Motor-CAD14

软件功能

1.电磁学

ANSYS Motor-CAD 的EMag 模块将基于二维瞬态有限元的方法与针对不同电机的分析方法相结合，快速计算其电磁性能。 EMag 用于计算扭矩、功率、效率、扭矩脉动、损耗、电流、磁通、电感和力。它还可以计算损耗，包括铜损、铁损、绕组中的频率相关损耗以及磁体和轴等固体零件中的涡流损耗。 Motor-CAD 基于模板的编辑器允许您轻松轻松地设置几何形状并执行高级计算。 Motor-CAD 非常灵活，允许用户尝试不同的选项，例如自定义绕组模式或从DXF 导入自己的几何形状。

2、热性能

ANSYS Motor-CAD 的Therm 模块可在几秒钟内计算出电机的热性能，包括稳态和瞬态工作条件下电机部件的温度。在对复杂的工作循环（例如牵引电机驱动循环）和应用（例如电梯负载循环）进行建模时，Motor-CAD 中的快速仿真非常有用。

Motor-CAD 使用分析集总参数热建模技术，根据用户输入（例如几何形状、材料、冷却类型等）自动设置。根据这些输入，自动计算所有热阻和电容。无需了解对流等复杂传热现象的无量纲分析依赖性。集总电路技术加速热分析并允许假设检验。对主要传热路径的透彻了解使工程师能够优化机器的冷却性能。

3. 行驶循环

ANSYS Motor-CAD 的实验室模块可分析整个操作范围内的机器性能。用户可以快速创建效率和损耗图、绘制扭矩/速度特性、研究热约束工作范围并分析整个驾驶周期的性能。

实验室模块最初使用电磁二维有限元求解器构建模型。它通过不同电流幅度、相位超前角和频率的整个范围扫描机器的性能，以构建机器的等效模型。等效模型与控制策略一起使用来计算整个操作范围内的性能。快速生成效率图、扭矩/速度曲线和损耗图等输出。用户可以输入时间/扭矩/速度占空比或使用内置车辆模型生成一个占空比。实验室模块计算该期间的电流、电压和损耗，并输出详细的损耗与时间的曲线。这可以通过热模型来计算整个周期的温升来解决。用户还可以计算热限制连续扭矩/速度特性。输入最大绕组温度和最大磁体温度限制，并联合求解热模型、控制模型和损耗模型，以计算电机在整个速度范围内的连续扭矩/速度曲线。

4. 机械

ANSYS Motor-CAD Mech 可快速估计由转子中的离心力引起的机械应变、应力和位移。在高速旋转电机中，确保结构完整性是一项重大挑战。机械计算使用带有自适应网格的二维线性有限元求解器。通过在设计过程中考虑机械约束，电动机设计人员可以调整转子尺寸，以实现最佳电磁性能，同时确保工业可行性和机器在整个速度范围内的安全运行。

5、详细设计、分析与验证

对于电机设计的详细设计、深入分析和验证，ANSYS Motor-CAD 模型可以传输到ANSYS Maxwell、ANSYS Icepak 和ANSYS Fluent。将这些求解器与Motor-CAD 相结合可提供高保真2D/3D 分析功能，使您能够分析完成设计所需的最终效果、退磁、铁损、磁滞、噪声振动粗糙度(NVH) 以及其他高级功能电磁现象电机冷却系统。 Motor-CAD 已添加到ANSYS 电机设计流程中，为电机设计创建完整的端到端工作流程。

软件特色

Motor-CAD 通常用于以下任务：

·设计优化- Motor-CAD 可以用作设计过程的一个组成部分。通过与热路和机械设计并行优化电磁模型，可以实现真正的优化设计。通常，热设计方面的问题会一直持续到设计过程结束，此时更改设计为时已晚，并且会生产出不合格的电机。

·快速响应客户的询问- 客户通常希望将现有的电机用于具有指定负载特性的给定应用。通过其占空比分析功能，Motor-CAD 可用于快速对负载规格进行建模。然后，一旦设计师清楚地了解电机/驱动器组合是否足以完成任务以及客户是否感到安全，设计师就可以充分调查他的询问以帮助赢得订单。

