ansys 汽車電機的案例
組合尋優，降本增效 | 《ANSYS汽車用風機電機正向設計案例》現已開放領取
1 概況
· 電磁材料估價
· 電機設計分類
2 汽車用風機電機案例解析
· 電機要求
· 電機要求分析
· 電機設計
（1）RMxprt設計
（2）Ansoft 2D設計
------增大氣隙
------減小疊長
（3）方案選擇
3 結論
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新能源汽車電機的NVH（Noise, Vibration, and Harshness，即噪聲、振動、粗糙度）問題是多物理場耦合的復雜問題。電機運行過程中，變化的電磁力不僅會影響電機NVH性能，還會對電磁性能產生影響。在新能源汽車電機的優化設計過程中，將電磁性能和NVH性能作為優化變量同時進行優化是非常必要的。
電機NVH多物理域耦合
本次研討會將展示ANSYS的最新仿真技術，主要聚焦在以下問題：
新能源汽車電機的NVH問題以及Ansys集成式完整解決方案
Ansys Maxwell 電機電磁力分析
Ansys Mechanical結構振動及聲學分析
Ansys Sound聲品質分析
9-12月精彩課程預告
展開 汽車電機控制方案—單相無刷直流電機
汽車電機控制方案—單相無刷直流電機
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引言
無刷直流電機轉子采用磁鋼勵磁，定子采用集中繞組，取消了電刷和換向器，具有效率高、結構緊湊、維護需求低的特點，按照其繞組相數可以將其分為單相無刷直流電機和多相無刷直流電機兩大類。
汽車上應用的發動機冷卻水泵、冷卻風機、空調壓縮機電機等功率較高、轉速控制范圍較廣的使用三相無刷直流電機居多。而單相無刷直流電機被廣泛應用于對電機啟動性能不高、轉矩脈動要求不高的小功率散熱水泵、小功率風機中。ZLG推出的單相無刷直流電機方案適用于小功率散熱水泵，可以通過PWM單線雙向控制，適用于12V系統下50W左右的電機。
2
認識單相無刷直流電機
單相無刷直流電機和三相無刷直流電機的結構相似，定子主要由定子鐵芯和電樞繞組所組成，轉子主要由永磁體構成。它們的轉子的永磁體被充成一定的磁極對數，定子鐵芯通常由磁軛和凸極所組成，定子上只有一相電樞繞組，其電樞繞組的具體連接方式如圖1所示。
圖1 單項無刷直流永磁電機的示意圖
單相無刷直流電機的定子上有一相電樞繞組W。
展開 直流勵磁同步電機和磁阻電機在新能源汽車中的應用
一、電機分類
目前車輛上常用的驅動電機種類有異步感應電機IM和永磁同步電機PMSM，其中中國市場以永磁電機為主。
業內今年新增加一個種類是BMW IX3的電勵磁同步電機，在寶馬沈陽工廠開始了批量生產，似乎誘惑了很多工程師，并且成了很多銷售人士的賣點。當然，電勵磁同步電機也不是新發明，雷諾ZOE就采用了電勵磁同步電機，只是沒有普及開來。
電勵磁同步電機的原理已經公開很久了，在工業電機產品領域也有很多應用，只是電動汽車這個領域剛剛有批量使用的案例。
但是這個并不新鮮的技術并不代表電勵磁同步電機沒有門檻、可以隨意任性設計和量產，在設計和制造技術上還是有很多挑戰，需要新的技術和不斷的嘗試。
2020年驅動視界白皮書中介紹了永磁同步電機PMSM和異步感應電機IM，這里就不做重復，這篇文章重點介紹電勵磁同步電機及其歐美研究中的磁阻電機等內容。
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表1：各種類型驅動電機性能對比
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以上對比的假設前提條件是驅動電機功率和扭矩相同，也就是在電機電氣性能一致的基礎上對比各項指標差異，△數量多少代表優劣，由于磁阻電機還沒有量產應用，數據只是單純意義上對比和參照。
至于采用什么種類的電機，各個國家和各個公司都有自己的設計方案，沒有絕對的好壞區別，更沒有正確錯誤之分，需要綜合考量以及SWOT分析結果，適合自己的才是最好的。
之所以不同國家和不同公司選取了不同類型的驅動電機，原因很多：
1) 國家資源分布的差異，如歐美國家稀土相對稀缺，而中國的儲量相對多些，但是也需要珍惜有限的自然資源，需要提高稀土制造利用率，增加高附加值環節的控制。
2) 各個公司產品布局的差異和整體設計的需求，以及改型換代、迭代的差異。
展開 
【討論】永磁同步電機相對于永磁直流電機好在哪，為什么現在的電動汽車都采用同步電機？
永磁同步電機是定子勵磁，不需要碳刷。而且控制自由度更高，同時控制相位和電壓，啟動性能很好。反過來傳統直流永磁電機是轉子勵磁，需要碳刷給轉子供電。而且控制只能控制電壓，適應性差。
