永磁同步電機 新能源汽車的心臟

近年來，全球變暖的趨勢日益加劇，極端天氣事件層出不窮，這些現象都反映出當前氣候形勢的嚴峻性。為了應對這一全球性挑戰，各國紛紛采取行動，制定了一系列降碳、減碳的措施。中國在2020年提出了“3060”雙碳目標，推動以二氧化碳為主的溫室氣體減排。在此背景下，大力發展新能源汽車成為實現目標切實有效的重要舉措，新能源汽車逐漸替代傳統燃油車也成為行業發展的必然趨勢。

當前，我國新能源汽車產銷量穩居全球第一。隨著新能源汽車的普及，電機作為新能源汽車驅動系統的核心組成部分，其重要性不斷凸顯。電機可以使電能轉化為機械能，通過傳動系統將機械能傳遞到車輪，驅動汽車行駛。永磁同步電機憑借其高功率密度、高轉矩、體積小、重量輕、響應速度快、能量轉換率高等方面的優勢，已成為新能源汽車應用最為廣泛的驅動電機之一。

永磁同步電機構造示意圖

永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor，簡稱PMSM)的工作原理是利用定子繞組通電產生旋轉磁場，推動轉子上的永磁體同步旋轉，由此將電能轉化為汽車的機械能。其分為表面永磁同步電機(SPMSM)和內置永磁同步電機(IPMSM)兩種。SPMSM通常用于輕型電動汽車和混合動力汽車中；IPMSM則用于重型電動汽車、公交車和地鐵等需要高效率和大功率的場合。

 

電機性能優化 低頻電磁仿真

作為新能源汽車的動力源，永磁同步電機的性能直接影響著汽車的續航里程及行駛狀況。通過低頻電磁仿真可以分析得出永磁同步電機的磁場分布、電磁力、轉矩、功率等性能指標，從而優化電機的設計方案，如調整電機的磁環設計、轉子和定子的結構設計、增加永磁體數量等，從而提升電機性能。不僅如此，仿真分析還可實現在電機打樣前多次調整設計參數，能夠有效降低電機廠家打樣成本，提高研發生產效率和樣機出廠質量，逐漸成為電機設計制造過程中的重要環節。 

云道智造通用多物理場仿真PaaS平臺伏圖（Simdroid）具備自主可控的低頻電磁求解器，支持多物理場耦合仿真，在統一友好的環境中為仿真工作者提供前處理、求解分析和后處理工具。其內置APP開發器，支持用戶以無代碼化的方式便捷封裝參數化仿真模型及仿真流程。下面我們就來看下如何使用伏圖低頻電磁模塊對表面永磁同步電機 (SPMSM)進行仿真分析，并封裝為仿真APP

 

結語

通過低頻電磁仿真分析可以得出永磁同步電機的空載工況，包括反電動勢、磁鏈、磁感應強度分布、齒槽轉矩等參數，也可以得到負載工況關注的電磁轉矩和功率密度分布等重要參數，工程師可根據這些參數，優化電機設計。 

隨著新能源汽車行業的快速發展，永磁同步電機的應用將越來越廣泛，對電機的性能也提出更高的要求。通過使用云道智造通用多物理場仿真PaaS平臺伏圖（Simdroid）進行低頻電磁仿真分析，可為永磁同步電機的設計優化提供科學的指導，進而提升電機性能，有助于電機廠家滿足日益增長的市場需求，獲得有力的市場競爭優勢。申請試用伏圖多物理場仿真平臺：https://www.simapps.com/v2/tool/simdroid

 

伏圖具有完備的低頻電磁求解功能。豐富的有限元單元類型，可以進行二維、三維和軸對稱電磁模型的高效求解；能夠處理線性和非線性、各向同性和各向異性的材料本構關系；支持各種常用的激勵、邊界條件和后處理計算功能。基本功能點如下：

• ?電場、電流場和磁場的靜態、瞬態和時諧分析，通電導體的運動和場路耦合分析等分析類型；
• 電荷、電流、電壓、電路和外加電磁場等激勵；
• 懸浮電位、周期邊界、開放邊界和滑動邊界等邊界條件；
• 電容、電導、電感、損耗、電磁力等后處理計算功能。