現代永磁電機理論與設計的案例
電機設計及電機仿真APP系列之—永磁無刷直流電機仿真APP
電機的各種工作狀態和參數變化。用戶可通過調整仿真參數，快速得到電機的響應和性能參數，從而進行針對性的優化和改進。借助仿真APP，可大大減少電機設計迭代次數和成本，提高測試效率和準確性。
對了，此APP非彼APP，不用下載安裝，直接瀏覽器（手機也可以）打開，調整各項參數（定轉子、定子槽尺寸等）就可以在線云端計算，非常方便哦。如果不符合要求，還可以個性化定制，資深電機設計仿真工程師幫你搞定。
小編整理了10款不同類型的電機仿真APP，介紹給大家，請查看：https://www.yqgqt.org.cn/post/1953876
下面給大家介紹一款好用的“永磁無刷直流電機仿真APP”。
永磁無刷直流電機是一種采用永磁體建立磁場并通過電子換向器控制電流方向的直流電動機。由于永磁體的高磁能積和電子換向器的高效控制，永磁無刷直流電機具有較高的運行效率和較低的能耗。因此，以其高效節能、運行可靠、調速性能好等優點，在航空航天、工業自動化等領域得到了廣泛應用。
本APP可實現永磁無刷直流電機仿真計算，得到電機的磁密云圖、磁鏈、反電動勢、電磁轉矩、鐵芯損耗等結果。
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參數設置（部分）
仿真計算結果展示（部分）
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展開 電機設計及電機仿真APP系列之——高速永磁同步電機仿真APP介紹
電機的各種工作狀態和參數變化。用戶可通過調整仿真參數，快速得到電機的響應和性能參數，從而進行針對性的優化和改進。借助仿真APP，可大大減少電機設計迭代次數和成本，提高測試效率和準確性。
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下面給大家介紹一款好用的“高速永磁同步電機仿真APP”。
高速永磁同步電機作為一種先進的電機技術，它具有高轉速、高效率、高功率密度等顯著特點。被廣泛應用于工業、新能源汽車、航空航天、風力發電等領域。隨著技術的不斷進步和市場需求的不斷增加，其性能將不斷優化和提升，為各行各業的發展提供強有力的支持。
本APP可實現高速永磁同步電機仿真計算，得到電機的磁密云圖、磁鏈、反電動勢、電磁轉矩、護套渦流損耗、永磁體渦流損耗、鐵芯損耗等結果。
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展開 會議報告 | 永磁同步電機基礎理論與應用
完整PPT給出如下附件
永磁同步電機基礎理論與應用.pdf
【設計】混合式磁鋼轉子結構的電動車用永磁磁阻電機優化設計
相比于普通工業用電機，電動車用電機有著以下特性需求：高功率和轉矩密度；較寬的調速范圍；起動時能夠輸出較大轉矩；高可靠性和魯棒性；轉矩脈動和振動噪聲小；成本低等。稀土永磁同步電機滿足了以上大部分的需求。但近年來我國稀土產量和出口量不斷下滑，需求量隨著新能源汽車發展而不斷攀升，導致稀土材料價格水漲船高，稀土永磁電機的成本不斷提升。因此，設計少稀土永磁電機成為當今電機設計中的熱門課題。國內外的專家學者開始重點關注永磁磁阻電機、同步磁阻電機、開關磁阻電機這類少稀土和無稀土永磁電機。
