Speed motorcad温度场计算
MOTOR-CAD在电机温升方面的应用
MOTOR-CAD在电机温升方面的应用温升是电机与环境的温度差，是由电机发热引起的。
运行中的电机铁芯处在交变磁场中会产生铁损，绕组通电后会产生铜损，还有其它杂散损耗等。
这些都会使电机温度升高。
另一方面电机也会散热。
当发热与散热相等时即达到平衡状态，温度不再上升而稳定在一个水平上。
当发热增加或散热减少时就会破坏平衡，使温度继续上升，扩大温差，则增加散热，在另一个较高的温度下达到新的平衡。
但这时的温差即温升已比以前增大了，所以说温升是电机设计及运行中的一项重要指标，标志着电机的发热程度。
因此,在电机运作过程中,分析电机的温升变化情况,成为研究电机的一个目标。
MOTOR-CAD是Motor Design Ltd公司出品的世界上最先进的电机专业3D温度场分析软件，它采用等效热路模型，可快速、精确、广泛地应用于测量和流体力学的计算。
一、MOTOR-CAD的主要特点(1) 快速、分析精确热模型以在瞬态计算速度附件提供的集总-线路的分析为基础。
针对每一种电机类型的特点、给定精度和数学方法，其中也包括自然对流、冷却方式、辐射和传导。
针对各种电机的所有内、外结构定义了一个大型数据库，以便给出精确的模型。
(2) 数据输入简单在输入弧形或轴向横截面数据的同时，MOTOR-CAD提供了清晰的可视化界面，能让用户很容易发现错误和不足。
用户可以选择是否需要凸缘、底脚或装编码器。
还能选择增加通风道、风罩、轴向或径向散热筋以改善电机的散热条件。
MOTOR-CAD会自动把绕组划分成若干层，以便计算绕组内、外区域的不同温度。
关于层的划分与绕组型式、槽面积、槽满率、导体数以及选用的线规有关。
主要分为双层绕组和单层绕组。
(3) 数据输出多样化MOTOR-CAD为稳态计算数据提供了具有图表化功能的输出界面。
提供与横截面相对应的彩色图例。
它提供了一种高效的方式进行数据检查，其中包括温度、损耗和温升等参数。
除此之外，用户还可以利用数据编辑器以表格形式查看计算结果。
Motorcad最新版本计算效率Map的方法流程
Motorcad最新版本计算效率Map的方法流程1首先要加载Motorcad文件2找到Motorcad文件后，出现如下图所示的电动汽车电机模型。
3再按着下图所示进行打开Motorlab。
这样Motorcad文件就加载到Motorlab中了。
4点击parameter Model图标。
5接着出现如下图所示的对话框。
灰色部分是不必设置的，因为Motorcad已经加载过的。
这里可以设置绕组的连接形式，是否考虑饱和。
驱动模型的设置（包括直流母线电压、控制策略，发电机或是电动机的选择）6在图形的右下角出填写最大电流和最大的转速。
如下图所示。
7接着电机下图所示的图标。
在这里设置损耗，这里的损耗主要包括铜耗、铁耗、永磁体损耗及机械损耗。
8首先是铜耗的设置，如下图，铜耗的设置可以是3种情况。
1是只考虑直流情况，输入每相电阻的阻值，2是能考虑交流和直流，数据是用户自己输入。
3是考虑交流和直流，数据是软件计算出来的。
9其次是永磁体损耗的设置其设置如下所示。
可以是不考虑、用户自己输入或是软件自己计算。
10再次是铁耗的设置，如下图所示。
铁耗的设置也是可以不考虑。
用户自己输入或是软件自己计算。
11最后是机械损耗的设置。
机械损耗这里包括摩擦损耗及风磨耗，这里还要设置速度。
其中机械损耗可以设置为忽略或是用户自定义两种类型。
12所有设置好了的结果如下图所示。
这里永磁体损耗和铁耗是软件自己计算。
13接着要点击软件右下角的图标，如下图所示。
这样的话才能计算损耗。
14最后点击软件右下角的Build model按钮，进行计算。
15计算完成后，点击如下图所示的图标。
16点击完成后，出现如下所示的界面。
这里要设置速度和线电流。
速度包括速度的最大值及最小值以及布长的设置，线电流包括最大值最小值及步长的设置。
17设置好以后点击红框的按钮进行计算。
18最终得到的效率Map图如下如所示。
19按着下图进行操作可以得到温度云图点击右下角图标，温度云图如下图所示。
