安世亚太电机及机电一体化解决方案
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由于电机工作原理和结构的复杂性，在研发过程中涉及到电磁、强度、刚度、疲劳寿命、密封、散热、噪声等多方面的工程问题和物理问题。借助数字化仿真分析技术，可以克服传统设计方法过于依赖经验和试验、成本高、周期长的不足，全面提升电机的研发设计水平。 机电一体化是目前电机发展的一个主要趋势，因此，电机设计也不能仅仅局限于电机本体，需要关注包括电机本体、电机驱动系统、传感器系统、机械和液压系统等在内的整个机电一体化系统等，并将这些不同领域的问题结合起来，在设计初期就综合考虑。所以工程师必须有一个既能实现电机本体设计，又能进实现电机驱动系统设计和机电系统多域系统仿真的全集成化设计及分析平台。 现代机电一体化的高性能电机设计，首先是基于快速分析方法从众多方案中获得若干个较优总体方案;然后针对此少量的较优总体方案进行详细分析，详细分析电机本体的电磁特性、散热特性、结构特性、振动特性、噪声、安全寿命，以及控制器设备的信号完整性、电磁兼容性和散热特性等，综合多个性能参数的要求，反复分析和优化。最终根据多个性能参数的权重获得一个最优化设计方案。 现代机电一体化的高性能电机的详细设计流程如下图所示：基于电机的整体性能指标，细分为电机本体性能指标和控制器性能指标，同时进行两者的设计，并保证两者的联调协同能够正常执行，不会出错。 电机本体设计分析过程： (1) 基于电机性能指标，首先进行电磁性能的分析，获得电磁驱动力/力矩特性、以及电机热生成参数(即：电机定转子等各个部件上的热耗); (2) 基于电磁分析获得的热耗进行流体动力学及散热性能分析，获得电机详细的温度场分布，以及速度场和压力场参数; (3) 基于电磁分析的力/力矩特性、流体热分析的温度场特性，进行结构强度、热应力、变形分析。 (4) 如果上述设计分析每一步均能满足设计指标要求，则进而进行振动、噪声、疲劳寿命分析;如果上述设计分析过程有一步未满足要求，则需要回归模型，重新改进，并按此分析流程循环。直至满足所有技术指标为止。 (5) 更为重要的是：上述电机本体的设计过程中，电磁、热、流体、结构、振动、噪声等性能设计及分析不是简单的叠加或单一的串联;而是相互交织，互相耦合关联的过程。 电机控制器的设计分析过程： (1) 基于控制器性能指标，确定控制策略，并按照控制策略完成电路设计; (2) 基于所设计的电路进行信号完整性分析; (3) 进行电磁兼容分析。 高性能电机的仿真分析需要包括如下几个部分：机电系统级快速设计分析、电机快速仿真分析及方案优选、电机详细仿真分析及优化、以及控制器详细仿真分析及优化。 其中电机详细仿真分析及优化又需要细分为： (1) 电机的电磁仿真分析 电机的电磁设计问题主要包括电机磁路法设计问题、电机电磁场有限元分析以及电机驱动系统设计等问题。此分析主要解决的工程问题为：电机稳态运行和故障工况分析;电机运行参数计算;电机驱动系统设计;电机退磁分析;电机的电磁优化分析;电机损耗和电磁力分析;电机在启动和停机过程中的电磁特性;矩角特性;电磁力和电磁力矩;铁芯和线圈的损耗、焦耳热、漏磁系数;电机的电路计算;场路耦合问题等等。 (2) 电机的温升与散热仿真分析 电机发热是不可避免的。如果电机的温升太高，会影响电机绝缘的性能，带来比较大的热变形和热应力，威胁到电机的正常工作。。此分析主要解决的工程问题为：焦耳热引起的热变形和热应力;“绕组-绝缘-转子-定子”系统的导热和温控问题;电机启动过程的瞬态温度场模拟;电机通风散热问题。 |
