如何从零开始到完成永磁电机的方案设计?

文摘   教育   2024-10-09 11:24   上海  


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一、概念设计阶段:
我们拿到给定产品规格要求(SOR)后需要进行初步分析,然后确定以下方向路线:
1、绕组形式的确定:
a、分布式还是集中式
b、圆线还是扁线
c、层数\匝数\并联支路\并绕根数初估
可以利用全球领先的电机设计专用软件Motor-CAD完成车用永磁同步电机设计,该软件的优势是可用于全工况范围内的电机多学科仿真进而对电机方案进行全面评估。在绕组设计方面,对目前比较常用的扁线绕组有更全面的支持和功能应用:
扁线绕组规格详细定义
扁线绕组分布形式、节距、层数并列路数的自动分相与排布
2、极数槽数的组合:
a、每极每相槽数选择
b、极数的确定
c、常用极槽配合参考
3、转子拓扑的选择:
a、表贴式
b、无稀土:助磁同步磁阻或者辐条式
c、内嵌式:从最早为1字形布置2003年Prius),到V字形开始流行(2010年前后,发展到后来的以特斯拉为代表的单V),以及经典的V+1布置(2010款Leaf),目前普遍流行的是各种双V以及双V的变种
基于电机设计理论,结合相近规格参数情况,我们可以对电机方案的初步尺寸进行原始的概念设计,而应用Motor-CAD在全运行工况范围内优化电机的几何拓扑结构,权衡尺寸、性能和效率等指标,可以达到最优设计。在建模方面,除了从默认几何模版调整到标准的扁线双V拓扑结构建立全参数化的几何模型外,目前最新版本的软件还可以通过基于Python的自适应几何模板修改得到任意需要的转子拓扑结构:
二、从电磁、热到T-N曲线与效率Map图以及NVH性能和结构应力的全面评估:
随着研发周期不断缩短,电机设计人员需要快速做出设计决策,并确保设计在下游不会遇到问题。计算速度快、数据输入流程简化,这让Motor-CAD用户在设计初期有更多时间去探索电机拓扑结构,全面评估高级损耗效应等产生的影响。Motor-CAD软件采用基于模板的直观设置以及嵌入式多学科专业技术,不仅可以简化设计流程,还能减少对特定电磁、热或机械等多个团队经验的依赖,因此电机设计人员能够更好地掌控他们的设计。Motor-CAD软件集成了四个模块——EMag、Therm、Lab和Mech,能够快速迭代完成多物理域计算,进而缩短从概念设计到最终设计的用时。对于我们要设计的新能源主驱电机除了要完成不同工况下的电磁性能的分析计算,重点要开展的工作还包括:
喷油冷却下的稳态热计算、简单瞬态与循环工况瞬态热计算
T-N曲线计算
效率Map图计算
电磁力二维傅里叶分解
相关模态对应的固有频率下的噪声频谱图计算
不同空间/时间阶次的电磁力在NVH仿真的转速范围内的噪音曲线计算等等
三、涵盖NVH等性能参数的电机方案多目标优化
在经过以上多物理域的全面方案评估后,我们通常还需要对电机方案做进一步优化,Motor-CAD联合optiSLang可以很方便的实现着这一阶段的工作。optiSLang是Ansys旗下一款专业的优化工具,其特点是首先通过对设计空间的大规模探索(DOE采样),建立高精度的元模型(MOP),之后基于元模型根据选择的优化算法进行迭代:
optiSLang的设置窗口在Input Parameters页面可选择优化时可变动的参数以及变动的上下限范围,参数并不仅限于几何参数;在Requirements和Objectives页面中可分别设置优化的需求与目标,需求是优化过程中各个方案必须满足的边界条件,目标是优化过程中的优化方向:
以CLTC效率、电磁转矩、NVH为需求目标进行优化计算,优化结束后,会自动弹出结果的后处理页面。可以查看结果的散点图和pareto前沿面,以及特定方案的结果与参数:

以上是本月在上海举办的永磁电机的原理、设计及制造工艺研修班第三天的部分培训内容。很多朋友说自己电机设计基础薄弱,想快速上手永磁电机设计,除了要掌握永磁电机基本理论和设计方法外,运用好的辅助计算设计工具会让工作事半功倍:本次培训以车用永磁同步电机案例全面展开,除了基于Motor-CAD软件详细介绍永磁电机设计全流程及要完成的主要工作外,还将同时讲解如何应用Maxwell软件进行永磁电机电磁方案的深入计算分析,相信会给在永磁电机设计方面急需快速提高的学员以更多帮助,欢迎有相关学习需求的朋友扫描海报二维码报名参加:

关于本次培训课程内容的详细介绍如下:

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授课背景




永磁电机因其体积小、重量轻、效率高、控制灵活方便等独特的优势,在交通工具、工业驱动、风力发电、伺服、家用电器等领域得到广泛应用。我国稀土资源丰富,这为我国永磁电机的开发和应用奠定了基础。近二十年来,我国永磁电机的设计、制造、控制与应用技术飞速发展,特别是在目前的“双碳”背景下,永磁电机行业更是方兴未艾、如火如荼。

永磁电机的设计以传统电机设计为基础,但又有很多不同的地方。遗憾的是,行业内从业人员的知识储备和灵活运用能力仍有欠缺。具体体现在:一是国内高校电机专业的教学课程中有关永磁电机的内容较少,讲解非常简单泛泛,而且仅注重理论公式的推导,实习实践环节要求弱化,缺乏对不同应用领域永磁电机的深入分析和讲解;二是企业研发、生产人员很大比例来源于其他技术领域,电机基本理论薄弱,所掌握的知识碎片化,生产实践中很难灵活应用;三是相关设计软件虽然提供了较好的计算平台,但其依据的基本理论和算法未知,不能提供学习交流的渠道。设计人员往往局限于获取特定方案的计算结果,难以解读设计方案的优缺点并自主、灵活修改完善。

因此,西莫教育科技精心打造了这款《永磁电机的原理、设计及制造工艺》课程,本课程继承了以往西莫培训相关课程的主要培训内容,并在原来基础上对部分内容进行了优化升级,新增永磁电机的制造工艺及永磁电机的振动和噪声等相关内容,并通过设计实例加深学员对理论方法的认知,使得课程内容更加全面丰富,更加贴近科研生产实践。

本课程旨在完善行业内相关技术人员的基本理论和分析方法,把散落在各种论文、文献中有关永磁电机的“碎片化”的知识内容进行系统地梳理归纳,构建成完整的知识链,力求在短期教学中快速提升技术人员的知识水平和应用能力。

本课程是专门为从事永磁电机设计、控制、工艺、技术支持、检验试验调试及服务等部门的工程技术人员量身打造的一款技术培训课程。对从事永磁电机销售、生产、质量管理、项目管理的相关人员也有很大的帮助。

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课程简介




课程内容由三大部分组成:

永磁电机原理及设计基础部分:从基本电磁理论和电机设计的基础知识入手,进一步介绍了永磁电机的特点和设计方法,并分别重点讲授永磁无刷直流电机和永磁同步电机的基本原理以及设计要点。

永磁电机NVH及工艺试验部分:从电机振动噪声的基本概念入手,详细讲述了永磁电机的径向力波、切向力波及转矩脉动产生的机理以及永磁电机振动、噪声的抑制方法,同时介绍了永磁电机的制造工艺以及需要进行的相关试验方法。

永磁电机设计实例精讲部分以一款某型扁线油冷新能源汽车主驱永磁同步电机为例,从客户项目需求角度出发,进行电机电磁设计、热设计、T-N曲线与效率Map图的快速计算、转子冲片应力分析、NVH分析以及电机方案的多目标优化等;深入浅出地使学员掌握车用永磁同步电机设计、仿真、优化的过程,得到出满足需求的电机方案。

课程集永磁电机理论、设计、工艺、试验、仿真计算等多门课程于一身,力求由浅入深,降低基础门槛;深入浅出,讲解通俗易懂;既注重基础理论又兼顾实战操作,既有理论推演又有实战案例,既顾及新手上路又关注能力提高。

