CN117235905B - 电机定子的优化方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种电机定子的优化方法、装置、设备及存储介质。涉及电机技术领域。该方法包括：确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差，根据每个所述绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布，基于所述相间电压分布，对所述定子绕组进行优化。由此，可以基于预设的相间电压计算模型，准确的计算每个绕组搭接位置对应的电势差，进而确定定子绕组的相间电压分布，通过对定子进行优化处理，从而针对电势差大的薄弱区域进行补强、优化绕组连接设计，从而避免大电势差的存在，使得相间绝缘结构承受的电压尽量变小。
Description
技术领域
本公开涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机定子的优化方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着新能源电动汽车的发展，电驱动系统功率密度需求不断增加，驱动电机朝着高速化、高频化、高压化方向发展。为了追求更高的功率密度，电动汽车驱动电机常采用扁线绕组，因为其槽满率较高，可以增加有效导体面积，提高电机低速区效率。
但是在高频激励下，扁线绕组的相间电压分布不均匀可能导致定子绝缘的局部放电和老化损坏。因此，如何对电机的定子进行优化设计，来降低定子出现故障的风险，是目前亟需解决的问题。
发明内容
本公开提供一种电机定子的优化方法、装置、设备及存储介质，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
第一方面，本公开提供一种电机定子的优化方法，包括：
确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置；
基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差；
根据每个所述绕组搭接位置对应的电势差，确定所述定子绕组的相间电压分布；
基于所述相间电压分布，确定所述定子绕组对应的优化方式，所述优化方式至少包含有端部优化方式；
基于所述相间电压分布，对所述定子绕组进行优化。
第二方面，本公开提供一种电机定子的优化装置，包括：
第一确定模块，用于确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置；
获取模块，用于基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差；
第二确定模块，用于根据每个所述绕组搭接位置对应的电势差，确定所述定子绕组的相间电压分布；
优化模块，用于基于所述相间电压分布，对所述定子绕组进行优化。
第三方面，本公开提供一种电子设备，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，处理器被配置为执行指令，以实现电机定子的优化方法。
第四方面，本公开提供一种计算机可读存储介质，当计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行电机定子的优化方法。
第五方面，本公开提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行电机定子的优化方法。
本公开提供的电机定子的优化方法、装置、设备及存储介质，首先确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，之后基于预设的相间电压计算模型，获取每个绕组搭接位置对应的电势差，然后根据每个绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布，基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。由此，可以基于预设的相间电压计算模型，准确的计算每个绕组搭接位置对应的电势差，进而确定定子绕组的相间电压分布，通过对定子进行优化处理，从而针对电势差大的薄弱区域进行补强、优化绕组连接设计，从而避免大电势差的存在，使得相间绝缘结构承受的电压尽量变小，为扁线绕组电机绝缘设计和安全分析提供了有效保障，根据相间电压分布情况选取最优的绕组设计方案，使得相间绝缘结构承受的电压变小。
本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据本公开第一实施例示出的电机定子的优化方法的流程示意图；
图2是根据本公开第一实施例示出的3相星形连接的电机示意图；
图3是根据本公开第二实施例示出的电机绕组端部的俯视图；
图4是根据本公开第二实施例示出的电机定子的优化方法的流程示意图；
图5是根据本公开第二实施例示出的电机槽层模型的示意图；
图6是根据本公开第二实施例示出的电势差热力图；
图7是根据本公开第三实施例示出的电机定子的优化方法的流程示意图；
图8是根据本公开第三实施例示出的一种关联关系表的示意图；
图9是根据本公开示出的一种电机定子的优化装置的框图；
图10示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
需要说明的是，本实施例的电机定子的优化方法的执行主体可以为电机定子的优化装置，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置在电子设备中，在此不进行限定。
