CN114285196A - 一种永磁电机磁路设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机磁路设计方法及装置，所述方法包括：确认目标车辆对驱动电机的设计指标；根据所述设计指标，建立永磁同步电机模型；设定所述永磁同步电机模型的机械参数、外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数、电机转子参数；根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图。采用本发明实施例，得到电机2D设计云图，利用该云图可以准确地设计出符合目标车辆设计指标要求的驱动电机，满足永磁电机设计对精度、效率和通用性的要求。

Description

一种永磁电机磁路设计方法及装置

技术领域

本发明涉及电机设计领域，尤其涉及一种永磁电机磁路设计方法及装置。

背景技术

对于新能源汽车来说，驱动电机是其动力驱动系统的核心部件，其性能的好坏直接决定了新能源汽车性能的优劣。如今，新能源汽车研究领域当中最重要的研究方向之一就是新能源汽车用驱动电机的研究。然而，目前新能源汽车驱动用电机的设计方法还不够成熟，新能源汽车驱动用电机的设计过程中还存在着许多瓶颈问题。

新能源汽车驱动用三相永磁电机主要包括矩形波永磁无刷直流电机和正弦波永磁同步电机。随着电机用永磁材料的制备技术进一步发展，永磁材料的剩磁密度和矫顽力都得到了进一步提高。这种高性能的永磁材料应用于电机无疑是大大提高了永磁电机的性能和可靠性。比之同规格其他类型电机，永磁电机铁耗小，效率高，功率密度大，输出转矩高并且波动小，调速范围宽，对控制器要求低。是目前新能源汽车驱动电机的绝佳选择。

但是，目前大多数新能源汽车驱动用电机的设计都是基于传统的工频工况供电稳态设计方法设计的，这显然不能满足新能源汽车对驱动电机复杂的性能要求，因为永磁电机结构多变，磁路较为复杂，且局部饱和严重，应用传统的解析磁路法很难获得准确的分析和设计结果。

发明内容

本发明实施例提供一种永磁电机磁路设计方法及装置，建立永磁同步电机模型并进行尺寸优化和有限元2D瞬态场设计，得到永磁电机准确的设计云图。

为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提供了一种永磁电机磁路设计方法，所述方法包括：

确认目标车辆对驱动电机的设计指标；

根据所述设计指标，建立永磁同步电机模型；

设定所述永磁同步电机模型的机械参数、外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数、电机转子参数；

根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图。

在第一方面的一种可能的实现方式中，在所述根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图之前，还包括：

将所述永磁同步电机模型导入Maxwell2D中进行尺寸优化设计。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，具体包括：

根据所述永磁同步电机模型，结合仿真软件进行有限元2D瞬态场设计。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述机械参数包括电机类型，转子极对数，摩擦损耗，杂散损耗，母线电源类型，元器件参数和参考转速；

所述外形尺寸结构参数包括定子外径，定子内径，轴向长度，叠压系数，定子冲片材质牌号，定子参数，定子槽型和斜槽个数；

所述定子槽型内参数包括槽口尺寸，槽肩角尺寸和槽深高度；

所述绕组电枢参数包括槽内绕组层数，绕组绕线方式，并联支路数，槽内导体数，绕组节距，并绕根数，漆包线绝缘厚度和漆包线线径；

所述电机转子参数包括：转子外径，转子内径，轴向长度，冲片材型。

本申请实施例的第二方面提供了一种永磁电机磁路设计装置，包括：

指标确认模块，用于确认目标车辆对驱动电机的设计指标；

模型建立模块，用于根据所述设计指标，建立永磁同步电机模型；

参数设定模块，用于设定所述永磁同步电机模型的机械参数、外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数、电机转子参数；

2D计算模块，用于根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图。

相比于现有技术，本发明实施例提供的一种永磁电机磁路设计方法及装置，首先构建永磁同步电机模型，并分层次对永磁同步电机模型进行参数设定，并结合仿真软件对得到的永磁同步电机模型进行尺寸优化和2D计算，最后得到完整2D设计云图。利用该云图可以准确地设计出符合目标车辆设计指标要求的驱动电机，满足永磁电机设计对精度、效率和通用性的要求。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种永磁电机磁路设计方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的永磁电机磁路设计方法应用原理图；

图3是本发明一实施例提供的一种电机2D设计云图示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，本发明一实施例提供了一种永磁电机磁路设计方法，所述方法包括：

S10、确认目标车辆对驱动电机的设计指标。

S11、根据所述设计指标，建立永磁同步电机模型。

S12、设定所述永磁同步电机模型的机械参数、外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数、电机转子参数。

S13、根据所述永磁同步电机模型进行2D计，得到电机2D设计云图。

在目前来看，新能源汽车驱动用电机主要包括直流电机、交流三相感应电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。

其中，直流电机在结构上的缺陷，使得其使用环境要求苛刻、保养维修困难、寿命较短。随着电力电子器件和微控制器技术的迅速发展，交流电机逐渐取代直流电机应用于新能源汽车，在目前新开发的各种新能源汽车中，直流电动机已经基本上被淘汰。

