Ansys汽车用风机电机正向设计
摘要
本文讨论了电机设计的挑战，即在满足客户对性能、体积、重量和成本的多元需求时，各参数间的相互矛盾。文章提到，电机设计通常不是唯一解，而是在一定参数范围内寻找合适方案。文章通过汽车用风机电机案例，详细分析了电机设计要求，如运行条件、温升限制、体积限制和额定工作点等，并指出在矛盾时优先考虑电机成本。文章还根据经验公式和客户需求，对电机材料、定子铁心尺寸和槽极数等进行了初步选择。
正文
一般来说客户希望电机性能好，体积小，重量轻，成本低，但这些参数是相互矛盾的。这时就要弄清楚客户最关注什么，最好能把关注点排个序，方便设计时取舍。
电机的设计一般都是范围设计，不是唯一解，也就是说参数一定幅度内变化时，电机设计都能符合要求。但是要求越严苛，条件越明确，电机的可选择范围越小，电机生产的良率越低，成本越高；反之则相反。
目录
概况
电磁材料估价
电机设计分类
汽车用风机电机案例
电机要求
电机要求分析
电机设计
RMxprt设计
Ansoft 2D设计
方案选择
结论
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电机要求
电机要求
■ 运行条件：工作电压12V，工作环境温度80度
■ 温升限制：电机连续运行，温升不高于30度
■ 体积限制：电机外径80mm以内，整机长度110mm以内
■ 额定工作点：额定转速3200rpm，额定功率150—160W
电机成本尽量低廉，齿槽转矩峰值不高于额定转矩的5%，效率尽可能高，以上矛盾时，优先考虑电机成本。
电机要求分析
电机要求分析
根据上述要求，结合电机功率公式，可以计算得到3200rpm对应的转矩约为0.45Nm—0.48Nm。
根据电机长度，预估电机定子铁心长度在45—55mm之间，根据电机外径结合实际，预估电机的定子铁芯外径72mm。
根据多年实践，有如下经验公式可参照：
■ 对烧结钕铁硼来说，定子体积（立方毫米）*（0.0016--0.002）=电机的输出功率；
■ 对粘结钕铁硼来说，定子体积（立方毫米）*（0.0008--0.001）=电机的输出功率。
一旦超出上述范围的上限，电机连续运行时发热温升会比较大。根据已有的经验，对烧结钕铁硼来说，这个数据靠近上限，电机连续运行温升一般不低于40度。对粘结钕铁硼来说，这个数据靠近上限，电机连续运行温升一般不低于50度。根据客户要求，设计时此数据要尽量靠近下限，最好低于下限，以保证温升。
根据上述条件，综合价格因素，初步选择粘结钕铁硼，铁芯叠高46mm以上，最好在49mm以上。除非客户有明确要求，笔者习惯按以下条件选择槽极数。槽极数最小公倍数尽量大，定子冲片机械强度好，定子槽满率适当，方便绕线，定转子生产方便，无单边磁拉力或者单边磁拉力小，最后再结合客户性能需求。根据以上结合客户要求，选择12槽14极内转子结构，采用Y型绕组接线方式。
