CST低频仿真应用（二）——PMSM电机建模
作者 | Zhou Ming
电动汽车动力的核心来自电机，现阶段电动汽车采用的主要是PMSM（永磁同步电机）。下图中三种电机分别来自BYD Seal、Tesla Model3和Huawei Avatar，从正面永磁体的排布可以看出BYD和Huawei采用了2层永磁体的排布，Tesla采用1层永磁体排布；从转子的磁极数量来看，BYD 采用8磁极设计，Tesla和Huawei采用6磁极设计。
注：该图片来自B站“懂车老王”的拆解视频。
从转子侧面来看，为了减小齿槽转矩产生的振动和噪声，3种转子都不约而同的采用了业界流行的分段式V型斜极设计（Skew）。
注：该图片来自B站“懂车老王”的拆解视频。
现如今，电机的设计过程已经离不开仿真，无论是结构仿真（减重、结构强度分析等）、电磁仿真（转矩、纹波、效率等）、热仿真、NVH仿真等，电机设计的核心是多参数、多学科的优化过程。
熟悉CST的小伙伴都清楚CST在高频领域的实力，其实在电机设计领域，CST同样具备非常强大且完备的功能。CST和达索的Tosca、Isight等专业优化工具相结合，能够帮助电机设计工程师解决多参数优化难题、极大的提升电机优化效率。
调用Template电机设计模板
CST从2023版本开始，已经自带PMSM电机建模的模板，电机的所有CAD尺寸都是参数化设计，方便工程师快速进行电机的设计。点击Component Library，调用Template RadialFlux Inner Rotor IPMSM模板。
点击“？”可以调出help文件，对Template中各参数的定义有详细说明。
创建电机Rotor模型
依次点击VBA Macros/ElectricalMachines/01 Model Set Up/Build Model/Rotor Hole/Hole Type1，调出Rotor的建模界面，在GUI界面上输入各参数。
如果想要设置双层永磁体结构，则需要重新调用一次Rotor的建模界面，重新输入参数。
下图是自动生成的转子模型，包括转子的金属结构、永磁体、永磁体两侧的间隙等。
创建电机stator模型
依次点击VBA Macros/ElectricalMachines/01 Model Set Up/Build Model/Stator Slot/Slot Type1，调出Stator的建模界面，在GUI界面上输入各参数。
点击ok，自动生成定子的齿槽模型。
创建电机Winding模型
依次点击VBA Macros/ElectricalMachines/02 Excitations/Create Winding，自动生成线圈模型。默认的Conductor类型是Eddy Current Free，coil_nturns设置为6。这种线圈电流在横截面上均匀分布，不考虑材料的loss特性，适合于电机DQ-Model仿真。
为了仿真电机的效率问题，需要对coil的类型重新设置。以BYD Seal为例，该电机采用行业主流的扁线电机，coil_nturns为6层，Conductor类型设置成Solid。
模版还可以自动生成发卡（Hairpin）的3D模型，用于其他电磁特性及多物理场分析。
设置电机永磁体及其他材料参数
依次点击VBA Macros/ElectricalMachines/02 Excitations/Define Magnets，完成对永磁体材料的设置。模板默认的设置是Hard magnetic材料，已经输入J-H曲线。如果是仿真DQ-Model和Efficiency，只需要定义永磁体的Br值（剩磁）。
硅钢片选择Soft magnetic材料，导入B-H曲线。
到这里，PMSM电机的模型已经创建完毕，下一期我们开始介绍如何利用CST做电机仿真。
