为什么做电机电磁热设计，你需要Motor-CAD？

在前一次的介绍中，我们分享了电机电磁热设计软件Motor-CAD的核心优势，相信您对这款软件一定有了初步的了解。Motor-CAD作为国际上应用及影响范围最广的电机电磁热设计软件，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。今天我们就为大家介绍下Motor-CAD的详细功能，通过这些功能理解Motor-CAD为什么是电机设计人员的必备软件。

一、Motor-CAD核心功能

Motor-CAD是一款非常好用的电机电磁热设计分析软件，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）等模块，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。

下面就Motor-CAD主要功能分别介绍：

（1）Emag电磁模块

• Emag电磁模块特色

• 先进快速有限元技术、便捷快速的电磁分析设计工具

• 高效的性能分析及损耗计算工具

• 全参数化设计

• 灵活的DXF导入分析及脚本文件几何建模

• 自动化的网格剖分技术，无需人工干预

• 解析计算与数值分析模拟技术相结合 

•     3D自动构建

•     绕组自定义技术

•     多相绕组设计

•     斜槽斜极计算

•     定转子不等长计算

•     磁钢径向分段设计

•     磁钢轴向分段设计

•     自动寻优超前角

•     丰富的计算报表输出

•     一键式各类曲线及傅里叶分解

Emag电磁模块计算功能

• 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。

• 可计算电机的磁密云图，磁力线分布，损耗云图;

• 支持计算反电势曲线、齿槽转矩曲线、转矩波动曲线、带负载和空载DQ

• 磁链及三相磁链曲线、转速转矩曲线、转速功率曲线、电磁力曲线、自感互感曲线，支持各类曲线的FFT分解;

• 支持多种损耗计算方法，包括铜损计算，铁损计算（多频率BP曲线输入、Bertotti及Stinmetz方法），永磁体涡流损耗计算;

• 支持永磁体退磁分析，支持多种格式的计算数据输出，支持参数化分析和优化设计，支持脚本编辑和二次开发;

• 各类电机常用参数的输出报表

（2）Therm热模块

• 热模块的特色

• 热网络+有限元混合算法（3维热阻网络），兼顾精度与速度

• 自动生成热网路和风路，能够在数秒内精确模拟热行为，能够获知主要热传递路径和时机，从而显著提高输出

• 丰富的冷却类型

• 丰富的电机材料库，热导、热容参数

• 热路图自动生成

• 稳态温升+瞬态温升

• 集成电机行业工艺数据，如铁心与机座接触热阻

• 自定义热路编辑、风路编辑

• 可显示压力、流量、温度、流阻

• 参数化计算

• 20年的专业数据库积累

• TENV:全封闭无通风冷却

机壳自然辐射散热

• TEFC:封闭自扇冷

 机壳表面强制风冷

 强迫通风

• TE： 内部循环风冷

内部风流通路径

具有外水冷换热装置

• 开放式端盖冷却

• 水冷

轴向或周向

潜水冷却

• 湿转子及湿定子冷却

• 喷雾冷却

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。

电机热模拟具有挑战性，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接触热阻

•     绕组如何浸渍或封装

•     如何绑扎及绑扎带

损耗做为热源，对结果也有较大影响，除主要铜耗，铁耗以外，各种损耗（风磨，杂散，轴承，临界损耗）考虑损耗随温度变化影响等

Therm热模块-后处理

• 径向节点温度

• 轴向节点温度

• 槽内温度场分布

• 永磁体温度场分布

• 绕组端部温度场分布

• 瞬态温升曲线

• 各部分耗散热量

• 风压、水压、水阻计算

• 各位置换热系数

• 各位置热阻系数

（3）Lab模块

• LAB虚拟实验室模块

• 自动耦合电磁、热模模块

• 快速并精确计算电机全转矩/速度包络线内的电磁热问题

• 适用于牵引电机等复杂驱动及复杂工况分析

• 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

•     峰值转矩转速曲线计算

•     连续转矩转速曲线计算（考虑温升限值）

•     效率Map图计算（5分钟）

•   丰富的路况图谱（NEDC、EUDC、ECE、EUDCL、UDDS、HWY、US06、JPN10、 JPN15、JPN10.15、JP08、WLTP、Artemis）

•     电机+发电机效率Map

•     DQ电感曲线

•     损耗曲线、效率曲线、超前角

•     集成电机控制策略（MTPA、MEPA）

•     支持整车参数输入（车重、迎风面积、齿轮箱变比…）

•     路况图谱计算（支持EUDC等十多种路况）

•     支持自定义路况图谱

•     效率Map工作点提取

•     评估车型路况负载耗电量、电机平均效率

•     汽车工作点在电机效率Map投影，优化电机设计

（4）机械模块

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建模功能。

Motor-CAD的核心价值

二、Motor-CAD的应用领域

（1）应用领域

• 新能源汽车与轨道车辆、船舶

• 航空航天与国防

• 家用电器

• 通用机械

• 可再生能源

• 工业应用等领域

• 新能源汽车与轨道车辆、船舶

主要用于新能源汽车的动力驱动系统、动力转向、电机运动等方面。基本满足市场上所常见的电机类型。在轨道车辆方面为应用于机车牵引、制动等方面。

• 航空航天与国防

为航空航天和国防行业提供其所需要的电机。从电动执行机构到电制动系统，Motor-CAD 应用广泛，可以满足其设计的可靠性尺寸和重量要求。

• 工业应用与通用机械

应用于各种工业动力应用领域，如各种风机、潜水泵、密封压缩机和输送系统等方面。

• 可再生能源

应用于各种可再生能源应用，如风力发电和潮汐发电领域，其主要要求是该电机具有良好的可靠性、高效率和满足一定的尺寸要求。

（2）价值体现

• 工程价值体现：

1.加快电机新产品研发进度、缩短研发周期、节约时间成本

2.降低产品设计生产和重复设计生产费用

3.减少产品开发过程中的计算工作量，提高公司工作效率

4.减少软件的采购成本，一次购买，多物理场计算

5.减少对工程人员各专业的培训，降低使用门槛

6.便于专家经验和专业知识沉淀

7.提升公司产品市场竞争能力 

• 核心价值体现：

1.专业化电机设计软件，只专注于电机设计，具有丰富的电机类型

2.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

3.解析法有限元混合 + 快速有限元技术，极大的提高了计算效率

4.支持参数化模型设置设计，采用 OPT 模块或者第三方优化软件进行灵敏度和优化分析。优化设计快速方便

5.自动后处理计算完毕，无需进行后处理操作，曲线、云图、报表自动化输出

6.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。可以考虑电动机 + 发电机，并考虑集成控制策略。

7.快速高效、易用，精度高，对使用人员要求不高，可以缩减概念设计的范围，减少工作量

8.可以和多种软件进行耦合计算，可以对产品进行更为精确的求解计算

目前，安世亚太公司正在国内开展Motor-CAD的销售和技术服务，感兴趣的用户，欢迎联系我们。

除了电机电磁热设计软件及方案，安世亚太在机电一体化电机设计仿真、电机振动噪声、电机多物理场、电机电磁、电机仿真咨询与专业定制开发、电机结构、电机流体仿真等方面，都积累了丰富的经验，相关资料和文章详见“延伸阅读”。

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