Ansys設計空心杯電機的案例
Ansys空心杯電機仿真方案
空心杯電機本體仿真
定子繞組建模是空心杯電機仿真的關鍵
空心杯線圈UDP
-Maxwell內嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數化幾何模型
-后續可以簡單的對線圈的直邊長、節距等設計參數進行參數和優化分析
空心杯電機繞組建模
-按如下參數生成空心杯電機的單個繞組
-沿Z軸復制生成六個繞組
生成空心杯電機完成模型
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
空心杯電機3D模型仿真
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
-把3D模型沿Z軸切割，可得如下空心杯2D模型，設置合適的模型深度和等效材料特性，并對繞組重新進行分相后，也可以仿真空心杯電機的特性，仿真速度遠快于3D模型。
空心杯電機等效電路模型提取
采用對有限元模型的定子電流和轉子位置進行遍歷的方式，基于高精度的有限元仿真提取出空心杯電機的精確等效電路模型，然后可在TwinBuilder中利用該等效電路模型搭建外部的控制電路和控制算法，從而既保證仿真精度，又保證仿真速度。
-把繞組的激勵類型設置為外部External，并設置繞組初始電流為0。
-插入一個Maxwell外電路激勵。
展開 基于Ansoft Maxwell的永磁直流空心杯電機有限元分析
摘 要：永磁直流空心杯電機是空心杯電機的一種，體積小重量輕、轉動慣量小、工作效率高、功率密度高，在航空航天及國防軍事裝備領域得到廣泛的應用。以永磁直流空心杯電機為模型，運用Ansoft Maxwell軟件搭建仿真模型，進行網格剖分、材料賦予及激勵源等設置。求解并分析模型在穩態的磁場分布及瞬態的輸出特性，為電機的設計與優化提供參考依據。
關鍵詞：空心杯電機;Ansoft Maxwell;有限元分析;
0 引 言
永磁直流空心杯電機是空心杯電機的一種，其因為體積小重量輕、轉動慣量小、工作效率高等優點被廣泛應用于軍事國防領域[1]。瑞士Maxon集團研制的空心杯電機，在2004年隨美國航空航天局的火星探測器出色地完成了任務。2012年美國私人航天公司SpaceX的天龍號同樣配置了空心杯電機。與國外電機制造業相比，國內在設計專業程度方面和制造良品率方面有一定的差距，導致國內生產的空心杯電機不及國外知名企業的同類型電機。本文介紹了永磁直流空心杯電機工作的原理，基于Maxwell仿真軟件對“二極九槽”永磁直流空心杯電機進行二維建模、劃分網格、賦予材料屬性及設置激勵源，對電機穩態磁場情況及瞬態工作情況進行分析，確定電機磁場強度、氣隙磁密、輸出轉矩、轉速等情況。
1 永磁直流空心杯電機的結構與原理
永磁直流空心杯電機的特點是轉子無鐵心，也稱為空心杯轉子。該類電機帶有電刷、換向器，定子采用稀土磁鋼產生激磁磁場，當給電機施加直流電壓后，通過電刷與換向器的換向繞組中的電流方向保持不變[2],該電流與定子激磁磁場相互作用，形成方向始終不變的電磁轉矩，從而使電機以一定的轉速工作。
展開 伺服 / 空心杯 / 異步電機三賽道揭秘：千億市場、技術壁壘與國產突圍
繞線設備
空心杯電機的繞線設備也是技術壁壘的一部分。繞線機全球頭部廠商集中在歐美和日本，包括瑞士Meteor、日本田中精機、日本日特機械等企業。這些海外廠商設備先進，基本實現了繞線設備的自動化、智能化、網絡化，繞線設備質量可靠，生產效率高。國內繞線設備自動化程度低，技術與海外存在差距。我國繞線機研發起步晚，線圈設計以卷繞式為主，工序較為繁瑣。部分繞線機可實現一次成型繞制，但面對較大功率電機的粗線徑線圈，國產設備在可靠性和繞制精度方面相比世界先進水平仍有較大差距。國內繞線機廠商包括中特科技、勤聯科技、臺立電子等公司。
3. 設計環節
