出色的电机仿真软件让定制电机设计如虎添翼

时间:2023-06-08来源:佚名

自迈克尔法拉第和尼古拉特斯拉时代以来,电机就开始与我们的生活息息相关,多年来与电机设计相关的改进和专利很多。随着稀土永磁体的使用越来越普遍,具有高磁通量和抗退磁能力的稀土磁体允许电机设计更大的功率密度,从而产生更小、更轻的电机。随着更高强度的磁铁,强大的建模软件已经可用,使熟练的工程师能够在构建之前准确预测单元的性能。熟练的设计师可以非常准确地对磁流、机械应力、热传递和电机动力学进行建模,在实际构建单元的任何部分之前通过迭代改进设计。

出色的电机仿真软件让定制电机设计如虎添翼

理论上软件工具对于一类电机在技术上是可行的,实际上很少有专家具备必要的技能来承担将电机设计的所有方面集成到一组通用程序中的任务,相反,开发工作通常专注于特定的电机项目,无意创建一组通用的设计工具。随着电机设计嵌入与磁、机械和热建模相关的专业知识,相关的计算机建模工具已在电机应用中取得了飞跃,这些工具允许以低成本快速完成多次设计迭代,让设计师快速探索可能性并创建新设计。

电机设计软件

基本设计过程从使用 Solidworks 的 3D 机械模型开始,如果要获得准确的结果,磁路的机械细节尤为重要,磁路模型可以是实际单元的简化子集。一旦将磁路的机械和材料参数输入程序,就可以根据来自基于磁体属性的查找表的元素来计算估计磁场。将机械信息和磁信息被传输到 Ansys 程序中,在该程序中可以以图形方式显示产生的磁通量模式。

出色的电机仿真软件让定制电机设计如虎添翼

如果设计人员了解电机动态参数的含义,可以更改机械尺寸、材料选择和其他参数以快速优化磁通量模式。一旦对磁路感到满意,该软件可用于根据设计假设和绕组配置计算扭矩、反电动势和其他性能指标。选择绕组配置后,可以对电机工作时的线圈进行热分析,一旦模型组装好,就可以相对快速地修改设计。如果需要使用数学公式和模型的多次迭代来优化直径、长度、重量、效率或其他一些参数。适用于径向间隙电机的许多磁性原理与轴向间隙电机相同,径向间隙设计结合了一些与线性电机非常相似的特征,将机械、磁、热和机电功能集成到一个专用于轴向间隙电机组件的软件包中。

在机械和磁性设计进入可接受的范围后,下一步是定义绕组、匝数、导线尺寸、线圈位置、灌封方法和材料。根据这个和磁场信息,可以计算电机性能。同样,迭代可以修改设计参数以接近所需的性能。一旦估计了绕组参数,就可以完成电机组件的热分析,并且计算机模型中的快速迭代可以使热设计进入近似范围。最后,在建立基本设计后,使用相应的数学公式优化特定参数。例如,人们可能会选择优化设计以实现最小重量或最大效率,然后计算机将从早期设计工作中获取信息并微调结果以获得针对该特定参数的优化设计。

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结论

该过程从磁路的机械设计、磁铁的数量、磁铁的尺寸、磁铁的位置和电路的几何形状开始,所有这些都必须在分析开始之前进行定义。然后,指定材料,以便可以进行磁通量计算。通过磁路的简化模型,可以通过迭代开始设计分析和改进。查看磁场强弱的显示,经验丰富的设计人员可以看到磁饱和、磁通方向错误或磁通集中不足的问题,然后可以调整机械设计以纠正这些问题。

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