電機分析與設計的案例
基于ANSYS的界面化電機磁場分析程序設計.pdf
摘要：介紹了基于ANSYS二次開發語言UIDL與APDL相結合開發界面化電機磁場分析程序的過程。程序
實現界面化后使用方便，整個分析過程用戶不用修改源代碼，僅需按照電機結構輸入物理參數和分析需要的控制
參數。該程序適用于大多數常規結構的凸極同步電機，因此對于并未掌握ANSYS的電機分析者，通過該程序即可
實現電機磁場的空載、負載以及諧波計算分析。通過對多臺不同結構的凸極同步電機進行計算比較，證明了該程
序結構合理，計算速度高，結果準確，通用性強。
基于ANSYS的界面化電機磁場分析程序設計.pdf
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 整車電機振動噪聲：某混合動力汽車電機噪聲分析和降噪設計
以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發過程中出現的電機高頻噪聲過大問題，采取正向設計方法進行優化，提升了該電機的NVH性能，其聲品質有大幅提高。研究內容對工程實際具有指導意義。
關鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機
0 引言
混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大．傳動系統及其運行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統車相比具有新特點，傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復雜。較低的背景噪聲使得原來傳統汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機的高頻電磁噪聲會嚴重降低車內噪聲的聲音品質，同時降低乘坐舒適性。另外。電機的高扭矩和高轉速特性對齒輪系統的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發動機和變速器的結構噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結構的變化導致發動機、電機、齒輪系統之間耦合振動更為復雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關文獻較少。振動噪聲設計應該是正向設計而不是逆向設計。振動噪聲問題應該在設計階段就進行杜絕和優化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發過程中電機高頻噪聲過大問題進行正向設計，采取優化措施。提升了該電機的NVH性能。其聲品質有大幅提高，對工程實際有指導意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發動機、行星齒輪系統、主電機、電池組、后驅電機組成。樣車在試車階段純電動模式驅動。電機轉速6250r／min時，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內噪聲主觀評價較差，聲品質較差；另外起步階段電機的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機為8極48槽(極對數p=4)同步電機，該混合動力汽車的動力傳動系簡圖如圖1所示。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機的噪聲問題變得越來越突出，電機的電磁振動噪聲是設計人員研究的熱點問題，而電磁振動噪聲的激勵源電磁力波至關重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機進行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機的E-NVH分析提供理論依據，并為永磁同步電機的E-NVH提供優化途徑。
Motor-CAD是全球領先的新能源汽車電機選型分析及設計軟件，用于新能源汽車電機的選型匹配，優化設計，競品分析，拆解分析等。開發至今，已被全球主要的整車生產企業、電機生產商、科研機構及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設計階段高效地對電機進行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內精確評估電磁、熱和電磁振動噪聲特性。
