电动汽车外转子轮毂电机场路耦合设计

1 前言

    随着计算机的快速发展，特别是分布式计算和并行计算的普及，工程仿真在航空、汽车、能源、电子等行业得到广泛应用，ANSYS的仿真软件为全球各行业提供能完全集成多物理场仿真软件工具的通用平台。在电机系统化仿真方面，利用ANSYS Maxwell和ANSYS Simplorer进行场路耦合联合仿真成为未来的趋势，可以研究复杂系统的功能，包括电机本体的损耗分析、电机控制的性能分析等。本文首先SVPWM的基本原理和模块搭建进行了介绍，通过Maxwell、Simplorer与Simulink联合仿真，结果验证了该方法的正确性。

2 电机初始方案和有限元模型的建立

    首先，使用等效磁路法计算得到初始方案，程序由唐任远《现代永磁电机理论与设计》书中程序改编而来。然后拟在matlab中编写遗传算法，对初始方案进行优化，优化后将定子参数输入到Rmxprt中，由于Rmxprt中只有表贴式的外转子永磁同步电机模型，故转子部分保证转子外径、内径一致，永磁体随意输一个极弧系数。一键生成有限元模型，保证其他部分不变，删去转子，将手动建模的转子复制过来，得到如下模型。

    以现有8极的插入式电机为原型，将其尺寸参数作为Fortran程序的输入，通过自己编写的程序，得出磁路法的计算结果，与原电机结果比较（matlab编写的M文件的结果和Ansoft RMxprt自带的外转子表贴式的结果），如果芷确，则进一步在插入式的基础上改为V型永磁转子。此时因为没有对比的结果，故采用和有限元仿真的结果对比的方式。

图1 Maxwell 2D中电机模型

图2 磁路法计算流程图

    3 场路协同仿真

    ANSYS Simplorer具有多域机电系统设计与仿真的强大功能，针对电机高精度仿真需求，Simplorer提供降价模型接口和瞬态协同仿真接口，在电路瞬态协同仿真过程中实时交换数据，实现高精度机电系统设计和分析。全面提升了电机及驱动／控制系统的集成化仿真能力。在电气、电磁、电力电子、控制等机电一体化系统的建模、设计、仿真分析和优化等方面发挥了巨大的推动作用，缩减开发时间和研发成本，提高系统可靠性。

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