motorMotor-CAD电机电磁与热耦合分析设计

MotorCADEPS电机磁热耦合作者：逯晓锐（Alvin.lu，耐世特汽车系统（苏州）Motor-CAD的高效工业电机热设计Motor-CAD的风力发电机线规选型分析基于Motor-CAD的新能源客车驱动电机设计 Motor-CAD在永磁同步电机设计中的应用Motor-CAD作者：王裕峰，周会军，朱红燕，王成，中中车永济电机：使用Motor-CAD对一款新能源电动汽车驱动的永磁电机进行了电磁限元Jmag和AnsysFluent对该电机进行了电磁和热方面的分析计算，并将：永磁同步电机；电动汽车；热计算；Motor-CAD;Jmag;AnsysFluentTheApplicationofMotor-CADinDesignofPermanentMagnetSynchronousWangYufeng,ZhouHuijun，ZhuHongyan，WangChengCRRCYONGJIELECTRICCo.:Electromagnetic ysisandthermalcalculationof rmanentmagnetsynchronousmotorwhichisusedinelectricvehiclewasdonebyusingMotor-CADsoftware.Thethermalcharacteristicofthemotorinthewholerunningrangewasresearched.Also,theresultswerecomparedwithcalculationresultusingFEMsoftwareJmagandAnsysFluent.Keywords:permanentmagnetsynchronousmotor；electricvehicle；calculation;Motor-CAD;Jmag;Ansys引功率从kW级的驱动电机到MW级的风力发电机都有采用永磁同步电机的案得到了广泛的研究[1]。本文以一款新能源汽车牵引电机为案例，利用目前较流行的Motor-CAD对该电机进行了设计及结果计算，并辅以其他有限元软件计算作为验证。由于Motor-CAD的热计算采用节点热阻的热网络算法[2]，其计算速度较常规有限元快，可以快速响应客户对企业的设计要12所示，该电机100kW200kW0～2800rpm。电机外特电机外特峰值00转速0功率P转矩T

2电机额定功率为100kW，最大功率为200kW，转速范围为0～2800rpm。电机类型为永磁同步电机，定子槽数为48，转子极数为8，转子磁极为内置式3所示。电磁场仿真分

3基于Motor-CAD对该电机进行了电磁有限元仿真分析，获得电磁场云图及其磁力线分布，见图4所示；并采用有限元Jmag进行有限元仿真分析，5所示；将两者的结果进行对比分析：发现二者结果的磁场云图及4Motor-CAD反电势计算分

5Jmag基于Motor-CAD6所示；将其波形与有限元Jmag分析结果分析对比，见图7所示。6Motor-CAD齿槽转矩计算分

7JmagMotor-CAD8所示；将其波形与有限元Jmag分析结果分析对比，见图9所示。8Motor-CAD转矩计算分

9Jmag基于Motor-CAD10所示；将其波形与有限元Jmag分析结果分析对比，见图11所示。10Motor-CAD结果对比分

11Jmag通过2.2~2.4节分析计算，并与有限元Jmag的结果对比，发现其计算1Motor-CADJmag1V-2-3---热性能计算分50%50%乙二醇的混合液作为冷却介质，进口水温按照最高65℃进行计算。水冷机座水道型式为螺旋形构造，额定冷却介质流量为利用Motor-CAD12121314显示了该额定工况下电机的关键热网络节点的温度计算结果，116.7103.6℃。由6056.7K，转子永43.6K。13Motor-LAB电机热特性分况下，如果采用常规的有限元进行计算那么其工作计算量将会非常巨大，且然而，Motor-CAD提供的Motor-LAB模块恰好能对电机全工作范围的性能1516Motor-LAB对该电机的全范围工况的温度特性计算结果。在限定绕组最高温度为150℃（F级）的前提下，图15与图16显示出1516Motor-CAD与AnsysFlunet计算对50%50%的乙二醇，30L/min17中所示为Motor-CAD计算结果中关于水冷机座1926pa1926pa0.41bar。17Motor-CAD图18中所示为采用有限元AnsysFluent对该水冷机座的流动阻力分析结果。从分析结果的压力分布云图中可以看出，水冷机座的流动阻力为18AnsysFluent对该电机的额定工况功率100kW采用AnsysFluent分析计算，其中定19124.1℃，20所示，从该结果中可以看到转子磁99℃。而从图14中可以看出采用Motor-CAD计算的相应工况下的定子绕组116.7103.6℃。19AnsysFluent

