案例演示 | 基于Motor-CAD日产聆风汽车电机的多物理场仿真

一、导读

随着油价不断攀升，能源与环保问题日益突出，国家通过汽车产业的调整或振兴规划，新能源汽车的研发受到越来越多的关注，新能源汽车无疑会成为未来汽车的发展方向。因此，新能源汽车技术一定会在将来发展的越来越好，其中的驱动技术就是电机性能的提高优化，这就要求电机必须拥有较大的调速范围、高效率运行区间占比高、功率密度大，散热性能好等优点。

本文以日产聆风电机作为案例，基于Motor-CAD电机计算软件，对其主要的电磁性能、热计算、整车运行模拟等方面进行仿真计算。有重点地介绍其各个方面的计算步骤，便于了解整个计算流程体系。

二、电磁建模与计算

1、铁心数据输入

打开软件，选择电机类型为BPM，模块类型是电磁模块，在电机横截面几何模型编辑界面包含了定子铁心、定子齿槽、转子铁心、永磁体、冷却道等部件的横截面几何信息。具体设置如下图1所示。图2是轴向编辑面的设置，主要是轴向方向的设置，包括铁长度、磁钢分段数等数据。

图1径向编辑界面数据输入

图2轴向编辑界面数据输入

2、绕组数据输入

在绕组设置中主要是输入绕组的排列型式、绕组的匝数、绕组并联支路数、线规、并绕根数、绝缘厚度等数据。还可以查看绕组的谐波组成、绕组系数等数据。图3是绕组型式编辑界面，图4是线规的编辑界面。

图3 绕组型式编辑界面

图4是线规的编辑界面

3、材料赋值

在计算前期需要对电机进行材料赋值，不同部件需要指定不同的相应的材料。Motor-CAD提供了一个材料数据库，用户可根据自身需求在数据库中选取相应材料，材料属性信息包含了磁化性能、电阻率、温度影响系数、密度等内容。具体设置如下图5所示。

图5材料属性赋值

当然用户如果有自己的材料也可以添加进去材料库，具体添加可以另外查看相关文档。

4、运行工况和求解任务设置

在Motor-CAD求解设置中可对转速、电源驱动、绕组接线型式、永磁体充磁类型、各部件求解温度、电磁热耦合迭代类型、斜槽情况等属性进行相关数据设置；同时也可对求解参数进行定义，包括电机空载时候恒速旋转时的反电势、齿槽转矩、电磁力计算；还可以计算负载时的转矩、转矩转速曲线、磁钢的退磁情况、负载时的电磁力计算；电机绕组自感及互感参数计算等电磁相关的数据求解。

图6 运行工况和求解任务设置

5、电磁计算结果

计算完毕之后就可以进行结果查看，该计算包含了磁密云图、磁力线分布图，损耗分布云图、电密等分布图，如图7所示。

图7 场分布云图

同时还可以查看工况运行下的输出数据，主要包括电源驱动数据、电磁计算性能参数、电机矢量图、损耗表、绕组计算结果等数据表如图8所示。最后还可以观看各个数据的波形，比如电流、节点电压、反电势、转矩、磁链以及各波形的谐波分析，如图9所示。

图8 工况数据计算表

图9计算结果波形

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