·快速量化设计变更——有时可能会建议对材料或制造工艺进行变更。 Motor-CAD 允许设计人员快速量化此类变化对电机性能的影响

·程序验证- Motor-CAD 计算的电机性能可以轻松地与现有电机的测试进行比较。在执行此类验证时，用户可以深入了解影响机器性能的主要参数，因此可以利用这些知识来改进设计。

·参数估计——直接测量影响电机性能的某些关键参数，即使不是不可能，通常也很困难，例如，接口间隙、转子损耗。在许多情况下，可以通过将Motor-CAD 输出与易于测量的数据（例如组件温度、定子损耗）相匹配来估计这些参数。例如，可以改变定子叠片和外壳之间的界面间隙，直到其与T[定子] 和T[外壳] 的测量值匹配。

· 灵敏度分析和鲁棒设计- 更改输入参数并检查对机器性能、温度分布等的影响非常容易。灵敏度分析可用于尺寸公差、材料特性、浸渍状况、界面间隙等参数参数并绘制机器性能的变化。这可用于了解机器中有哪些关键设计变量。它还可以扩展为系统模型的一部分，从而形成稳健的设计技术，例如6-Sigma。整个计算过程及相关参数

安装方法

1.打开ANSYS_Motor-CAD_Setup_14_1_2.exe直接安装软件

2. 当提示安装指导时，单击“下一步”

3、软件安装协议内容，点击接受协议。

4. 当提示进行许可证配置时，单击不设置稍后指定。不配置。

5、软件安装地址为c:\ANSYS_Motor-CAD\14_1_2

6.提示快捷方式名称Motor CAD

7.提示安装进度条，等待几秒

8. Motor CAD安装完成，点击完成结束安装。

方法

2.替换地址为C:\ANSYS_Motor-CAD

3、双击SolidSQUADLoaderEnabler.reg添加注册内容完成激活并重启电脑。

4、打开软件即可正常使用，进入功能界面。

5.这里是帮助菜单，可以查看官方教程文件

官方教程

SPEED 导入/导出

一、简介：

数据可以在SPEED（格拉斯哥大学SPEED 实验室的电机设计软件）和Motor-CAD 电机设计软件包之间轻松自动传输。损耗和几何数据可以从SPEED 传输到Motor-CAD，Motor-CAD 又传输温度和几何数据。 Motor-CAD 中还存在一个例程，用于迭代，直到两个封装中的损耗和温度收敛，即损耗取决于温度，反之亦然。数据传输使用ActiveX 技术进行。 ActiveX 是一种Windows 标准，用于传输数据和从一个软件调用另一个软件。这两个软件包都具有完整的ActiveX 功能，因此它们都可以作为黑盒计算工具从其他支持ActiveX 的软件包（例如Excel VBA 和Matlab）运行。这使得开发非常强大的集成设计工具来执行自动优化（即使用遗传算法等方法）和/或敏感性分析成为可能。它还可用于执行高级非线性计算，例如动态负载的瞬态建模。

使用以下SPEED 包可获得链接：

·PC-BDC无刷永磁电机

·PC-IMD传感器

·PC-SRD开关磁阻机

·PC-DCM永磁直流电机

PC-WFC绕线换向器电机（仅适用于定子上带有磁铁的电机，非绕线定子）

2.“SPEED导入/导出”对话框

使用[文件]-[速度] 下拉菜单激活控制从SPEED 导入数据和从Motor-CAD 导出数据的对话框。如果尚未创建Motor-CAD 数据文件，则会向用户显示[另存为] 对话框，以便保存当前数据。然后应激活图1 所示的[SPEED Import/Export] 对话框。

对话框顶部显示将链接的SPEED 和Motor-CAD 文件的名称。假设这两个文件位于同一文件夹中并且具有相同的名称（除了句号后面的部分，在本例中为.bd4和.mot）。