由于对高速电机要进行流体场和温度场的分析
由于对高速电机要进行流体场和温度场的分析，所以对样机主要参数和尺寸作一简要说明,这里包括6槽，12槽，和24槽的样机尺寸。
（1）样机额定数据额定功率：P N = 75 kW额定电压：U N = 500 V相数：m = 3极数：2p = 2额定效率：ηN = 90%功率因数：cosφ = 0.95额定转速：n N = 60000 r/min额定频率：f N = pn N /60 = 60000/60 = 1000 Hz额定相电流：I N = P N / (3U N) = 75000/(3×500) = 86.6A冷却方式：空气冷却（2）定子尺寸气隙长度：δ = 1 mm定子内径：D i1= 66 mm铁心长选取：l t = 135 mm（3）定子槽型尺寸定子冲片设计，如图2.3所示上面描述了三台样机共同的基本数据，下面分别确定6、12、24槽高速电机定子的基本尺寸，表2.1中分别列出6槽、12槽、24槽电机的定子基本尺寸。
其中前面的符号所代表的具体部位可从图中找出。
其中N为每相串联匝数。
表2.1 不同槽数电机定子的基本尺寸Table 2.1 Stator Design of Different Slots6槽12槽24槽b01(mm) 4 3 2b11(mm) 14 6.8 3.4h01(mm) 1 1 1h11(mm) 2 2 2基于FLUENT 的高速永磁电机流体场分析与风摩耗计算2.5.1 CFD 简介计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics ，简称CFD ）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。
CFD 的基本思想是把真实世界时间域和空间域上连续的物理量，用一系列离散的有限的点上的变量值得集合模拟，通过一定的原则和方式建立起关于R 1(mm) 109 90 90 R 2(mm) 4 3 2 b t1(mm) 22.6 16.2 8.1 h j1(mm) 26 26 26 D i1(mm) 66 66 66 D i2(mm) 270 270 270 S i1(mm 2) - 198 99 S i2(mm 2)2160899449i2S 图2.3定子槽尺寸图Fig.2.3 Dimension of Stator Slot这些离散点上场变量之间关系得代数方程组，通过求解代数方程组，得到场变量的近似解[44]。
汽车发电机定子三维温度场有限元计算
ｍｅ ｔｃ ｌｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｉ ｃ ｔ ｒ ｄ ｒ ｆｒａ ｔｔｒｗｉｄ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｆ ｃ ｌ ｎ ｃ ｌｕ ａｉ ｇ ｔｅ ｍｏ ｏ ｈ ｒ ｌ ｅ ｄ ｃ ｎ ｂ ｎ ａｃ ｌ ｔ ｄ ｌｗ ｔ ｓ ａｔ ｅ ｅｅ ｒｌｓａｏ ｎ ｉｇ， ｎ ｈ ｉ ｕ ｔ ｉ ａｃ ｌｔ ｈ ｔ ｒｔｅ ｍａ ｆ ｌ ａ ｅ ｏ ｈ ｅ ｉ ｆ ｙ ｎ ｉ
ｅ ａ ｄ ｔｅ ｒ ｔ ｎ ｌ ｙｏ ｅ ｔ ｅｍａ ｅ ｄ ｃ ｌｕａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｎ ｅ ｖ ｌ ｉ ｆｔｅ ｃ ｌ ｕ ａｅ ａｕ ｓｗ ｒ ｅ ｉ ｅ ｙ ｅ ｐ ｒ— ｄ， ｎ ｈ ａ ｉ ａｉ ｆｔ ｒ ｌ ｆ ｌ ａｃ ｌ ｔ ｄ ｌ ｄ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ａｃ ｌ ｔｄ ｖ ｌｅ ｅ ｅｖ ｒ ｄ ｂ ｘ ｅ ｉ ｏ ｔ ｈ ｈ ｉ ｏ ａ ｈ ｄｙ ｈ ｉ ｆ
…
堕堕 塑…２ ＿ … … … 皇 … 芝塑 ０ ７ １ １
航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现