實例研究：新能源汽車電機驅動技術（轉自旺材電機與電控）
傳統汽車差速器,見圖9，是為了調整左右輪的轉速差而裝置的，其工作原理：
圖9 汽車差速器結構圖
(a)汽車行駛時，傳動軸傳過來的動力通過主動齒輪傳遞到環齒輪上，環齒輪帶動行星齒輪軸一起旋轉，同時帶動側齒輪轉動，從而推動驅動輪前進;
(b)當車輛直線行駛時，左右兩個輪受到的阻力一樣，行星齒輪不自轉，把動力傳遞到兩個半軸上，這時左右車輪轉速一樣（相當于剛性連接）；
(c)當車輛轉彎時，左右車輪受到的阻力不一樣，行星齒輪繞著半軸轉動并同時自轉，從而吸收阻力差，使車輪能夠與不同的速度旋轉，保證汽車順利過彎。
電動差速器基本工作原理，見圖（10）。
圖10 電動差速器工作系統原理
通過控制電機轉速（力矩大小），進而調整左右輪的轉速差。一句話，用行星齒輪結構實現差速器的功能，通過對不同電機的速度匹配控制，是可以實現電子差速器的。
七、電機驅動輔助發動機驅動技術
電機驅動汽車比發動機驅動汽車還早10年的時間。電機驅動汽車與發動機驅動汽車一直在PK，幾起幾落，發動機驅動汽車笑到了最后。電機驅動汽車起不來的主要原因是，動力電池比能量指標起不來，導致電機驅動汽車續航里程太短。發動機驅動汽車，今天因環保指標更為嚴苛，受到質疑。同時隨著鎳氫電池和磷酸鐵鋰電池的發明，電機驅動汽車迎來新的發展曙光。
但是，發動機驅動汽車比電機驅動汽車在綜合指標上已經領搖搖領先。電機驅動汽車要替代發動機驅動汽車，也有一段漫長的路要走，于是工程師提出電機驅動輔助發動機驅動技術。該技術就是目前業界提出的混動技術。按電機驅動輔助程度，有弱（10%）、中（30%）、強（50%）三種模式。
1）混合驅動的基本特點
混合驅動汽車一般是指內燃機車驅動，再加上電機驅動的汽車。
展開 整車電機振動噪聲：某混合動力汽車電機噪聲分析和降噪設計
摘要
：混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大。傳動系統及運行模式作了改變，致使傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題。以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發過程中出現的電機高頻噪聲過大問題，采取正向設計方法進行優化，提升了該電機的NVH性能，其聲品質有大幅提高。研究內容對工程實際具有指導意義。
關鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機
0 引言
混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大．傳動系統及其運行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統車相比具有新特點，傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復雜。較低的背景噪聲使得原來傳統汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機的高頻電磁噪聲會嚴重降低車內噪聲的聲音品質，同時降低乘坐舒適性。另外。電機的高扭矩和高轉速特性對齒輪系統的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發動機和變速器的結構噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結構的變化導致發動機、電機、齒輪系統之間耦合振動更為復雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關文獻較少。振動噪聲設計應該是正向設計而不是逆向設計。振動噪聲問題應該在設計階段就進行杜絕和優化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發過程中電機高頻噪聲過大問題進行正向設計，采取優化措施。提升了該電機的NVH性能。其聲品質有大幅提高，對工程實際有指導意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發動機、行星齒輪系統、主電機、電池組、后驅電機組成。樣車在試車階段純電動模式驅動。電機轉速6250r／min時，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內噪聲主觀評價較差，聲品質較差；另外起步階段電機的高頻電磁噪聲同樣較大。
展開 新能源汽車試驗T型槽平臺：電池包碰撞與電機耐久測試專用方案