图1是根据本公开第一实施例示出的电机定子的优化方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S101：确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置。
需要说明的是，若属于不同相位的两个绕组在空间某一位置上接触，也即在物理空间上产生了搭接，则可以将该位置作为一个绕组搭接位置，也可以被称为相间PIN（PhaseInterleaved PIN）。
其中，相间PIN（Phase Interleaved PIN）是一种电机绕组的布置方式，它将不同相位的绕组交错排列在物理空间上，从而增加了电机的总绕组数和有效导体截面积。相间PIN的主要目的是提高电机的输出功率和效率。电机的多相绕组可以产生旋转磁场，驱动转子运动。相间PIN的基本原理是将不同相位的绕组在物理空间上互相穿插搭接，使得每个绕组的导体都能够充分利用电流和磁场的相互作用，从而增强了电机的输出功率和效率。
作为一种可能实现的方式，可以首先确定目标电机的电气连接方式和电机设计参数，之后可以基于电气连接方式和电机设计参数，构建电机模型，然后对电机模型进行识别，以确定定子绕组中的各个绕组搭接位置。
其中，目标电机可以为当前待优化的电机。
其中，电机模型可以为目标电机的三维模型，体现目标电机定子绕组的三维结构。
需要说明的是，目标电机可以是实际的电机，或者，也可以是虚拟的电机，比如电机仿真模型，在此不进行限定。
作为一种可能实现的方式，目标电机可以是实际的电机，比如已经投入使用运行的电机。具体的，可以根据该目标电机的实际参数信息，构建对应的电机模型。
或者，目标电机可以是电机仿真模型，比如该电机可以是经过设计，具有一定的电气连接方式和电机设计参数，则可以将该电机作为目标电机，构建对应的电机模型。
其中，电机设计参数可以包含有电机槽数、层数、相数、单支路绕组数、扁线结构类型、电机绕组并联支路数、线电压、铜线尺寸，在此不进行限定。
示例性的，电机槽数可以为36槽，48槽，54槽，对此不作限制。
电机层数可以是2层，4层，6层，8层，10层，对此不作限制。
电机相数可以是3相，6相，对此不作限制。
电机绕组并联支路数可以是1路，2路，3路，5路，在此不进行限定。
电机线电压可以是300V，400V，800V，1000V，在此不进行限定。
电机绕组单支路匝数，示例的，可以是12匝，24匝，36匝，48匝，对此不做限制。
电机铜线尺寸，比如宽x长，示例的，可以是1mmx2mm，2mmx3mm，2.5mmx4.1mm，4mmx6.2mm，在此不进行限定。
电机扁线结构类型，示例的，可以为Hairpin（发夹式绕组）、Ipin（I型绕组）、Xpin（X型绕组）和Wpin（W型绕组），在此不进行限定。
可选的，电机设计参数还可以包括有绕组的数量、相间距离、PIN位置、电机的空间排布和尺寸、电机每个槽层铜线的匝数、电机每个相位的的槽层匝数分布信息，在此不进行限定。
其中，电气连接方式可以为星形连接、三角形连接和星三角形连接、定子中绕组的搭接方式、电机各个部件之间的连接方式（包括定子绕组与转子、定子铁芯与定子绕组之间以及转子与轴等之间的连接方式），在此不进行限定。不同的电气连接方式对电机的性能、结构和制造工艺都有一定的影响。
作为一种可选的实现方式，可以首先将电机的电机模型导入数模软件，从而可以得到电机的三维数模，之后在数模空间对电机进行数模识别，从而得到定子绕组中的各个绕组搭接位置。
其中，数模空间（Numerical Modeling Space，NMS）是指在数值建模和仿真过程中所使用的虚拟空间，是通过数学和计算方法对实际系统进行建模和分析的一种方式，用于模拟和预测系统的行为、性能或其他关键特征。
可选的，本公开实施例中，可以使用数模软件载入目标电机的电机模型（三维模型文件），之后基于数模识别电机模型在数模空间上相间PIN的槽层号数据，具体可以利用数模软件的干涉校正功能来帮助显示出数模空间上各个绕组搭接位置的槽层号。其中，干涉校正功能可以检测出在电机电子绕组中存在的干涉，包括搭接等问题。
进一步的，可以在干涉校正结果中，找到各个绕组搭接位置（相间PIN）的槽层号，将绕组搭接位置标示为冲突或干涉区域，并记录相关的槽层号。
举例来说，若识别到电机模型在数模空间中存在绕组搭接位置A，可以记录A对应的搭接绕组是哪些，比如A对应的搭接绕组为v1和v2，以及v1对应的槽号和层号，v2对应的槽号和层号，以及v1和v2所搭接的位置所属的层号，在此不进行限定。
S102：基于预设的相间电压计算模型，获取每个绕组搭接位置对应的电势差。
其中，预设的相间电压计算模型为预先构建的，用于计算不同相的绕组之间的相间电压的计算模型。
作为一种可能实现的方式，若U相第m匝绕组和V相第n匝绕组之间存在绕组搭接，可以通过以下相间电压计算模型，计算U相第m匝绕组和V相第n匝绕组之间的电势差∆：
∆ U line
其中，T为电机绕组单支路匝数，，Q为电机槽数，w为电机层数，p为电机相数，a为电机绕组并联支路数，U line为电机线电压峰峰值。
图2示出了一种3相星形连接的电机，电机绕组单支路匝数为48匝，如图2所示，U相第m匝绕组和V相第n匝绕组之间的电势差为Voltage(Um-Vn) = (96-m-n)/96xUline。
需要说明的是，电机模型中可能存在多处的绕组搭接位置，本公开实施例中，需要识别每个绕组搭接位置对应的电势差。
S103：根据每个绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布。
其中，相间电压可以为不同相的任意两匝绕组线圈之间的电势差。
其中，相间电压分布可以为电机的定子绕组中，不同相之间的电压分布情况。比如，在三相交流电系统中，通常有三个相位（A相、B相、C相），每个相位对应有多匝电阻，不同相位的各匝绕组线圈之间的电势差在定子绕组中具有一定的分布特征。