三相异步感应电动机由于其功率因数较低，耗电量较大，转子易发热，对控制器的容量要求较高，另外由于其直交轴的相互影响，增加了控制系统的复杂程度，调速性能较差。

开关磁阻电机的特点事扭矩性能低，转矩脉动和噪声水平较其他类型电机都大，这是由其结构双凸极特性引起的，是电机本身无法克服的固有缺陷，这种缺陷成为了影响其广泛应用的绊脚石。

比之同规格其他类型电机，永磁电机铁耗小，效率高，功率密度大，输出转矩高并且波动小，调速范围宽，对控制器要求低。是目前新能源汽车驱动电机的绝佳选择。

在本实施例中，建模软件可以采用Maxwell。参见图2，图2解释了当使用Maxwell软件建模时，整个云图获取方法的运行原理。

首先需要在仿真软件确定新能源主驱电机模型的类型，一般选择内置式永磁同步电机(IPM)，然后设置电机模型名称及相应信息。

接着根据设计参数要求，分层次地完成电机模型内的参数、电机外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数和电机转子参数。

示例性地，所述机械参数包括电机类型，转子极对数，摩擦损耗，杂散损耗，母线电源类型，元器件参数和参考转速；

所述外形尺寸结构参数包括定子外径，定子内径，轴向长度，叠压系数，定子冲片材质牌号，定子参数，定子槽型和斜槽个数；

所述定子槽型内参数包括槽口尺寸，槽肩角尺寸和槽深高度；

所述绕组电枢参数包括槽内绕组层数，绕组绕线方式，并联支路数，槽内导体数，绕组节距，并绕根数，漆包线绝缘厚度和漆包线线径；

所述电机转子参数包括：转子外径，转子内径，轴向长度，冲片材型。

示例性地，在所述根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图之前，还包括：

将所述永磁同步电机模型导入Maxwell2D中进行尺寸优化设计。

示例性地，所述根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，具体包括：

根据所述永磁同步电机模型，结合仿真软件进行有限元2D瞬态场设计。

2D计算是一种有限元2D瞬态场设计的磁路计算，计算完成后会得到一张2D计算云图，该云图包括了所有电机模型内的参数、电机外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数和电机转子参数。参见图3，在云图分层次显示下，相关技术人员能够清晰直观得到电机设计的全部具体参数，从而进行快速有效地电机设计。

相比于现有技术，本发明实施例提供的一种永磁电机磁路设计方法，首先构建永磁同步电机模型，并分层次对永磁同步电机模型进行参数设定，并结合仿真软件对得到的永磁同步电机模型进行尺寸优化和2D计算，最后得到完整2D设计云图。利用该云图可以准确地设计出符合目标车辆设计指标要求的驱动电机，满足永磁电机设计对精度、效率和通用性的要求。

本申请实施例的第二方面提供了一种永磁电机磁路设计装置，包括：指标确认模块、模型建立模块、参数设定模块和2D计算模块。

指标确认模块，用于确认目标车辆对驱动电机的设计指标。

模型建立模块，用于根据所述设计指标，建立永磁同步电机模型。

参数设定模块，用于设定所述永磁同步电机模型的机械参数、外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数、电机转子参数。

2D计算模块，用于根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赞述。

相比于现有技术，本发明实施例提供的一种永磁电机磁路设计方法及装置，首先构建永磁同步电机模型，并分层次对永磁同步电机模型进行参数设定，并结合仿真软件对得到的永磁同步电机模型进行尺寸优化和2D计算，最后得到完整2D设计云图。利用该云图可以准确地设计出符合目标车辆设计指标要求的驱动电机，满足永磁电机设计对精度、效率和通用性的要求。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种永磁电机磁路设计方法，其特征在于，包括：

确认目标车辆对驱动电机的设计指标；

根据所述设计指标，建立永磁同步电机模型；

设定所述永磁同步电机模型的机械参数、外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数、电机转子参数；

根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图。

2.如权利要求1所述永磁电机磁路设计方法，其特征在于，在所述根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图之前，还包括：

将所述永磁同步电机模型导入Maxwel l 2D中进行尺寸优化设计。

3.如权利要求1所述永磁电机磁路设计方法，其特征在于，所述根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，具体包括：

根据所述永磁同步电机模型，结合仿真软件进行有限元2D瞬态场设计。

4.如权利要求1所述永磁电机磁路设计方法，其特征在于，所述机械参数包括电机类型，转子极对数，摩擦损耗，杂散损耗，母线电源类型，元器件参数和参考转速；

所述外形尺寸结构参数包括定子外径，定子内径，轴向长度，叠压系数，定子冲片材质牌号，定子参数，定子槽型和斜槽个数；

所述定子槽型内参数包括槽口尺寸，槽肩角尺寸和槽深高度；

所述绕组电枢参数包括槽内绕组层数，绕组绕线方式，并联支路数，槽内导体数，绕组节距，并绕根数，漆包线绝缘厚度和漆包线线径；

所述电机转子参数包括：转子外径，转子内径，轴向长度，冲片材型。

5.一种永磁电机磁路设计装置，其特征在于，包括：

指标确认模块，用于确认目标车辆对驱动电机的设计指标；

模型建立模块，用于根据所述设计指标，建立永磁同步电机模型；

参数设定模块，用于设定所述永磁同步电机模型的机械参数、外形尺寸结构参数、定子槽型内参数、绕组电枢参数、电机转子参数；

2D计算模块，用于根据所述永磁同步电机模型进行2D计算，得到电机2D设计云图。

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