电子机器设计:电磁问题?

日益激烈的竞争和越来越苛刻的应用意味着，公司现在比以往任何时候都需要突破电机设计的边界，创造出更强大、更高效的电机。要做到这一点，需要多物理场分析——电磁、热和机械分析的结合——使电机设计师能够在寻找最佳电机设计时充分探索物理极限。然而，直到最近，进行完整的多物理场分析的复杂性以及需要多个专家团队，通常将热和机械分析降级为验证步骤，最初的概念设计仅被视为“电磁问题”。

初始概念设计仅仅是电磁问题吗?

仅根据电磁分析做出早期设计决策会有局限性，这可能会阻止机器的全部潜力得到发挥。例如，两种在电磁性能方面看起来相同的设计，与等效电流密度相比，在分析它们的热和机械特性时可能相差很大。如果没有从设计过程的一开始就进行多物理场分析，电机设计师可能会使用次优候选。事实上，我们的经验表明，在过程的早期结合多物理场分析可能会导致根本不同的设计决策，如下面的例子所示。

当单独使用电磁分析进行早期设计决策时，机器设计师通常依赖电流密度来判断概念设计的热能力。图1中所示的两台机器-具有0.5槽填充因子的48槽8极内部永磁体(IPM)和具有0.5槽填充因子的12槽8极IPM -在给定电流密度下进行比较时，发现具有相同的性能。如果仅使用电磁分析进行早期概念设计，电机设计师可能会得出结论，这些设计候选中的任何一个都是可接受的。

然而，如果我们使用电磁和热耦合模型来比较相同的操作点，如图2所示，插槽的数量和插槽的形状对机器的热行为有显著的影响(在本例中为60⁰C/140⁰F的差异)。因此，仅用电磁分析比较或优化设计变化是一种有限的方法，可能导致不正确的设计选择。

单一物理概念设计的转变

联合多物理场软件工具的出现意味着以前的限制——复杂性、多物理场分析的耗时性质，以及涉及多个专家团队的需要——不再是障碍。耦合电磁、热和机械分析现在可以快速轻松地进行，使电机设计师从设计过程的一开始就充分探索设计空间。而且，考虑到电机设计师在快速发展的电机行业中面临的压力，电机设计师做出良好的初始设计决策以避免后续出现意想不到的问题变得越来越重要，因为变更成本更高。

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