航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现航空燃气涡轮发动机内的流场很复杂，不仅动静流场同时存在，同时还伴有多相流、传热、燃烧等现象，即使从物理上进行很大的简化，模型最后仍然是三维、有粘、非定常的可压流动。
航空发动机流场数值计算的发展经历了S2流面法、基于一元管道的流线曲率法、有限差分方法求解非正交曲线坐标系中的S1、S2流面基本方程、有限差分、有限体积和有限差分与流线曲率混合的方法对S1流面跨音速流场的计算，而现在由S1与S2流面相互迭代形成的准三元和全三元计算也发展起来了。
现在的采用有限体积法求解NS方程全三维流场计算已经广泛采用，航空发动机的流场数值计算已趋于成熟，可以充分考虑旋转流动、转静干涉问题、多相流、燃烧、亚超跨音速等复杂现象。
而且现在求解的规模也不断扩大，利用并行等成熟的CFD技术可以计算达几千万甚至上亿的计算网格。
因此结果也更为真实有效。
ANSYSCFX凭借TASCFLOW在叶轮机旋转流动的传统优势，结合更为先进的网格处理技术和高效的求解器，更适合航空发动机流动的复杂性，求解问题的规模和计算精度大大提高，一直处于航空发动机流动模拟的最前沿。
4.1.进气道及风扇气动分析CFX对进气道和风扇的模拟主要是研究进气道存在摩擦、激波和分离等产生的损失，风扇效率。
在亚音速时进气道的工况，在超音速时的工况，并精确计算附面层及分离损失。
并研究进气道在非设计工况下性能的恶化情况。
还可以模拟在非定常情况下进气道及其风扇的气动特性。
4.2.压气机流动分析航空发动机的压气机分为轴流压气机和离心压气机。
其分析原理相似。
这里以轴流压气机为例进行说明。
压气机的作用主要是利用涡轮发出的功对气体进行压缩形成高压的气流供给燃烧室。
压气机非常近似于绝热的，所以压气机对气体所做的功等于气体总焓的增加。
压气机的几个关键参数，首先是压气机效率和级效率，也就是给定增压比所需理想功与实际所需功之比。
然后还有单级的增压比和总增压比。
基于Ansys和MotorCAD仿真的无刷直流电机温度场分析
图1定子绕组温度分布云图基于Ansys 和MotorCAD 仿真的无刷直流电机温度场分析王其锋魏雪环刘勇赵飞（贵州航天林泉电机有限公司，贵州贵阳550008）摘要：温度场校核的准确性对无刷直流电机的设计至关重要。
现从工业实践的角度，运用热路法平台MotorCAD 以及有限元分析平台Ansys 对无刷直流电机进行了温度场分析，并与样机工作的实际温度进行对比，验证了该模型以及分析方法的有效性和准确性，对后续无刷直流电机的研制具有一定的指导意义。
关键词：无刷直流电机；温度场；Ansys ；MotorCAD0引言无刷直流电机由于其调速范围广、转矩特性优异以及可靠性强等特点和优势，在生产实践中得到了广泛应用。
如何提高无刷直流电机的功率密度一直是业界专家和学者关注的焦点，高功率密度电机研制的瓶颈之一在于温升对电机性能的影响。
温升对电机绝缘材料的物理性能、金属材料的机械性能以及永磁体的磁性能均有较大影响，直接关系到电机的寿命和可靠性[1]，因此在设计阶段对电机进行温度场分析至关重要。
本文并未过多地关注温度场研究的相关理论，而是从实践的角度，通过样机实测的温升，与方案设计阶段运用MotorCAD 以及Ansys 软件仿真的结果进行对比分析，验证所建模型和所用方法的准确性和有效性。
1损耗分析以一台1.9kW 的无刷直流电机为例，额定转矩1.8N ·m ，额定转速10000r /min ，分析该样机额定点的稳态温度场。
该样机为典型的无刷直流电机结构，采用自然风冷方式进行冷却。
温度场分析的前提在于准确地计算出电机内部的损耗，主要包括定子铁芯损耗、定子铜耗、永磁体涡流损耗和风摩损耗[2]。
运用Ansoft Maxwell 软件对定子铁芯损耗、永磁体涡流损耗进行仿真计算，得到定子铁芯损耗为26.9W 、转子涡流损耗为12.8W 。
风摩损耗为电机旋转时与空气之间的摩擦以及轴承高速运转时产生的摩擦损耗，取输出功率的0.5%，即9.5W ；铜耗为电流流过绕组时绕组发热产生的损耗，通过相电流以及电阻值计算得到铜耗为102.8W 。
温度场的快速计算.