本例以一臺48S8P永磁同步電機為例，對電機的電磁噪聲進行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續的降噪方案提供思路。下圖所示電機的Motor-CAD模型圖，內置式永磁同步電機，具體的結構參數設置在此不再贅述。
展開 
電機快速數字設計方案
背景說明：
電機的數字設計與數字實驗主要包括電磁、結構和熱流三個方面，傳統的電機設計分析方法，計算量大、流程復雜且效率低下，而且無法獲得精確的性能結果，更難以考慮各物理場的耦合問題。因此，需要針對電機數字設計和數字實驗開發相應的設計仿真應用平臺，根據用戶需求定制開發專用設計仿真功能，幫助用戶加快數字設計和數字實驗，從而縮短研發周期，降低研發成本。
功能特點：
電機快速數字設計軟件基于伏圖（Simdroid）通用仿真平臺進行開發設計，涵蓋了磁路、電磁、結構、熱流以及優化等多個學科領域，以實現電機全流程設計為目標，具備電機方案快速磁路設計、多物理場仿真設計以及性能優化設計等多個仿真應用功能，同時具備一鍵有限元建模功能，快速實現物理場建模分析。
? 電機初期方案快速設計。內置常用的電機全參數化建模模板，實現電機初期方案的快速構建，基于等效磁路法分析電機在各種工況負載下的電磁性能、輸出特性以及效率等，快速完成電機初期方案的分析計算。輔助用戶在電機前期設計階段，快速評估迭代電機設計及性能。
? 電機電磁方案詳細設計與優化。基于有限元法分析電機靜止或運動狀態的電磁場分布，基于虛功法求解電磁力/轉矩，得到電機的電磁特性與輸出特性。幫助用戶在電磁方案詳細設計階段，對電機的性能進行評估與優化。
? 電機結構強度及振動問題的分析與優化。可模擬電機受外載荷、自身載荷以及兩者共同作用下的狀態，開展電機結構強度的校核、振動問題的評估以及優化。幫助用戶預判結構破壞風險點、發現結構潛在共振問題、優化結構與振動響應階次，確保電機結構設計方案合理性。
? 電機冷卻系統設計分析與優化。可用于自然散熱、強制風冷、水冷和油冷的散熱性能模擬，可指導散熱翅片、風冷參數、水冷/油冷管道以及參數的設計優化。
展開 承接電機設計，仿真分析。
承接電機設計、仿真分析、匹配計算，工程圖。
新能源汽車用軸向磁通電機設計與分析
新能源汽車用軸向磁通電機設計與分析！
本文研究的軸向磁通永磁同步電機用于純電動客車，針對該電機的工作特點及設計指標，從永磁電機定子、繞組、永磁體結構等方面進行分析，采用Ansys/Maxwell有限元分析軟件建立了該電機的三維有限元分析模型，對其電磁特性進行了分析。根據設計參數制作出樣機，并進行試驗，結果表明：該電機的設計方案合理，電機各項性能滿足設計要求。
1 軸向磁通電機結構介紹
軸向磁通永磁同步電機因其具有軸向的磁通方向，從而決定了其結構不同于普通的徑向電機，軸向磁通電機具有小體積、低噪音、高轉速、高功率密度、優良的散熱性能等諸多優點。軸向磁通電機結構簡圖如圖1所示。
展開 電機設計及有限元分析
詳細介紹：
隨著電氣化和產品智能化水平的提高，電機、變壓器以及高低壓電器在各種裝備和生活中的應用越來越多，電機和電器朝著容量大型化、體積小型化以及智能化的方向發展。現今的電機電器設計面臨著更復雜的技術挑戰，只有充分運用現代工程仿真技術才能應對這些挑戰。
典型應用領域
1） 電磁仿真。電磁仿真在電機電器設計中扮演非常重要的角色，電磁仿真可以預測電磁轉換的效率、各個部件的損耗和發熱量、電磁力/力矩等參數，是進一步進行熱仿真和結構仿真的基礎；
2） 電場仿真。隨著電器設備容量和工作電壓的提高，電場仿真的必要性性更加迫切，電場仿真能夠預測設備的絕緣性、放電和擊穿的可能性等性能指標；
3） 熱仿真。過熱會使電機的可靠性降低，甚至于燒毀，因此熱分析與熱設計在電機電器設計中非常重要，熱分析可以優化冷卻方案，改善冷卻效果。
4） 結構強度、疲勞仿真。利用結構分析軟件研究電機電器在機械載荷和熱載荷作用下的強度、剛度、振動和疲勞壽命，可提高設備的可靠性。
5） 噪聲分析。模擬結構振動噪聲和電磁噪聲。
電磁仿真
穩態磁場分析: 激勵不隨時間變化,如永磁體的磁場、穩恒電流產生的磁場等
諧性磁場分析: 激勵按正余弦規律變化,如感應式電機
瞬態磁場分析: 激勵隨時間無規律變化
混合勵磁車用發電機
三維電磁場有限元網格
發電機永磁勵磁的磁密分布
轉子磁感應強度矢量左視圖
轉子磁感應強度矢量右視圖
定子磁感應強度矢量值
定子磁場強度標量值
定子磁場強度矢量值
轉子磁場強度矢量
通過溫度場計算,得到電機整機或部件的溫度分布、熱量的獲取和損失、熱梯度、熱流密度等.
