机电设备的优化开发制造技术

用于生产机电设备的绕组组件的方法，其中，绕组组件包括具有导体轨道的电路板，其中，绕组组件优选地包括大量可优化设计参数，所述方法包括以下步骤：在计算机化的优化工具中优化绕组组件的设计；根据绕组组件的优化设计，制造具有绕组导体轨道的电路板；用制造的电路板形成机电设备的绕组组件。基于优化函数优化绕组组件的设计。绕组组件的设计。绕组组件的设计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机电设备的优化开发


[0001]本专利技术涉及用于开发机电设备(即电机或发电机)的方法、用于优化机电设备的设计的计算机程序以及用于优化机电设备的设计的计算机化优化设备，机电设备优选地包括具有大量可优化设计参数的绕组组件。

技术介绍

[0002]电动机的设计开发是复杂而繁琐的。只有针对高容量应用，才能开发新的电机设计。如今，用于制造数量较少的应用的电机除了重复使用只能部分适应特定应用的现有设计外，别无选择。此外，电动机设计的开发通常不仅基于电机本身的特性，如损耗、速度和转矩，还基于支持高效和经济生产的要求。特别是，电机的绕组组件目前设计为便于由传统绕线机制造，而不是用于创建高效电机。因此，此类实际绕组组件实际上具有有限数量的设计参数。因此，由于个性化电机开发(特别是个性化绕组组件开发)的负担和成本，大多数电动机，尤其是用于小容量应用的电动机，没有针对其应用进行优化。特别是在功率、大小和重量上都有严格限制的微型电机领域，经典电机技术限制了最佳应用的可能性。对应用进行充分优化的电机可为应用带来级联效益。例如，较轻的电机将需要较轻的机械结构来支撑，效率较高的电机将需要较小的电池，具有较低运行温度的电机将延长应用的寿命，等等。
[0003]在开发新电机时使用计算机化的模拟或模型。然而，在大多数应用中，计算机化的模拟和模型用于检查电机的最终性能，但不用于详细优化电机设计，尤其是不涉及每个绕组元件的详细程度。
[0004]自八十年代以来已知的技术提出将绕组组件的导体打印在印刷电路板(printed circuit board，PCB)上，并用PCB创建绕组组件。一种特殊技术使用柔性PCB，然后将其轧制成无刷电机的定子绕组组件。由于绕组组件不再考虑传统绕组制造机器的限制，PCB使得在开发绕组组件的设计方面具有更大的灵活性。因此，建议通过计算机化的优化工具来优化绕组组件的某些标准。
[0005]EP3014744建议针对特定固定导体轨道拓扑优化PCB上导体轨道的位置，以获得特定应用的最佳绕组组件。优化使用优化函数，如取决于电机转矩和绕组组件导体的电阻(也称为焦耳损耗)的电机常数。类似披露可在EP1590871和EP0949749中找到。
[0006]Francois等人的文章“对PCB绕组中涡流损耗的分析估算，以实现PM无槽电机的最佳尺寸(Analytical estimation of eddy current losses in PCB winding for the optimal sizing of PM slotless motor)”建议通过最小化优化函数来优化电机设计。选择优化函数，使得在涡流损耗、铁损耗、摩擦损耗和焦耳损耗的总和保持小于某一耗散能量的约束下，电机转矩最大化。
[0007]EP3297132公开了用于高转速的电机应用。为了避免绕组组件导体中的涡流，建议将构成电流路径的轨道分割为较小的平行导体轨道。然而，由于不同并联轨道中的感应电压不同，这会产生循环电流。因此，建议进行优化，以找到并联导体轨道之间的最佳连接位置，以减少循环电流。此处选择优化函数，以减少循环电流损耗或与其他损耗相比平衡循环
电流损耗。
[0008]现有优化算法显示了针对特殊应用的优化，但当针对其他电机应用的开发使用建议的计算机化优化时，通常无法实现。此外，所取得的改进仍然不够好，无法用经典的线圈代替经典的电机设计，还不能满足高端微电机的要求。目前没有通用的优化函数可以应用于许多不同的应用场景，并且每次都会得到优化绕组设计，这种优化绕组设计比传统的通常基于导线的绕组设计要好。
[0009]在发电机或组合电机发电机的开发中也会出现同样的问题。

