摘要：本篇基于电动汽车用电机的特点，以一台三相永磁同步电机为例，运用有限元的原理，并借助Ansoft软件，论述电机内部电磁场的建模及其电磁性能的分析过程。给出了该电机的铁损分布特征，为进一步的电机设计提供了指导依据。

    电机及其控制技术是电动汽车动力系统的核心技术之一。为了保证电动汽车具有良好的性能，驱动电机应具有：调速范围宽、转速高、启动转矩大、体积小、质量轻等特点。

    科技飞速发展的今天，电机的设计技术都有了巨大的进步。近年来，永磁交流伺服系统更是具有取代传统直流伺服系统的趋势，已成为现代伺服技术重要的发展方向。稀土永磁同步电机凭借其体积小、效率高、转矩脉动小等优点，在伺服系统中得到越来越广泛的应用。同时，电机性能参数计算的精度要求也越来越高，设计研发的周期越来越短。在传统的分析计算不能很好地满足上述要求时，随着计算机硬件和软件技术的迅猛发展，以及电磁场数值计算、优化设计和模拟技术等现代设计方法的不断完善，有限元法作为一种电机电磁场数值解法，其应用也越来越广泛。我们可以直接使用有限元对电机的电磁场进行分析和计算，从而使工业电机的各项性能得到优化，更好地匹配在电动汽车上作为驱动电机使用。

    本文通过Ansoft软件，以一台三相永磁同步电机为例，进行电机的建模及电磁性能的分析。

1几何模型的建立及材料选型
1.1几何模型的建立
    三相永磁同步电机由定子铁心、定子绕组、永磁体磁极、转子铁心等组成。在本文中建立的电机几何模型定子内径为74 mm ,外径为120 mm，极数为4，定子槽数为24。通过Ansoft软件绘制的几何模型如图1所示。

    在Ansoft软件中建立电机的几何模型时，所有部件的材料属性都默认为是真空。所以，在几何模型建立后，要对电机的各个部件的材料特性进行定义，以实现电机磁路的分析。

    对于永磁同步电机静磁场分析，主要需要指定以下4个部分的材料属性。

    1）气隙材料属性定义在电机的设计中，将电机的气隙材料属性定义为空气或者真空，气隙材料的属性在软件自带的材料库中设定即可。
    2）绕组材料属性定义在电机中，一般将绕组的材料定义为铜，铜这种材料属性在软件自带的材料库中可以找到，直接指定即可。
    3）定子铁心和转子扼材料属性定义电机的定子铁心和转子扼是由硅钢片叠压而成，本文中将一种电机常用的非线性铁磁材料DW465-50指定为两者的属性。但这种材料在软件自带的材料库中没有，需要我们根据这种材料的属性值重新进行定义。由于材料是非线性的，故相对磁导率并不是常数，需要我们根据BH曲线进行定义。
    按照软件新材料的定义方法，依次输入DW465-50的BH曲线的属性值，从而形成新的BH曲线，以便应用在本文的电机磁场分析中。新的BH曲线如图2所示。

    输入BH曲线时要注意，B值与H值要一一对应，并且单调连续。BH曲线缺省通过原点，（0, 0）点不输入；并且BH曲线应覆盖材料的全部工作范围，提供足够多的数据点以完整描述该材料特性。本文中B, H值从（0, 0）点一直到（238854, 2.36）点，完整详细地描述了DW465-50这种材料的特性。

    4）永磁体材料属性磁极所采用的是永磁材料，在软件自带的材料库中没有，需要自己输入以建立新的永磁材料。在我们了解永磁材料特性的情况下，Ansoft软件可以直接输入永磁材料的特征值，以完成对新材料的定义。需要说明的是，永磁体的退磁曲线是指剩磁密度Br与矫顽力He的曲线，可以简称BH曲线。此外还需要知道永磁体的工作温度，即电机内部温度分布，Br的可逆温度系数，H。的可逆温度系数。

    完成永磁材料的属性定义后，还要进行指定磁极的磁化方向。磁化方向的指定是通过相对坐标系来完成的，因此，在本文的分析中采用建立相对坐标系的方法确定永磁磁极的激磁方向。由于分析的电机具有4个磁极，故应该在全局坐标系的基础上建立4个相对坐标系。图3所示为一个磁极的定义，依次建立4个磁极的相对坐标系。

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