本公开实施例中，定子绕组的相间电压分布可以为一个整体空间上的相间电压分布。
具体的，在得到每个绕组搭接位置对应的电势差之后，可以生成得到定子绕组的整体空间位置的相间电压分布。
可选的，定子绕组的相间电压分布可以通过以下方式进行可视化展示：
（1）等值线图，通过将相间电压等值线绘制在定子绕组的空间位置上，每条等值线代表一定的电压值，不同颜色或线型可以用来表示不同的电压级别，展示出相间电压的分布情况和变化趋势。
（2）热力图，通过将定子绕组的空间位置与相间电压的数值进行映射，用颜色的深浅或渐变来表示电压的大小，可以直观地展示出电压的分布情况。
（3）三维模型展示，通过建立定子绕组的三维模型，并在模型上标注电压数值或采用颜色渐变的方式来表示相间电压的大小，可以直观地呈现出定子绕组中各处的电压分布情况，帮助理解和分析电场分布。
（4）动态模拟展示，可以将定子绕组的相间电压分布在动态环境中展示，通过动态模拟，可以观察到相间电压在定子绕组中的变化过程，帮助分析和优化绕组设计。
S104：基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。
作为一种可能实现的方式，可以对定子绕组的端部进行优化，也即可以为对定子绕组在在端部结构或者设计上进行优化。
可选的，可以首先根据定子绕组的相间电压分布，确定目标槽位区域，之后对目标槽位区域进行优化处理。
其中，目标槽位区域用于表征绝缘的薄弱区域，也即电势差较大的区域，目标槽位区域中任一绕组搭接位置对应的电势差大于预设阈值。
其中，预设阈值可以为电势差阈值。若电势差大于该预设阈值，则说明电势差过大。示例性的，预设阈值可以为80%的电机线电压峰峰值，在此不进行限定。
举例来说，图6中Slot9- Slot20这12个槽位区域中各个绕组搭接位置对应的电势差大于预设阈值，也即各个电势差连接线所表征的电势差大于预设阈值，则可以将Slot9-Slot20这12个槽位区域作为目标槽位区域，在此不进行限定。
可选的，优化处理的方式可以包含有增加定子生产过程中滴漆工艺的滴漆量、提高挂漆量，增强目标槽位区域绝缘强度，由此来提升定子整体的绝缘强度。
举例来说，若目标槽位区域（相间电压差较大的位置）在电机绕组端部绕组的内圈与次内圈之间，周向角度360度。电机绕组端部（铁芯外）俯视图如图3所示。
针对该目标槽位区域，可以选择围绕电机绕组端部绕组的内圈与次内圈之间，插入一张绝缘纸。
其中，纸的宽度（轴向，垂直于图的方向）可以小于电机绕组端部高度，从而可以确保绝缘纸的插入不会影响电机端部高度，又可以尽可能的隔离开电压差高的内圈和次内圈。
其中，纸的厚度可以为0.2mm左右，起到基本的绝缘保护作用，以及增加纸的挺度，便于工艺过程中纸的插入。其中，纸的长度（图3中绝缘纸的周长）可以在内圈与次内圈的轴向之间，并且有10mm左右的重叠部分以确保纸的首位相连。
其中，纸的材料可以选择纯纸，如果没有油冷应用环境，而是使用水冷电机，则可以选择成本较低的复合纸作为绝缘材料。复合纸是由纸张与其他材料（如薄膜）进行复合制成的材料。在水冷电机的场景下，根据具体要求，可以选择不同种类的中间复合薄膜，如聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚酰胺酰亚胺（PAI）等。此外，云母Mica也可以作为绝缘材料，它具有优良的绝缘性能和耐高温特性，适用于一些高温电气设备。云母Mica可以单独作为绝缘材料使用，也可以与纸张进行复合。
需要说明的是，上述的举例仅为一种示意性说明，对本公开不作为限定。
本公开实施例中，首先确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，之后基于预设的相间电压计算模型，获取每个绕组搭接位置对应的电势差，然后根据每个绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布，基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。由此，可以基于预设的相间电压计算模型，准确的计算每个绕组搭接位置对应的电势差，进而确定定子绕组的相间电压分布，为之后工作人员基于相间电压分布情况去选取可靠的绕组设计方案提供了有力的支持，减低了定子绝缘老化损坏的风险。通过对目标槽位区域进行优化处理，从而针对电势差大的薄弱区域进行补强、优化绕组连接设计，从而避免大电势差的存在，使得相间绝缘结构承受的电压尽量变小，为扁线绕组电机绝缘设计和安全分析提供了有效保障，根据相间电压分布情况选取最优的绕组设计方案，使得相间绝缘结构承受的电压变小。
图4是根据本公开第二实施例示出的电机定子的优化方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括：
S201：在任一电机出现相间过压故障的情况下，将所述任一电机确定为目标电机。
其中，相间过压故障可以是由于相间电压过大导致的故障，比如绝缘破坏、设备损坏、电弧故障等等，在此不进行限定。
可选的，可以使用电压表或示波器测量任一电机不同相之间的电压差，比较其数值与设计值或标准值的差异，或者可以监测任一电机运行时是否出现相间短路、漏电或跳闸等故障，进而判断是否可能出现相间过压故障，或者，还可以进行绝缘电阻测试，检查任一电机的绝缘状况，如果绝缘电阻较低，可能意味着存在相间过压故障的风险。
需要说明的是，若检测到任一电机出现了相间电压故障，则说明该任一电机需要进行优化，因而本公开中可以将该任一电机作为目标电机。
作为另外一种可能实现的方式，若任一电机的仿真参数符合预设的运行要求，将任一电机确定为目标电机。
其中，仿真参数至少包含有电气连接方式和电机设计参数。