20AnsysFluent将采用Motor-CAD计算结果与AnsysFluent计算结果进行分2所示。2Motor-CADAnsysFluentKKAnsys--4.Motor-CAD的电磁和热计算模块界面友好计算速度快通过快速设计并了解电机的电磁温升特性，可以快速响应客户设计需求。Motor-CADJmag、AnsysFluent对同一台永磁同步电机分别进最后，在将来对该永磁同步电机完成试验后要利用试验结果与Motor-的计算结果进行对比验证，积累数据并加以分析，以期将来更好的利用CAD康龙云.电动汽车技术.机械工业.陶文铨.数值传热学.西安：西安交通大学.Motor-CAD电机热场计算使用杂谈作者：朱勇，博泽电机Motor-CAD电机热场计算使用杂谨以此文献给所有正在使用Motor-CAD和打算使用Motor-CAD的朋友一并作为我一直以来使用Motor-CAD进行电机热场计算的回顾和总发展历V10.1.2，V10.2.3可以说了从单一的电机热场计算到现在磁热模块都有经与主流的CAE电磁场都有了Link，极大地方便了电机热场的计算。。case你可以有成百上千的参数组合，每种组合调配好都能让你得到你所想要的电机温度是现实的呈现，让你将你已知的所有一切叠加进去，从而再现真实的电机温度场，为电机的优化以及衍生做参考。。初一直以来我一直使用SPEEDlink到Motor-CAD进行相应的电机热场计SPEEDGeometry,losses,materialMotor-CAD进行计算。现在你也可以用自带的电磁模块将这些参数导入到热分析模块说下我现在caseGeometry,windingcheckinputdata进行电机冷却方式以及losses的设置。中间夹杂着水道流量或者是风冷流速之dutycycle料，在temperature和outputdata度调整interfaces等因数当你将你所知的所有能确认的参数都叠加进后，的属性，从而使两者。可将调整过的材料加入材料库，以便以后的调用。多思多初始的时候可按电机实际工况进行设置，一开始电机要运行11个cycles,然后计算完成后你发现计算完成1个cycle后电机已经进入温度饱和温度已11cycles1cycle。这种改动对最终的温度结果没有影响但是所计算的时间却大大的缩短了多思多进一开始你可以按转速-电机工用Motor-CAD做电机的温升计算时，明确所要做电机温升的电机工况。电时迭代的损耗是不同的计算时恒电流迭代的损耗会大些恒转矩的会小些。而恒功率状态你所赋的损耗值就是计算时所用的损耗值你可以在计算完成后在Outputdata中losses一栏中所显示的计算数据中看到这些差异。轴承温就轴承温度而言，我没有看到相应的tutorial做过很详细的说明，以下SPEEDLOSSESMotor-CAD的时候，大多Motor-CADinputdatalosses一栏是没有相应的轴承损耗值的。0SPEED计算的机械摩如果你要做一个精准的轴承温度除了上述的步骤外，你还要check和设定inputdatainterfaces一栏的相应的参数，确认实际的轴承配合公差等参数。下图是日产LEAF的轴承相应参数设定，可借鉴下。精有朋友问我Motor-CAD精度如何？我一直回答很好，很准。当你校准V6IPM水冷电机的温度场计算与验证，与实测数值做过比对，两者非常热路法和有限元众所周知Motor-CAD是一热路法，star-ccm+是一多物理场有限元。两者采用相同的geometrymaterial进行计算与仿真。非稳态，运行600s，赋相同的铜铁耗进行算法的比对。STARCCM+绕组最高温度：27.395motor-cad绕组最高温度：26.527两者Motor-CAD终

CFD计算结电机热场的计算牵涉的东西很多，要花些时间和精力，Motor-CAD无疑是一款非常方便的能极大提升你的工作效率希望本篇浅文对你能有所帮助，Motor-CAD电机热设计使用心作者：刘婉，电驱背源汽车的重大项目。在2010年到2015主要以发展电，内燃机技术为2015年到2020继续推动混合动力技术，提高电动汽车的电气化程度，继2020电机作为电动汽车的部件，是电动汽车的动力源，电机的性能直接决定了电动汽车的性能。Motor-CAD是一款集合电磁、热路的专业仿真，功能仅能够帮助设计提高电磁功率密度、转矩密度、热能管理策略，更能优化磁路、热路，在电机制作前期有效的核算电机性能、温升，给设计提供方向。电机温升计算案电机模型参数设径向参数设轴向参数设

12绕组参数设3电机在设计的过程中一般要满足槽满率在75%左右，且槽内电机绕线排布型及参数选取槽绝缘与槽壁之间是否注（一般设计的绕组是需要浸漆的）以及绕组端部定义等。与传统绕组建模方式不同，Motor-CAD采用一层绝缘一输入参数设冷却参数输horizontal安装，环境温度设置为实验环境温度，转0.98~0.99之间。损耗输入设

