电机快速数字设计方案

背景说明：

电机的数字设计与数字实验主要包括电磁、结构和热流三个方面，传统的电机设计分析方法，计算量大、流程复杂且效率低下，而且无法获得精确的性能结果，更难以考虑各物理场的耦合问题。因此，需要针对电机数字设计和数字实验开发相应的设计仿真应用平台，根据用户需求定制开发专用设计仿真功能，帮助用户加快数字设计和数字实验，从而缩短研发周期，降低研发成本。

功能特点：

电机快速数字设计软件基于伏图（Simdroid）通用仿真平台进行开发设计，涵盖了磁路、电磁、结构、热流以及优化等多个学科领域，以实现电机全流程设计为目标，具备电机方案快速磁路设计、多物理场仿真设计以及性能优化设计等多个仿真应用功能，同时具备一键有限元建模功能，快速实现物理场建模分析。

• 电机初期方案快速设计。内置常用的电机全参数化建模模板，实现电机初期方案的快速构建，基于等效磁路法分析电机在各种工况负载下的电磁性能、输出特性以及效率等，快速完成电机初期方案的分析计算。辅助用户在电机前期设计阶段，快速评估迭代电机设计及性能。

• 电机电磁方案详细设计与优化。基于有限元法分析电机静止或运动状态的电磁场分布，基于虚功法求解电磁力/转矩，得到电机的电磁特性与输出特性。帮助用户在电磁方案详细设计阶段，对电机的性能进行评估与优化。

• 电机结构强度及振动问题的分析与优化。可模拟电机受外载荷、自身载荷以及两者共同作用下的状态，开展电机结构强度的校核、振动问题的评估以及优化。帮助用户预判结构破坏风险点、发现结构潜在共振问题、优化结构与振动响应阶次，确保电机结构设计方案合理性。

• 电机冷却系统设计分析与优化。可用于自然散热、强制风冷、水冷和油冷的散热性能模拟，可指导散热翅片、风冷参数、水冷/油冷管道以及参数的设计优化。帮助用户预判热点风险区域、选择合理的冷却方式、优化冷却结构，确保电机冷却系统设计方案的合理性。

功能模块：

1、电机方案数字设计迭代模块

1) 适用于电机的初期方案设计与优化；

2) 内置常用的电机全参数化建模模板，实现电机初期方案的快速构建；

3) 基于等效磁路法分析电机在各种工况负载下的电磁性能、输出特性以及效率等；

4) 辅助用户在电机前期设计阶段，快速评估迭代电机尺寸设计、绕组设计、电气设计以及电机性能；

5) 快速生成有限元分析模型开展详细设计与优化。

2、电机电磁性能数字模拟计算模块

1） 电机电磁场求解

• 静电场、瞬态电场、静磁场、时谐磁场、瞬态磁场与场路耦合等。

2） 电机运动问题

• 旋转电机的2D/3D旋转运动；

• 直线电机的2D/3D直线运动。

3） 电机电磁场量计算

• 磁场强度、磁感应强度、磁力线、磁场能量、损耗密度、电流密度、电磁力密度等。

4） 电机电磁特性计算

• 电感矩阵、电容矩阵、电阻；

• 涡流损耗、铁芯损耗；

• 电磁力、电磁力矩；

• 三相电流、电压与D、Q轴电流、电感等

3、电机结构强度与NVH数字模拟分析模块

1） 电机结构动力学分析

• 线性\非线性静力分析：静载荷作用；

• 模太分析：各阶模态频率、振型，确定振动特性；

• 谐响应分析：电磁力谐波作用的稳态响应、受迫振动；

• 瞬态动力分析：准静力载荷的时域分析；

• 随机振动分析：功率谱密度载荷、响应的概率分布。

2） 电机电磁-结构耦合分析

• 分析电磁力作用下的振动响应

4、电机散热性能数字模拟分析模块

1） 有限体积流域求解

• 稳态、瞬态分析

• 强制/自然对流、共轭传热、辐射传热

• 单相流、多相流等

2） 电机温度分布计算

• 电机冷却系统的稳态热流分析，获取局部热点位置。

3） 电机冷却介质流动分析

• 风冷、水冷、油冷等；

• 为冷却系统设计提供参考。

4） 电机温升计算

• 电机总成在不同工况下的瞬态温升仿真。

5） 电机电磁-热-流耦合分析

• 单向、双向耦合迭代。

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