技术实现思路

[0010]目的是提供方法和优化工具，用于改进机电设备的开发，特别是减少机电设备的开发时间，以更好地使机电设备适应多种可能的应用(包括低容量应用)，并进一步改进机电设备。
[0011]该目的通过用于生产形成机电设备的绕组组件的电路板的方法来解决。电路板包括绕组导体轨道。该方法包括以下步骤：在计算机化的优化工具中优化绕组组件的设计；以及根据绕组组件的优化设计，制造具有绕组导体轨道的电路板。该方法的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合。
[0012]该目的通过用于生产机电设备的绕组组件的方法来解决。绕组组件包括具有绕组导体轨道的电路板。该方法包括以下步骤：在计算机化的优化工具中优化绕组组件的设计；根据绕组组件的优化设计，制造具有绕组导体轨道的电路板；以及用所制造的电路板形成所述机电设备的绕组组件。该方法的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合。
[0013]该目的通过用于生产具有绕组组件的机电设备的方法来解决。绕组组件包括具有绕组导体轨道的电路板。该方法包括以下步骤：在计算机化的优化工具中优化机电设备的设计；根据机电设备的优化设计，制造具有绕组导体轨道的电路板；用制造的电路板形成机电设备的绕组组件；以及根据所述机电设备的优化设计，将所述机电设备与形成的绕组组件组装在一起。该方法的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合。
[0014]该目的通过根据先前描述的方法生产的绕组组件或机电设备来解决。
[0015]该目的通过由具有绕组导体轨道的电路板形成的绕组组件进一步被解决。绕组组件的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合，和/或通过上述方法制造。
[0016]该目的通过具有用于机电设备绕组组件的绕组导体轨道的电路板进一步被解决。电路板的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合，或通过上述方法制造。
[0017]该目的通过机电设备进一步被解决，该机电设备包括转子、定子、磁性设备和绕组组件，其中，绕组组件由具有绕组导体轨道的电路板形成。该机电设备的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合。
[0018]该目的通过用于开发具有绕组组件的机电设备或机电设备的绕组组件的计算机化优化工具进一步被解决，其中，绕组组件由具有绕组导体轨道的电路板形成，计算机化优
化工具被配置为优化机电设备的绕组组件的设计。计算机化优化工具的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合。
[0019]该目的通过用于开发具有绕组组件的机电设备或机电设备的绕组组件的计算机程序进一步被解决，其中，绕组组件由具有绕组导体轨道的电路板形成，计算机程序包括指令，指令被配置为在处理器上执行时优化机电设备的绕组组件的设计或优化机电设备的设计。计算机程序的特征在于随后描述的一个优选实施例或两个或更多个优选实施例的组合。
[0020]该目的通过计算机化的转换工具或计算机程序进一步被解决，计算机化的转换工具或计算机程序用于将机电设备的绕组组件的优化设计转换为电路板的设计。电路板的设计优选地包括以下各项的材料、位置和/或尺寸：(i)导体轨道，(ii)连接电路板不同导体层上导体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产机电设备的绕组组件(40)的方法，其中，所述绕组组件(40)包括具有绕组导体轨道的电路板，所述绕组导体轨道被配置为传导运行所述机电设备的运行电流，所述方法包括以下步骤：在计算机化的优化工具中优化所述绕组组件(40)的设计，根据所述绕组组件(40)的优化设计制造具有所述绕组导体轨道的电路板，以及用制造的电路板形成所述机电设备的绕组组件(40)，其特征在于，基于优化函数在所述计算机化的优化工具中优化所述绕组组件(40)的设计，其中，所述优化函数包括以下优化函数中的至少一个：第一优化函数，其被定义为使得总损耗最小化，其中，损耗包括焦耳损耗、不平衡电流损耗、所述导体轨道中的涡流损耗、所述导体轨道外的涡流损耗，磁滞损耗、空气动力损耗和机械损耗中的两个或更多个，第二优化函数，其被定义为使得在所述机电设备或包含所述机电设备的产品的某个点或区域处的温度不超过最高温度的约束下，所述机电设备的电机转矩最大化，第三优化函数，其被定义为使得所述机电设备的大小和/或重量最小化，第四优化函数，其被定义为使得所述机电设备的转子的惯性被优化，第五优化函数，其被定义为使得所述机电设备的每体积密度的电机转矩或每质量密度的转矩最大化，第六优化函数，其被定义为使得所述机电设备的外部磁场最小化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述优化函数被定义为使得所述总损耗最小化，其中，所述总损耗包括所述焦耳损耗、所述不平衡电流损耗、所述导体轨道中的涡流损耗、所述导体轨道外的涡流损耗、所述磁滞损耗、所述空气动力损耗和所述机械损耗中的至少两个。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述优化函数被定义为使得所述总损耗最小化，所述总损耗是所述焦耳损耗、所述不平衡电流损耗、所述导体轨道中的涡流损耗、所述导体轨道外的涡流损耗、所述磁滞损耗、所述空气动力损耗和所述机械损耗中的两个或更多个的线性组合。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述计算机化的优化工具被配置为基于以下各项中的至少一个优化所述绕组组件(40)的设计：(i)所述导体轨道的横截面的方向或尺寸参数，(ii)并联或串联连接的导体轨道的数量，(iii)一个或更多个所述导体轨道的厚度，(iv)所述绕组组件(40)的尺寸，(v)所述电路板的叠加，(vi)所述电路板的可选基板的横截面的方向或尺寸参数，(vii)线圈组件的连接，(viii)线圈组件的数量，(ix)所述电路板或所述基板的材料，(x)绕组端子的数量及所述绕组端子的位置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括以下步骤：在计算机化的转换工具中将所述绕组组件(40)的优化设计转换为所述电路板的设计，所述电路板的设计包括(i)所述导体轨道和/或(ii)连接所述电路板上导体轨道的不同层的连接器和/或(iii)基板的位置和尺寸，其中，基于所述电路板的转换设计制造具有用于所述绕组组件(40)的优化设计的导体轨道的电路板。6.根据权利要求5所述的方法，包括以下步骤：
在所述计算机化的转换工具中，将所述电路板的设计转换为至少一台制造机器可读取的至少一个文件，以及将所述至少一个文件发送到所述至少一台制造机器，其中，利用所述至少一台制造机器基于所述至少一个文件来制造具有用于所述绕组组件(40)的优化设计的导体轨道的电路板。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述绕组组件(40)包括多个电路板层的叠加，其中，每个电路板层对应于所述电路板的不同区域，其中，将所述绕组组件(40)的优化设计转换为所述电路板的设计，以便基于所述绕组组件(40)中区域所处的电路板层来调整不同区域中导体轨道之间的距离。8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述绕组组件(40)的优化设计转换为所述电路板的设计，以便基于所述电路板层来调整不同区域中导体轨道之间的距离，从而使所述导体轨道在磁方向上遵循定义的偏差。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述计算机化的优化工具包括所述机电设备的设备模...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索瓦，
申请(专利权)人：米尔美克斯电机股份公司，
类型：发明
国别省市：