45变化而变化，则为了使得更为准确，可勾选copperlossesvarywith材料输入设6密度。电机中的关键部件都有自己的材料，Motor-CAD也提供一些常用的材料接触参数设7水冷机壳输入设8主要包括流量及水温这两个重要参数对于水的材料属性可以根据自己工况输入设9Dutycycle中选择是单一工况还是循环工况。可根据自己在10s~60s；而额定工况运行时间长时间运行，一般设置60min以上，电机可达结果查Motor-CADtemperature中查schematic中可查看热路/热阻/功率/温升模型，稳态温度结1011所示：10而从输出数据outputdatatransientgraph12所示，可查看温度12Motor-CAD的中型异步电机电磁计算分析作者：白亦泽，电气电机厂Motor-CADMotor-CAD是基于热网络法与有限元法的电机热与电磁设计。包Therm电机热设计模块、EmagMotor-LAB辅助后处理工具，可实现磁热双向耦合。此次基于Motor-CAD对中型异步电机电磁计算能力进行了研究为探索应用该进行磁热耦合前期的电磁计算能力进行了径向及轴向几何尺寸设STMKS450-2600kW电机为例，电机电磁计算几何尺寸如图，在新版本绕组设输入参数的设损耗的设置等等。在定义材料时，可添加多频损耗曲线，会自动计算出Steinmetzcoefficient的三系数。计算求解的设输出数端部长度系数在使用Motor-CAD进行计算时，需要对一些系数进行设置，首先需要对StatorEwdgLengthmultiplier进行设置，根据没有修正前的值，经过运算，在定子绕组温度设定为95度时，计算得到定子每相电阻如下所示StatorEWdglength定子端部漏感系数与定子漏感系数的修在输入参数里，还需要对EWDGinductancemultiplier和statorleakageinductancemultiplier进行修正，在这里分别进行了两种计算方法。第法算法算法结Motor-CAD作为专业的电机热，电磁设计工具，相比很多电磁，AnsysMaxwell，Magnet，MotorSolve等，在建模、计算速度以及输出结果dxf模型。在新发布的版StatorEwdgLengthmultiplier、EWDGinductancemultiplier、statorleakageinductancemultiplier等系数，经过一系列优化计算，能提高中型异步电机电磁计算的准确Motor-CAD作者：杨光力，谭耳，航天林泉电机杨光力谭耳航天林泉电机，贵前机的可靠性及要求也越来越高电机的发热是影响电机可靠性和最重要的因一，随着电机设计水平提高，行业已经开始使用ANSYS、Motor-CAD等电机热设计工程设计对电机的热模态进行仿真以达到对电机的热分布及温升提前掌控并实现最优设计的目的。ANSYS的热模型建立过程比较复杂，仿真计算的时间也较长，而Motor-CAD可以给设计者提供快速的计算方法和精确计，Motor-CAD使用方便简单易懂即使是非专业也可以很快掌握，热问题和Motor-CAD在电机设计中的应用特点及仿真技巧等，同时一点个人在使用Motor-CAD过程中的经验与心得。热的基本理热传递的基本 以典型的大平壁导热问题引出导热的基本表达式，设大平壁的壁面积为（m2δ（mΔt（℃ 或用热流体密度表达传热量（每平方米的热流量qA

q

/

t

……Rλ

m2•K/Wm[kg/(m2•s)]保持恒定的流体由温度t1流至t2处，其比热容为cp[J/(kg•K)]qmcp(t2t1

qh(twtf) h(twtf)A将热流体密度qq

1/

Rh1h表示为单位壁表面积上的对流换热热阻(m2•K/W),则表面积为Am21/（(h•AK/W。位时间、单位面积对外辐射的热量为辐射力，用E表示，单位为J/(m2•s)或W/m2Eb，黑体的辐射系数为Cb,黑体表面的热力学温度为T ET