在开始导入/导出过程之前，这两个文件必须存在。如果SPEED 文件不存在，文件名将显示为红色，并且导入/导出选项将被禁用。

图1：快速导入/导出对话框（*.mot 文件存在，db4 文件不存在）

图2：快速导入/导出对话框（*.bd4*.mot 文件存在）

三。可导入和导出的数据

用户只需勾选要导入和导出的数据，然后按【确定】按钮即可开始传输。对于某些限时版本的SPEED软件，在激活SPEED软件之前会显示类似于图3所示的对话框- 如果是这种情况，用户需要按[确定]按钮才能继续转移。请注意，在某些情况下，此对话框可能会隐藏在桌面上其他打开的窗口下，以便用户会认为计算机已锁定（这将在SPEED 软件的未来版本中修复）。

图3：限速信息对话框

3.1 从SPEED导入数据

用户可以根据转速选择损耗、几何形状和热占空比，并将其导入到电机CAD 中。

3.1.1 输入速度损失

损耗的计算采用PC-BDC中的速度静态或动态仿真算法、PC-IMD中的稳态仿真等，损耗可直接转化为等效电机CAD损耗参数（即定子铜损和齿轭铁损）。摩擦和风阻损失是个例外，必须首先将其分解为单独的部分（风阻和前后轴承摩擦损失）。为了实现这种分区，使用图4 中所示的参数。例如，如果[风阻/摩擦比]=0.7，则取70%为风阻，30%为摩擦。如果[前后摩擦比]=0.6，则60% 位于前（驱动端）轴承，40% 位于后轴承。

图4：将摩擦和阻力损失分解为各个组件的参数

杂散负载损耗：

对于感应电机，杂散负载损耗被转移。在Motor CAD 中，根据“输入数据”-“设置”-“损耗”-“常规”下的杂散负载损耗分布设置，对定子铁芯、转子铁芯、定子铜和转子铜节点进行划分。

损耗随温度和负载变化：

电机CAD 具有一个基本模型，可用于计算随温度和负载变化的损耗。该选项在处理占空比瞬态负载时特别有用，因为用户只需指定一个工作点（扭矩、速度和温度）的损耗，然后从该工作点计算其他工作点的损耗。此特殊选项仅适用于永磁电机，因为扭矩与电流成正比，反电动势与速度成正比。这使得仅使用几个参数就可以相对容易地定义其完整的电磁性能特征。相比之下，其他类型的电机非常非线性，使得这个过程不可能实现。

使用温度和负载进行损耗计算所需的参数如图5 所示。这些参数是从PC-BDC 计算中自动填充的。

在计算中，在计算给定扭矩下的电流时，考虑了由于磁体加热而导致的电机磁通损耗。除其他外，由于电阻随着绕组温度的升高而增加，因此导致铜损增加。还模拟了铁损的微小变化。

为了更准确地模拟一个工作周期内的损耗变化，建议使用实验室模块

图5：损耗随温度和负载数据的变化（BPM 电机）

3.1.2 从速度导入几何

用户可以使用图6 中所示的复选框选择要导入的数据量。下面是传输数据的简要说明：

轴向横截面- 可导入电机CAD 中的轴向信息量取决于电机类型。 BPM 电机的功能最少。 PC-IMD 和PC-SRD 具有基本的外壳和端盖模型。如果可用，这些将与活动组件长度一起导入。

端部绕组悬伸- PC-BDC 和PC-IMD 计算端部绕组两端之间的轴向长度（速度参数）。这是基于压缩末端绕组（使用速度中的EndFill 参数）。 LaxPack 用于设置电机CAD 中端部绕组从定子叠片突出的量。 Ext（绕组延伸）的值也被导入。在PC-SRD 的情况下，参数LgthEnds（结束长度）的使用方式类似。

绕组设计- 基本上是电机CAD 导入的槽中单根电线的数量。裸线直径也是进口的（如果有的话，还有包覆直径）。如果您在SPEED 软件中使用WireSpec=AWG\U 形式，则会导入实际的AWG 线规，而不是电线尺寸。从绕线的速度设计上，选择绕线是重叠式还是非重叠式比较合适。每匝的平均长度也与焊盘厚度一起输入。