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授课老师




专家一:李保来,西莫首席技术专家。李老师在行业内从事电机设计、工艺、生产、教学、调试等工作四十余年,是某大型央企的正高级工程师,浙江大学求是工程岗兼职教授,太原理工大学兼职教授,享受国务院特殊津贴技术专家,在业界有极高的专业威望和学术造诣,理论基础扎实,实战经验丰富,先后主持完成过多项重大科研项目,荣获多次省部级科技技术奖,拥有多项专利,发表多篇论文。李老师在西莫还同时主讲《电机原理及设计通解》和《电机NVH问题的机理及测试仿真》两门课程,往期培训学员人数破千,好评如潮。

专家二:吴炜桦,北京天源博通科技有限公司高级工程师。精通Motor-CAD、Maxwell、Mechanical、Abaqus、LMS Virtual Lab等软件,熟悉电机/电驱动系统NVH的发生机理,精通电机电磁力计算、电磁力分析、模态计算与等效、噪声计算与分析等工作,实施完成多款新能源汽车纯电动\混动系统的电磁设计,振动噪声计算和减振降噪优化设计等工作。

专家三:路洋,北京天源博通科技有限公司高级工程师,英国纽卡斯尔大学电气工程专业博士,长期从事电机设计工作。有多年针对开关磁阻电机,无刷直流电机以及内嵌式永磁同步电机的设计与仿真经验。主持设计的清洁家电用高速无刷直流电机入选无锡“蠡湖之光”创新领军人才项目。精通Motor-CAD、Maxwell等软件。

本课程凝聚了各位老师多年丰富的工作经验和科研成果,相信通过本课程短期的培训,必将使您收获满满,飞跃长进。

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授课对象




  1. 该领域从事电机设计及控制工作的研发、工艺、材料、检验测试工程师,从事前后端工作的销售、技术支持及售后工程师,负责项目规划、开发及管理工作的项目经理等。
  2. 志在拓展技术领域的其他行业工程师。
  3. 新入职或实习阶段的大学生、研究生。
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课程收获




  1. 了解永磁电机的现状以及未来发展趋势。
  2. 掌握永磁电机的主要拓扑结构、工作原理和性能计算方法。
  3. 掌握永磁电机关键设计参数及其对性能的影响。
  4. 掌握永磁电机性能参数的主要测试方法。
  5. 掌握永磁电机振动、噪声相关知识。
  6. 了解永磁电机制造工艺过程和主要工艺方法。
  7. 掌握车用永磁同步电机的设计方法和仿真分析要求。
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课程大纲




授课过程中可能出现针对学员提出的普遍问题进行深入讨论或者作为重点进行延伸。每次课程讲述教授部分之后都会有互动环节,进行现场答疑以及交流。

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增值服务




  1. 西莫会员报名享8折优惠,全日制在校学生凭学生证享5折优惠,培训后皆可领500积分用于论坛学习资料的下载。
  2. 往期西莫任何研修班学员参加本次培训享72折的优惠。
    以上优惠均需提前付款方可参加,如要求开具增值税专用发票则不享受任何优惠。(优惠可面向开具增值税普通发票并提前付款的西莫会员)
  3. 参训学员可以针对课程相关问题在课程结束后也能得到老师的解答与指导(微信、邮件、电话);并建立培训后学习的专用微信群作为培训讲授的补充,供学员间开展后续交流讨论;对课堂上讲授过的内容可长期答疑,以帮助大家巩固课后学习效果。
  4. 凡参加我单位组织电机电控培训的企业,均可免费帮助在西莫电机论坛及公众号上发布推送招聘信息,助力企业引进优秀技术人才。
  5. 凡参加我单位组织电机电控培训的企业,均可免费帮助在西莫电机论坛及公众号上发布产品信息推广,助力企业宣传产品品牌建设。
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培训课程费用及报名




标准费用:4980元/人,含专业培训教材、证书费。食宿可统一安排,费用自理。
培训时间:2024年10月26-28日(授课三天,可提前一天报到)
培训城市:上海(具体地点提前一周通知)
报名方式:扫描下方二维码进行预报名,提交报名信息后可通过提示添加微信索取培训的正式邀请函以及报名回执

其他事宜咨询,请联系会务组负责人张老师,电话:18516258619,欢迎大家踊跃报名!

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