上海师范大学硕士学位论文温度场的快速计算姓名：李建璞申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：陈操宇20100401摘要2 1世纪以来，伴随着科学技术的突飞猛进，数值计算和虚拟仿真已成为国际学科前沿和热点，而温度场的计算在现代工业中的应用范围更是十分广泛。
温度场的计算主要涉及到两个方面的研究，一方面是科学计算，主要是为了尽量达到精确计算的目的；另一方面则是实时性计算，主要目的是为了对被控制对象进行实时监控。
针对不同的温度场有不同的计算要求，这是和实际生产生活中的应用息息相关的。
两种计算从某种角度来看是相互对立的，因为在具体的应用研究中，考虑计算精度势必影响到计算速度，反之，若要力求实时性计算肯定会以牺牲一部分精度为代价。
综观当今国内外温度场计算方面的研究现状，在科学计算方面取得了卓越的成就，即不考虑计算时间可以达到接近真实值的计算效果。
例如陶瓷的烧制、锅炉炉膛、各类焊接甚至弹道导弹弹头表面都涉及到对温度场的分析，需要对温度场进行数值计算及仿真。
这一系列的应用研究均达到良好的计算精度，满足了生产生活的部分需要，但是涉及到实时仿真方面其计算速度就遭遇了很大的瓶颈。
所以本文就是要解决温度场快速数值计算’的问题，这也是虚拟仿真中最为关键的问题之一，具备良好的研究前景。
目前，一般温度场的计算都是针对具体问题借助传热学原理来建立相应的温度场模型，然后利用合适的数值分析算法处理温度场模型，从而实现对温度场的模拟仿真，取得了较高的计算精度。
但是，误差大、实时性差依然是目前对温度场计算的最大问题。
所以对温度场的准确快速计算，具有十分重要的科学价值和现实意义。
本文针对温度场计算量大、实时性差的普遍问题，提出了动态网格划分思想，通过比较当前数值计算方法的优劣，分析了有限元特征以及温度场计算的特性，结合有限元方法的特性，利用动态网格划分技术，提出了一种新的算法，牺牲一定的计算精度来降低计算规模，从而提高计算速度。
温度场计算
温度场计算
温度场计算是一种用数学模型和计算方法来模拟和预测物体内
部和周围的温度分布的科学技术。
温度场计算可以应用于多个领域，例如工程热力学、气候学、能源系统等。
在工程热力学中，温度场计算可以用于优化建筑或设备的热设计。
通过模拟建筑物内部的温度分布，可以确定最佳的隔热材料、窗户尺寸和朝向，以最大限度地减少热能的损失和耗费。
此外，温度场计算还可以帮助工程师预测设备在运行过程中的温度变化，从而提前发现可能的故障或设计缺陷。
在气候学中，温度场计算可以用于研究和预测地球的气候变化。
通过建立气候模型，科学家可以模拟全球各地的温度分布，并预测未来的气候趋势。
这对于制定应对气候变化的政策和措施至关重要。
在能源系统中，温度场计算可以用于优化能源的利用和转换。
例如，在太阳能热水器中，通过计算太阳能集热器表面的温度分布，可以确定最佳的设计参数，以最大限度地提高太阳能的吸收效率。
类似地，在核能或火力发电站中，温度场计算可以帮助工程师确定最佳的冷却系统设计，以确保设备运行在安全和高效的温度范围内。
温度场计算通常基于热传导方程和边界条件进行。
热传导方程描述了
温度随时间和空间的变化规律，而边界条件则规定了系统边界上的温度值或温度梯度。
通过数值方法如有限元法或有限差分法，可以离散化热传导方程，然后求解得到温度分布的数值解。
随着计算机技术的不断发展，温度场计算已经成为一种强大的工具，可以帮助科学家和工程师更好地理解和应用热力学原理。
它不仅可以提高设备和系统的效率，减少能源消耗和环境影响，还可以为气候变化研究和能源规划提供重要的参考依据。
motor cad 计算公式
motor cad 计算公式Motor CAD是一种用于电机设计和分析的软件工具。
它提供了各种计算公式和算法，可用于评估电机的性能和效率。
本文将介绍Motor CAD所使用的一些常见计算公式，并探讨它们的应用。
一、磁场计算公式在电机设计中，磁场是一个重要的参数，它直接影响电机的性能和效率。
Motor CAD使用以下公式来计算磁场强度：B = μ0 * (H + M)其中，B表示磁场强度，μ0表示真空中的磁导率，H表示电机中的磁场强度，M表示磁化强度。
通过计算磁场强度，可以评估电机的磁场分布情况，并优化设计以提高效率。
二、电磁力计算公式电磁力是电机中产生的一种力，它使电机能够转动。
Motor CAD 使用以下公式来计算电磁力：F = B * I * l其中，F表示电磁力，B表示磁场强度，I表示电流，l表示导线长度。
通过计算电磁力，可以评估电机的输出能力，并调整设计以满足特定的要求。
三、热量计算公式电机在工作过程中会产生大量的热量，如果不及时散热，会导致电机过热甚至损坏。
Motor CAD使用以下公式来计算电机的热量：Q = R * I^2 * t其中，Q表示热量，R表示电阻，I表示电流，t表示时间。
通过计算热量，可以评估电机的散热能力，并做出相应的设计改进。
四、效率计算公式电机的效率是衡量其性能的重要指标之一。
Motor CAD使用以下公式来计算电机的效率：η = Pout / Pin其中，η表示效率，Pout表示输出功率，Pin表示输入功率。
