电机设计优化软件ANSYS Motor-CAD

ANSYS Motor-CAD是一款专业的电机电磁、热及磁热互耦设计软件，这款软件涵盖了EMag，Therm，Lab，Mech四个集成模块，可以使多物理场计算能够快速迭代地执行。作为国际上应用及影响范围广泛的电机电磁热设计软件，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。

功能模块介绍：

Motor-CAD集成化软件包，可在选型、设计阶段高效地对电机进行电磁和热、机械性能测试。软件包括：电磁（E-Magnetic）、热（Thermal）、机械（Mechanical）、优化（OPT）和虚拟实验室（Lab）五大模块，可快速精确评估电磁、热和机械特性。

Motor-CAD 模块组成

Motor-CAD EMag
该模块为计算电机的电磁性能方面数据，涵盖所有典型类型的径向磁通旋转电机：
无刷永磁电机（内外转子）
感应电机
同步磁阻电机
开关磁阻电机
同步绕线励磁电机
永磁直流电机
单相感应电机

支持输入电机各个参数和几何结构的数据，解析计算与数值分析模拟技术相结合，采用有限元计算方法，可以计算电机的电气和电磁性能，得到相应的数据和场量云图。
电机磁密、磁力线、电流密度、涡电流密度云图计算；
多频率铜损、铁损、磁滞损耗、涡流损耗计算；
齿槽转矩、端电压、反电势、转速功率、转矩转速及FFT分解；
工作点效率、转矩波动、平均转矩、转矩波动比、最大转速、功率因数、功率因数角、负载角计算；
温度退磁、电枢退磁分析、堵转转矩、堵转电流计算；
转子转动惯量、转轴转动惯量、总转动惯量、转矩密度计算；
相电压、相电流、DQ轴电压电流矢量图、自感、互感、DQ电感计算。

不同种类电机的输入界面

电磁计算结果

Motor-CAD可以设置为求解和热模型耦合计算，直到达到收敛。

电磁热耦合计算设置

Motor-CAD Therm
Motor-CAD Therm采用热阻网络法，根据电机结构模型数据和材料性能，自动计算出电机模型中的所有热阻和热容。用户不需要熟悉复杂的传热现象，自动选择并解决给定表面和所选冷却类型的适合公式。它具有高效、准确和强大的数学算法，用于强制和自然对流、液体冷却、辐射和传导。

该软件用于优化各种电机类型和冷却方法。自动生成热网路和风路，能够在数秒内精确模拟热行为，能够获知主要的热传递路径和时机，从而显著提高输出。允许多次迭代和充分探索设计空间，以及电磁分析；确保理想设计决策。计算稳态和瞬态运行条件下电机各部件的温度。
空载、额定、短路、循环工况温升计算；
各部分耗散热量分布计算；
各部件热容、热阻、对流换热系数计算；
结构、材料特性、冷却方式参数化、优化温升计算。

支持电机的冷却方式：
强迫通风、自通风、
机座水冷、油冷、转轴水道、
湿转子、喷嘴喷油、定子、转子槽水冷、潜水冷却等多种冷却方式。

电机的热模拟可能具有挑战性，因为制造方面对热行为的影响显著。因此热模块考虑到了影响温升的制造方面不确定性例子：
定子与机壳接触界面良好
绕组如何浸渍或封装

用户可以根据软件中附带的相关经验，选择适当的数值计及到热计算中，提高热计算的精确度。

计及影响温升计算的制造方面因素

风路和热阻网络

温度分布云图和瞬态求解曲线

Motor-CAD Lab
Motor-CAD Lab使工程师可以快速地创建效率map图，绘制扭矩/速度特性，研究连续和峰值热约束运行包络，并分析驱动周期循环性能。该方法速度快，使用方便，并经实验验证。

Motor-CADLab具有直观的用户界面，数据以简单的格式生成，可以轻松导出到Matlab、Microsoft Excel和其他应用程序。可以生成各种各样的图形，并支持多种出版输出格式。
效率和损耗map图
峰值转矩/转速曲线
连续转矩/转速曲线
开路和短路试验
DQ电感曲线计算
多工况铜损、铁损、永磁体涡流损耗计算

效率map图以转矩/转速曲线

Motor-CAD Mechanical
提供一个快速的二维有限元模块，用于精确的转子应力分析预测，还提供电机设计的三维视图。

转子冲片应力分布云图

电机三维模型视图

软件优势：

专业化电机设计软件
专业化的电机设计软件，只专注于电机设计，具有丰富的电机类型

多物理场设计
Motor-CAD具备电磁、热、Lab、机械模块。可同时对电机电磁、热进行优化设计。

解析法有限元混合+快速有限元技术
Motor-CAD整个程序框架完全是为电机设计量身定制，优化了有限元程序，采用高效的汇编语言撰写有限元核心算法，极大的提高了计算效率，是传统有限元软件计算效率的数倍到数十倍。磁路法、热路法、热网络法、有限元分析法、智能优化算法混合算法。自动剖分网格，设置边界和自动加密网格，周期阵列。

参数化+优化
Motor-CAD支持参数化模型与参数化设置，参数化设计，选项卡式操作和自动构建3D模型，并支持参数相关性分析，采用OPT模块或者第三方优化软件进行灵敏度分析和优化分析。优化设计快速方便

热设计
Motor-CAD是专业电机热设计软件，包含稳态+瞬态热计算，耦合电磁计算功能，内置丰富的冷却结构，复杂的冷却方式，能够极高提高计算效率（数秒到数分钟），同时包含热路+有限元方法，自动构建热网络，集成工艺系数考虑对热结果的修正。

自动后处理
Motor-CAD计算完毕，无需进行后处理操作，曲线、云图、报表自动化输出

虚拟实验室LAB
Motor-CAD可以方便的对整车参数输入，进行路况图谱计算。包括效率Map，DQ电感曲线，峰值转矩转速，额定转矩转速计算。可以考虑电机+发电机，并考虑集成控制策略。

快速高效+易用
Motor-CAD硬件要求低，无需工作站；
不限制核数，支持多核并行；
MAP图（5分钟）笔记本电脑；
计算速度非常快，效率高；
操作简单，易上手；
中英文自由切换；
多个题目同时计算；
轻量化软件

精度高
无论从核心算法，还是主要设计影响因素，甚至考虑到生产制造过程中的各种因素对实际性能的影响。因此Motor-CAD 的电磁、散热、效率&功率Map等结果，和试验相比，有非常高的精度，完全满足和涵盖工程要求，尤其是产品概念设计阶段和初步设计阶段。