Ansys与Motor-CAD集成：电机设计新方案

1  Motor-CAD 介绍

Motor-CAD集成了磁路法、热路法、热网络法、有限元分析法、智能优化算法，20年积累的丰富电磁热计算经验数据，有效提升了不同种类、不同冷却型式电机电磁与热计算精度。

Motor-CAD集成化软件包，可在设计阶段高效精确地对电机进行电磁和热性能设计计算，软件包括：电磁（EMag）、热（Therm）和虚拟实验室（Lab）、机械（Mechanical）、优化（Opt）五个模块，可在几分钟内精确计算电磁和热特性。输出结果丰富，直观，易于掌握。

2  Motor-CAD Therm 模块

Motor-CAD温度计算模块是基于热网络和电机模板计算的模块，是一款具有20多年内置经验的电机热分析工具，可以计算电机的稳态温升和瞬态温升，由于软件是基于热网络模型的计算原理，因此可以在几秒钟内完成电机温度的计算，计算速度非常快。通过电机温升的计算可以帮助客户理解热传导路径和改善电机散热条件。

Motor-CAD为电机工程师提供了设计优化空间，可以对方案进行优化设计，从多种方案中得到优选方案。

软件自动生成热和流体网络，包含了径向和轴向穿热的三维网络。提供可视化的槽截面细节和计算。软件计算背后都是CFD、FEA及经验的累积，可以保证计算精度。软件集成了多种常用的冷却方式，如自然冷却，水冷，油冷等等。

在进行电机温度分析过程中，电机的温度模型建立，非常具有挑战性，因为很多参数会受到制造因素的影响。影响温升的几个典型因素有定子和机壳是否接触良好、绕组浸漆和灌封是否完好等等。为此软件中内置了经验数据，帮助用户选择合适的值。

3  Motor-CAD EMag 模块

Motor-CAD电磁模块包含了计算转矩、功率、损耗、电压、电流、电感、磁通、电磁力等参数，软件基于大量参数化设计模板和几何模型，计算原理是结合2D有限元的准确性和解析法计算的快速性。可以自动设置不同性能和多种工况条件进行计算。

软件电磁计算模块内嵌2D瞬态有限元方法，可以全自动设置剖分和边界条件。

同时支持高级计算功能，用于计算磁钢涡流损耗、导条涡流损耗和绕组交流损耗。也支持Dxf模型导入，脚本编辑几何模型，用户自定义电流波形，multi-slice斜槽斜极等等。

4 Motor-CAD

Lab模块

Motor-CAD Lab模块支持效率Map图和损耗Map图计算、峰值转矩转速曲线计算、连续转矩转速曲线计算、运行周期性能分析、开路和短路分析等等。该模块计算可以考虑电机控制器策略，更好实现电机加控制一体化设计，进一步提高计算的精度。

软件计算支持任意运行周期内的损耗、效率和功率分析。可以考虑计算电机温度随时间变化的曲线。软件计算过程能考虑温度对损耗、磁钢性能的影响。

电机的连续运行会受到绕组自身和转子温度的约束，峰值运行会受到逆变器电流限制和直流母线电压的约束。

软件可以显示运行周期内的电磁性能和热性能。

5  Ansys 与 Motor-CAD

Ansys与Motor-CAD的区别如下。

Motor-CAD 与Maxwell可以通过接口进行数据传递，通过Motor-CAD导出，可以快速输出全参数化的基于UDP的Maxwell2D或3D模型。输出的模型自动设置了边界条件和绕组等信息，可以直接在Maxwell2D或3D里面自动或者手动一键求解。

Motor-CAD与Maxwell的接口

Motor-CAD可与Twin Builder进行协同仿真，用于高精度和快速的系统仿真。电磁模型支持转矩/转速、最大电流、直流母线电压参数；温度模型支持损耗、冷却液流量、速度；电磁和温度组合模型支持转矩/转速、最大电流、直流母线电压、损耗、冷却液流量和温度输入参数，同时支持电流、超前角、转矩、温度、冷却液输出温度等输出参数。

Motor-CAD与Twin Builder的接口

新的Ansys电机设计平台可以由概念设计、详细设计、系统设计构成。首先由Ansys Motor-CAD进行概念设计，在该设计平台进行初始模型建模，快速进行电磁性能的快速简易计算，进行初步筛选方案。

然后基于Motor-CAD计算得到的方案导入到Maxwell 2D或3D进行详细设计，更加细致及深入进行电磁性能分析，同时借助Mechanical & CFD进行NVH及冷却分析，进一步优化电机NVH性能及改善电机散热条件。

最后和借助Ansys系统集成平台搭建电机控制模型，进行系统设计，将电机本体与控制系统进行耦合分析计算，进一步提高计算的精度。

针对电机永磁化、高速化、无刷化、数字化、集成化、智能化、高效节能化的发展趋势和相关技术挑战，Ansys能提供集成化设计解决方案和流程，高效实现电机从磁路法到有限元、从部件到系统、从电磁到多物理场耦合的多领域、多层次、集成化电机及驱动/控制系统设计。

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