低频电磁仿真 | 新能源汽车性能提升的利器

永磁同步电机 新能源汽车的心脏

近年来，全球变暖的趋势日益加剧，极端天气事件层出不穷，这些现象都反映出当前气候形势的严峻性。为了应对这一全球性挑战，各国纷纷采取行动，制定了一系列降碳、减碳的措施。中国在2020年提出了“3060”双碳目标，推动以二氧化碳为主的温室气体减排。在此背景下，大力发展新能源汽车成为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。

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。

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，提高研发生产效率和样机出厂质量，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平台伏图（Simdroid）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。下面我们就来看下如何使用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。

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。通过使用云道智造通用多物理场仿真PaaS平台伏图（Simdroid）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。申请试用伏图多物理场仿真平台：伏图® - Simapps Store - 工业仿真APP商店

伏图具有完备的低频电磁求解功能。丰富的有限元单元类型，可以进行二维、三维和轴对称电磁模型的高效求解；能够处理线性和非线性、各向同性和各向异性的材料本构关系；支持各种常用的激励、边界条件和后处理计算功能。基本功能点如下：

• ​电场、电流场和磁场的静态、瞬态和时谐分析，通电导体的运动和场路耦合分析等分析类型；
• 电荷、电流、电压、电路和外加电磁场等激励；
• 悬浮电位、周期边界、开放边界和滑动边界等边界条件；
• 电容、电导、电感、损耗、电磁力等后处理计算功能。