隨著產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，各行業(yè)對電機性能指標(biāo)提出越來越高的要求，例如效率高、轉(zhuǎn)速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、噪聲低、成本低等。這要求電機設(shè)計必須兼顧電磁性能、溫升性能以及機械設(shè)計等方面的多物理場性能，同時還要考慮電機的成本、研發(fā)周期等因素，如何在最短的時間內(nèi)將一款高性能、低成本的電機產(chǎn)品推向市場是目前各大電機廠商面對的難題。

現(xiàn)代電機設(shè)計是一個典型的多學(xué)科、強耦合、多變量、非線性的問題，在其中多學(xué)科分析和優(yōu)化設(shè)計扮演了非常重要的角色。電機設(shè)計工作的特點要求設(shè)計工具需要具有以下幾方面特征：

1. 兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業(yè)的前、后處理功能

2. 電磁和熱的耦合分析必須快速高效以滿足產(chǎn)品研發(fā)周期的需求

3. 電機機械強度的分析需要在電磁設(shè)計階段同時進(jìn)行，以減少設(shè)計迭代

將同時具有以上特征的設(shè)計工具與優(yōu)化工具相結(jié)合，工程師便可以兼顧電磁、熱、機械性能，在電機設(shè)計初期獲得較好的設(shè)計方案，為后面的精確分析與優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

Ansys解決方案：

Ansys Motor-CAD 集成了電磁場有限元法、磁路法、熱路法、結(jié)構(gòu)有限元法，20 年積累的豐富電磁熱計算經(jīng)驗數(shù)據(jù)，有效提升了不同種類、不同冷卻型式電機電磁與熱計算的效率。借助Motor-CAD與optiSLang，電機工程師可以在概念設(shè)計階段快速評估設(shè)計參數(shù)對電磁、熱、機械強度的綜合影響，在最短時間內(nèi)給出電機最佳初始設(shè)計方案，另外借助Motor-CAD與Maxwell、Twin Builder之間的軟件接口，工程師可進(jìn)一步對初始設(shè)計方案進(jìn)行電磁場高精度分析、系統(tǒng)級場路協(xié)同仿真分析。

01基于模板的電機快速設(shè)計

Motor-CAD可應(yīng)用于各種類型的永磁、磁阻、感應(yīng)電機的快速電磁、熱綜合設(shè)計，包括：

• 永磁同步電機

• 無刷直流電機

• 單/三相感應(yīng)電機

• 同步磁阻電機

• 開關(guān)磁阻電機

• 電勵磁同步發(fā)電機

• 永磁直流電機

• 爪極電機

• 直流有刷電機

02電機全運行范圍性能快速計算

Motor-CAD Lab 使工程師可以快速地創(chuàng)建效率map圖，繪制扭矩/速度特性，研究連續(xù)和峰值熱約束運行包絡(luò)，并分析驅(qū)動周期循環(huán)性能。

• 效率和損耗map圖

• 峰值轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速曲線

• 連續(xù)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速曲線

• 開路和短路試驗

• DQ 電感曲線計算

• 多工況銅損、鐵損、永磁體渦流損耗計算

03電機多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計

利用Motor-CAD與optiSLang之間的接口可以方便的實現(xiàn)電機多學(xué)科、多工況、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。

• 電機效率與成本優(yōu)化

• 電機連續(xù)轉(zhuǎn)矩密度/功率密度優(yōu)化

• 電機散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

• 電機轉(zhuǎn)子減重與結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化

• 電機轉(zhuǎn)矩脈動與齒槽轉(zhuǎn)矩優(yōu)化

• 電機峰值扭矩/峰值功率優(yōu)化

基于Motor-CAD的電機快速多學(xué)科設(shè)計與優(yōu)化能實現(xiàn)什么？

Ansys Motor-CAD是目前全球范圍內(nèi)唯一包含電磁、熱、機械的專業(yè)電機多學(xué)科設(shè)計工具，它同時兼顧了計算速度與精度，可在最短時間內(nèi)完成電機初始方案設(shè)計，結(jié)合強大的Ansys optiSLang優(yōu)化工具，使得電機工程師在設(shè)計初期對電磁、熱、機械性能進(jìn)行快速綜合優(yōu)化的夢想成為可能。

• Motor-CAD結(jié)合了磁路法與電磁場有限元法，兼顧了理論深度與計算精度，豐富的結(jié)果后處理幫助用戶深入、全面的分析和理解電機各種電磁性能參數(shù)

• Motor-CAD集成的熱分析模塊實現(xiàn)了電機電磁-熱雙向快速耦合分析，其內(nèi)置20 年積累的豐富電磁熱計算經(jīng)驗數(shù)據(jù)為計算精度提供了有力保證

• Motor-CAD與optiSLang之間可以借助于集成的向?qū)Р寮騊ython腳本進(jìn)行耦合，實現(xiàn)電機多學(xué)科、多工況、多目標(biāo)快速綜合優(yōu)化

Motor-CAD內(nèi)置的分析模塊提供快速和足夠高精度的算法，幫助用戶減少電機概念設(shè)計，初始設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計之間多余的往復(fù)迭代，加快電機產(chǎn)品研發(fā)周期；其內(nèi)置的各種類型的全參數(shù)化電機設(shè)計模板、電機設(shè)計專家經(jīng)驗數(shù)據(jù)、豐富專業(yè)的前、后處理功能，即使是擁有電機基本專業(yè)知識的普通工程師也可快速、高效、合理地設(shè)計高性能電機。

經(jīng)典案例

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