bT4 b式中的b称为斯蒂芬-玻尔茨曼常量，b=5.67×10-8W/（m2•K4bET bE

(

)4……学温度分别为T1和T2T1T2则单位面积高温表面在单位时间内以辐射方式q

(

)4(

)4……

Am2上的辐射热流量1( T)4(1(

4 4热学的基本概

tf(x,y,z, 式中：t——gradt

gradtt 表示沿法线方向的温度的方向导数，n电机的发热问Motor-CAD的简Motor-CAD是国外开发的热仿真，暂时无中文界面版本，本章对MorCADv的界面、热仿真流及的使用技巧程进行介绍，在后面CADMotor-CAD通过近几年的发展，已经从最初单一的热仿真模块发展热互耦仿真，支持分析的电机类型也涵盖了目前行业中大多数的电机种类。本文仅介绍版本Motor-CADv的热计算模块，可以对电机完成如下几个方Motor-CAD2-12-1Motor-CAD的初始界面是默认设置自带的实例模型界面如图2-所示Motor-CAD的操作界面，各工作区域集成在菜单栏的第二排图2-1初始界2-22-2菜单栏菜单栏从左到右的功能模块释义如表2-22-2Motor证InputOutputTransientCircuit文件File下拉菜单如表2-32-3FileSaveExportExportCopyScreenGeometryGeometryDifferencetoprevious热仿真的一般流MotorCAD热仿要分为模型的建立、损耗的设置、冷却条件的设置、工作制的设置、瞬态热分布的查看等几个步骤，详细流程如图2-3所示。 冷却条件设冷却条件设损耗分布设材料添接触面间隙设接触面间隙设热辐射率设热传导率设端部空间设端部空间设端部空间设工作制的设瞬态热的瞬态热的计电机热分布查

2-3绕组的参数输模型的建Motor-CAD所支持的各种电机类型分绕组的参数输模型的建一款比较强大和人性化的工程均具有帮助和指导用户进行设计的帮助Motor-熟悉热路的编辑界面和理解的热路原理可以充分掌握仿真模型的热传Motor-CAD热仿真结果准确性最关键的步骤之一，损耗的大小可通过AnsysMaxwell对电机进行电磁计算获得Motor-CAD软AnsysMaxwellMotor-CAD提供了比较丰富的的冷却方式，冷却方式的选择要结合实际电不能采用自然冷却方式，经常采用强迫通风冷却、通水、通油冷却等方式，两章介绍了传热的基本理论和oto-D的快速上手掌握热基本理论并熟悉的使用技巧是本章的基础本章以阀门驱动用260W的永磁无刷直流伺服电为案例，对oto-D在永磁无刷直流电热设计及仿的应用特点及技巧进行介绍。260W永磁无刷直流伺服电的工作特260W永磁无刷直流伺服电用于供油系统的阀门驱动，该电机具有较高的功率密度，体积小、可靠性高、控制灵活的特点，使用在最高工作温度在70℃60s。文件的打开Motor-CAD，界面是Motor-CAD自带默认的模型，选择电机FileNewSave>>热仿真模型的建文件新建完成以后，开始建立热仿真模型，Motor-CAD是以模型尺寸或1。3-1SlotPoleHousingMagnetStatorLamMagnetStatorMagnetToothAirSlotBandingSlotCornerShaftSlotShaftHoleToothTipToothTipSleeve3-2所示，定子、转子、永磁体轴向3-2HousingAdd[outerMotorHousingAdd[outerStatorLamHousingAdd[inner机壳前端MagnetHousingAdd[inner机壳后端RotorLamWafterStatorAxialShaftDiaMagnetAxialShaftDiaRotorAxialwdgAdd[outerEwderhangwdgAdd[outerEwderhangwdgAdd[innerWdgExtensionwdgAdd[innerWdgExtensionEwdgInsulation[innerEdcapLengthEwdgInsulation[innerEdcapLengthBearingDiaEdcapThicknessBearingDiaEdcapThicknessShaftExtensionShaftExtensionBearingBearingWidthBearingBearingOffsetStatorPlateThickStatorPlateThickRotorPlateThickRotorPlateThick3-1Redraw按钮，确保数据输入成功，建立的热仿真模型如图3-2图3- 图3-2260W永磁无刷直流伺服电模3D选项可以查看电机的三维模型视图，检验模型是否正确，如图3-3RadialAxial按钮可以查看轴OverheadAnimationEnable可以让3-3选择菜单栏中的Winding3-43-4其中WindingType:绕组类型；WdgDefinition：绕线定义，导线线径按照槽组绕线设置“HeavyBuildslotfill”；WedgeModel:槽楔类型；Mat[Liner-Lam]:槽绝缘与槽壁间是否注胶；EWdgDefinition:定子绕组端部定义；EWdg:定able，公ableInput（Rectangular线规（SWGTable3-33-4所示为绕组参数的英文释义，通过输入绕组的参数可以建立3-3SlotEWdgLinerInsSlotBaseLinerLamCopper3-4EWdgInsToothSideImpGoodnessImpGoodness[Lineer-Imp260W永磁无刷直流伺服电的绕组定义如图3-5所示，绕组模型示意图如所图3-6示。3-5冷却方式的定

3-6InputDataCooling选项可以对电机工作中的冷却条进NaturalConvection自然3-8是对传导的环境温度AmbientTemperature(Convention),辐射环境温度AmbientTemperature(Radiation)，转轴速度ShaftSpeed(rpm)，定子叠压系数StackingFactor(Stator)，转子叠压系数LaminationStackingFactor(Rotor)等参数进3-7电机损耗的设