通过计算效率，可以评估电机的能量转换效率，并优化设计以提高效率。
五、损耗计算公式电机的损耗是指在能量转换过程中产生的能量损失。
Motor CAD 使用以下公式来计算电机的损耗：Loss = Pout - Pin其中，Loss表示损耗，Pout表示输出功率，Pin表示输入功率。
通过计算损耗，可以评估电机的能量转换效率，并进行相应的设计调整。
六、扭矩计算公式电机的扭矩是指电机输出的力矩，它直接影响电机的转动性能。
基于RMxprt和Motor-CAD永磁电机温升速算方法
基于RMxprt和Motor-CAD永磁电机温升速算方法叶飞西咸新区绿港驱动技术有限公司，西安，710018摘要：电机的温度场分析往往需要进行大量的数据运算和处理，随着计算机技术和CFD技术的不断发展，这一项工作变得越来越简便，然而工程技术人员在使用Fluent等专业CFD软件进行电机全域温度场求解时，网格划分及参数优化过程通常都比较耗时，不利于电机设计初始方案的确定。
本文基于等效热网络法，利用Motor-CAD 软件计算电机温升，可以大大缩短设计时间，节省计算资源。
关键词：RMxprt；Motor-CAD；电机温升；等效热网络法Permanent Magnet Motor Temperature Rise Fast MethodBased on RMxprt and Motor-CADYeFeiAbstract：Motor temperature field analysis,often requires a large amount of data operation and processing,with the continuous development of computer technology and CFD technology,this job is becoming more and more convenient, however,and other professional engineering and technical personnel in the use of Fluent CFD software to motor full domain to solve the temperature field,the grid division and the parameter optimization process is usually moretime-consuming,not conducive to the determination of the initial solution of motor design.Based on the equivalent thermal network method,the Motor-CAD software is used to calculate the temperature rise of the Motor,which can greatly shorten the design time and save computing resources.Keyword：RMxprt；Motor-CAD；motor Temperature Rise；equivalent thermal network1前言随着电机轻量化和高能量比需求的不断增加，电机设计工作不再仅仅只是要保证性能可靠和低成本，更重要的是要能够提供尽可能小的体积和较轻的质量，这就必然导致电机单位体积能量的增加，从而引起电机温升的升高。
航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现
航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现航空发动机是航空器中最重要的组成部分之一，其性能直接影响到飞机的安全、经济性和可靠性等方面。
而航空发动机的流体力学行为和温度场分布则是其性能评估和优化设计的重要参数。
在航空发动机的设计和研究中，常常需要进行流体力学和温度场的计算，以便了解发动机内部的气流情况和温度分布，并进行流场优化和温度控制。
1.气流分布研究：确定发动机内部的气流分布情况，例如进气道、压气机、燃烧室、高压涡轮和喷管等部位的气流速度、压力和温度分布等。
这些信息对于评估气流控制和热传导等问题非常重要。
2.组件间相互作用研究：航空发动机中的各个部件之间相互作用的流体力学问题，例如进气口和压气机之间的气流导向、叶片和压气机之间的气动性能等。
这些相互作用的研究对于发动机整体性能的评估和优化设计具有重要意义。
3.气动噪声研究：航空发动机的气流振动和气动噪声也是一个重要的研究问题，需要通过流体力学计算，了解气流对发动机和周围环境的噪声产生和传播情况，并进行噪声控制。
1.温度分布研究：航空发动机中的各个部件的温度分布情况对于发动机的热设计和材料选择具有重要意义。
通过温度场计算，可以了解到发动机内的高温区域和冷却区域，以及热传导路径等信息。
2.热应力分析：航空发动机工作时会产生高温和高压的环境，这对发动机材料的热应力性能提出了很大的要求。