展開 Prius2004永磁同步電機的磁路設計 和有限元仿真分析報告 ￥59.9
Prius2004永磁同步電機設計報告：：
磁路法、maxwell有限元法、MotorCAD溫仿真、應力分析。(內容比較完善，用于很需要的朋友，不支持講解，等額外服務哈。)
內容：
1.Excell設計程序，可以了解這個電機是怎么設計出來的，已知功率轉矩等，計算電機的體積，疊厚，匝數等。
2.Maxwell參數化仿真模型：可以學習參數化仿真模型，有限元結果可查看。
3. 橡樹嶺拆解和實測數據：官方的實測數據和差拆解報告。
4.maxwell prius2004建模仿真教程等：ppt資料一步一步教學怎么去建模
5.溫升仿真分析，提供motor cad模型
展開 電機設計及有限元分析（仿真多圖）
詳細介紹：
隨著電氣化和產品智能化水平的提高，電機、變壓器以及高低壓電器在各種裝備和生活中的應用越來越多，電機和電器朝著容量大型化、體積小型化以及智能化的方向發展。現今的電機電器設計面臨著更復雜的技術挑戰，只有充分運用現代工程仿真技術才能應對這些挑戰。
典型應用領域
1） 電磁仿真。電磁仿真在電機電器設計中扮演非常重要的角色，電磁仿真可以預測電磁轉換的效率、各個部件的損耗和發熱量、電磁力/力矩等參數，是進一步進行熱仿真和結構仿真的基礎；
2） 電場仿真。隨著電器設備容量和工作電壓的提高，電場仿真的必要性性更加迫切，電場仿真能夠預測設備的絕緣性、放電和擊穿的可能性等性能指標；
3） 熱仿真。過熱會使電機的可靠性降低，甚至于燒毀，因此熱分析與熱設計在電機電器設計中非常重要，熱分析可以優化冷卻方案，改善冷卻效果。
4） 結構強度、疲勞仿真。利用結構分析軟件研究電機電器在機械載荷和熱載荷作用下的強度、剛度、振動和疲勞壽命，可提高設備的可靠性。
5） 噪聲分析。模擬結構振動噪聲和電磁噪聲。
展開 電機殼體冷卻結構設計及熱仿真分析
驅動電機殼體冷卻通道結構設計
針對熱量在電機內部的傳遞方式，本文設計了一款螺旋式冷卻結構的電機殼體，其結構如圖2所示。
新能源汽車用軸向磁通電機設計與分析
本文研究的軸向磁通永磁同步電機用于純電動客車，針對該電機的工作特點及設計指標，從永磁電機定子、繞組、永磁體結構等方面進行分析，采用Ansys/Maxwell有限元分析軟件建立了該電機的三維有限元分析模型，對其電磁特性進行了分析。根據設計參數制作出樣機，并進行試驗，結果表明：該電機的設計方案合理，電機各項性能滿足設計要求。
1 軸向磁通電機結構介紹
軸向磁通永磁同步電機因其具有軸向的磁通方向，從而決定了其結構不同于普通的徑向電機，軸向磁通電機具有小體積、低噪音、高轉速、高功率密度、優良的散熱性能等諸多優點。軸向磁通電機結構簡圖如圖1所示。
圖1 盤式電機典型結構
軸向磁通永磁同步電機根據轉子數量、相對位置及主磁路分類，其結構可分為四類：單定子單轉子結構、雙定子單轉子結構、單定子雙轉子結構及多盤式結構。
為了滿足整車安裝要求，結合電機性能參數要求，本文采用中間單轉子雙定子結構，該結構可更好滿足電機性能，同時獲得最小轉動慣量和最優的散熱條件，且中間轉子由于雙定子對稱結構將受到兩個相互抵消的磁拉力，提高軸承使用壽命，減少電機的機械損耗，有利于電機的穩定性，非常適用于電動汽車這種頻繁啟動場所，雙定子都可以形成旋轉磁場，可提高電機的電負荷。雙定子單轉子的軸向磁通電機結構簡圖如圖2所示。
圖2 雙定子單轉子軸向磁通電機
2 軸向磁通電機電磁方案設計
2.1 電機技術要求
該軸向磁通的電機工作性能指標如表1所示。
表1 電機性能指標
2.2 電機主要尺寸確定
