处理HEV/EV电机规划的应战

混合动力车（HEV）和纯电动车（EV）因具有较高的燃油功率和近于零的排放，一起价格也越来越低，而在全球商场中取得了快速的开展。许多OEM在HEV及EV车辆规划时遇到的最大应战来自于牵引电机的规划。这种电机在大多数状况下都是内置式永磁同步电机。对此类电机来说，怎么削减电能及磁损耗是能否保证终究车辆行进路程及燃油功率的要害。与此一起，工程师需求考虑结构、温度及电磁等方面的问题，由于这些将影响车辆的功用、可靠性和本钱。

在电机/发电机开发过程中，规划小组首要要把要点放在电机的电磁兼容性上。电机组件的开始CAD绘图和相关工程标准为电子规划优化软件供给初始数据——对电机/发电机的首要特性进行界说，包含永磁资料、线圈结构、线圈匝数及气隙等。

这些参数然后再为电磁场模仿软件供给数据，用于核算电机的扭矩波形——比方说，在车辆以电机形式驱动的时分扭矩逐步添加的方法，或车辆在制动再生形式下刹车时电阻的改动状况。软件还会对车身分量进行剖析，以决议加快状况以及在不同状况下的停机时刻。依据不同的剖析成果，规划团队会调整最基本的规划参数（比方永磁体尺度）对规划进行优化，依据电机的尺度、分量和本钱来平衡其功用。

扭矩剖析成果还会用于结构力学求解器中，用于核算动力总成物理部件的机械应力、负荷、变形及振荡数据，其间包含驱动轴和齿轮体系。振荡剖析十分重要，由于牵引电机或许是电动轿车上最首要的振荡源。此外，规划人员经过流体力学求解器来剖析电机的热办理作用，对能量损耗进行绘图，并确认电机/发电机总成中的热量散布状况。

将两个独自优化的零部件组合在一起得到的体系并不一定是最优的。对HEV及EV牵引电机的规划来说，这点尤为显着——在详细规划过程中，电机有必要作为整个体系的一部分进行规划和优化。该体系还包含电力电子、控制器及其他零部件。因而，一款高功用产品的规划假如触及电气、热办理、机电、电磁及控制器等不同范畴时，就需求选用多范畴的体系模仿软件。这种技能需求将不同的物理剖析结合在一起，才干得到最优的、完美结合的纯电动动力体系。

牵引电机是整个动力体系的一部分，其间包含绝缘栅双极型晶体管（IGBT）逆变器、电缆母线以及机械负荷，这些都要在一个集成模仿软件中进行建模剖析。工程师能够经过电子暖流软件来确认动力体系中首要热源的几许参数——其间热源包含IGBT和电机/发电机中通电的部件。每一个热源都要独自对应到软件中的首要爱好点上（POI），一起考虑到空气循环和传导的热能。体系会对这些数据进行处理并生成一个热模型，然后确认每个IGBT的全体温度波形图。剖析软件还会供给与温度有关的功用变量，比方电池耗费的电量，然后保证热量水平不会超越规则的限值而对IGBT功用带来负面的影响。

经过该温度波形图，工程师能够使用根据FEA的结构求解器的热结构剖析功用来确认终究的热应力。电子规划剖析软件用于核算作用于电机/发电机零部件上的电磁力以及体系结构上的机械应力散布。工程师能够据此对体系结构进行优化，处理应力会集或过度变形问题，或许减轻过度规划的区域。

在整个电磁及机械开发过程中，一切的核算剖析以及不同物理模型之间的数据交换都由一致的模仿渠道担任和谐完结，包含那些针对不同负荷以及比照不同规划进行的核算。这种多物理联合模仿只要在软件工作环境一致且程序之间的数据活动疏通的状况下才干够发挥较高的功率。

举例来说，咱们选用了一个一般的模仿渠道来模仿牵引电机规划中常见的多物理问题。该模仿的终究意图是要确认定子叠片及线圈上的应力及变形数据，作为振荡/声学噪音或疲惫剖析的初始数据。几许参数对结构及热学剖析来说都是十分常见的。磁场求解器核算电磁损耗及磁力巨细。取得的损耗值按单元对单元的方法作为热应力主动导入到热学求解器中，然后核算出温度波形图。接着温度波形图再映射到结构求解器，核算出热应力。

与此一起，热应力的磁力部分从电磁求解器中映射到结构求解器中。工程师能够在结构求解器中直接施加任何额定的力。终究的模仿会把在实在工作条件下一切作用于电机上的负荷同步核算在内，然后根据实在条件对电机功用进行模仿。一旦模仿完结，工程师能够经过常用的模仿渠道改动几许参数并更新在不同物理状态下进行的模仿，并且选用全主动的方法，不用针对各个模仿再从头设置一遍。

针对每个电流波形，输出扭矩在某个特定负载角下到达最大。为了完成电机和驱动的优化，负载角和电流一起用于驱动电机，在给定的几许参数下取得最大扭矩。要想获取此类曲线，至少要做494种不同组合的模仿，其间并不包含在不同工作温度下几许参数、电机速度和资料特点产生的各种或许的改动。这个比如阐明，一个常见的内置式永磁同步电机规划的优化需求对成千上万个规划进行模仿。