通过温度场计算，可以评估发动机零件的热应力情况，以指导材料选择和结构设计。
3.热管理研究：航空发动机的热管理是一个重要的课题，需要合理的冷却系统来控制发动机的温度分布。
通过温度场计算，可以优化冷却系统设计，提高发动机的热效率和可靠性。
ANSYS在航空发动机流体力学和温度场计算中的实现：ANSYS是一种常用的工程模拟软件，可以进行流体力学和热传导等问题的数值计算。
1.流体力学模拟：ANSYS提供了流体力学模块，可以模拟航空发动机内部的气流分布，了解气流速度、压力和温度等参数的分布情况。
高速电机风摩损耗计算及温升分析
[ 中图分类号] TM352 [ 文献标志码] A [ 文章编号] 1000-3983(2023)03-0001-07
Wind Friction Loss Calculation and Temperature Rise Analysis of High-speed Motor
LI Mei, LIU Aimin
型, 并对电机的拓扑结构以及计算风摩损耗所需的气
程 [9] 。 该定律实质为热力学第一定律, 其方程式为:
的物理模型进行迭代求解, 研究摩擦系数及电机转速
隙物理模型进行说明。 其次基于 Fluent 软件对所建立
对风摩损耗的影响规律。 然后将气隙的物理模型导入
ANSYS Workbench 仿真平台, 通过 Fluent 计算模块对
需要及时修改, 直到网格质量合格; (2) 单位精度应
由原来的米提高至毫米; (3) 定义材料属性, 如果所
需材料是材料库中没有的, 就需要自定义添加; (4)
将气隙设置为旋转边界, 将其中贴近转子的面等效为
滑移壁面, 其速度等于转子角速度, 来等效转子带着
气隙旋转; (5)为气隙的各个面命名, 以便导入 Fluent
转子极弧 / °
定子极数
转子极数
相数
18. 4
30
6
4
3
2. 2 基本假设
图 3 气隙建模
2. 4 气隙边界条件设置及求解
(1) 将气隙模型导入 ANSYS Workbench, 再对模
型进行网格划分, 网格的划分尤为重要, 较为精细的
网格划分有利于结果的收敛, 边角处的网格应适当加
密, 计算前应检查网格质量, 对于不符合要求的网格
motor is compared and analyzed through simulation. The result shows that the cooling effect of axial
基于Motor-CAD的永磁同步电机的温度场分析
基于Motor-CAD的永磁同步电机的温度场分析发表时间：2019-06-21T15:40:37.110Z 来源：《河南电力》2018年22期作者：徐鹏飞张侨[导读] 由于新能源电动汽车用永磁同步电机要求具有高功率密度，体积小，重量轻以及输出转矩大等特点，这需要电机具有较高的电负荷和磁负荷，然而这些都会产生较高的铜损和铁损，使电机发热过快，温升变高。
（武汉理工大学湖北武汉 430000）摘要：由于新能源电动汽车用永磁同步电机要求具有高功率密度，体积小，重量轻以及输出转矩大等特点，这需要电机具有较高的电负荷和磁负荷，然而这些都会产生较高的铜损和铁损，使电机发热过快，温升变高。
因此，针对永磁同步电机的温度场分析是十分有必要的。
本文以额定功率为80kw的电动客车用永磁同步电机为研究对象，通过热路法对该电机进行了温度场仿真，并通过实验验证了仿真的正确性。
关键词：新能源电动汽车；温度场仿真；热路法一、引言电机内部包括了定子铁芯、转子铁芯、轴、永磁体、绕组、轴承、壳体等部件，这些部件中所用材料、结构等都不尽相同，他们的导热性和产生的热能也不同，想要准确计算电机的各个部件的温升是非常困难的。
而电机的温升又对电机运行的性能影响非常大，当电机的温度过高时，不仅会导致永磁体剩磁密度的下降，甚至永久失磁；而且还会使电机绕组的绝缘层损坏，使电机无法正常运行。
因此电机的温度场仿真是电机生产实践中一个比较重要的环节。
随着电动汽车永磁同步电机的广泛研究，国内外的研究学者对永磁同步电机的温度场也做了大量的研究，文献[1]中对通过建立电机的三维模型对电机不同工况下的温度场进行了分析；文献[2]通过三维流固耦合的方法对高速永磁同步电机做了温度场分析并验证了仿真的正确性。
文献[3]通过新型的有限公式法建立水冷永磁同步电机的温度场数学模型，给出了该方法下的对流散热边界处理和编程实现的方法。
本文将通过Motor-CAD热路仿真软件来对一台额定功率为80kw的永磁同步电机电机损耗和温度场进行分析，并通过实验来验证仿真的正确性。
Motor-CAD案例教程系列7——Motor-CAD 电机热瞬态分析
Motor-CAD 电机热瞬态分析(2015)内容简介本文将针对Motor-CAD软件进行电机热分析的设置方法进行介绍。
Motor-CAD中的duty cycle 设置可供用户进行单一工况、复杂工况等条件下的瞬态温度计算。
电机几何模型本例中仍然使用默认BPM电机为分析样机。
设置电机损耗值电机各部分损耗值可在Input Data > Losses选项卡中设定，如下图所示。
本例采用默认的电机各项损耗值进行分析。
