如何让Maxwell更适合你的永磁电机设计

磁路法作为电机乃至一切电磁设备的初始设计方法，其重要性不言而喻。磁路法在电机初始设计中，通过磁通、磁动势和磁阻的概念将电机中磁场的流动方向完整解析并得到各部分的具体数值，以此判断电机磁路设计的合理性。

磁路设计完成后，磁路法提供基于电机数学模型的电机动态性能分析，包括转矩、转速、输入与输出功率、功率因数和电机外特性曲线等。基于磁路法的设计计算时间短，结果丰富，但在分析过程中进行了较多的假设与简化，使该种方法在计算漏磁系数比较大的电机时结果准确性有所降低，这也限制了磁路法在一些特种电机设计中的应用。

基于有限元法的场分析与磁路法分析思想截然不同，其采用单元离散与泛函极值的方式求取每一个节点的数值，然后将各个节点处的自由度通过公式推到成表征磁场的磁密、磁场强度等结果，进而再从离散的场结果生成集总式的电机性能曲线。

有限元与磁路法的求解目的都是计算出已知磁源下的磁场分布，力与力矩和发热功率与损耗等指标，但有限元法是基于工程电磁场原理和麦克斯韦方程组的电磁场通用求解方法，而磁路法是根据不同电机类型和电流比拟法得到的专用算法。所以在使用时，大多数工程师在对电磁场原理不甚了解的前提下是很难使用有限元工具得到磁路法中专业电机结果的。

线下培训中的“磁路法与有限元”部分即帮助电机设计人员理解并熟练使用有限元工具识别电机分析中的结果表征并进行提取。

二、电退磁与温度退磁

永磁电机因其功率密度高、效率高和可靠性高等特点，在工业、制造业、航空航天、汽车中应用越来越广泛。但在永磁电机设计时，永磁体的高温退磁、振动退磁、撞击退磁和大电流退磁等缺点也一直困扰着设计者。大范围的永磁体退磁可能产生电机性能的迅速下降，严重影响永磁体电机的瞬时输出功率。

• 如何使用退磁计算功能？
• 退磁后的永磁体工作点在哪里？

• 退磁后的电机性能如何？

这些用户关注的问题将在本次线下培训中加以说明。

三、铜耗与铁耗

电机中的损耗包含铜耗、铁耗与机械损耗。铜耗主要来自通电绕组或感生绕组，铁耗则主要来自导磁铁芯，机械损耗与转速、装配工艺与机械部件材料相关。在电磁场有限元分析中，我们可以采用软件分析铜耗与铁耗进而求解出电机输出功率，效率以及效率MAP图等相关电机指标。

电机的铜耗计算基于欧姆定律的变换，通过电流密度J和单元电阻率平方乘积的方法计算出每个单元内部的发热功率并积分得到整个体内部的发热。在一般的电磁场商业软件中，多匝绕组产生的铜耗并不考虑匝间集肤效应与邻近效应。

这是由于交变磁场对线径较小的单匝导体内电流影响很小，即使忽略掉集肤效应与邻近效应也不会使结果产生过大误差。而对于目前比较热门的扁铜线电机，铜耗的计算则不能再忽略上述两种效应，铜耗的计算将采用新的方式。

电机铁耗计算的准确性一直以来都是困扰电机设计人员的核心问题。铁耗包含涡流、磁滞和附加损耗，前两种损耗一般通过Bertotti或Steinmetz经典公式方法计算。在使用公式时，大多数工程师并未注意到公式的使用范围与修正方法，导致了铁耗计算的错误。

本次培训将初步介绍Bertotti和Steinmetz公式及适用场景，并在ANSYS Maxwell计算时针对铁耗进行一定程度的修正。

四、TS曲线和效率MAP图

电机设计完成后，其外特性TS曲线和效率MAP图是最能直观体现电机性能的标准数据。电机TS曲线与MAP图可应用ANSYS Maxwell自带的Toolkit与UDO工具建立计算并获取结果。

在本章节的讲述中，我们将讲解Toolkit与UDO的使用方法，Toolkit设置中的参数含义，UDO计算rms值时的具体公式，给学员一个整体印象，让学员既会使用工具又了解其中的原理。

五、电机控制系统及多物理场

当电机本体设计完成后，电机需要加入控制系统与负载进行启动、调速等相关操作。在电机实际运行中，也会涉及到电机NVH与流体散热的多物理场问题。

本章将会使用ANSYS Simplorer和Maxwell针对电机启动与调速过程中的控制系统进行搭建并计算相应的性能曲线。还将针对多物理场问题提出多场耦合方法并计算简单案例。