開關磁阻電機具有結構簡單牢固、起動轉矩高、調速范圍廣、容錯能力強和低成本的優勢，使其理論上非常適用于電動汽車。但在目前實際電動車用驅動系統中，開關磁阻電機的運用卻較少，這與其本身固有的一些缺陷有關：開關磁阻電機在換相過程中，繞組電流急劇變化，會引起較大的振動噪聲；轉矩密度和功率因數較低，轉矩脈動大。雖然電機本體成本低廉，但開關磁阻電機需用到特殊的功率變換裝置，使其驅動控制系統成本偏高。
同步磁阻電機因其調速范圍廣、加工簡單、成本低廉近年來備受學者關注。
展開 
車用永磁同步電機設計不簡單！
一、電機磁場及工作原理
1.1電磁力原理
1.2發電原理
1.3永磁同步電動機工作原理
定子通交流電后產生旋轉磁場，該旋轉磁場吸引轉子磁場，使轉子跟隨定子磁場旋轉。
永磁同步電機扭矩組成。
根據唐院士編著的《現代永磁同步電機》，可知永磁同步電機的輸出扭矩來源于磁鋼扭矩和磁阻扭矩，如下式所示：
T= Pn*Φ0*iq+Pn*(Ld-Lq)*id*iq
由于內嵌式永磁同步電機（IPM)的交直軸電感具有明顯差異，因此IPM電機天生具備產生較大磁阻扭矩的條件。
因此，目前包括汽車驅動電機在內的永磁同步電機越來越多的采用了IPM方案。
*磁阻扭矩對電機系統的影響:
a.相同的電機反電勢系數下，實現相同的扭矩可以減小電機的相電流，有利于提高電機低速大扭矩情況下的效率，還為降低控制器主要器件成本創造條件。
b.在相同的控制器硬件條件下，高磁阻扭矩電機比低磁阻扭矩電機具備更高的空載轉速，有利于提高電機高速小扭矩的工作效率，改善電磁噪音，提高了電機系統的調速范圍。
二、車用驅動電機的主要性能參數及解讀
三、車輛對主驅電機的性能發展趨勢
四、IPMSM磁路結構
4.1常用磁路結構
“一”型磁路結構
優點：
a. 結構工藝簡單；
b. 對極漏抗有良好的抑制能力；
c.特別適用于對轉子內外徑尺寸 有要求的場合。
缺點：
a.永磁體沒有出現聚磁效果
b.電樞反應交軸回路通道單一， 不利于磁阻扭矩提高。
適合匹配的繞組結構
集中繞組（ISG)。
“V”型磁路結構
優點：
a.結構工藝相對簡單；
b.
展開 永磁同步電機設計報告
永磁同步電機設計報告
EV用永磁同步電機設計
EV用永磁同步電機設計
永磁同步電機設計與控制（PPT詳解）
永磁同步電機設計與控制（PPT詳解）
電動汽車用分裂繞組永磁同步電機設計
作者：翟秀果，李毅拓，鄭 權丨河南森源重工有限公司
摘 要：
設計了一款新型純電動物流車用驅動電機，定子采用分裂繞組形式，電機在低速區域工作時繞組全部接入，電機在高速區域工作時繞組部分接入，以替代機械式兩檔變速箱，拓寬電機高效率工作區域。
解決電動汽車續航里程問題，一方面要從儲能電池入手，研制高儲能的電芯和電池管理系統，另一方面要從電驅系統方面入手，研制高效節能的電機和電控系統。本文主要研究電機的高效節能性，以一款200 kW永磁同步電機為例，探討分裂繞組定子和交直軸電感優化對電機高效率特性的貢獻。
永磁同步電機轉子上沒有銅耗，相對于異步電機效率較高，電動汽車廠家在電驅系統中越來越傾向于使用永磁同步電機。傳統電機定子繞組為固定匝數，因為電機感應電動勢和轉速成正比，所以永磁電機在高速時必須進行弱磁控制，以免感應電勢過高擊穿開關器件，即永磁電機在高速時有相當一部分電流是起到反向弱磁功能，并不提供轉矩，該部分弱磁電流在定子中同樣存在銅耗。
為了解決這一問題，部分廠商采用兩檔變速箱的結構，在車輛高速行駛時用切換齒輪的方法降低電機轉速，以此來降低電機的感應電動勢，但該結構增加了變速箱后電驅系統的體積和成本。
展開 Prius2004永磁同步電機的磁路設計 和有限元仿真分析報告 ￥59.9
Prius2004永磁同步電機設計報告：：
磁路法、maxwell有限元法、MotorCAD溫仿真、應力分析。(內容比較完善，用于很需要的朋友，不支持講解，等額外服務哈。)