在新能源汽車研發與質檢領域，電池包碰撞測試與電機耐久測試是評估核心部件安全性與可靠性的關鍵環節。新能源汽車試驗T型槽平臺作為測試的核心基準載
三、電機耐久測試專用方案：高頻振動下的保障
1.抗振性能強化：平臺阻尼比≥0.25，振動傳遞率≤3%，可快衰減電機高頻振動，避免成為二次振動源；底部配備專用阻尼減振墊，隔離地面振動干擾，確保振動傳感器采集數據純凈。
2.熱穩定性設計：選用低熱膨脹系數材質（11-13×10??/℃），臺面經氮化處理，耐高溫≥200℃，可適配電機耐久測試中50-150℃的溫升環境，減少熱變形對測試精度的影響。
3.兼容性適配：預留標準化接口，方便對接扭矩傳感器、功率分析儀等測試設備；T型槽支持多規格電機夾具安裝，可適配50-300kW新能源汽車驅動電機測試，提升平臺通用性。
綜上，新能源汽車試驗T型槽平臺通過針對性的材質優化、結構設計與安全配置，可適配電池包碰撞與電機耐久測試需求。科學選用專用平臺不僅能保障測試數據的可靠，還能提升測試安全性與效率。在新能源汽車向高安全、長續航轉型的趨勢下，專用試驗T型槽平臺成為核心部件測試的關鍵裝備，對推動新能源汽車品質升級具有重要意義。
展開 【討論】電動汽車為什么有的使用交流感應電機而不是永磁同步電機？
特斯拉、蔚來都采用了感應電機而不是同步電機，除此之外有哪些采用永磁同步電機的？同步電機相對感應電機應該功率密度更大、效率更高，應該是有優勢的。采用感應電機是因為擔心永磁體磁場強度容易衰退？高溫、震動會導致退磁？
用于無刷直流電機的汽車電動直流電機控制器的工作原理
用于無刷直流電機的汽車電動直流電機控制器的工作原理-博揚智能
直流電機控制器的具體細節取決于電機類型（有刷、無刷、步進）和使用該電機的設備的功能。例如，與有刷電機的工業直流電機控制器相比，用于無刷直流(BLDC)電機的電動汽車直流電機控制器具有不同的設計和工作原理。
控制器分為數字和模擬版本。數字直流電機控制器與其模擬變體之間的主要區別在于前者包括基于微控制器(MCU)的硬件和固件。
一些直流電機控制器類型可以接收來自電機的反饋、檢測錯誤并糾正它們，使值與設定值一致。它們被稱為閉環或反饋控制器。
或者，即使發生故障，開環或非反饋控制器也不會影響這種情況，因為它不會檢測到故障。您可以在不需要自動控制的簡單系統中找到此類控制器。
開環和閉環系統是控制理論的基本概念。根據電子設備的要求或復雜性，您可以實施帶或不帶反饋的控制系統。例如，步進電機可以與開環控制器一起運行。用于高性能應用中精確定位的伺服直流電機控制器是一個閉環系統。
圖中顯示了閉環和開環控制系統的示例。在第一種情況下，機器人的電機控制器接收反饋并根據景觀條件調節速度。在非反饋系統的情況下，電機控制器得不到反饋。因此，機器人的速度在到達平臺時會降低。
展開 新能源電動汽車電動汽車驅動電機控制器結構與功能
一、電動汽車驅動電機控制器概述
電機控制器，控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成。
圖1 某車型三合一集成式電機控制器
在電動車輛中，電機控制器的功能是根據檔位、油門、剎車等指令，將動力蓄電池所存儲的電能轉化為驅動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。
它是電動車輛的關鍵零部件之一。
電機控制器的基本功能可分為兩個部分
二、電動汽車驅動電機控制器的基本結構
電動汽車驅動電機控制器基本結構可分為：殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊，是電氣控制器關鍵零部件。
下圖為IGBT集成功率模塊。
通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制，輸出可控的三相正弦交流電流，從而控制電機的轉速、轉矩。
如圖為 IGBT集成功率模塊原理簡圖。
IGBT集成功率模塊原理簡圖
1. 殼體與連接器
電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器，并提供密閉的防塵防水（IP67）空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高，溫升快。
殼體提供相應冷卻水路從整車冷卻系統引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。
如圖所示為電機控制器殼體。
連接器安裝于殼體外部，可分為高壓連接器與低壓連接器。
如下圖所示為高低壓連接器。
高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸的對接。
低壓連接器主要用于12V電源的供應、與其他控制器通訊。
2.
