Ansys Motor-CAD：概述（EMag、THERM、LAB、MECH）
你好，
在这篇博客中，我概述了如何使用 Ansys Motor-CAD 模型、模拟、分析和后处理结果来评估电机性能，并帮助您为您的应用选择优化的电机，并通过电机设计选择实现成本效益和效率。我介绍了各种可用的电机类型、可供选择的物理模块和可配置的多物理选项。Ansys Motor-CAD 是一种专用的电机设计工具，能够解决分析电机模型，并提供 2D FEA 结果。这些模型可以针对单一物理（电磁、热和机械）进行求解，也可以将它们全部耦合在一起以求解电机的统一物理模型。此外，LAB 模块可用于应用复杂的占空比并生成效率图以评估电机的性能。
MOTOR-CAD 的典型用途
Motor-CAD 通常用于以下任务：
- 设计优化 - Motor-CAD 可作为设计流程不可或缺的一部分。通过同时优化电磁模型和热电路及机械设计，可实现真正的最佳设计。热设计方面通常被留到设计流程的最后，此时再更改设计已为时过晚，最终生产出的电机不达标。
- 快速响应客户咨询 - 客户通常希望将现有的电机用于具有特定负载特性的特定应用。Motor-CAD 可用于利用其占空比分析功能快速建模负载规范。然后，设计师可以清楚地了解电机/驱动器组合是否适合该任务，而客户则可以放心，设计师已经充分调查了他的咨询 - 从而有助于赢得订单。
- 快速量化设计变更 - 有时可能会提出材料或制造工艺的变更。Motor-CAD 可让设计人员快速量化此类变更对电机性能的影响。
- 程序验证 - 可以轻松将 Motor-CAD 计算出的机器性能与现有电机的测试结果进行比较。通过进行此类验证，用户可以深入了解影响机器性能的主要参数，并利用这些知识改进设计。
- 参数估计 - 通常，直接测量影响电机性能的某些关键参数（例如接口间隙、转子损耗）非常困难，甚至不可能。在许多情况下，可以通过将 Motor-CAD 输出与易于测量的数据（例如组件温度、定子损耗）进行匹配来估计这些参数。例如，可以改变定子叠片和外壳之间的接口间隙，直到与 T[定子] 和 T[外壳] 的测量值匹配。
- 灵敏度分析和稳健设计 - 改变输入参数并检查对机器性能、温度分布等的影响非常容易。灵敏度分析可用于尺寸公差、材料特性、浸渍优度、界面间隙等参数，并绘制机器性能变化的图表。这可用于深入了解机器中的关键设计变量。它还可以扩展为稳健设计技术（如 6-Sigma）中系统模型的一部分。整个计算过程以及相关参数的变化可以使用 ActiveX 技术或内置灵敏度分析工具自动完成。
电机类型
Ansys Motor-CAD 有九种基于行业的标准电机类型可供选择，其中五种类型（下面以紫色突出显示）可用于实验设计，以开发扭矩与速度曲线并生成效率图，以评估各种电机驱动循环的电机性能。
几何模板
Ansys Motor-CAD 使用模板来创建电机几何形状。例如，下面是无刷永磁电机的模板。每种电机设计都会针对所选的特定电机类型具有特定的几何形状参数。此外，Motor-CAD 还具有径向、轴向和 3D 视图选项卡。不同的物理模块将显示所选物理模块的相关几何形状。例如，热物理模块显示电机外壳或外壳（如果已选择）的参数和几何形状。
或者，只要电机几何形状接近标准几何形状，用户也可以导入电机几何形状的 DXF 文件。建议尽可能使用单槽/极 DXF 几何形状，因为这允许 Motor-CAD 使用机器对称性来减少计算时间。如果使用全机自定义 DXF 几何形状，则 Motor-CAD 将始终求解全机，因此求解时间会更长。
要使用导入的 DXF 几何图形，必须满足以下要求：
1. 旋转轴必须以原点 (0, 0) 为中心。2
. 导入的定子和转子组件必须定向，以便
每个扇区的下边缘与 x 轴对齐。3
. 气隙边界必须由同心圆或圆弧构成，形成平滑
连续的内外表面。这要求所有槽口均应闭合，并且 任一表面上的任何偏心均应通过以原点为中心的
