的控制参数包括所述电机控制器的开关频率和所述电机控制器的三相调制系数。
S103、根据所述电机控制器的控制参数，对所述永磁同步电机的三相电压和三相电流进行测试。
在永磁同步电机的性能测试过程中，本申请通过匹配具有一定三相电压或三相电流输出特性的电机控制器，来降低永磁同步电机三相电压和三相电流不平衡的现象。具体实现时，本申请可根据预设的参数调整线图确定出所述三相电压或三相电流超过对应预设阈值的所述电机控制器的控制参数。
举例来说，对于一台在配置有三相电压和三相电流检测的试验台架上测试的内置式永磁同步电机，使用一台电机控制器进行驱动控制盒测试。测试过程中存在三相电压和三相电流不平衡的现象。
为了改善上述现象，利用minitab工具的试验设计(design of experiment，DOE)方法，寻找电机控制器的开关频率和电机控制器的三相调制系数的最佳设定值，使得该台内置式永磁同步电机在测试台架测试时的电流不平衡值最小。DOE试验设计如下，请参见图7示出一种DOE试验结果示意图，也可称为参数调整线图。如图7示出三相电流不平衡与调制系数和开关频率的等值线图，图示中结果值越小，即三相电流不平衡值越小越好，因而图7中深颜色区域所在位置的电机控制器的开关频率和电机控制器的三相调制系数的最佳设定值。具体如下表1示出电机控制器的控制参数与测试结果的对比表。
表1
| 标准序 | 运行序 | PtType | 区组 | 调制系数 | 开关频率 | 结果 |
| 4 | 1 | 1 | 1 | 10707.11 | 8.56066 | 10.7 |
| 1 | 2 | 1 | 1 | 9292.893 | 6.43934 | 13.9 |
| 3 | 3 | 1 | 1 | 9292.893 | 8.56066 | 10.6 |
| 5 | 4 | 0 | 1 | 10000 | 7.5 | 11.3 |
| 2 | 5 | 1 | 1 | 10707.11 | 6.43934 | 13.7 |
| 10 | 6 | 0 | 2 | 10000 | 7.5 | 11.1 |
| 9 | 7 | -1 | 2 | 10000 | 9 | 7 |
| 6 | 8 | -1 | 2 | 9000 | 7.5 | 12.9 |
| 7 | 9 | -1 | 2 | 11000 | 7.5 | 13.1 |
| 8 | 10 | -1 | 2 | 10000 | 6 | 13.2 |
本申请在确定好所述电机控制器的控制参数(开关频率和三相调制系数)后，按照所述电机控制器的控制参数对永磁同步电机的三相电压和三相电流进行驱动测试。
通过实施本申请，在内置式永磁同步电机的设计过程中，通过设计与焊接工艺相匹配的宽浅型焊道，来降低焊槽对于内置式永磁同步电机磁路的影响，进而降低对于内置式永磁同步电机三相电压和电流不平衡的影响。优点还在于，内置式永磁同步电机的性能测试过程中，通过匹配具有一定三相电压和电流输出特性的电机控制器，来降低内置式永磁同步电机三相电压和电流的不平衡度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种永磁同步电机中电机定子的设计方法，其特征在于，所述方法包括：采用焊接工艺制备所述永磁同步电机中电机定子的N个宽浅型焊道，以通过降低所述宽浅型焊道对所述永磁同步电机的磁路影响，来降低所述永磁同步电机中三相电压和三相电流的不平衡；
其中，N为正整数；
所述宽浅型焊道采用沿宽度方向伸张、沿深度方向减小的设计方式制备而成；
在所述永磁同步电机的性能测试中，为所述永磁同步电机匹配对应的电机控制器，并确定所述电机控制器的控制参数；
根据所述电机控制器的控制参数，对所述永磁同步电机的三相电压和三相电流进行测试；
所述宽浅型焊道参数包括第一弧线段的半径A1、第二弧线段的半径A2、第三弧线段的半径A3、第一弧线段的深度高度H2、所述第二弧线段与所述第三弧线段的深度差值H1、所述宽浅型焊道的宽度长度L1、所述第三弧线段的宽度长度L2；
L1/L2大于1.5，H1大于0 .2mm，H2大于0.5mm，且小于1 .0mm，A1和A2均大于0.5mm，且小于等于1mm，A3/A1大于4。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，N个所述宽浅型焊道等间隔布置在所述电机定子中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当N为9时，9个所述宽浅型焊道沿圆周方向间隔40°布置在所述电机定子中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宽浅型焊道包括a个折线段和/或b个弧线段，a和b均为正整数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述宽浅型焊道包括2个折线段和1个弧线段，或者所述宽浅型焊道包括3个弧线段。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述电机控制器的控制参数包括：
根据预设的参数调整线图，确定出所述三相电压或所述三相电流超过对应预设阈值时的所述控制参数；
其中，所述参数调整线图包括所述三相电压或所述三相电流与所述控制参数的对应关系，所述控制参数包括所述电机控制器的开关频率和所述电机控制器的三相调制系数。
7.一种永磁同步电机中的电机定子，其特征在于，所述电机定子为采用如上权利要求1-6中任一项所述的永磁同步电机中电机定子的设计方法制备而成的。
8.一种永磁同步电机，其特征在于，所述永磁同步电机包括采用如上权利要求1-6中任一项所述的永磁同步电机中电机定子的设计方法制备而成的电机定子。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 064400 No. 025 Zhao'an Street, Qian'an Economic Development Zone, Tangshan City, Hebei Province Patentee after: Shougang Zhixin Electromagnetic Materials (Qian'an) Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 064400 No. 025, Zhao an street, western industrial area, Qian'an, Tangshan City, Hebei Patentee before: SHOUGANG ZHIXIN QIAN'AN ELECTROMAGNETIC MATERIALS Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |