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。第二章几何参数几何参数的设置主要包括轴向设置、径向设置及3D设置，如图2.1所示。2.1几何参数设置2.1径向编辑2.1.1电机径向参数编辑区域1中包括外壳类型（Housing）、底座及法兰盘参数（Mounting）、槽型选择（SlotType）、定子通道（StatorDucts）、转子通道（RotorDucts）。外壳选择（Housing）外壳类型（Housing）：圆形外壳、方形外壳、伺服电机外壳、轴向散热片、径向散热片、伺服散热片、轴向水套、螺旋水套等。图2.1.2外壳类型（Housing）选择工具栏图2.1.3部分外壳类型轴向及径向图底座及法兰盘参数（Mounting）图2.1.4底座及法兰盘选择菜单图2.1.5带底座电机槽型选择（SlotType）图2.1.6槽型选择菜单图2.1.7槽型定子通道（StatorDucts）定子通道可通过空气或流体。图2.1.8定子通道选择菜单图2.1.9定子2层通道，外壳2层通道，图中红线部分为定子管道设置区域转子通道（RotorDucts）图2.1.10转子通道选择菜单栏及设置区域定转子几何参数设置以无刷永磁电机为例，如图2.2.1所示图2.1.11定转子参数设置区域HousingDia:HousingDiameter外壳直径StatorBore:StatorBoreDiameter定子内径StatorLamDiaStatorLaminationDiameter定子叠片直径FinExtension:FinExtensionoutsidetheHousingDiameter散热片尺寸图2.1.12定子直径、外壳及散热片相关参数Airgap:Airgapbetweenrotorandstator.气隙，该气隙是指永磁体到定子的距离，包括中间的绝缘、套筒等结构。BandingThickness转子衬套厚度。图2.1.13气隙及转子衬套厚度SleeveThickness:Thicknessofanystatorboresleeve.定子衬套厚度，note：再输入气隙厚度的时候，其也包括了永磁体外侧套筒及定子内侧套筒的厚度。图2.1.14定子衬套厚度Slotnumber槽数Polenumber极数ToothWidth齿宽图2.1.15电机平行齿厚度Tooth-tipdepth:depthofslotopeningfromboretotoothtaperregion.定子齿高图2.1.16定子齿高Tooth-tipangle:angleoftoothtaperregion.定子槽肩角图2.1.17定子槽肩角SlotCornerRadius:Radiusofcorneratslotbase槽角半径图2.1.18槽角半径Slotdepth:distancefromboretoslotbottom槽深图2.1.19槽深SlotOpening:WidthofSlotopeningatstatorbore.定子槽开口图2.1.20定子槽开口SlotWidth:widthofslotforaparallelslotdesign槽宽图2.1.21槽宽ShaftDia[F]:ShaftDiameter[FRONTsectionofmachine].转轴前端直径ShaftDia[R]:ShaftDiameter[REARsectionofmachine].转轴后端直径EncShaftDia:Encodershaftdiameter-alsodiameterofbarrierbetweenmotorshaftandencodershaft.转轴与编码器连接部分直径ShaftExtension[F]:Amountbywhichshaftextendsbeyondhousingatfrontofmotor:转轴前端突出部分长度ShaftExtension[R]:Amountbywhichshaftextendsbeyondhousingatrearofmotor:转轴后端突出部分长度ShaftDia：ShaftDiameter转轴中部有效部分直径图2.1.22转轴参数设置ShaftHoleDiameter轴孔直径图2.1.23轴孔直径CornerCutout[%]:Housingcornercutoutusedforinsertingflangemountedbolts.外壳法兰安装螺栓切角。CornerCutoutAddDifferencebetweenHousingDiaanddiameterofhousingcornercutout(HousingCutoutDia).Theareaisusedforinsertingflangemountedbolts.Theparameteronlyapplicabletothehousings(Housing)thathavecutouts.内切割。