电机设计内容解决方案.pdf

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1、——采用无缝集成的多物理域仿真软件电机设计面临的技术挑战电机设计是一个复杂的多物理场问题，它涉及到的领域包括电磁、结构、控制、流体和温度等多个领域。随着新材料、新工艺以及各种电机新技术的发展，电机设计的要求越来越苛刻，精度要求越来越高，传统的设计方法和手段已经不能满足现代电机设计的要求，必须借助于现代仿真技术才能解决设计中的各种难题。®无缝集成的电机设计解决方案ANSYS以Maxwell®为核心、Simplorer®为系统仿真平台的ANSYS®集成化电机设计解决方案是业界首选工具，其设计理念和产品技术都处于绝对领先地位。

2、它能够实现从简单到复杂、从部件到系统的一体化电机设计流程，缩短开发时间，降低开发成本，提高设计水平。®无缝集成的电机设计解决方案ANSYS®电机设计解决方案的主要技术优势ANSYS全自动化设计流程：基于磁路法的旋转电机设计专家RMxprt®，不仅能完成多达18种电机的磁路法计算，还能够一键生成电机的二维和三维全参数化有限元分析模型，包括自动建立几何模型、设置材料属性、网格剖分、边界条件、外电路以及运动和求解选项等，极大地简化了电机的有限元分析流程。自动自适应和体网格剖分技术：网格剖分质量是影响电磁场计算精度的最主要因素，

3、Maxwell®通过先进的自动自适应和体网格剖分技术，既能够保证计算精度，又能节省计算资源，加快设计流程。瞬态场路耦合仿真功能：通过与Maxwell®自带外电路或Simplorer®瞬态协同仿真，能够将电机本体与控制电路及机电系统设计结合起来，通过联合仿真可以综合考虑整个电机驱动系统的性能、可靠性以及EMI/EMC等问题。多物理场耦合分析功能：结合WorkbenchTM的多物理场耦合仿真功能，能够实现电磁、结构、流体和温度的系统仿真，计算电机的结构应力、散热温升以及振动噪声等性能。无缝集成的参数化和优化分析：Maxwel

4、l®具有强大的细节优化、参数化分析、灵敏度和统计分析功能，可以对几何形状、激励源材料、控制参数等，进行参数化和优化分析，得到最优设计方案。Maxwell®参数化、优化分析支持瞬态求解器，可对电机的各种瞬态电磁性能进行优化，且支持遗传算法。®仿真技术在电机设计中的部分应用ANSYS电机损耗精确计算电机损耗，包括绕组铜耗、冲片铁耗、磁钢涡流损耗以及导体涡流损耗，对电机效率、散热和温升、永磁体性能等都有着极大的影响。尤其是随着现代控制技术中载波频率的上升，铁耗、磁钢和导线里的涡流损耗上升很快，可能会导致电机温升过高，可靠性降低

5、。Maxwell®可精确计算电机设计所关心的各种损耗。正弦和谐波电流激励下的铁心损耗计算电机导体、鼠笼和永磁体损耗计算永磁电机电感计算在永磁电机的设计中，直轴电感和交轴电感是非常重要的参数，对电机控制有着极其重要的意义。通过Maxwell®电磁场仿真，能够得到直交轴电感随电流、控制角等的变化曲线，还能在瞬态场中得到电机在运动过程中的电感变化，用于高精度电机控制系统设计。SPM和IPM电机的直、交轴电感转矩优化利用无缝集成在Maxwell®中的参数化和优化算法，可以对冲片形状、磁钢形状以及材料属性等参数进行优化，达到转矩优

6、化的目的，例如减小齿槽转矩，增加单位电流最大转矩等。用户也可以设置多种优化目标，例如同时优化齿槽转矩和气隙磁密等。齿槽转矩、气隙磁密和磁钢用量多目标组合优化最佳控制优化在EV/HEV普遍采用的IPM电机中，很多都采用弱磁控制，需要计算每个工作点的控制角，来实现电机的最优控制。通过®参数化分析，能够得到各个运行点Maxwell的控制电流和控制角，以及电机在整个运行区间内的效率分布图。最大转矩电流曲线和效率分布图电机本体和控制系统瞬态协同仿真电机设计，不仅仅是电机本体的设计，还需要考虑控制器的精确和优化设计，以及电机本体和控

7、制器的匹配问题。因此，电机设计需要将其瞬态有限元分析模型和控制电路结合起来，通过瞬态协同仿真，精确分析整个机电系统性能。®与Simplorer®场路瞬态协同仿真，便于实现精确机电系统设计Maxwell多物理域耦合设计电机设计除了基本的电磁性能外，温升和结构也是必须要考虑的问题，因为温升关系到电机的性能、使用寿命和工作稳定性，而结构则直接关系到电机的可靠性、经济性和振动噪声。ANSYS®无缝集成的电机设计解决方案可帮助用户有效解决电磁、热、结构、流体®和Mechanical®耦合设计实现电磁、温度、形变和振动分析多物理域耦

8、合设计问题。Maxwell高性能计算多处理器并行计算（MP）®进MP选项用于在单一计算节点上的共享内存式的多处理器或多核的并行求解，可大幅度缩短求解时间。在Maxwell行三维电磁场剖分和求解的时候，利用该功能可大大提高仿真速度。分布式求解（DSO）DSO选项允许用户将对结构、线性或非线性材料、激励、控制参数的参数化