需要说明的是，任一电机也可以是虚拟电机，也即可以是通过仿真参数模拟出来电机。作为一种应用场景的示例，设计人员可以首先确定多种不同类型的电机的仿真参数，每种类型的电机的电气连接方式和电机设计参数是不同的。因而在电机投入生产使用之前的设计阶段，可以对电机是否需要优化，以及优化的方向进行判断。
其中，预设的运行要求可以为一个或者多个。比如，若仿真参数准确地反映电机的设计和制造特性，则可以认为满足预设的运行要求。另外，仿真参数需要与电机的实际工作环境相吻合，包括负载、控制系统、激励源。同时，仿真参数须满足电机的额定运行条件，如额定电压、额定频率、额定转速和额定负载，在此不进行限定。
需要说明的是，若电机的仿真参数不满足上述的一个或者多个运行要求，那么基于该仿真参数所生产的实际电机则可能无法长期运行，有出现故障的风险。若电机的仿真参数满足上述的一个或者多个运行要求，则实际电机在运行时可以达到一个基本的安全运行状态。之后，该装置可以将电机作为目标电机，从定子绕组相间电压分布的角度上，对电机进行进一步的优化。
S202：确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置。
需要说明的是，步骤S202的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不进行赘述。
S203：确定与每个绕组搭接位置对应的第一匝数。
其中，第一匝数用于表征在绕组搭接位置处搭接的两个绕组线圈的匝数之和。
举例来说，若绕组搭接位置A是绕组线圈S1和绕组线圈S2接触的位置，则可以将绕组线圈S1的匝数和绕组线圈S2的匝数之和，作为绕组搭接位置A对应的第一匝数。比如绕组线圈S1对应的匝数为16匝，绕组线圈S2对应的匝数为14匝，则可以可以确定第一匝数为16+14=30。
S204：基于预设的相间电压计算模型和第一匝数，获取每个绕组搭接位置对应的电势差。
作为一种可能实现的方式，可以通过以下相间电压计算模型和第一匝数K，计算U相任一匝绕组和V相任一匝绕组之间的电势差∆：
∆Uline
其中，T为电机绕组单支路匝数，，Q为电机槽数，w为电机层数，p为电机相数，a为电机绕组并联支路数，Uline为电机线电压峰峰值，第一匝数为K。
S205：基于目标电机的电机设计参数，构建目标电机的电机槽层模型。
其中，电机设计参数可以包含有槽数、层数、相数和单支路匝数。
比如，槽数有58槽，层数有8层，相数和单支路匝数分别为3相和48匝。
如图5所示，图5为一种电机槽层模型的示意图。
本公开实施例中的电机槽层模型可以为一种可视化模型，主要依据电机定子设计的槽数和层数建立，并且预留有数据接口，便于之后建立电压分布的电势差连线。
可选的，对于电机槽号定义顺序，可以是顺时针、逆时针，对此不作限制。
可选的，对于电机层号定义顺序，可以是由里往外、由外往里，对此不作限制。
可选的，对于电机槽层PIN颜色形状定义，可以是不同相序统一灰色，或者也可以为不同相序不同颜色（比如U相：红色、V相：绿色、W相：蓝色），对此不作限制。
可选的，对于电机槽层模型形状定义，可以是圆形、矩形、多边形，对此不作限制。
可选的，对于代码格式，可以是c++文件、c文件、matlab文件，python文件，对此不作限制。
S206：基于电机槽层模型，以及各个绕组搭接位置对应的电势差，绘制第一图像，其中，第一图像体现定子绕组的相间电压分布。
其中，第一图像可以为任意能够体现定子绕组的相间电压分布的图像，比如曲线图、柱形图、灰度图、热力图、电势差等值线图、等值面图等等，在此不进行限定。
作为一种示例，第一图像可以为热力图。
具体的，可以首先基于电机槽层模型和各个绕组搭接位置，在电机槽层模型中生成各个电势差连接线，也即在槽层位置（每个绕组搭接位置对应2个槽层位置）上添加电势差的连接线。之后在电势差连接线上进行颜色映射，也即为每个电势差连接线赋予对应的颜色，不同的电势差所对应的颜色不同。
图6为一种电势差热力图，如图6所示，由于第2层第46槽对应的绕组线圈和第3层第49槽对应的绕组线圈之间有一个绕组搭接位置，因而可以在第2层第46槽和第3层第49槽之间搭建一根电势差连接线。同理，图6中其他的各个电势差连接线均表征绕组搭接位置。
需要说明的是，对于不同的电势差，可以使用不同的颜色为电势差连接线进行渲染。举例来说，若电势差连接线1和电势差连接线2的颜色不同，或者颜色深度不同，则说明电势差连接线1对应的电势差和电势差连接线2对应的电势差大小不同。
作为一种可能实现的方式，在热力图中为不同的电势差在电势差连接线上映射不同的颜色时，可以基于cmap（Color Map，颜色映射）来实现。
其中，cmap通常以矩阵的形式表示，每行代表一个颜色，每列代表该颜色在RGB（三原色）空间中的红、绿、蓝三个分量的值。在制作颜色映射时，可以根据具体需求自定义cmap的颜色、颜色分布和数量等参数，也可以使用预设的cmap来快速生成颜色映射。
可选的，本公开实施例对记录热力图数据文件的格式不作限制，示例的，可以是xlsx文件，csv文件，matlab文件，python文件。
或者，也可以使用Matlab中默认提供的颜色映射库，比如Parula、Jet、HSV、Hot、Cool、Spring、Summer、Autumn、Winter等等，这些颜色映射库已经预先定义好了一组颜色序列，可以直接调用这些颜色映射库来快速生成电势差连接线的颜色映射，在此不进行限定。
需要说明的是，通过第一图像，可以分析定子绕组的相间电压分布特征，以图6为作为一种示例，可以得到的相间电压分布特征有：电压分布整体呈现径向，轴向上较为均匀，周向上不均匀，电势差较大位置出现在Slot9- Slot20这12个槽位区域，端部绕组每层之间有接触，交叠规律在周向上以18个槽为一周期呈现。