智能几何缩放- 选中此选项后，速度中不可用的尺寸将自动设置为电机CAD 中的合理值。如果未选择此选项，电机CAD 中的尺寸将保持不变。

在几乎所有导入情况下，用户都需要设置更多数据来描述转移后的特性，例如翅片尺寸和绕组周围的间隙。这是因为热问题比电磁问题更具三维性。

图6：导入速度几何选项

3.1.3 根据速度输入热占空比

Tach 热占空比- 选择后，Tach Hot10 或Hot16 热瞬态仿真详细信息用于设置电机CAD 占空比数据。

3.2 从电机CAD导出温度数据

用户可以选择将温度从电机CAD 导出到SPEED。

输出所有机器类型的平均绕组温度和环境温度。对于BPM 电机，还会输出磁体温度。笼内温度由感应电机输出。

4个计算选项：

用户可以使用图8 中所示的选择器选择以下选项：

单次导入/导出

迭代至收敛解

图8：计算选项

4.1 单次导入/导出

此时，用户只需勾选要导入和导出的数据，然后按【确定】按钮即可开始传输。仅导入/导出当前值。

4.2 迭代收敛解

4.2 迭代收敛解

如果选择此选项，则导入速度损失（Speed Loss）和导出电机CAD 温度（SpeedTemperature）也会自动选择。使用输入速度损失和输出电机CAD 温度执行迭代循环，直到获得收敛（损失取决于温度，反之亦然）。用于判断收敛的参数是绕组、磁体和保持架的温度以及铜和铁的损耗。用户可以更改收敛参数，如图9 所示。收敛进度的指示显示在Motor CAD 中主窗口底部的状态行上。如果速度输出设计表打开，则会显示计算结果变化的指示。然而，在旧版本的SPEED软件中，任何开放的大纲或模板编辑器都没有更新以反映迭代过程中参数值的变化。必须关闭并重新打开编辑器才能查看新数据。这只是相对较旧版本的SPEED 软件的情况——在最近的版本中，编辑器值会随着迭代过程的发生而自动更新。

图9：迭代收敛的解收敛标准

加快物资进口

可以使用“工具”-“速度”下拉菜单下的“导入材料”选项将速度材料数据文件导入到电机CAD中。

可以一次选择多个快速材质文件。兼容的文件类型为*.mag、*.mg2、*.stl 和*.st2。

对于每个文件，都会出现“材质导入”对话框，显示要导入的数据值。某些文件类型不包含电机CAD 中使用的材料的所有必要数据；任何缺失的信息将以红色突出显示。

如果数据库中已存在该材料，表单将显示任何差异并提示用户做出响应（请参阅从*.mot 文件导入）

默认设置

加载在Motor CAD 早期版本中创建的文件时，会自动保留旧设置以保持兼容性。

这可确保新版本Motor CAD 的模型结果与早期版本的模型结果相匹配，但也意味着将不会使用任何改进的计算选项。

默认设置菜单选项允许用户重置任何向后兼容性设置，还可以查看模型中使用的兼容性/推荐设置的概述。

恢复兼容性设置

选择模型后，所有兼容性设置都会重置为默认值，以确保使用最新的计算选项。推荐的设置不会改变。更改的设置将在消息框中列出。

查看设置

选择此选项后，默认设置表将显示在单独的窗口中，如下所示。

默认设置

该界面有两个默认设置：

兼容性设置

推荐设置

这些设置提供了替代计算方法。所有方法都有效，但在大多数情况下建议使用一种方法。大多数用户应使用默认选项，但高级用户可能希望选择不同的选项来进一步自定义计算。这些设置通常显示在主电机CAD 界面的设置[输入数据编辑器] 页面下，但为了方便起见，它们也显示在此处。