空心杯電機的設計需要結合材料細分牌號、轉子杯類型進行優化，國內廠商在這方面的技術積累與海外存在差距。海外企業如Maxon、Faulhaber、Portescap在技術起源、產品種類數量及全球化的銷售渠道等方面具有明顯優勢。
4. 加工環節
空心杯電機的結構屬于無齒槽結構，沒有定子槽，所有漆包線都是懸空繞線，內部沒有任何支撐，加工精度直接影響磁場的穩定性。因此，加工過程中對精度的要求非常高。
三、主要生產企業
全球方面，瑞士Maxon、德國Faulhaber、瑞士Portescap等頭部企業長期保持較高市場占有率，國內廠商正在加速布局：
鳴志電器：專注于運動控制領域，擁有步進、直流無刷、交流伺服、空心杯電機等電機產品。公司通過多次收購掌握核心技術，包括收購美國LinEngineering、瑞士Technosoft Motion AG、鼎智科技。混合式步進電機全球市占率超10%，位列全球第四；空心杯電機已處于中小批量供貨階段。
偉創電氣：電氣傳動、工業控制領域國內頭部廠商。切入機器人領域，布局空心杯電機、無框電機等；適用于靈巧手10mm的空心杯電機模組已經取得小批量訂單。
展開 Ansys電機熱設計解決方案
工程背景
-電機運行時，繞組損耗、鐵心損耗、機械損耗轉變為熱量，使電機各部件的溫度升高，當溫度超過絕緣允許的溫度時，將導致絕緣乃至電機的損壞
-要將電機各部件的溫度控制在允許范圍內，一方面要降低損耗，減少電機的發熱量，另一方面要提高電機的冷卻散熱能力
-電機控制器也存在類似的熱問題
-冷卻風扇、電機本體、控制器需要合理設計，滿足電機冷卻需求
數值仿真—流動/熱問題解決方案
電機風扇的仿真設計
風扇的作用
-產生足夠的壓力，驅送氣體通過電機
數值仿真技術有助于：
-預測性能
-優化葉型
-提高風扇效率
惠而浦軸流風扇的優化
-用于冷凝器
-由葉片、支撐、馬達等組成
-模擬目的：優化葉片結構；更好的氣動性能
-優化參數包括：葉片數目、輪轂直徑、葉片外徑、輪轂角度…
電機冷卻仿真設計
-需要評估散熱通道設計
-需要評估電磁損耗：損耗是發熱的根本；損耗的大小、分布直接影響電機最終的溫度分布
-如何保證數值仿真的精度：求解算法；邊界條件；流體/熱數值仿真技術如何引入精確的損耗分布？
展開 
【Ansys線上直播回看】Ansys Motor-CAD 電機設計軟件功能介紹
『點擊觀看直播回放』
由于市場上對電機性能的要求越來越高，新的電機設計需要對電機進行多物理場的全方面的考慮。Motor-CAD 是專門針對電機設計而開發的一款工程軟件工具，在設計階段能夠更加高效地綜合分析電機電磁性能、熱管理、應力結構、駕駛工況，以及加工工藝對電機設計的影響，為工程師提供電機設計更加全面的解決方案。本次網絡研討會將詳細介紹和演示Motor-CAD 的功能。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
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展開 ANSYS 電機設計專欄發布
為了推廣仿真工程理念，服務中國電機設計人員，ANSYS推出電機設計專欄，提供超過200多份 ANSYS集成化電機設計解決方案的相關技術資料。
專欄地址：http://www.ansys.com/zh_cn/em
此次專欄共包含三個主題：
電機本體設計
● 電磁設計● 結構設計● 熱設計● 多物理場耦合設計
電驅動系統
● IGBT應用及封裝設計● 控制代碼自動生成● 集成化系統設計● 電磁、熱、結構設計●EMI/EMC
定制化開發
● 電機設計工具包● 電機等效短路模型提取● 永磁體溫度退磁參數提取● 電纜寄生參數提取● 電機設計導航● 電機設計平臺
每個專欄涉及資料包括：應用文檔、培訓資料、培訓視頻和常見問題解答。提供了從電機本體到驅動電路、從電磁場到多物理場耦合，高效實現電機從磁路法到有限元、從部件到系統、從單場到多物理場耦合的多領域、多層次、集成化電機及驅動/控制系統設計。
關于ANSYS, Inc.