3-8通过图3-9（SpeedDependentLosses）和额定转速（Singlevalueofspeed）时，已知额定转速状态时的各部分损耗P[Input]，通过自定义电机的转速,则软自动可以计算出此转速下的各部分损耗P[Speed],最终可以计算出在该转速运行工况下电机的Coef通常设置成典型的数值，铜损与转速的系数通常为0（铜损不随转速发生变化铁损与转速的系数设置为1.5（电机学中算铁损时所用的公式就是与频率的1.5次方成正比风磨损耗与转速的系数为2（通常工作制的设

3-9，导）采用默认设置，接着对其工作制进行设置，电机的工作制为短时工作，工作时间约为60s选择菜单栏中DutyCycle对电机的工作进行设定，MotorCAD提供了三种瞬态计算类型，分别是单一瞬态、循环工况分析、冷却暂停循环工况分析。选择单一瞬态只对瞬态过程中的某一段时间进行计算，选择循环工况可以计算多个瞬态循环工作状态的热分布，冷却暂，260W永磁无刷直流电计算的工况为单一瞬态，瞬态数据只设置持续的瞬态时间TransientPeriodNumberPoints发生线性的改变量ChangeInAmbientTemperature3-10热仿真计算及结果的查了，单击菜单栏中的“TransientGraph”，Motor-CAD的仿真计算非常快，约几秒种便可以完成，260W永磁无刷直流电在工作60s后的瞬态温度变化曲3-11所示，选择菜单栏的“Temperatrue”3-123-13118.9℃，（130℃3-113-123-13实验测试与仿真结果260W永磁无刷直流伺服电的成品如图14所示，经过实测规定工作制下的运行温升，并将实测值与Motor-CAD的仿真结果进行对比，如表3-5Motor-143-5----结束，本文对Motor-CAD热设计工程在电机设计中的应用进行了介绍，先从对Motor-CAD的功能及仿真设计流程进行了简介最后通过工程项目260W永磁无刷直流伺服电的实际应用，阐述了Motor-CAD的使用特点和技巧。个人在工程项目中进行了许多电机的实例设计，Motor-CAD展现出了非常强大实际符合率高建模仿真结果与工程实测结果在10%以内的仿真结果具有较高的参考价性Motor-CAD目前还没有中文版本的使用和操作对工程设计的英文水平有一定的要求，在这里希望Motor-CAD公司早日开发，Motor-CAD在电机设计中的应用广度和深度。由于个人的水Motor-CAD作者：闫兵，电驱背

Motor-CAD是一款集合电磁、热路的专业仿真，功能强大，易快速计Motor-CAD能够帮助设计提高电磁功率密度转矩密度热能力管理策Motor-CAD热仿真应用多年，具备多年电机热仿真经验。则本文将重点介绍Motor-CAD的热路仿真，谈一谈自己的应用心得。10201815台/年；新能源汽车对电机要求和传统电机不一样，需温升步Motor-CAD电磁仿真模块计算出来；而电Motor-CAD材料库需要大量的设计参数及实测数据同11ing-terjakt；lottype-prllltooth；PMotor:Interior-h；其它如mounting、tatordu、rotorduts在电机初步仿真（只考虑主体性能如绕组和磁钢温升水道结CC型阻为螺旋型水道>C型水道>双C型水道，温升也是。图2电机轴向示意 图3螺旋水道3D示意绕组排和工艺相关。采层绕组分布；同时需要电机绕线模型是采用多层分布，如下绝缘材料的面积。传统模型比较单一且和实际绕线模型相去较远，而MOTOR-CAD所采用的绕线建模方式能够有效还原电机实际绕线的形式，和实测结果更关键参数设置为wingdingtype:overlap;mat[liner-lam]impregnation;wdgdefinition:conductors/slotsewdgdefinition:edwgmlt;0.8，漆膜厚度0.085mm，每槽导体数为162，槽内会先铺一层绝缘纸，厚度为0.2mm；层0.2mm，端部长度设置为经过MOTOR-CAD计算出来的最小端部有效长度；端部和电机铁心绕线的挂漆量为80%。图4绕组排布 图5热阻计算等效模冷却系horizontal安装，环境0.98~0.99之间。电机MOTOR-CAD电磁仿真模块计算输出。以通过设置实时转速speeddependentlosses（shaftspeed）和基速singlevalueofspeed。另外需要设置电机铜耗statorcopperlosses，定子轭部损耗statorbackironloss、齿部损耗statortoothloss，磁钢损耗magnetloss，转子磁钢槽周边损耗embeddedmagnetpoleloss、转子轭损耗rotorbackironloss，轴承损耗bringlosge则为了使得更为准确可以勾选opprlosvryhtemprturesvriationhtemprture&load。损耗losditribution分别可以采用默认的平均分布。材料系接下来比较的一步就是设置材料系数，如何有效准确设置材料，更真实绝缘漆之类的系数不仅多次仿真与实测数据校核后才能确定下来，且MOTOR-CAD绕线建模和实际较为接近，但毕竟有所不同，需要设计经验调整一些材料的系数来近实际需求。接触设而对于inputdata>interfaces铁心单面热膨胀经验公式经验公式间隙间隙0 铁心温升℃由于本例子中电机采用封闭水冷结构，则对于风冷（radiation）（naturalconvection）不做设置，需要设置水冷（housingwaterjacket）,设置入水70℃fluid（waterMOTOR-CAD已经帮不同冷却液体的属性调整好，可以不用再做调整；其中工程中常用因素。然后依次根据需要设置coolingoptions选项，其中有待实验验证的地方为calculateorinputnumberflowchannels选项中选择calculate（默认）或者input（根据用户自己调整：parallelflo ths和numberflowchannes这两个选型对温升影响明显，具体怎么设置我提供下自己的粗浅意见：parallelflo ths为水道数目，numberflowchannels为平均支路数目螺旋型水道可以用默认的calculate选项；而分别设置C型水道和双C型水道的水道数目为1和2，而平均支路数目可以根据实际调整。另外的水道可以通过调整这两个选项来进行近真实温升，当然这两个选项的有待实验进一步验证。endspace采用默认设置。ysis其中单一工况transientperiod为仿真时间，numberpoints为仿真点数。一般仿真10s~60s；而额定工况运行时间选项改变点changeintambient和循环周期个数numberofcycles。循环工况的定义包括时间,损耗,工况都在definitionS1~S9，都可以在MOTOR-CAD中设置，从而模拟真实电机温升。7结果查