內容：
1.Excell設計程序，可以了解這個電機是怎么設計出來的，已知功率轉矩等，計算電機的體積，疊厚，匝數等。
2.Maxwell參數化仿真模型：可以學習參數化仿真模型，有限元結果可查看。
3. 橡樹嶺拆解和實測數據：官方的實測數據和差拆解報告。
4.maxwell prius2004建模仿真教程等：ppt資料一步一步教學怎么去建模
5.溫升仿真分析，提供motor cad模型
展開 基于磁路法與等效熱網絡法的航天永磁同步電機設計與仿真
以表貼式永磁同步電機為例，給出了基于磁路法進行PMSM電磁設計關鍵參數的取值標準；同時建立了包含36個節點的PMSM集總參數熱網絡分析模型，并選取其中關鍵節點推導了熱平衡方程，最后應用該方法對某航天電機產品進行了磁熱仿真分析，并分別與商軟計算數據和實物試驗數據對比。結果表明，本文所提方法計算效率較高，仿真精度能夠滿足方案階段需求，可用于指導電機方案的快速性能預估。
01
基于磁路法的永磁同步電機電磁設計
1.1
磁路法簡介
磁路是運用“路”的觀念，通過理想化的模型，將宏觀電磁現象和電磁過程等效在一維的“磁通通路”內進行分析研究。具體是將空間中不均勻分布的磁場轉化為等效的多段磁路，并認為磁通在每段磁路中沿界面和長度均勻分布，將磁場的計算轉化為磁路的計算。磁路與電路具有很高的相似性，如表1所示，可以借鑒電路理論分析的方法。
1.2
航天PMSM電磁設計關鍵參數
航天PMSM電磁設計的基本任務是在給定邊界條件下獲得電機機電能量轉換核心部件的尺寸和材料參數，如定子鐵芯內外徑、定子槽數、轉子級數、永磁體厚度和寬度、鐵芯軸向疊壓厚度、繞組匝數等。為此,需首先確定輸入參數(包括空間幾何包絡、典型工況點的轉矩、轉速及運行時間等)；然后根據輸入參數確定核心部件的尺寸和材料屬性。其中的關鍵設計參數包括：
1)基本設計點。選取原則為:取運行時間最長時段及其所對應的轉矩和轉速作為一組設計點。若存在多個運行時間接近的時段，則選取對應運行轉矩中較大的一組作為設計點。
2)定子鐵芯尺寸，主要是定子外徑和鐵芯長度的選擇。
展開 
考慮溫度場和流場的永磁同步電機折返型冷卻水道設計
0 引言
永磁同步電機因具有功率密度高、效率高、結構緊湊等優點，成為新能源汽車驅動電機的首選。隨著電機容量的不斷增加及其小型化和輕量化的發展，再加上新能源汽車用永磁同步電機的密閉式結構，導致電機運行時散熱環境惡劣，電機溫升過高，成為制約新能源汽車用永磁同步電機向高功率密度、高效率發展的重要因素。
新能源汽車用永磁同步電機大都采用水冷方式對電機進行冷卻，冷卻水道布置在機殼內部，通過機殼內部水道中的循環冷卻介質帶走熱量，從而控制電機溫升。目前，新能源汽車用永磁同步電機冷卻水道的結構主要有折返型和軸向螺旋型兩種。軸向螺旋型水道的水路平順，水道壓降小，但由于冷卻介質從電機一端流入另一端流出，電機兩端的溫度梯度較大，不利于對電機整體的溫升控制。折返型水道的水路呈迷宮狀，不會在電機兩端產生溫度梯度，同時入水口與出水口可布置在電機同一端，方便水冷系統的布置，因而被廣泛應用。
現有研究多采用基于積分形式守恒方程的有限體積法對電機的溫度場、流場進行仿真，從而研究電機的溫升，但并未對永磁同步電機常用的折返型水道的結構參數進行細化研究，對折返型水道結構參數對流體流動特性、水道壓降以及電機溫升變化的影響的研究也還不夠深入。