其中，上述以图6为基础的举例仅为一种示意性说明，对本公开不做限制。
S207：基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。
需要说明的是，步骤S207的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不进行赘述。
本公开实施例中，首先在任一电机出现相间过压故障的情况下，将所述任一电机确定为目标电机，之后确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，然后确定与每个绕组搭接位置对应的第一匝数，之后基于预设的相间电压计算模型和第一匝数，获取每个绕组搭接位置对应的电势差，基于目标电机的电机设计参数，构建目标电机的电机槽层模型，基于电机槽层模型，以及各个绕组搭接位置对应的电势差，绘制第一图像，其中，第一图像体现定子绕组的相间电压分布，基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。由此，可以将出现相间过压故障的电机作为目标电机，从而实现对故障电机的监测，并且可以基于电机槽层模型和各个绕组搭接位置对应的电势差，对目标电机进行第一图像的绘制，更直观的体现相间电压分布。
图7是根据本公开第三实施例示出的电机定子的优化方法的流程示意图，如图7所示，该方法包括：
S301：确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置。
需要说明的是，步骤S301的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不进行赘述。
S302：确定每个绕组搭接位置所搭接的第一绕组和第二绕组，第一绕组和第二绕组为不同相的绕组。
需要说明的是，若属于不同相位的两个绕组在空间某一位置上接触（具有一定的接触面积），也即在物理空间上产生了搭接，则可以将该位置作为一个绕组搭接位置，也可以被称为相间PIN（Phase Interleaved PIN）。
举例来说，若绕组A和绕组B在L位置处搭接了，则可以将绕组A作为第一绕组，将绕组B作为第二绕组，或者将绕组B作为第一绕组，将绕组A作为第二绕组，在此不进行限定。
具体的，可以将在任一绕组搭接位置上搭接的两个绕组线圈，分别作为第一绕组和第二绕组。第一绕组和第二绕组为不同相的绕组。比如，第一绕组为U相，第二绕组为V相。
S303：分别确定与第一绕组对应的第二匝数，以及与第二绕组对应的第三匝数。
可选的，可以首先确定与第一绕组对应的第一槽层参数，以及第二绕组对应的第二槽层参数，之后可以基于预设的关联关系表，获取与第一槽层参数对应的第二匝数，以及第二槽层参数对应的第三匝数。
其中，第一槽层参数包括第一绕组对应的槽号和层号，第二槽层参数包括第二绕组对应的槽号和层号。
举例来说，第一绕组对应的第一槽层参数为第15槽第3层，第二绕组对应的第二槽层参数为第19槽第5层，在此不进行限定。
本公开实施例中，可以预先记录好一个关联关系表，用于记录目标电机的每个槽层参数所对应的相位和匝数。
如图8所示，示出了一种关联关系表。图8中，slot为槽号，layer为层号。可以根据图看出，第15槽第3层对应的是V5，也即相位是V，匝数是5。若第一绕组对应的第一槽层参数为第15槽第3层，则可以确定第二匝数为5。第19槽第5层对应的是U3，也即相位是U，匝数是3。若第二绕组对应的第二槽层参数为第19槽第5层，则可以确定第三匝数为3。
S304：将第二匝数和第三匝数的匝数和，确定为第一匝数。
举例来说，若第二匝数为5，第三匝数为3，则第一匝数等于8。
S305：获取目标电机的电机线电压峰峰值，以及每个支路的支路匝数。
可选的，可以首先确定目标电机所属车辆的整车母线电压，以及电机端尖峰电压，之后可以根据整车母线电压和电机端尖峰电压，计算电机线电压峰峰值（Peak-to-PeakValue）。
其中，整车母线电压可以为车辆电气系统中的主电源电压，可以以直流电压表示。其中，电机端尖峰电压可以为电机在运行时可能出现的最大电压峰峰值。
作为一种可能实现的方式，若电机为三相绕组，且为星形连接，则可以根据以下公式计算电机线电压峰峰值。
电机线电压峰峰值 = 2x（整车母线电压+电机端尖峰电压）
具体的，单支路匝数T可以通过以下公式计算：
，Q为电机槽数，w为电机层数，p为电机相数，a为电机绕组并联支路数。
S306：根据电机线电压峰峰值、支路匝数、以及每个绕组搭接位置对应的第一匝数，确定每个绕组搭接位置对应的电势差。
作为一种可能实现的方式，若U相第m匝绕组和V相第n匝绕组之间存在绕组搭接，
可以通过以下相间电压计算模型，计算U相第m匝绕组和V相第n匝绕组之间的电势差∆：
∆ U line
其中，T为电机绕组单支路匝数，，Q为电机槽数，w为电机层数，p为电机相数，a为电机绕组并联支路数，U line为电机线电压峰峰值，第一匝数为K。
举例来说，可以以m作为第二匝数，以n作为第三匝数，第一匝数K=。若m等于5，n等于3，则第一匝数等于8。
结合上述步骤的示例，若第一绕组为V相第5匝绕组，第二绕组为U相第3匝绕组，T=48，Uline为384V，则可以计算∆Uline=/>384=352V。
需要说明的是，上述示例仅为一种示意性说明，对本公开不作为限定。
S307：根据每个绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布。
S308：基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。
需要说明的是，步骤S307、S308的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不进行赘述。