針對該軸向磁通永磁同步電動機，首先確定電機定子鐵心外徑D和軸向長度La，根據相關資料介紹，軸向磁通電機主要尺寸之間的關系：
(1)
式中,PR電機額定輸出功率。
展開 電機設計及電機仿真APP系列之—軸向磁通電機仿真APP
電機的各種工作狀態和參數變化。用戶可通過調整仿真參數，快速得到電機的響應和性能參數，從而進行針對性的優化和改進。借助仿真APP，可大大減少電機設計迭代次數和成本，提高測試效率和準確性。
對了，此APP非彼APP，不用下載安裝，直接瀏覽器（手機也可以）打開，調整各項參數（定轉子、定子槽尺寸等）就可以在線云端計算，非常方便哦。如果不符合要求，還可以個性化定制，資深電機設計仿真工程師幫你搞定。
小編整理了10款不同類型的電機仿真APP，介紹給大家，請查看：https://www.yqgqt.org.cn/post/1953876
下面給大家介紹一款好用的“軸向磁通電機仿真APP”。
軸向磁通電機是一種具有響應速度快、精確控制、高效能等優點的電動機。它廣泛應用于自動化設備、汽車、電梯、風力發電、機器人、醫療設備、無人機和航空航天器等應用領域。軸向磁通電機仿真APP可軸向磁通電機仿真計算，得到電機的磁密云圖、磁密矢量、磁鏈、反電動勢、齒槽轉矩等結果。
在線體驗APP：http://www.simapps.com/v/226938.html
參數設置
仿真計算結果展示（部分）
更多仿真APP，盡在仿真APP商店Simapps Store - 工業仿真APP商店，歡迎體驗！
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 單片機控制步進電機設計及失步原因分析
本系統具有通用性，適當改變輸出口各位控制端，便可控制不同相數的步進電機。
單片機控制步進電機的失步原因分析
單片機控制步進電機易出現失步、低頻振動及易受外界電磁干擾而影響步進電機的正常工作，從步進電機本身的特性和控制驅動系統等方面分析了問題出現的原因，從控制驅動系統電磁干擾方面來講步進電機運行時的不穩定主要受兩個方面的影響，一是步進電機本身的機械特性所致，另一方面是控制驅動系統本身受外界環境因素和程序結構等方面產生的影響。
步進電機運行時存在的低頻振動即轉子的振蕩現象，會引起齒輪碰撞，產生噪聲！這種噪聲是步進電機的固有特性造成的;同時步進電機還存在諧振點，當轉子轉速達到其機械諧振點時就會產生諧振和噪聲;另外步進電機在高頻啟動和停止時也會因為強烈的沖擊產生振動和噪聲。
電磁干擾將有可能使單片機控制系統工作發生紊亂，使單片機產生誤動作甚至死機等，嚴重影響步進電機運行的穩定性。單片機控制步進電機的驅動系統產生電磁干擾的干擾源主要來自外部電源、內部電源、印制板自制干擾、空中周圍電磁場干擾、外部干擾信號可以通過公共導線、電容、相鄰導線的互感以及空間輻射等途徑從干擾源耦合到敏感元件上。
驅動系統中影響比較突出的幾個方面加以分析：
1、布線不合理。同一回路或不同回路間布線不合理時容易產生感生電動勢，形成電磁干擾。
2、供電干擾。工作時，交流電網負載突變時產生幅值較大的瞬變電壓波經由直流穩壓電源進入電子控制回路，從而影響單片機供電電源的穩定。
3、單片機與步進電機驅動回路之間，驅動回路產生的干擾信號通過線路竄入單片機，使單片機產生誤動作，從而導致步進電機出現多步或失步現象。
4、步進電機的電樞繞組通斷頻繁，當通電時，會產生較大的電壓電流的梯度變化，導致磁場耦合，形成嚴重的電磁干擾。
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