FinNumber[Quadrant]Thenumberoffinson1/4ofthehousingperipheryinaaxialfinnedmachine.四分之一模型的散热片数。FinextensionAmountbywhichfinextendsbeyondHousingDiameter.顶部散热片高度。图2.1.24Finthickness:Useaveragethicknessiffinsaretapered.散热片厚度FinPitch/Thick散热片厚度与散热片之间的气隙的厚度之和Note：也可以通过散热片间的气隙厚度和散热片的数量进行设置。图2.1.25散热片设置Flangediameter:法兰盘直径Sectionthatlocatesontoflangemountedplate.Flangeextension:凸缘延伸AmountthattheflangeextendsbeyondHousingDia.inaradialdirection.PlateHeight:散热板高Flangemountedcoolingplateheight.PlateWidth:散热板宽Flangemountedcoolingplatewidth.FlangeDepth:法兰盘高Amountthatflangeextendsaxiallybeyondhousing,i.e.flangemountinginterface.PlateThickness:法兰盘厚度Flangemountedcoolingplateaxialthickness.图2.1.26法兰盘、凸缘设置图2.1.27散热板设置ShaftHeight:转轴中心到底座的高度Heightofshaftcentreabovefootmountedbase:FeetWidth[Motor]:电机脚宽度Feetwidthatjunctionwithmotor[assuming2feet].FeetWidth[Base]:基座底宽Feetwidthatjunctionwithbase[assuming2feet].FeetLength:基座长度FeetaxiallengthBaseWidth:底板宽度Footmountedbasewidth.BaseThickness:底板厚度Footmountedbasethickness.BaseLength:底板长度Footmountedbaseaxiallength.图2.1.28底座及基座设置MagneticThickness:Themagnetradialthickness.永磁体径向厚度图2.1.29永磁体径向厚度此处为各类电机的相同的常用参数，另外由于不同电机的参数各不相同，软件帮助文件详细描述了各个参数的意义，此处不在单独解释。2.2轴向编辑图2.2.1轴向编辑区域图2.2.2轴向编辑区域1Housing:外壳类型选择，此处与前面径向设置一致，自动与径向匹配，无需再设置。Mounting：同Housing。EWdgCavity：Endwindingscavity.绕组端部腔体设置，可选择是否有腔体，腔体用来填充空气或其他导热物质。图2.2.3腔体的设置FeedbackType：反馈系统设置，可设置为带码盘的反馈系统。图2.2.4码盘各参数的意义Cowling：整流罩的设置图2.2.5整流罩径向几何参数图2.2.6整流罩轴向几何参数图2.2.7整流罩3D效果图ShaftType：转轴类型选择，包括2中类型的轴。图2.2.8solid类型转轴参数设置图2.2.9spider类型转轴设置如图2.2.10中红色区域所示几何参数在调节过程中，相应的结构会在图中右侧电机图形中显示，此处不再一一赘述。图2.2.10轴向编辑区域2图2.2.11电机编辑3D界面第三章绕组参数3.1绕组参数定义MotorCAD提供绕组的层模型和线模型两种类型。图3.1.1绕组层模型WindingType绕组类型选择，主要包括叠绕及非叠绕，非叠绕Overlapping是指每匝线圈同时跨过2个以上的齿槽，这种类型的绕线方式主要应用于散绕模型图3.1.2overlapping绕组设置Non-overlapping指每匝线圈绕一个齿槽。Non-overlapping包括以下几种类型，主要是绕组之间绝缘物质及形状的区别，如图3.1.3所示。图3.1.3WdgDefine：Windingdefine绕组层模型参数定义，如图3.1.4所示Liner-LamGapGapbetweenlinerandlamination(canbeairorimpregnation-seeMat[Liner-Lam]below)衬垫和硅钢片之间的气隙或者填充物厚度LinerThicknessSlotlinerthickness衬垫厚度ImpregLayer1MultiplierThegapbetweencopperlayersisreferredtoastheImpregThickness.I