本文對一臺額定功率68 kW的永磁同步電機的折返型水道結構參數進行設計。建立電機流-固耦合有限元模型，對電機溫度場、水道流場進行仿真分析，并通過電機臺架實驗驗證了仿真模型的正確性。進而通過仿真模型分析了水道內冷卻水的流動特性，綜合考慮分析入水口水道寬度與水道圓角半徑對水道壓降的影響，據此得到水道結構幾何參數，實現了電機低溫升的設計目標，最后進行電機溫升與水道壓降實驗驗證。
展開 基于現代最優控制理論的軸流渦輪級S2流面優化設計計算方法探討
基于現代最優控制理論的軸流渦輪級S2流面優化設計計算方法探討
辛喆 鄒滋祥
中國農業大學水利與土木工程學院 中國科學院工程熱物理研究所
摘要：把數學規劃論和現代最優控制論引入了軸流渦輪級的優化設計，再在優化了的子午面幾何通道內建立包括渦輪級在內所有性能參量的最優流型命題的物理模型及其數學表達式，并歸化為一個在給定初始狀態、自變量終端固定、部分狀態變量終受有約束的條件下使級的輸出功率最大的最優控制問題，應用“代價函數法”及“共軛梯度法”計算得到符合給定約束條件并使目標函數取極值的最優環量分布，結果令人滿意。
關鍵詞：數學規劃輪，最優控制論，渦輪級，優化設計
內容簡介：
1 軸流渦輪級幾何參數的最優化設計
1.1 物理模型及數學表達式
1）優化設計變量 2）渦輪級效率 3）目標函數 4）約束條件 5）損失模型
1.2 非線性數字規劃問題的求解
1.3 優化設計結果
2 軸流渦輪級葉片最佳流型設計
2.1 物理模型及數學表達式
1）狀態向量 2）控制向量 3）系統的微分方程組 4）初始條件 5）約束條件 6）指標泛函
2.2 最優控制問題的求解
1）用“代價函數法”作新的目標函數
2）引入拉格朗日乘子
3）采用共軛梯度方法求解無約束最優控制問題
4）初始控制變量的選取
5）最優步長的選擇
6）計算過程的終止
2.3 計算結果與分析
1）算例 2）計算結果 3）討論與分析
3 結束語
基于現代最優控制理論的軸流渦輪級S2流面優化設計計算方法探討.pdf
展開 新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與熱仿真管理分析
本文部分內容摘自：”專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程“ 中" TCE(熱電制冷)散熱系統設計 "章節中部分內容。
詳細了解本課程，也可點此下方鏈接：
專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程（國內首套有關散熱理論設計的系統培訓課程）
圖1 2012款Nissan聆風的電機
圖2電機水道
如圖1所示為2012款Nissan聆風的電機。電機為永磁同步電機，最大輸出功率為80kw。電機采用分布式繞組定子結構。圖2中展示了由壓在電機定子周圍的水-乙二醇（WEG）冷卻套組成的熱管理系統。冷卻套由鋁制成，有三個相對較大的冷卻通道。冷卻通道的尺寸大約是35mm寬，12.5mm高。冷卻套的內徑約為200mm，外徑約為250mm，軸向總長度約為210mm。冷卻套(不包括定子和轉子)的近似重量為10.1 kg。
對電機熱管理系統進行了熱性能測試。為此，電機首先連接到WEG流量測試臺。在入口溫度為65℃時，試驗臺通過冷卻套循環WEG(按水和乙二醇的各為50%的混合物)。測量了系統在不同WEG流量下的熱阻。采用直流、大電流、低壓三種電源對電機繞組進行加熱。約160A通過電機的所有三個階段提供約530 W的總熱量。在每個相的正、負(中性)側的壓降測量值，連同所提供的電流一起被用來計算所耗散的功率。
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