展開 
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電機NVH測試的核心訴求是準捕捉噪聲與振動信號，而測試基準的穩定性直接決定信號采集的真實性。鑄鐵平臺作為電機NVH測試臺的核心基礎部件，憑借高剛性、低振動、強抗干擾的特性，為噪聲振動測試搭建穩定基準，是優化NVH測試精度與效率的關鍵支撐。本文深解析鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，融入電機噪聲測試平臺、振動測試基準平臺等高頻關鍵詞，為NVH測試方案優化提供技術參考。
電機NVH測試的核心痛點是“信號干擾導致測試失真”。噪聲振動信號本身具有微弱性、高頻性特點，測試過程中，電機運行產生的振動易引發測試基準變形，車間環境噪聲、地面振動、其他設備運行干擾等，也會混入測試信號，導致真實的電機NVH信號被掩蓋。普通測試基座難以這些干擾，而鑄鐵平臺通過科學的結構與工藝設計，從根源上優化測試環境，為準采集NVH信號筑牢基礎。
鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，主要通過三大核心價值實現，為NVH測試優化提供關鍵支撐。其一，高剛性結構保障測試基準穩定。平臺主體選用HT250強度灰鑄鐵或QT600球墨鑄鐵，經高溫時效+振動時效+自然時效三重處理，殘余應力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+十字交叉加密筋板”設計，筋板厚度≥25mm，臺面厚度≥100mm，在電機振動載荷作用下，臺面撓度≤0.01mm/m，無塑性變形。穩定的基準面可避免電機安裝位置偏移，確保振動傳感器采集的信號真實反映電機本身振動特性，減少基準變形導致的測試誤差。
其二，優異阻尼特性抑振動干擾。
展開 汽車專題第七期 |新能源汽車—電機篇（三）
包括YKK空空冷，YKS空水冷，TEFC封閉式, ODP開啟式，大中型發電機，空調室內機與新風系統用的貫流風機Blower，風壓-風量PQ，效率曲線，永磁同步水冷（電動汽車用）水道，外部軸流，流固，熱固耦合。應用Ansys Fluent計算定子，轉子，繞組溫升。
汽車專題第六期 |新能源汽車—電機篇（二）
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4.新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
主要內容：Simcenter Magnet電磁力計算、Simcenter3D Correlation&Update 電機結構動力學建模及有限元模型修正、Simcenter3D Acoustics 電機輻射噪聲計算、Simcenter3D 計算結果可視化與問題查找、工程應用案例、小結、展望...
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5.新能源汽車用軸向磁通電機設計與分析
主要內容：軸向磁通電機結構介紹、軸向磁通電機電磁方案設計（電機技術要求、電機主要尺寸確定、電機主要材料選型、永磁體結構設計、永磁體厚度選擇、定子沖片的設計）、電機模型的建立、電機有限元分析（電機磁場分析、氣隙磁密分析、空載反電動勢分析、齒槽轉矩分析、電機額定負載性能分析）、樣機試驗與仿真對比分析、結論...
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6.國內外新能源汽車油冷電機盤點和關鍵技術解析
主要內容：油冷電機的優勢、純電動汽車油冷電機盤點（Tesla model 3、Nidec 150kW 3in1、通用Bolt電驅、大眾MEB電驅動、華為電驅動）、油冷電驅動系統的關鍵技術（油冷系統對電機絕緣材料的要求、車載油冷系統對油品的要求）、殼牌新能源汽車傳動系統潤滑油...
展開 汽車試驗：電動汽車用驅動電機系統電磁兼容性試驗方法
電動汽車上的電力電子變換裝置無論數量還是功率都遠遠超過傳統汽車，電磁兼容問題的嚴重性和復雜性也遠高于傳統汽車。電機驅動系統是電動汽車的三大關鍵系統之一，也是最重要的功率變換裝置，其電磁兼容性能（electromagneTIccompaTIbility，簡稱為EMC）不僅關系到自身的工作可靠性，而且會影響整車的安全運行能力和工作可靠性。從目前已有的電動汽車整車產品的檢測過程來看，大部分車型都是經過多次整改才能夠達到國標的相關規定。鑒于電磁兼容問題的重要性，基于電磁騷擾耦合和傳播的一般機制。
本文給出了電動汽車用驅動電機系統電磁兼容性試驗方法。適用于純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車用驅動電機系統。
注：電動汽車電源系統通常分為2種類型：第一種普通LV(低壓)系統，其典型結構特點為非屏蔽，第二種HV系統，其典型結構特點為屏蔽。
試驗方法如下：
一、電磁輻射發射試驗
1、寬帶電磁輻射發射試驗
試驗方法：本方法用于測試EUT產生的寬帶電磁輻射發射， 若無其他規定， 在30MHz-1000MHz頻率范圍內，則按GB/T18655-2010中規定的方法進行試驗。
試驗狀態：EUT應處于正常工作狀態， 且轉速為額定轉速的50%， 扭矩為額定扭矩的50%， 機械輸出負載達到持續功率的25%。
當轉速或扭矩達不到EUT試驗狀態時， 可調整扭矩或轉速以達到持續功率的25%， 并在試驗報告中注明。
如EUT包含多個單元， 單元之間的連接線宜使用原車上使用的連接線束；如果無法實現， 電子控制單元和人工電源網絡(AN)間的連接線長度應符合本標準規定.線束應按實際情況端接，并帶實際負載和激勵。
試驗布置：試驗布置圖見圖3.
屏蔽配置應按照車輛的實際情況布置，通常所有屏蔽的HV部件應低阻抗正常接地(例如AN、電纜、連接器等狀態) EUT和負載均應接地。
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