ANSYS通過快速、準確、可靠的工程仿真技術幫助客戶掌握和理解最為復雜的設計難題。我們的技術能夠讓各個行業的機構準確預測產品在現實中的真實性能。客戶相信我們提供的創新軟件能夠幫助他們確保產品的完整性并實現商業價值。ANSYS成立于1970年，目前雇員人數超過2,700人，其中大多數具有工程專業背景，例如有限元分析、計算流體動力學、電子和電磁、設計優化。ANSYS總部設在美國匹茲堡南部，在世界各地設立的戰略銷售部門超過75個，渠道合作伙伴網絡遍及40多個國家。欲了解更多詳情，敬請訪問www.ansys.com.cn。
ANSYS在主要社交媒體上也保持積極宣傳態勢。在中國，敬請關注ANSYS新浪微博：@ANSYS中國。ANSYS官方微信公眾號：ansys-china。
展開 ANSYS 電機設計專欄
ANSYS 電機設計專欄
電機設計是一個復雜的多物理場問題，它涉及到電磁、結構、流體、溫度和控制等多個領域。隨著新材料、新工藝以及各種電機新技術的發展，電機設計的要求越來越苛刻，精度要求也越來越高，傳統的設計方法和手段已經不能滿足現代電機設計的要求，必須借助于現代仿真技術才能解決各種設計難題。
針對電機永磁化、高速化、無刷化、數字化、集成化、智能化、高效節能化的發展趨勢和相關技術挑戰，ANSYS能提供集成化設計解決方案和流程，高效實現電機從磁路法到有限元、從部件到系統、從電磁到多物理場耦合的多領域、多層次、集成化電機及驅動/控制系統設計。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys Motor-CAD 全新的電機設計流程
『點擊觀看直播回放』
通常，電機研發項目從早期設計到后期的量產是需要經歷不同研發階段，尤其是新能源汽車。在一定周期內有效地研發出一款好的電機，是需要在各階段采用合適的仿真工具進行一系列的仿真。本次網絡研討會將講解和演示Motor-CAD在全新的電機設計流程中所扮演的角色，以及與Ansys其他仿真工具的接口，包括 Ansys Maxwell 二維和三維接口，Motor-CAD與 Twin Builder 的系統仿真，Motor-CAD與 OptiSLang 進行多物理多目標的優化，將為大家呈現一個高效的電機設計驗證全方位的解決方案。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
近期發布的Ansys 2020 R1帶來全新升級的功能，首場新品發布已于2月25日成功舉辦。現在，隆重向大家推出由Ansys中國系統事業部傾力打造的“Ansys光學、虛擬現實、軟件與系統解決方案”技術盛宴！我們非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，將陸續為大家帶來車燈設計與仿真、HUD系統、智能座艙、人機交互、汽車功能安全、數字孿生等熱門主題，歡迎積極報名參加并關注后續精彩內容！
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展開 9/24 Ansys全新電機設計解決方案
電機設計是一個復雜的多物理場問題，它涉及到電磁、結構、流體、溫度和控制等多個領域，必須借助于現代仿真技術才能解決各種設計難題。 針對電機永磁化、高速化、無刷化、數字化、集成化、智能化、高效節能化的發展趨勢和相關技術挑戰，Ansys能提供集成化設計解決方案和流程，高效實現電機從磁路法到有限元、從部件到系統、從電磁到多物理場耦合的多領域、多層次、集成化電機及驅動/控制系統設計。
本場研討會將分享Ansys全新的電機設計解決方案。
展開 ANSYS全國電機設計仿真大賽優秀作品展示
ANSYS全國電機設計仿真大賽由ANSYS中國組織，面向所有公司、工作室、團隊、個人及在校學生的一項電機設計仿真大賽。目的在于推動我國科研院所、電力電子類公司及高等院校的在電機設計領域的改革與創新，培養我國電力電子類人才實踐創新意識與基本能力，以仿真驅動產品研發，帶動我國電機行業的創新發展。