适用于：

复选框- 选择设置。与“将所选设置恢复为默认值”按钮一起使用。

设置—设置的名称。

当前值- 模型中当前使用的值。可以通过从下拉选项中进行选择来更改此设置。

默认值- 设置的默认值。这是最适合您的设置的选项。

类别- 设置要使用的电机CAD 模块。

类型- 兼容性或推荐设置。

ActiveX 名称- ActiveX 使用的参数名称。

描述- 设置的更详细描述。

以下选项可用于过滤和搜索表：

按值过滤

·所有设置- 将显示所有设置。选择此选项后，任何非默认值的设置都将以黄色突出显示。

·非默认设置- 仅显示未设置为默认值的设置。这对于快速突出显示可能需要更改的任何设置非常有用。

按类型过滤

·所有设置- 将显示所有设置。

·兼容性设置- 仅显示兼容性设置。

·推荐设置- 仅显示推荐设置。

按类别过滤

允许按类别过滤设置列表。

筛选

允许按搜索文本过滤列表。

以下按钮允许用户轻松快速地重置多个设置。

将所有兼容性设置恢复为默认值

选择模型后，所有兼容性设置将恢复为默认值，确保使用最新的计算选项。推荐的设置不会改变。更改的设置将在消息框中列出。这与主下拉菜单中的“恢复兼容性设置”选项相同。

将所选设置恢复为默认值

选择后，使用表中复选框选择的所有设置都将恢复为其默认值。

导出力数据

分析机械设计在不同扭矩/速度条件下的噪声、振动和平滑度非常有用。

电机CAD 中的力数据导出允许将机器操作点的力数据以.json、csv 或txt 文件格式导出到NVH 软件。

该文件可以包含来自多个操作点的数据，然后可以将其读入NVH 工具进行分析。

力数据导出可用于以下电机类型：BPM、BPMOR、SYNCREL、SRM

下面描述了执行此操作的步骤。

电机CAD 使用实验室机器模型来计算不同工作点下的相电流和相位提前角，因此，如果使用扭矩负载点定义，则必须在继续之前确定该定义（有关更多详细信息，请参阅模型设置）。

