永磁同步电机性能取得新进展:焊缝槽优化设计大幅提升效率

随着新能源汽车行业的快速发展，对高性能驱动电机的需求日益增长，这些电机需要具备高效率、高扭矩和高可靠性。新能源汽车驱动电机的定子铁心通常由0.20mm至0.35mm的硅钢片通过叠压和焊接成型。在某些电机设计方案中，为了加强铁心的强度或其他工程需要，会设计出不同数量和尺寸形状的焊槽。 这些焊槽势必在三相感应电势的平衡度方面造成影响，这可能会影响电机的磁通分布、电磁性能和整体效率。尽管已有文献分析了定子焊槽对永磁电机性能的影响，并提出了优化建议，但在实际工程应用中焊缝槽的设计存在差异，因此有必要进一步研究焊缝槽的数量和尺寸对永磁同步电机性能的具体影响。 首钢智新李广林等研究人员通过仿真分析和实验验证，分析了焊缝槽的设计对电机性能的具体影响，并提出了优化建议。他们针对新能源汽车用6极54槽永磁同步电机，首先通过仿真分析了焊槽尺寸形状、焊槽位置和焊槽数量对于电机三相感应电势不平衡度的影响。在此基础上，进一步仿真分析了在不同定子槽数和电机极数下，电机三相感应电势不平衡度的变化规律。研究中设计了两种不同形状和尺寸的焊缝槽，分别为DeepenedW型和TinyW型，用于氩弧焊接。仿真结果显示，两种焊缝槽的反电势波形基本相同，但具有DeepenedW型焊缝槽的电机模型的铁心损耗稍偏大，且转矩脉动也稍偏大。

图 1 两种焊缝槽空载下的定子磁通密度 带载性能对比分析表明，DeepenedW模型的三相感应电动势波形畸变程度较大，且随着加载的增加而增大。此外，焊槽的宽度和深度均对三相感应电动势的不平衡度产生影响，且随着焊槽宽度或深度的减小，三相感应电动势的不平衡度逐渐减小。研究还发现，从减小三相感应电势不平衡的角度出发，定子焊槽的数量不适宜选用极数的整数倍。最后，研究者制作了具有不同焊缝槽数量和类型的样机，并在新能源汽车驱动电机专用台架上进行了实验测试，实验结果与仿真分析一致，进一步验证了仿真分析的准确性。

图 2 两模型100%负载时的定子磁密云图 通过研究人员的仿真分析和实验验证得出了以下结论，可以为新能源汽车用永磁同步电机的定子铁心焊缝设计提供重要的参考依据，有助于优化电机设计，提高电机的性能和效率。 1.对于6极54槽新能源汽车用永磁同步电机，焊槽的宽度和深度均会影响电机的三相感应电势的不平衡度，且宽度或深度越大，电机的三相感应电势的不平衡度越大。 2.从减小三相感应电势不平衡的角度出发，定子焊槽的数量不适宜选用极数的整数倍，这是因为选用极数的整数倍会导致三相感应电动势偏差值相对较大。 3.电机的三相电压和电流的平衡度会影响电机的扭矩输出和运行效率，不平衡度越小越有利于提升电机的输出扭矩和运行效率。 因此，优化焊缝槽的设计对于提高永磁同步电机的性能至关重要。