低频电磁仿真|新能源汽车性能提升的利器

12月13日,为期两周的第28届联合国气候变化大会(COP28)在迪拜圆满落幕,各缔约国代表就如何应对全球气候变化进行了激烈的探讨,并对《巴黎协定》实施情况进行了首次盘点。盘点的情况不容乐观,而近年来全球变暖趋势加快、极端天气事件频发等现象也表明,目前的气候形势依然严峻。世界各国纷纷制定降碳、减碳措施,中国在2020年提出了“3060”双碳目标,而大力发展  新能源汽车  是实现目标切实有效的重要举措,新能源汽车逐渐替代传统燃油车也成为行业发展的必然趋势。

永磁同步电机——新能源汽车的心脏

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当前,我国新能源汽车产销量稳居全球第一。随着新能源汽车的普及,电机作为新能源汽车驱动系统的核心组成部分,其重要性不断凸显。电机可以使电能转化为机械能,通过传动系统将机械能传递到车轮,驱动汽车行驶。永磁同步电机凭借其高功率密度、高转矩、体积小、重量轻、响应速度快、能量转换率高等方面的优势,已成为新能源汽车应用最为广泛的驱动电机之一。

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永磁同步电机构造示意图

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)的工作原理是利用定子绕组通电产生旋转磁场,推动转子上的永磁体同步旋转,由此将电能转化为汽车的机械能。其分为表面永磁同步电机(SPMSM)和内置永磁同步电机(IPMSM)两种。SPMSM通常用于轻型电动汽车和混合动力汽车中;IPMSM则用于重型电动汽车、公交车和地铁等需要高效率和大功率的场合。

电机性能优化——低频电磁仿真

作为新能源汽车的动力源,永磁同步电机的性能直接影响着汽车的续航里程及行驶状况。通过低频电磁仿真可以分析得出永磁同步电机的磁场分布、电磁力、转矩、功率等性能指标,从而优化电机的设计方案,如调整电机的磁环设计、转子和定子的结构设计、增加永磁体数量等,从而提升电机性能。不仅如此,仿真分析还可实现在电机打样前多次调整设计参数,能够有效降低电机厂家打样成本提高研发生产效率样机出厂质量,逐渐成为电机设计制造过程中的重要环节。

云道智造通用多物理场仿真PaaS平台Simdroid(伏图)具备自主可控的低频电磁求解器,支持多物理场耦合仿真,在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。其内置APP开发器,支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程。

正确的建模、网格划分、材料参数的选择和边界条件的设定等都会影响仿真结果的准确性。下面我们就来看下如何使用Simdroid(伏图)低频电磁模块对表面永磁同步电机 (SPMSM)进行仿真分析,并封装为仿真APP。

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低频电磁仿真|新能源汽车性能提升的利器的图4

▲永磁同步电机仿真分析案例

结 语

通过低频电磁仿真分析可以得出永磁同步电机的空载工况,包括反电动势、磁链、磁感应强度分布、齿槽转矩等参数,也可以得到负载工况关注的电磁转矩和功率密度分布等重要参数,工程师可根据这些参数,优化电机设计。

随着新能源汽车行业的快速发展,永磁同步电机的应用将越来越广泛,对电机的性能也提出更高的要求。通过使用云道智造Simdroid(伏图)进行低频电磁仿真分析,可为永磁同步电机的设计优化提供科学的指导,进而提升电机性能,有助于电机厂家满足日益增长的市场需求,获得有力的市场竞争优势。

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