本公开实施例中，首先确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，之后确定每个绕组搭接位置所搭接的第一绕组和第二绕组，第一绕组和第二绕组为不同相的绕组，分别确定与第一绕组对应的第二匝数，以及与第二绕组对应的第三匝数，将第二匝数和第三匝数的匝数和，确定为第一匝数，然后获取目标电机的电机线电压峰峰值，以及每个支路的支路匝数，根据电机线电压峰峰值、支路匝数、以及每个绕组搭接位置对应的第一匝数，确定每个绕组搭接位置对应的电势差，最后根据每个绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布，基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。由此，可以基于预设的相间电压计算模型、第一匝数、目标电机的电机线电压峰峰值，以及每个支路的支路匝数，准确的计算每个绕组搭接位置对应的电势差，进而确定定子绕组的相间电压分布，为之后工作人员基于相间电压分布情况去选取可靠的绕组设计方案提供了有力的支持，减低了定子绝缘老化损坏的风险。
图9是根据本公开示出的一种电机定子的优化装置的框图，如图9所示，该电机定子的优化装置900包括：
第一确定模块910，用于确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置；
获取模块920，用于基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差；
第二确定模块930，用于根据每个所述绕组搭接位置对应的电势差，确定所述定子绕组的相间电压分布；
优化模块940，用于基于所述相间电压分布，对所述定子绕组进行优化。
所述优化模块，具体用于：
根据所述定子绕组的相间电压分布，确定目标槽位区域，其中，所述目标槽位区域中任一绕组搭接位置对应的电势差大于预设阈值；
对所述目标槽位区域进行优化处理。
可选的，所述获取模块，包括：
第一确定单元，用于确定与每个所述绕组搭接位置对应的第一匝数；
第一获取单元，用于基于所述预设的相间电压计算模型和所述第一匝数，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差。
可选的，所述第一确定单元，包括：
第一确定子单元，用于确定每个所述绕组搭接位置所搭接的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第二绕组为不同相的绕组；
第二确定子单元，用于分别确定与所述第一绕组对应的第二匝数，以及与所述第二绕组对应的第三匝数；
第三确定子单元，用于将所述第二匝数和所述第三匝数的匝数和，确定为所述第一匝数。
可选的，第二确定子单元，具体用于：
确定与所述第一绕组对应的第一槽层参数，以及所述第二绕组对应的第二槽层参数，其中，所述第一槽层参数包括所述第一绕组对应的槽号和层号，所述第二槽层参数包括所述第二绕组对应的槽号和层号；
基于预设的关联关系表，获取与所述第一槽层参数对应的第二匝数，以及所述第二槽层参数对应的第三匝数。
可选的，所述第一获取单元，包括：
第一获取子单元，用于获取所述目标电机的电机线电压峰峰值，以及每个支路的支路匝数；
第四确定子单元，用于根据所述电机线电压峰峰值、所述支路匝数、以及每个所述绕组搭接位置对应的所述第一匝数，确定每个所述绕组搭接位置对应的电势差。
可选的，所述第一获取子单元，具体用于：
确定所述目标电机所属车辆的整车母线电压，以及电机端尖峰电压；
根据所述整车母线电压和所述电机端尖峰电压，计算所述电机线电压峰峰值。
可选的，所述第二确定模块，具体用于：
基于所述目标电机的电机设计参数，构建所述目标电机的电机槽层模型；
基于所述电机槽层模型，以及各个所述绕组搭接位置对应的电势差，绘制第一图像，其中，所述第一图像体现所述定子绕组的相间电压分布。
可选的，所述第一确定模块，具体用于：
确定所述目标电机的电气连接方式和电机设计参数；
基于所述电气连接方式和电机设计参数，构建电机模型；
对所述电机模型进行识别，以确定所述定子绕组中的各个绕组搭接位置。
可选的，所述第一确定模块，还用于：
在任一电机出现相间过压故障的情况下，将所述任一电机确定为目标电机；
或者，
若所述任一电机的仿真参数符合预设的运行要求，将所述任一电机确定为所述目标电机，所述仿真参数包含有电气连接方式和电机设计参数。
本公开实施例中，首先确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，之后基于预设的相间电压计算模型，获取每个绕组搭接位置对应的电势差，然后根据每个绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布，基于相间电压分布，对定子绕组进行优化。由此，可以基于预设的相间电压计算模型，准确的计算每个绕组搭接位置对应的电势差，进而确定定子绕组的相间电压分布，为之后工作人员基于相间电压分布情况去选取可靠的绕组设计方案提供了有力的支持，减低了定子绝缘老化损坏的风险。通过对目标槽位区域进行优化处理，从而针对电势差大的薄弱区域进行补强、优化绕组连接设计，从而避免大电势差的存在，使得相间绝缘结构承受的电压尽量变小，为扁线绕组电机绝缘设计和安全分析提供了有效保障，根据相间电压分布情况选取最优的绕组设计方案，使得相间绝缘结构承受的电压变小。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图10示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。