240 驱动电机仿真，都需要仿哪些项目?用什么软件?

神行问答240：

驱动电机仿真，都需要仿哪些项目？用什么软件？关注哪些指标？

参考答案1：

驱动电机的仿真包括电磁仿真，冷却、强度、以及NVH性能等仿真；

1、电磁仿真：以永磁同步电机为例，主要仿真包括空载性能，负载性能特性；以及非正常运行工况的一些仿真。

空载性能仿真，主要包括齿槽转矩、空载电压波形、电压波形畸变率，气隙磁密分析及谐波分析。

负载性能仿真：转矩输出及转矩脉动、负载端电压、交直轴电感、磁链、弱磁性能分析；永磁体退磁分析；损耗，效率，功率因数 ，效率map。

非正常运行工况仿真：包括各种情况的短路、偏心、缺相等工况，以及在各自工况下的电磁性能分析。

分析软件： Ansoft，Jmag，Magnet，Flux，Opera；以及各公司自己开发的软件。

2、冷却仿真： 主要分析电机额定运行工况以及峰值运行工况的冷却能力。

分析软件：Ansys workbench ; Star CCM+，Fluent，motor-cad等软件。

3、强度仿真： 主要计算转子结构件在高速运行时，校核转子结构件的强度。

分析软件： Ansys workbench，Abaqus等。

4、NVH 性能仿真： 主要仿真电机不同转速下的NVH性能。

仿真软件 ：Ansys workbench 平台，以及LMS， Manatee。

以上主要介绍了驱动电机的仿真，即已知电机的结构参数及材料特性的前提下，来仿真电机的性能，并非电机设计以及性能优化。在电机性能仿真的时候，应该结合控制器以及控制策略来进行仿真；至于关注那些性能指标，应根据用户需求、实际的运行环境及要求来着重关注某些参数。

参考答案提供者： hec-栾庆伟

参考答案2：

从强度和传热两个方向上说一下仿真需求。

强度：

1、转子硅钢片尤其是隔磁桥的应力计算，关注指标是最高设计转速以及1.2倍最高转速下强度合格，指标是最高设计转速下隔磁桥应力小于屈服强度90%。

2、转子硅钢片压装力和过盈计算，考虑最大过盈下硅钢片应力合格，最小过盈下转子与硅钢片有一定接触压力防止滑动，有时需要跟1的转速工况搭配计算。

3、转子模态与临界转速计算，指标是第一阶临界转速计算大于最高设计转速1/4。

4、定子与机壳过盈量计算，需要考虑最高环境温度下定子与机壳有一定接触压力，最低环境温度下机壳应力不超过材料屈服90%。

5、电机后端盖密封性，需要考虑密封面，在螺栓预紧后密封面的张开量小于20微米。

6、橡胶密封圈位置的密封性，指标是压装过程中的受力状态以及装配后最小过盈量的接触压力大于1mpa。

7、整机震动工况计算，包括a）扫频震动；b）随机振动；c）等效冲击的加速度荷载计算，指标是关键位置应力小于屈服强度90%或者疲劳强度90%。

8、转子花键强度计算，需考虑2.5–3倍静态扭转下不断裂、实际扭矩路谱荷载下疲劳寿命大于一百万次，以及齿面接触压力小于许用接触压力。

9、各种平键的扭转强度，在最大扭矩下剪切强度小于许用剪切强度，以及接触压力小于许用值。

10、转子固定压环过盈时，最大推动失效力仿真。指标是最小过盈量下轴向失效推力大于3倍轴向可能的退出力，最大过盈量下压环应力小于屈服强度。

11、螺栓连接设计，指标是螺栓连接面的直径大于1.5倍螺帽外径，压紧板厚大于1倍螺栓直径，对于铸铝而言，有效螺纹旋合深度大于2.5倍螺栓直径，涂胶密封面两个螺栓间距不大于8倍螺栓直径，橡胶圈密封面可以放松到15–20倍，涂胶密封面最小有效宽度大于6mm，壳体内表面倒角3mm。

12、电机总体一米跌落计算，需要考虑3个方向一米自由跌落到水泥或者钢板地面上，不断裂或者带有包装箱的电机跌落后无开裂。

13、接线座热疲劳计算，需要考虑高低温循环下接线座内部应力小于1/3屈服强度。

14、定子与水套热装温度与变形计算，指标是最高加热温度时变形量内表面各处大于定子与机壳最大过盈量+0.05缝隙。

传热：

15、定子温升计算，考虑最大发热与最高环境温度下定子端部铜线的温度比材料耐温极限低20度。

16、转子在最大发热与环境温度下硅钢片尤其是隔磁桥附近的温度比磁铁带载或者空载耐温点低20度。

17、轴承发热分析，考虑最大扭矩或者最高转速下以及最高环境温度下轴承温度低于润滑油耐温20度。

18、定子水冷分析，考虑最大发热与最大环境温度下水冷通道是否能满足定子铜线温度低于耐温20度，以及瞬态工况下规定时间内比如1秒、30秒、2分钟内定子铜线温度不超标，同样也适用于转子以及流动阻力小于设计要求。

