高效电机设计与仿真分析流程：Ansys MotorCAD及多学科平台应用

引言

电机设计面临复杂的电磁与热物理过程，从概念设计到最终产品实现，涵盖了多个层面的复杂性与精细化需求。Ansys作为工业仿真领域的领导厂商，为其用户提供了先进的电机设计工具，例如Ansys MotorCAD及更多多学科仿真平台。本文将深入探讨电机设计与仿真分析的流程，展示Ansys解决方案在电机热分析、电磁性能、振动噪声分析及电磁损耗预报等领域的应用。同时，介绍如何借助Ansys与Maxwell、TwinBuilder及光友飞迪科技的合作，构建高效、多工况电机设计优化流程。

电机设计与仿真核心工具：Ansys MotorCAD及Ansys MotorCAD MotorCAD Therm

Ansys MotorCAD提供了一个集成的电机设计平台，涵盖了从概念设计到详细参数设置的全过程。通过大量预建的参数化设计模板和几何模型，设计师可以快速定制所需的电机设计方案。其结合了2D有限元和解析方法，能够计算电机中关键物理参数，如转矩、转速、功率、损耗、电压、电流、电感、磁通以及电磁力等。电机设计的 Calculate Wizard界面对电机性能指标进行了自动设置，优化了性能计算流程。此外，Ansys MotorCAD包含高级计算功能，可以考虑磁钢涡流损耗、导条涡流损耗以及绕组交流损耗，支持Dxf格式导入几何模型和脚本编辑。




发生粒子级质转变，自动化生成热和流体网络，包括径向和轴向的三维传热场，并且软件内置了电机温度模型的建立工具。这不仅仅是简单的数字运算，背后的暖流动力（CFD）和有限元分析（FEA），结合多年的电机热分析经验积累，展现了软件在热管理方面的能力。通过高效的热分析，软件可以快速评估热传导路径，促进散热设计的改进和优选。

Ansys MotorCAD Therm是进一步深化电机热分析的工具，提供基于热网络模型和电机模板的计算。内置的电机热分析工具具有长达20年的丰富经验数据，支持稳态与瞬态温度分析，几秒内即可完成温度计算。通过分析热传导路径，软件能够识别有助于改善散热的设计元素，进行空间设计探索，并自动生成热和流体网络，适用于包括径向和轴向热传导在内的三维网络。对电机槽截面的细节可视化和计算，凸显了软件在精细工程设计中的强劲实力。

大幅提升性能优化与分析效率

Ansys技术进一步通过接口实现与其他Ansys工具的集成，如Maxwell、TwinBuilder，以及其他专业软件（包括光友飞迪科技），建立强大的多学科优化平台。Maxwell与Ansys MotorCAD的结合，支持电机与转子分段斜极电磁力细粒度分析映射，大幅简化了永磁电机转子分段斜极的振动噪声（NVH）分析步骤。考虑转子偏心等因素的振动分析与电机本体+减速器系统振动噪声预测，展示了软件在振动噪声管理方面的能力。利用Ansys Sound，开发者可以构建瀑布图（ERP Listening）来解析并优化电机噪声曲线，识别噪声阶次并优化设计。

电机特性仿真与设计优化

Ansys不仅提供了电机设计与分析的工具，还强调电机的电磁热耦合分析在温度场模型建立中的应用。电机驱动系统的传导干扰分析、开关器件物理原型模型细化等，进一步拓展了仿真解决方案的深度。通过Ansys的核心仿真技术，设计师能够预测电机在不同运行条件下的温度变化曲线以及能量损失，实现构建高效电机的全链条设计优化。