软件自带多种损耗模型可供用户进行设置，包括随转速变化的损耗模型、随温度变化的损耗模型以及随负载变化的损耗模型。
瞬态分析用户可以通过软件的瞬态分析来模拟电机在完整的duty cycles中热性能的表现情况。
其中，软件自带了3种不同的duty cycle选项可供选择：◆Simple Transient –电机恒负载运行◆Duty Cycle –电机的损耗及负载随时间变化◆Soak back –电机切断电源后强制对流流量值失效本例选择较全面的duty cycle工况进行分析，如下图所示：duty cycle中的损耗值由下图中的损耗编辑器进行编辑，其值为各损耗除以前文中设置的对应各部分损耗值的标幺值。
如此可以计算损耗随duty cycle的变化情况并能将损耗随转速及温度的变化计入其中。
点击下图中的“Transient Graph”选项卡起动瞬态计算。
瞬态计算结果如下图所示。
图中显示了模型的所有节点的瞬态温度变化情况。
“Temperature Graph Setup”中选择需单独查看温度变化情况的电机部位。
下图中展示了5个关键点温度在duty cycle内的变化情况。
况。
在瞬态求解结束之后，热路的瞬态计算结果可由选项卡“Schematic”中查看。
温度场计算
温度场计算
在很多工程领域中，温度场计算是一项重要的任务。
温度场计算可以帮助工程师们更好地了解材料的热传导特性以及在不同条件下的热分布情况。
对于许多工程设计和分析问题来说，准确预测和理解温度场分布是至关重要的。
温度场计算通常通过数值方法来实现。
最常见的数值方法之一是有限元法（Finite Element Method, FEM）。
有限元法可以将复杂的物体分割成小的有限元单元，然后通过离散化和近似的方法，将连续的温度场问题转化为离散的代数方程组。
通过求解这个方程组，可以得到整个温度场的近似解。
温度场计算的过程中，需要考虑一些关键因素。
首先是材料的热传导性质，即热导率。
不同材料的热导率不同，这会对温度场的分布产生重要影响。
其次是边界条件，例如外部环境温度，边界上的热通量和热边界条件等。
这些边界条件会影响到温度场的边界形状和分布。
还需要考虑热源，如激光加热、电阻加热或其他热源产生的热量。
温度场计算在许多领域中都有广泛的应用。
例如，在机械工程中，温度场计算可以用于预测材料的热应力和热变形，以及冷却系统的设计和优化。
在电子工程中，温度场计算可以用于预测电子器件的工作温度，以及散热设计和热管理。
在环境科学中，温度场计算可以用于模
拟大气和水体中的温度分布，以及预测气候变化的影响。
总之，温度场计算是一项重要而复杂的任务，它可以帮助工程师们更好地理解和预测物体的热行为。
通过数值方法和考虑关键因素，可以得到准确的温度场分布，从而指导工程设计和分析。
CAE-电机流场及温度场分析
第三种工况计算结果 （电机运转时电流22A，电机转速1674弧度/秒）
流场计算结果
流场计算结果
温度场计算结果
温度为103摄氏度 温度为111摄氏度
温度场计算结果
温度为110摄氏度
第三种工况计算结论
从第三种工况（When motor runs at 22A）计算结果可以看出，整 个电机结构流场分布合理，和实际电机工作时的情况较吻合。从上图中结构 温度分布切片图中可以得到，在碳刷附近温度为137.1摄氏度左右，在转子 附近，温度为31摄氏度左右。
计算网格
在ANSYS/ICEM CFD中划分的网格
计算网格
在ANSYS/ICEM CFD中划分的网格
计算网格
在ANSYS/ICEM CFD中划分的网格
runs at 15A Total power dissipation=27W(CARBON BRUSH)+27W(CARBON BRUSH)+76.5W(FIELD CUPRUM DISSIPATION)+67.5W(ARMATURE CUPRUM DISSIPATION)+275W(FIELD EDDY DISSIPATION)+225W(ARMATURE EDDY DISSIPATION)+12W(OTHERS)=710W 2) When motor runs at 18A Total power dissipation=33W(CARBON BRUSH)+33W(CARBON BRUSH)+110W(FIELD CUPRUM DISSIPATION)+97W(ARMATURE CUPRUM DISSIPATION)+254W(FIELD EDDY DISSIPATION)+208W(ARMATURE EDDY DISSIPATION)+15W(OTHERS)=750W 3) When motor runs at 22A Total power dissipation=40W(CARBON BRUSH)+40W(CARBON BRUSH)+165W(FIELD CUPRUM DISSIPATION)+145W(ARMATURE CUPRUM DISSIPATION)+238W(FIELD EDDY DISSIPATION)+194W(ARMATURE EDDY DISSIPATION)+18W(OTHERS)=840W.