图10显示的电子设备12仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，电子设备12以通用计算设备的形式表现。电子设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，存储器28，连接不同系统组件（包括存储器28和处理单元16）的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构（Industry StandardArchitecture；以下简称：ISA）总线，微通道体系结构（Micro Channel Architecture；以下简称：MAC）总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会（Video Electronics StandardsAssociation；以下简称：VESA）局域总线以及外围组件互连（Peripheral ComponentInterconnection；以下简称：PCI）总线。
电子设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器（Random Access Memory；以下简称：RAM）30和/或高速缓存32。电子设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质（图10未显示，通常称为“硬盘驱动器”）。尽管图10中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘（例如“软盘”）读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘（例如：光盘只读存储器（Compact Disc Read Only Memory；以下简称：CD-ROM）、数字多功能只读光盘（Digital Video Disc Read Only Memory；以下简称：DVD-ROM）或者其它光介质）读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组（例如至少一个）程序模块，这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。
具有一组（至少一个）程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子设备12也可以与一个或多个外部设备14（例如键盘、指向设备、显示器24等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备12交互的设备通信，和/或与使得该电子设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如网卡，调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口22进行。并且，电子设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络（例如局域网（Local Area Network；以下简称：LAN），广域网（Wide Area Network；以下简称：WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与电子设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现前述实施例中提及的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (12)
1.一种电机定子的优化方法，其特征在于，包括：
确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，其中，若属于不同相位的两个绕组在空间某一位置上接触，则将所述位置作为一个绕组搭接位置；
基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差；
根据每个所述绕组搭接位置对应的电势差，确定定子绕组的相间电压分布；
基于所述相间电压分布，对所述定子绕组进行优化；
所述基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差，包括：
确定与每个所述绕组搭接位置对应的第一匝数；
基于所述预设的相间电压计算模型和所述第一匝数，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定与每个所述绕组搭接位置对应的第一匝数，包括：
确定每个所述绕组搭接位置所搭接的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第二绕组为不同相的绕组；
分别确定与所述第一绕组对应的第二匝数，以及与所述第二绕组对应的第三匝数；
将所述第二匝数和所述第三匝数的匝数和，确定为所述第一匝数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别确定与所述第一绕组对应的第二匝数，以及与所述第二绕组对应的第三匝数，包括：
确定与所述第一绕组对应的第一槽层参数，以及所述第二绕组对应的第二槽层参数，其中，所述第一槽层参数包括所述第一绕组对应的槽号和层号，所述第二槽层参数包括所述第二绕组对应的槽号和层号；
基于预设的关联关系表，获取与所述第一槽层参数对应的第二匝数，以及所述第二槽层参数对应的第三匝数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述预设的相间电压计算模型和所述第一匝数，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差，包括：
