基于Motor-CAD的电机电磁和温升的快速计算

在电机行业发展新形式下，如何快速设计一款符合要求的电机成为各个电机厂不断追求的目标，也是各个厂家自身竞争力强弱的体现。正因如此，越来越多的电机设计软件应运而生，不断开发更新，每款软件都是促进电机设计不断进步的有力工具。本篇文章基于Motor-CAD去计算分析电机设计的各个物理场的计算，使得读者有一个概略认识。

本次计算以一台永磁电机为对象进行设计计算。电机为8极48槽，“V”字型转子槽的永磁电机，电机轴向长度150mm，为了减小涡流损耗，磁钢轴向分为18段。

• 几何建模

图1是电机定子冲片数据，图2是转子和磁钢的数据，图3是整个径向面数据。图4是电机轴向方向的数据，包括定转子铁心长度以及磁钢轴向分段数。

图1

图2

图3

图4

• 绕组数据

绕组的设置如图5所示。三相单层绕组，匝数为6，节距为5，并联路数为2。图5展示了每相绕组在槽内的分布和各个线圈的连接。图6是绕组排布后气隙磁势的谐波次数和幅值。图7是每个谐波的绕组系数。

图5

图6          图7 绕组排布设置后需要设置线规，具体线规的设置如图8所示。

图8

• 材料设置

基于Motor-CAD的计算流程，则该对电机的各个部分设置材料属性。图9是材料列表，磁钢采用的30UH牌 。

图9 电磁计算

电磁计算是整个电机性能计算的核心和基础，本次计算电机的转速为3000Rpm，线电流的幅值为480安培，母线电压为400V，电流超前度设置为45度。电机为正弦供电形式，绕组采用星接。彩钢采用平行充磁，假设工况平稳运行下，绕组的温度是65度，磁钢也是65度。

求解参数如图11所示，可以求解空载情况下的运行数据，也可以求解负载情况下的相关参数，这里求解的是反电势和齿槽转矩以及负载运行下的转矩。

图10

图11 经过计算得到电磁结果，Motor-CAD的电磁结果比较全面，涵盖了整个电机设计关心的数据类型。图12是一个极下的磁密分布云图。图13、图14、图15是电机运行下的整体性能数据。包括电压、电流、损耗、转矩、输入功率、输出功率、效率、功率因数等。图16-18则是电机性能参数曲线的展示。

图12

图13

图14 可以发现电机在此工况下，输出转矩为286N*m，输入功率为90kW，输出功率85kW，总的损耗为5kW，效率为94.5%。

图15

图16

图17

图18

热计算

电磁计算的损耗数据是热计算的输入源，因此基于电磁计算的结果对电机的散热进行分析。

热计算建模在电磁基础上添加了机座、冷却道等结构。图19是热计算径向数据设置，而后进行轴向数据的设置，以此建立冷却水道，具体设置如图20。

图19

图20 电机散热计算中，绕组的浸漆程度和一些工艺因素对散热的影响较大，因此有必要着重关注这些方面。本例中的浸漆设置、绝缘设置、绕组在槽内的分布情况如图21所示。

图21