一旦我们建立了实验室模型，我们就可以切换到机械上下文并转到计算- 力选项卡以开始计算力。

机械力计算

第一个有用的方法是生成扭矩/速度曲线（如下所示）。

最大速度应根据所分析机器的最大运行速度（等于或高于最大预期速度）来设置。

步长指定计算的扭矩/速度点之间的速度间隔。减小该值将计算更多点，提供更多细节，但也会增加生成曲线所需的时间。

单击“计算扭矩包络线”按钮将生成扭矩/速度曲线。

根据上图所示的扭矩-速度曲线，我们选择分析以下工作点。这些是最大扭矩下的工作点和具有较低扭矩要求但进入更高速度和弱磁模式的工作点的混合。

可以通过单击“添加积分”按钮并在表中输入值来添加积分，如下所示：

添加这些点后，我们可以看到更新后的“请求扭矩”图。这表明我们对点的选择是合理的，因为所有点都低于扭矩/速度曲线，因此在建模机器的可能操作条件下应该是可以实现的。

现在可以验证工作点，并找到峰值线电流和相位超前，将用于生成力数据。为此，我们单击“验证扭矩点”按钮。工作点生成后，所需的工作条件如下表所示：

如果需要，您还可以更改以下选项：

导出文件格式

更改导出文件格式。

Romax - 该文件将以.json 格式导出并导入到Romax 软件中。

CSV - 文件将以.CSV 格式导出。

选择- 更改保存生成数据的文件位置。

力节点定义

力节点和点定义可以在输入数据- 计算选项卡中设置。力节点/点定义与机械模块中使用的相同。这样可以在两个模块之间查看力结果。

强制螺纹

选择是否在强制计算中使用多线程。此选项仅适用于ActiveX。

Multithreading=0 - 当计算能力强时，将使用多线程。根据可用的线程，每个加载点将使用单独的线程。该选项可以显着减少计算时间。

singlethread=1 - 计算力时仅使用单线程。

该模型现在可以生成用于Romax 软件的力。通过单击“生成力数据”按钮生成力数据。

对于每个工作点，都会运行完整的瞬态电磁扭矩计算（有关详细信息，请参阅BPM 性能测试中的扭矩计算）。

使用力计算方法中指定的方法计算力。

对于每个转子节点，得出X 和Y 力。对于每个定子节点，导出径向力和切向力。

在Romax软件中，打开动态系统模型：

然后使用如下所示的选项将励磁数据导入到概念定子中：

Romax软件显示工作点输入：

您可以看到力谱：

不同速度下不同谐波作用在齿上的力的变化可以被可视化：

然后可以在ROMAX 软件中分析机器响应：

注意：此计算可能需要一些时间，具体取决于操作点的数量以及所使用的步数和步距角。

饱和度和损耗图导出

电机CAD 可以生成电磁饱和（磁通和电感）和损耗数据，用于其他分析和建模工具，例如将电磁电机模型导出到Matlab 中进行系统仿真。

饱和度图导出可以在工具- 饱和度和损失图下找到

饱和度图菜单

饱和度和损失图导出仅适用于BPM、BPMOR、SYNC 和SYNCREL 计算机类型。此功能是实验室模块的一部分，需要实验室许可证才能运行。

饱和度映射接口

可以使用以下选项：

导出文件- 导出数据的文件位置。数据将始终导出为单个Matlab (.mat) 文件。

输入定义

·定子电流/相位超前- 通过更改定子电流和相位超前值生成映射。

·D/Q轴电流图是通过改变D、Q轴电流生成的。

计算方法

· 插值实验室模型- 通过插值现有实验室模型来计算饱和度图数据。

· FEA 计算- 通过直接运行电磁FEA 计算来计算饱和图数据。

请注意，如果没有建立实验室模型，则只能使用FEA计算方法。

有限元计算类型

选择为每个数据点执行的电磁FEA 计算的类型。仅当计算方法设置为有限元分析计算时，此选项才可用。

·单步- 将执行单工作点负载计算。此选项不适用于损失图计算。

·全周期- 将使用简化的多静态磁解算器执行负载扭矩计算，并在扭矩计算选项中指定每个周期的周期数/点数（请参阅计算[BPM、SYNC、SRM]、BPM 计算） 。

结果

仅当“计算方法”设置为“有限元分析计算”且“有限元分析计算类型”设置为“全周期”时可用。

指定磁通和电感结果是包括转子位置的变化还是整个周期的平均值。

·平均磁链和电感结果是整个周期的平均值。

·随转子位置的变化- 磁通和电感结果包括随转子位置的变化。转子位置数由“输入数据”-“设置”-“计算”下指定的扭矩计算选项（每个周期的点数和周期数）定义

定子电流峰值

仅当输入定义设置为“定子电流/相位超前”时才可用。

定义计算中使用的定子电流。这些值以峰值线的形式给出。

阶段推进

仅当输入定义设置为“定子电流/相位超前”时才可用。

定义计算中使用的相位提前值。为了正确计算电感，相位超前值必须包括相位超前=0。

D轴电流

仅当输入定义设置为D/Q 轴电流时可用。

定义计算中使用的D 轴电流(Id) 值。这些值以峰值形式给出。 D 轴电流值必须包含Id=0，才能正确计算电感。

Q轴电流

仅当输入定义设置为D/Q 轴电流时可用。定义计算中使用的Q 轴电流(Iq) 值。这些值以峰值形式给出。

计算

如果计算方法设置为有限元分析计算，并且在输入数据- 设置- 计算下启用实验室线程选项，则有限元分析计算将使用多线程。

结果

计算完成后，将自动显示结果。有关报告的输出值的更多信息，请参阅实验室输出参数。

平均值（整个期间的平均值）始终显示在结果查看器中。注：即使结果设置为随转子位置变化，平均值也将显示在结果查看器中，尽管每个转子位置的结果将显示在Matlab 文件中。