8接着就是察看结果，从temperature中schematic中查看路/热阻/功率/温升模 数据outputdata可以看出不同节点以及不同路的温度、热阻、流量、流速等。另transientgraph中，如果需要自己挑选需要的曲线，可以在setup>powergraphsetup、temperaturegraphsetup中勾选自己需要的选项，如另外从circuiteditor可以方便查看路模型，以便于对电机热路模型进入深入同时提高设计的热场设计能力而从scripting中可以得到以及调整程序来优9利用Motor-CAD计算永磁电机温升作者：褚占宇，天源博通科技前

Motor-CAD是全球唯一一款基于热路法和磁路法的电机电磁、热分析用Motor-CAD来对一台应用于电动汽车用的永磁电机进行温升的计算。设置流V型上面再一字型的永磁体结构。为了降低电机的温升，冷却采用几何模型的建要进行温升计算，首先要建立几何模型，Motor-CAD建立几何模型方便快Motor-CAD几何模型的输入包括径向尺寸的输入、轴向尺寸的输入及绕组尺寸12所123当把模型的几何尺寸输入完成后，Motor-CAD可以查看电机的三维模型结Motor-CAD可以保存电机的三维模型，并且可以4冷却结构的设5所示：56所示：67所示：损耗的输

78 coef[A]取值为1.5，风磨耗coef[A]取值为3。这里还要注意一点，就是当勾选上，意味着材料的设Motor-CAD提供了丰富的材料类型供使用者进行选择。在相应电机部件后面的下拉菜单中即可选择材料非常方所需的材料在材料库中没有时，9为本电机的材料设置，材料属相包括导热系数、9Motor-CAD能够自动计算对流散热系数及辐射散热系数，不需人工进温升的计Motor-CAD能够快速计算出电机各个部分的温升情况。点击菜单栏中的temperatures按键，就可快速计算出电机各个部分的温升，并且能够自动生成1011分别为电机的径向温升及轴向温升情况。101表 1Motor-CAD计算出的温升结果与试验值非常接近，也证明了Motor-CAD计算的准确性。Motor-CAD不仅能够显示电机各个12结