MotorCAD手册
什么是MotorCAD？MotorCAD是用于电机热设计的计算机辅助软件包，采用热路的方法对电机进行热分析和方案优化设计，是全球唯一一款基于热路分析的电机热设计软件。
MotorCAD可以给设计者提供快速的计算方法和精确的计算结果，不仅可以进行参数化计算，而且还能寻找对散热影响最大的变量，可参数化几何结构、物理属性等变量，功能非常强大。
MotorCAD使用方便、简单易懂，即使是非专业人员也可以很快掌握，非常适用于工程实际。
MotorCAD电机库类型：无刷永磁电机、无刷永磁外转子电机、感应电机、开关磁阻电机、直流电机、同步电机、爪极电机、单相感应电机。
MotorCAD的热分析方法目前，电机热设计领域的主要方法包括经验法、数值方法（如FEA、CFD）、热路模型，MotorCAD采用热路计算方法。
经验法经验法一般是基于简单的估算、同比例的放大缩小、测试数据等，其优点是无需计算工具、计算速度快；但是其缺点也十分明显，精算精度差，特别是在设计新型电机的情况下，往往无经验数据可参考，并且经验法无法进行参数化设计，无法知道变量的权重大小。
数值计算方法数值计算法主要包括FEA和CFD两种算法，数值计算方法具有精度高、可参数化计算、后处理强大等特点，但是FEA和CFD软件学习困难、对计算机要求高、计算时间长，参数化计算需要大量的存储空间和很长的计算时间，计算效率低下。
热路计算法目前电机热设计的一个趋势是采用集总热路的计算方法，可对多种电机的稳态和瞬态热分布进行计算，最新的MotorCAD具有优秀的人机交互界面，操作简单，易于掌握，是电机热设计非常有效的工具。
第一章软件界面MotorCAD 提供8中电机类型，永磁无刷电机、感应电机、开关磁阻电机、无刷永磁外转子电机、永磁电机、同步电机、爪极电机、单相感应电机等。
图1.1 电机类型选择图1.2 操作界面软件界面主要包括工具栏菜单及操作界面，操作界面如图1.2红线部分所示，包括几何设置、绕组设置、数据输入、温度计算、数据输出、瞬态计算、热路编辑、参数化计算和脚本编辑等。
发动机缸体温度场计算
发动机缸体温度场计算田晶（第一汽车集团公司技术中心）摘要本文应用msc.patran软件对发动机缸体3D CAD模型进行实体单元的有限元网格划分。
在通过CFD软件进行燃烧分析得到热对流系数的基础上应用msc.nastran软件稳态热传导分析模块对发动机缸体进行温度场计算，得到其温度分布规律。
一、前言发动机缸体的变形将直接影响活塞在其内的运动，如果缸体的变形过大，会造成活塞的严重磨损及拉缸现象，从而使发动机功率降低，寿命缩短。
由于气缸工作表面经常与高温燃气相接触，因此在引起缸体产生变形的诸因素中热负荷是重要影响之一。
为此，准确掌握发动机缸体热变形规律对发动机的设计开发是至关重要的。
而要得到准确的热变形就必须详细掌握其温度分布规律。
在通过CFD软件对缸套、水套和油路进行燃烧分析得到其热对流系数的基础上，本文应用msc.nastran软件的稳态热传导分析模块对发动机缸体进行温度场计算，为下一步的热变形计算提供了温度分布规律。
二、计算方法1、有限元模型划分对CA6110发动机缸体3D CAD模型进行有限元网格划分，应用msc.nastran中的MPC 卡将缸盖、缸垫和缸体连接，进行计算分析，考虑结构的对称性，只对第一、二、三缸进行网格划分计算分析。
图一为整个有限元模型示意图，包括带缸套的缸体、带气门座的缸盖、缸盖衬垫、和缸盖螺栓。
所有的构件，即：缸体、缸套、衬垫、缸盖、气门座圈、缸盖螺栓。
模型划分应用8节点的bricks单元和6节点的wedge单元。
在实体单元的基础上提取缸套（包括气门座密封圈）、进排气管、水套和油路上的面单元确定其热传导的边界条件。
应用CHBDYG卡定义边界表面条件、应用CONV卡定义对流边界条件、应用SPOINT卡及SPC卡定义边界温度、应用PCONV卡及MAT4卡定义边界性质、应用MATT4卡和TABLEM2卡定义水循环面上随温度变化的热对流系数。
前后处理采用msc.patran软件，计算采用msc.nastran软件。
MotorCAD_Tianyuan电机热设计PPT
损耗
主要包括铜损、铁损、机械摩擦损耗等。可进行损耗分布设置。
14
材料属性设置
材料的属性设置包括热导率、比热、密度等参数，MotorCAD自带丰 富的材料库，可从材料库中直接选择材料参数。
15
接触面气隙参数设置
MotorCAD可对组件界面层面的气隙进行等效设置，其默认的等效气 隙是对实际工程经验的总结，具有很高的工程实际意义。
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主要内容
电机类型选择
几何参数设置
物理属性设置 仿真计算结果
电机参数化分析
17
无刷永磁电机仿真计算
电机热路图
参数设置完毕以后，点击temperature，可查看仿真结果，电机的 热路图自动生成，可显示各部分的温度、功率、温差、热阻等。
18
稳态温度计算结果
径向温度分布图
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温度计算结果
轴向温度分布图
电机参数化分析
7
几何参数设置
MotorCAD关于电机的几何参数设置主要包括两个部分：电机本体的 几何参数及绕组的几何参数。
8
电机本体参数设置
MotorCAD的参数输入非常简便，只需输入相关的几何尺寸，如电 机轴向参数、径向参数等，无需手动建模，非常适合工程实际使用。
9
绕组参数设置
绕组参数设置非常简便，MotorCAD提供电机绕组的层模型和导线模 型，无需建模，只需输入槽满率、线规及隔热层衬垫厚度等参数。
20
电机的齿槽22
数据输出
可提供多种类型的数据输出
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瞬态计算
140s各部分温度瞬态曲线
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主要内容
电机类型选择
几何参数设置
物理属性设置 仿真计算结果
电机参数化分析