圆弧与气隙网格区域隔离 。4 . 每个槽区域需要分为两个区域，以便 正确分配电流密度。5 . DXF 几何图形的位置和对齐必须与下方的单槽 和极或整机几何图形的位置和对齐相匹配。6 . DXF 文件必须保存为 R12 ASCII 绘图格式。
电磁学 - E-Mag
E-Mag 物理模块有许多选项卡，涵盖几何创建、材料选择、电磁设置、条件、求解器类型、解决方案模型、耦合设置等的所有设置。
电磁模型
对于正弦波驱动的 BPM
机器，E-Magnetic 环境中有以下主要选项卡。通常在 Motor-CAD 中，我们从左到右浏览选项卡，以便设置
模型、运行计算并分析结果。
电磁模型-材料
材料选项卡具有电磁学模块的相关物理参数。
电磁模型-计算
计算选项卡具有电磁学模块的相关设置和选项。
电磁模型 - 常规损耗设置
铁氧体材料采用 Steinmetz 模型，电工钢材料采用 Bertotti 模型。此外，还有各种轴承损耗、风阻和交流绕组的模型。
电磁模型 - 分析
Motor-CAD 中的 E-Magnetic 模块允许进行 2D FEA 电磁分析和损耗
计算，以获得机器的工作条件和性能。它还
自动链接到 Motor-CAD 中的热模型，以便进行后续的热分析。
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热传递 - 热
热物理模块有许多选项卡，涵盖几何创建、材料选择、热设置、条件、求解器类型、解决方案模型、耦合设置等的所有设置。
热模型
Motor-CAD 中的热模型求解集总参数热网络，以获得
机器的工作温度。FEA 热模拟也可用于
验证集总参数模型。使用“模型”->“热”或 Ctrl+T 切换到热上下文（提示：活动选项卡上的红色背景表示热上下文）。将文件另存为 EV_5_Thermal.mot。
热环境中有以下主要选项卡可用：
热模型 - 材料
材料选项卡具有热模块的相关物理参数。
热模型 - 材料
计算选项卡有热模块的相关设置和选项。
热分析
根据输入的几何形状、损耗和模型设置，Motor-CAD 创建 3D 集总
参数电路模型，以
• 表征机器的热行为以进行稳态或瞬态计算。
•简单或复杂的工作周期。
•利用实验室和热能系统评估持续的热性能。
每个组件都用热阻和电容表示。损耗表示为电源，功率通过冷却系统耗散到环境节点。通过求解此等效热电路，Motor-CAD 可以准确估算机器每个部分的温度。
传奇：
实验室 - 电机性能评估
实验室实验设计有许多选项卡，涵盖几何创建、材料选择、热设置、条件、求解器类型、解决方案模型、耦合设置等的所有设置。
实验室模型
Motor-CAD 的 Lab 模块使我们能够快速准确地计算整个运行范围内的机器
性能，并且可用于
•估计峰值扭矩/速度。
• 开发一系列扭矩与速度曲线。
•创建效率地图。
•研究热约束操作范围
•分析复杂驾驶循环下的性能。
实验室环境中有以下选项卡可用：
实验室分析
Lab 模块使用混合模型，将 FEA 计算的准确性与
分析结果的速度相结合。我们首先构建 Lab 模型，执行一系列 FEA 模拟，
以充分表征机器的饱和和损耗行为。模型构建
完成后，我们将使用它通过分析方法准确计算机器性能。
机械模型
机械物理模块有许多选项卡，涵盖几何创建、材料选择、机械设置、条件、求解器类型、解决方案模型、耦合设置等的所有设置。
机械模型
Motor-CAD 中的机械模块使用 2D 有限元模拟链接到
Motor-CAD 中的电磁模型，以详细分析
•分析转子在运行过程中的应力和位移。
•不同运行条件下的NVH性能。
机械环境中有以下主要选项卡可用：
机械模型-材料
材料选项卡具有机械模块的相关物理参数。
机械 - 计算
计算选项卡包含机械模块的相关设置和选项。用户输入所需的扭矩和速度，Motor-CAD 计算所需的扭矩。获得与所需输入尽可能接近的工作点的峰值线电流和相位超前计算值。
机械分析
Motor-CAD 允许工程师在设计优化过程中考虑机械和电磁性能的权衡。您可以在 Motor-CAD 中获得的一些机械结果包括：
•转子应力
•位移
•扭矩速度曲线上的定子力
•时间和空间力谐波
•模态分析
• 激励跟踪。