此次大賽經過報名、培訓、審核、仿真設計以及評選，歷經6個月，讓ANSYS愛好者有機會親自試用ANSYS 16.0 最新版本各項新功能，所有參賽者免費享有ANSYS培訓。2015年4月，在收集的近百篇作品中，我們精挑細選出20篇， 評選出四組得獎者，其中包括多物理場、場路協同以及定制化方面的各項優秀設計。這項大賽不僅展現了最為復雜的工程挑戰，也體現了仿真驅動產品研發所帶來的電機行業的創新和進步。
以下為獲獎作品展示和下載:http://www.ansys.com/zh-cn/other/zh-cn/em/2014competition#
展開 ANSYS RMxprt電機設計精講之調優分析
RMxprt-調優分析案例
作者：電機設計青年/MotorDesign Youth
時間：20211221
作者簡介：曾擔任ANSYS低頻電磁工程師一職，后入職電機企業，從事電機產品研發工作，電機類型涉及電勵磁同步電機、永磁同步電機、空心杯電機、軸向磁通電機等，應用行業涉及新能源汽車、航空、醫療器械等，精通軟件且設計經驗豐富。
RMxprt軟件擁有一個方便實用的調優分析功能。調優分析，簡單說，是先對設計變量進行一個大步長的掃描，查看輸出變量在哪一個區間范圍內可能存在最優值，進而再對在該區間范圍進行小步長的計算，從而可以縮短計算時間，提高優化設計效率。
本文使用一個RMxprt自帶的算例，來演示調優分析的具體操作過程。
展開 
官方免費 | Ansys Motor-CAD 全新的電機設計流程
時間：4月16日 16：00
適用人群：
電機產品設計，研發，仿真，新能源汽車電驅動，電機測試，整合與集成工程師
內容簡介：
電機研發項目從早期設計到后期的量產是需要經歷不同的研發階段，尤其是新能源汽車。在固定的研發周期內有效地研發出一款好的電機，是需要在各階段采用合適的仿真工具進行一系列的仿真。這次的研討會主要講解和演示Motor-CAD在全新的電機設計流程扮演的角色和其他Ansys仿真工具的一些接口，包括 Ansys Maxwell 二維和三維的接口，Motor-CAD與 Twin Builder 的系統仿真，Motor-CAD與 OptiSLang 進行多物理多目標的優化。為用戶提供一個高效地電機設計驗證全方位的解決方案。
講師簡介：
任博 博士（Ren Bo）
現任 Motor Design Ltd 高級電機工程師。2012年畢業于江蘇大學，獲得學士學位。自2013年至2018年，分別在英國紐卡斯爾大學，謝菲爾德大學獲得碩士和博士學位。參與過多項咨詢和研究項目，為客戶提供多種電機解決方案。
報名方式
請掃碼下方二維碼
點擊報名：http://event.31huiyi.com/1844140718/index?c=jishulink
展開 基于 Ansys Motor-CAD 與 optiSLang 的電機多學科優化設計（上）
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
作者：Ansys 中國 王楊
編者按
隨著國民經濟的快速發展，各種應用領域都對電機性能指標提出越來越高的要求，例如效率高、轉速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、噪聲低、成本低等，這要求電機設計必須兼顧電磁性能、溫升性能以及機械設計方面等多物理場性能，同時還要考慮電機的成本、研發周期等因素，如何在最短的時間內將一款高性能、低成本的電機產品推向市場是目前各大電機廠商面對的課題。
Ansys Motor-CAD 電機多學科優化設計
現代電機設計
現代電機設計是一個典型的多學科、強耦合、多變量、非線性的問題，其中多學科分析和優化設計扮演了非常重要的角色。電機設計工作的特殊性要求設計工具必須具有以下幾方面特征：
兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業的前、后處理功能；
在電機全運行工況范圍內，需要實現電磁和熱的雙向耦合，而且算法必須快速高效以滿足產品研發周期；
電機機械強度的分析需要在電磁設計階段同時進行，以減少設計迭代。
將同時具有以上特征的設計工具與優化工具相結合，工程師便可以兼顧電磁、熱、機械性能，在電機設計初期獲得較好的設計方案，為后面的精確分析與優化奠定基礎。Ansys Motor-CAD 是目前全球范圍內唯一包含電磁、熱、機械的專業電機多學科設計工具，它同時兼顧了計算速度與精度，可在最短時間內完成電機初始方案設計，同時結合強大的 Ansys optiSLang 優化工具，從而使電機工程師在設計初期對電磁、熱、機械性能進行快速綜合優化的夢想變為可能。
展開 ANSYS x CYBERNET Maxwell應用于車用電機實務設計分析研討會
作為電動車動力核心的動力系統，良好的動力特性與質量有賴于馬達的設計與驅動系統的匹配。
車用電機的設計有別于傳統電機設計，并非單一轉速與扭矩的動力特性表現，而是廣速域、變動扭矩操作的綜合特性表現設計。除了輸出特性的追求，高效率、高功率密度、低成本更是電動動力馬達的重要指標，因此，利用有限元素分析軟件輔助電機設計，在制造前分析其扭矩、效率、電感、損耗等，進行優化設計、預估弱磁特性、磁鐵退磁特性、溫度與應力對電磁特性的影響等，已是電機設計的必要流程。
本活動講師陣容包括ANSYS原廠電機系統專家、曾任職于工研院車輛組之馬達電機專家藍亦維、ANSYS公司低頻產品高級應用工程師譚洪濤等資深專業講師，主題涵蓋車用電機的發展趨勢與需求、電機有限元素的設計分析流程，以及系統整合設計分析方案等，可讓設計者了解完整車用電機設計流程以及更快速使用ANSYS軟件高效率地設計車用馬達。
會議信息
費用：免費
日期：2019年8月29日 9:30-15:30
地點：永新廣場16樓，上海市黃浦區南京西路128號
演講技術專家
譚洪濤 ANSYS公司低頻產品高級應用工程師
電機與電器專業碩士畢業，畢業后從事電機設計工作，后于2007底加入ANSOFT中國，2008年隨ANSOFT公司并入ANSYS公司，擔任技術工程師至今，負責ANSYS機電產品的的售前和售后技術支持、市場推廣等。
藍亦維 馬達電機專家 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD.
曾任工研院機械所智能車輛組電能系統部副經理，進行電機產品開發與計劃管理；及電磁、結構、熱傳軟件應用分析團隊管理。專職于電磁分析、電機設計、車用動力系統開發、計劃與部門管理等。
展開 基于 Ansys Motor-CAD 與 optiSLang 的電機多學科優化設計（下）
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
作者：Ansys 中國 王楊
編者按
隨著國民經濟的快速發展，各種應用領域都對電機性能指標提出越來越高的要求，例如效率高、轉速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、噪聲低、成本低等，這要求電機設計必須兼顧電磁性能、溫升性能以及機械設計方面等多物理場性能，同時還要考慮電機的成本、研發周期等因素，如何在最短的時間內將一款高性能、低成本的電機產品推向市場是目前各大電機廠商面對的課題。
利用 optiSLang 中的
Python Solver Wizard 實現優化
現代電機的運行工況往往處于一個十分寬的轉速范圍內，電機設計不僅關注某個運行點的性能更關注整個運行區域的性能。
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