获取所述目标电机的电机线电压峰峰值，以及每个支路的支路匝数；
根据所述电机线电压峰峰值、所述支路匝数、以及每个所述绕组搭接位置对应的所述第一匝数，确定每个所述绕组搭接位置对应的电势差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述目标电机的电机线电压峰峰值，包括：
确定所述目标电机所属车辆的整车母线电压，以及电机端尖峰电压；
根据所述整车母线电压和所述电机端尖峰电压，计算所述电机线电压峰峰值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个绕组搭接位置对应的电势差，确定所述定子绕组的相间电压分布，包括：
基于所述目标电机的电机设计参数，构建所述目标电机的电机槽层模型；
基于所述电机槽层模型，以及各个所述绕组搭接位置对应的电势差，绘制第一图像，其中，所述第一图像体现所述定子绕组的相间电压分布。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述相间电压分布，对所述定子绕组进行优化，包括：
根据所述定子绕组的相间电压分布，确定目标槽位区域，其中，所述目标槽位区域中任一绕组搭接位置对应的电势差大于预设阈值；
对所述目标槽位区域进行优化处理。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，包括：
确定所述目标电机的电气连接方式和电机设计参数；
基于所述电气连接方式和电机设计参数，构建电机模型；
对所述电机模型进行识别，以确定所述定子绕组中的各个绕组搭接位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置之前，还包括：
在任一电机出现相间过压故障的情况下，将所述任一电机确定为目标电机；
或者，
若所述任一电机的仿真参数符合预设的运行要求，将所述任一电机确定为所述目标电机，所述仿真参数包含有电气连接方式和电机设计参数。
10.一种电机定子的优化装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定目标电机定子绕组中的各个绕组搭接位置，其中，若属于不同相位的两个绕组在空间某一位置上接触，则将所述位置作为一个绕组搭接位置；
获取模块，用于基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差；
第二确定模块，用于根据每个所述绕组搭接位置对应的电势差，确定所述定子绕组的相间电压分布；
优化模块，用于基于所述相间电压分布，对所述定子绕组进行优化；
所述基于预设的相间电压计算模型，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差，包括：
确定与每个所述绕组搭接位置对应的第一匝数；
基于所述预设的相间电压计算模型和所述第一匝数，获取每个所述绕组搭接位置对应的电势差。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如权利要求1-9中任一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1-9中任一项所述的方法。
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| WO2022089650A1 (zh) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | 中国第一汽车股份有限公司 | 电池热失控的模拟方法、装置、设备及存储介质 |
| EP4087119A1 (en) * | 2021-05-06 | 2022-11-09 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Method for detecting an electrical fault in the stator of an electric machine, especially in the generator of a wind turbine |
| CN116418181A (zh) * | 2021-12-30 | 2023-07-11 | 安徽威灵汽车部件有限公司 | 绕线方法、绕线装置、电机定子、驱动电机和车辆 |
| CN116756950A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-09-15 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种绕组建模的加载设置方法、装置、存储介质及设备 |
-
2023
- 2023-11-14 CN CN202311508814.1A patent/CN117235905B/zh active Active
Patent Citations (4)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 空调器风扇电机绕组匝间短路与改进措施;樊立锋;空调器风扇电机绕组匝间短路与改进措施;20020425;第35卷(第2期);58-60 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN117235905A (zh) | 2023-12-15 |
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