12通过Motor-CAD的电机温升计算，电机设计能过非常快速得到电机总Motor-CAD能够自动计算出电机的对流换热系数等参数，Motor-CAD电动车电机电磁热分析作者：凌在汛（译 天源博通科Motor-CADMotor .（著天源博通科技凌在汛（译天源博通引本采用Motor-CAD及Motor-LAB（V10以后版本已将两者合并对日TimBurress,“Ben arkingofCompetitiveTechnologies”,OakRidgeNationalLaboratory,May2012.fTimBurress,“Ben NationalLaboratory,May2013.f“AnnualProgressReportAdvancedPowerElectronicsandElectricMotorsProgram”VehicleTechnologiesProgram,U.SDepartmentofEnergy.JanuarySusanA.Rogers,“AnnualProgressReportfortheAdvancedElectronicsandElectricMotorsProgram”VehicleTechnologiesProgram,U.SDepartmentofEnergy.December2013.JohnM.Miller,“ElectricMotorR&D”,OakRidgeNationalLaboratory,MayYoshinoriSato,ShigeakiIshikawa,TakahitoOkubo,MakotoAbe,andKatsunoriTamai,―DevelopmentofHighResponseMotorandInverterSystemfortheNissanLEAFElectricVehicle,‖InternationalWorldCongressandExhibition,Detroit,Michigan,April12–14,2011,p r2011-01-0350.文本附件提供有关的文件如下30DHNissanLEAF安在电脑上安装Motor-CAD程序包以及USB证所需的USBDongleDriver。本中采用的Motor-CAD以及Motor-LAB版本号为v9.4.1，其他高低版本可Motor-CAD，程序将自动进入默认的无刷永磁同步电机（brushlesspermanentmagnetsynchronousmachine）几何定义界面。选择Model>E-Magnetic（Ctrl+M）进行电机电磁模型设置。另存模型为“Nissan_LEAF_1_Geometry.mot“。几何模型录打开Motor-CADGeometry行设置。例如：安装底座、冷却水道、轴风扇等。并在本选项卡的RadialAxial本首先介绍电机的电磁设计方案分析，并忽略了冷却水道等相关设置。Radial选项卡中，机壳设置为简单的圆形机壳，不考虑法兰以及安装MountingSlotTypeParallelToothRotorType设置VInteriorV(web)以便于设置永磁体间的夹角以及隔磁域。定子及转AxialCross-Section可以用于定义封装、整流罩、轴连风扇机壳长度MotorLength、铁心长度、分段永磁体、端盖以及轴伸出长度等也最后，用户可在Motor-CAD3D视图。绕组定Motor-CAD中可Pattern选项卡中提供了快速、可视化编辑绕组的工具，并可本例中Pattern选项卡中设置线圈为每线圈6导体Turns串联跨距Throw5ParallelPaths2（4组线圈串联，层数为单层SingleLayer。，显示。如下图所示圈定义栏中定义完成并绕根数设置后，将在输出参数中得到每槽导体数ConductorsperSlot。这里，定义每导体并绕根数StrandsinHand20120（20*6，0.885mm0.8mm。设置槽绝缘厚度LinerThickness0.25mm，导体间距ConductorSeparationCopperSlotFil52%。谐波分在进入FEA仿真计算之前，可在Pattern选项卡中查看MMF谐波分析及绕材料录材料可以通过InputData>MaterialdatabaseAddSolid，并定义材料热导率Thermalconductivity、比热specificheat以及材料密度density都SteelBHMaterialslisted30DH并点击AddBHDataPointBH（30DHSteel.xlsx中的数据进行Ctrl+C、Ctrl+V操作选择EnableExtrapolation，并输入要延长至的最大磁化强度以及间隔点数。本例10000003TFEA10个点。新硅钢片材料的损耗性能SteelLosses可以通过SteinmetzBertotti的功率SteelPropertiesMotor-CAD软Losses选项AddPoint30DHSteel.xlsx中的损耗测试数据进行Ctrl+C、Ctrl+VUpdateGraph来更新数据曲线显示界面点击FindCoefficients，使通过自动迭代程序算得UpdateDatabasevalues在SteelProperties选项卡中可以查看由损耗密度曲线拟合计算得到的SteinmetzCoefficients。小磁滞回线系数Minorloophysteresislosscoefficient设置0.65以便于铁损计算，叠片厚度LaminationThickness0.3mm。Electrical选项卡中设置材料电导率以进行材料的涡流损耗计算。5.9E-71.3。30DHMaterials选项卡中进行选择。为定、转子30DH，绕组导线材料为copperN30UH。