19、对于油冷电机而言，需要考虑转子在怠速工况下以及最高扭矩等工况下磁铁的温度低于耐温20度，以及定子铜线端部低于耐温20%，这需要巨大的流体分析计算量。

20、铜线与铜排温度分析，在最大发热与最高环境温度下，铜排直接连接的各种塑料材料如支架和接线座等，温度低于材料耐温极限20度。

21、对于风冷转子而言，考虑低速极加速工况以及最高环境温度下风扇可以完全吹透整个转子内部形成循环风路，并保证转子温度低于耐温极限20度。

22、冰水浸泡工况，在最高电机运行温度下瞬间浸泡到0度冷水里 五分钟，而后拿出电机继续高温运行到热透，再入水反复五次，验证密封性需要流体仿真入水过程的表面传热系数以及结构温度的瞬态变化，然后传递给结构计算密封面的受力与张开量 不超过20微米。

23、整车震动路谱采集，需要对整车在疲劳耐久试验场地对电机本体以及悬置支架等处采集振动加速度数据，而后经过裁剪、滤波、傅立叶变换等效损伤加速的老化放大，以及多个位置路谱的包络，以形成真实的振动加速度荷载，用于振动试验台输入以及整机震动疲劳仿真输入。

24、整车动力经济性仿真，用于对规定路谱输入下如wltc或者cltc工况下计算电机扭矩和转速历史，并与试验场采集的数据对比，用于花键疲劳以及轴承寿命计算的设计输入荷载。

25、材料属性的获取和对标，比如各种材料的设计温度范围内的多条强度应力-应变曲线、比热、导热率、线膨胀系数、硅钢片的等效正交弹性模量、疲劳寿命sn曲线、螺栓连接面的摩擦系数等的实验测定和获取。

参考答案提供者：蜂巢电驱动-刘笑天

参考答案3：

1、这里有个仿真流程，供参考：

2、除了上述流程涉及到的仿真内容，还包括以下这些：

1）几个关键负载点仿真：最大扭矩，最大效率，最高功率，最高转速，每个工作点分别对应的参数求解。

2）短时工作30s的输出，转矩，功率，转速。对应的漆包线温度，磁钢温度求解。

3）连续工作1小时，或者30分钟：转矩，功率，转速。对应的漆包线温度，磁钢温度求解。

4）极限材料工作温度下（比如磁钢140°C时），输出特性，转速，转矩，功率map.

5）退磁计算：考虑最高温度，短路电流时。

6）齿槽电磁力，径向与切向分布，然后，在计算NVH在workbench中，求出，不同转速下不同负载下，NVH水平。

7）路况仿真，比如WLPT，NEDC条件下，电机的输出特性，考核续航计算。匹配蓄电池。

8）温度场计算，是新能源电机计算仿真的关键，水冷，油冷，混合冷，如何准确仿真出电机的温度场与实物电机对比偏差百分比，可以说是衡量电机仿真水平的关键指标之一。

9）温度场仿真，按照不同工况条件，仿真，来考核材料温度等级是否合适符合电机要求。

10）温度场仿真，包括，漆包线，磁钢，轴承，旋变器几个关键部件考核。

11）不同电压下仿真，根据控制器电压范围，上限下限，比如250VDC-400VDC。从而，核算电机输出功率，与客户要求对比。

12）结合控制器，蓄电池的综合仿真，效率map计算。

13）机械强度仿真，转子超速仿真，驱动盖铝件的强度核算。

14）轴承可靠性仿真。润滑脂选择，极限转速确定。

软件：

1、电磁仿真，软件很多，比较常用ANSYS-maxwell （2D、3D）；motorcad；flux。JMAG。speed。Python 代码编程。

2、温度场：ansys-CFD / Fluent；motorcad，

3、多物理场耦合，电磁-热-机械强度；ANSYS workbench可以使用。

4、NVH仿真：ANSYS workbench

5、控制器，蓄电池，电机系统仿真：matlab (simulink) ; Ansys (simplorer, Maxwell,)

6、轴承，轴可靠性：kisssoft。

关注指标：

1、静磁场指标：磁场分布，漏磁，磁路合理性，正弦型。

2、齿槽转矩。

3、转矩波动率。

4、NVH指标。

5、退磁性能，短路电流，最高温度。

6、短时工作输出特性，转矩，转速，功率。效率。

7、连续工作输出特性，转矩，转速，功率。效率。

8、在各种工况下，材料温度考核，磁钢，铜线，硅钢片。

9、轴承最高速，油脂耐温度。

10、硅钢片屈服强度，超速时。高温时。

11、功率密度，扭矩密度。

12、成本指标。性能再好，也比不过价格竞争。

参考答案提供者：马勒电驱动-王立军