Motor-CAD2DFEAMotor-CAD的热分析模型进行耦合，并可同时进行电磁Nissan_LEAF_2_Electromagnetic.mot有限元计算设个别影响电磁性能分析的出厂数据及参数，可通过InputDataSettingsMagnetics对于复杂的几何结构以及外（端）部系数、电阻、电感等可以在这里用ManufacturingFactors另外，正弦驱动调制SineDriveModulation是用于当电机处于最大功率运行区间时，计算逆变器输出的平均电压值。这里，这里选择Circletracking。在InputData>Settings的Calculation选项卡中可进行FEA剖分、仿真以及FEA的磁场计算法可以通过InputData>Settings>Graphs进行选择。例如默认的VirtualWork、MaxwellStressMsVwAverage以及DQ算法。另外，Motor-CAD还提供了其它的电磁场计算算法，并能同时进行选择添加。5.2损耗计算设通过有限元计算得到的槽内磁场分布结果，Motor-CAD还可对绕组中的损耗进行计算绕组的热分析网格(Cuboids)是被用于计算槽内不同位，在InputData>Settings>LossesProximityandSkewedVariationwithSpeed网格分布数为5根据实际槽内导体分布情况进行网格数量及分布情况设置，并提高槽底区域计算的准确性。在Winding选项卡中查看网格。，电磁场有限元仿真设进行电机运行状态的定义：轴转速、电流（幅值、有效值或电流密度行下的相位超前角、直流母线电压（Settings>E-MagneticsSineDriveMotor-CAD中的电磁场有限元分375V，在E-Magnetics选项卡中主要有FEAOutputData中包含了通过FEAGraphsDXF文件自定义几何2DFEA采用了参数化几何模型，从而实现电机电磁性能、转矩、损耗的快转矩等项目的计算精度。因此可通过外部导入的dxf模型文件进行Motor-CAD另存文件为“Nissan_LEAF_3_Electromagnetic_DXF.motFileGeometryImport（Ctrl+I）DXF输入窗在E-MagneticsFEAEditorDXF几何模型以用于后续仿真操作。并在FEAEditorDXFE-Magnetic进行自动模型检查。 DXF由下图可知，DXF导入几何模型与参数简化设置模型在空载反电势等问题Motor-LAB模型的建模数据来自电机各运行区间下的有限元在主菜单的Model下拉菜单中选择Motor-LABMotor-LABMotor-CADFEA仿真过SaturationModel（恒参数模型中的电感参数为个转子位置下的电机电磁场进行静态计算而全周期计算则对电机进行一个电周期的瞬态电磁计算。这里先采用单步FEA饱和参数计算。Motor-CADEM模块自在短短一分钟内即可完成EM在Electromagnetic转速为10000RPM，最大电流为480A，电流增加曲线数量设为3，以查看不同最vs电流曲线结果如下：其他参数，例如功率、下面建立损耗模型以对不同工作状态下的功率损耗进行首先在Motor-LAB中配置铁耗及永磁体损耗来建立损耗模型LossModel。Motor-LAB注意，只勾选Lossmodel现在，通过设定不流值，来绘出其对应的电磁性能计算结果500RPMCalculateElectromagnetic例如，假设电机在6000RPM下的输出转矩为160Nm，仿真该运行工况。这样，Motor-LABMotor-CAD，并进行该运行点下的电磁场有限元Motor-LAB可以在电磁性能及功率损耗的全周期有限元瞬态仿真计算过程中自动建立饱和及损耗模型。在ParameterModel中选择饱和模型类型为SaturationModel(FullCycle)，铁损及永磁体损耗计算类型为FEAMap，在FEAModelBulid中选中SaturationModel以及LossModel，点击BuildModel。2.5，10000RPM150W效率云电机热分析模，Motor-CAD中的热分析模型将对电机热网络集数进行求解，以算得其各部分的工作温度，另外自带了热有限元分析工具，以用于对集数模，将文件另存为“Nissan_LEAF_4_Thrmal.motModel>Thermal或使用快捷键Ctrl+T。材料热传导属性设在热分析模块Materials绕组热分析模在Winding自定义独立的导置利用自定义导置进行热有限元分析及相关热域Motor-CAD中的热域表示热网络中绕组的热传导子域。见Winding>Definition选项卡。默认的热分析模型径向方向通常使用两个热域，而在之前的绕组交流损耗计算过程中，则定义了5个求解域。Motor-CAD中热分析模型的集下图为用于温度分析计算的热分析模型中详细的热域属性信息为更清晰的显示，各集数的名称、温度等信息可以被选择性隐藏。槽结构及绕组热分析模型Motor-CAD中用于槽内热传递计算的热域模型可以通过有限元热分析在Tools选项卡(Ctrl+F)2DCalibrationModel，并移除热网络模绕组部件的热域仅与定、转子进行连接（热交换。500W（Losses选项卡。这里由于只需要通过仿真计算进入TempeaturesFEA进行有限元热分析。选择定子，并求解槽有限元热0.3℃。当绕组模型校正完成后，可以通过快捷键Ctrl+F冷却设WaterJacket(Spiral)，在轴向截面的几何视图中可以进行查看。使用选项控件DrawCooling来进行显此时，在InputData的Cooling选项卡中，HousingWaterJacket选项被同时SIDefaultsUnits在InputData>HousingWaterJacket>HeatTransfer中设置冷却水道信息。其中FluidVolumeFlowRate6.5L/min，InletTemperat