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电机设计和仿真 E-Machine Design 

       Simcenter E-Machine design是一款帮助客户加速电机设计的软件工具，通过结合Simcenter SPEED、Simcenter Motorsolve 和 Simcenter MAGNET 的优势来复现电机实验。Simcenter E-Machine Design能够将产品开发时间从典型的 3-4 年缩短到两年以内，连接电机 V 周期的各个部分，更好的满足客户的需求。这包括早期设计阶段，详细设计阶段，以及测试和验证阶段。我们的产品组合允许客户将机器集成到完整的动力传动系统中，并减少您对物理原型的依赖。

一、软件特色
       E-Machine Design利用一种革命性的技术，将机器的性能映射到集总参数电路模型进行等效。该等效模型综合考虑了磁通的各种路径。当电路被计算时，响应被转回电磁领域，并且机器的响应被清楚地描绘出来，方便地查看扭矩与时间图表，扭矩与速度图表或效率图。使用可用的模板，用户可以在几分钟内快速配置给定机器的转子和定子拓扑。然后，作为革命性技术的结果，用户可以在几秒钟内执行他们想要的实验，这允许非常快速的检查，以确定极槽配合，可能的气隙，材料检查，绕组布局和匝数等。

1. 基于模板驱动的虚拟样机快速建模      

      Simcenter E-Machine Design中提供了诸多模板，包括：同步电机——如无刷永磁电机，感应电机，同步磁阻电机，换向电机——如直流电刷电机，开关磁阻电机，以及一种特殊的新型电机——轴向磁通电机。

3. 丰富的材料库

       E-Machine Design具有广泛的材料库。有超过25个分类的库共计400多种材料可供您使用，您可以从这些可用的库中选择材料或定义您自己的材料属性。材料属性是全面的，可以包含非线性表数据在适用的地方。特定属性的定义可以包括对温度、频率和磁场的依赖。

2. 自动计算平衡绕组布局备选方案

       Simcenter E-Machine Design集成了先进的自动绕线设计工具，可以自动选择一些最复杂的槽/极组合的绕线布局。布局方法允许您选择使用缠绕编辑器的预计算布局(自动)或创建自己的(手动)。功能包括分数槽螺距，搭接/同心绕组，多个平行路径，单层/双层绕组等。绕组因数和反电动势(谐波)都很容易计算。

4. 电磁-热分析

       在设计电机时，一个很大的挑战是，您的机器组件的温度可能会导致故障，因此在设计过程的早期检查这些类型的潜在故障非常重要（东芝国际公司有一份白皮书，标题很有启发性:“温度杀死电机”，你可以通过这个网页找到这个参考：https://www.toshiba.com/tic/datafiles/app_notes/Temperature_Rise_1605749858.pdf）。事实上，部件过热超过基准温度每10°C，机器的寿命就会减少一半。虽然材料的电气特性(绝缘)不作为温度的函数而改变(对于所有机器操作温度都是线性的)，但随着时间的推移，温度会显著影响材料作为绝缘体的能力。

        Simcenter E-Machine Design允许您在同一工具中耦合电磁和热仿真，这使您能够考虑到机器内所有材料的真实温度，并帮助您在设计过程的早期预先加载任何热问题。在此之后，您可以查看机器在给定的工作占空比下是如何加热的，然后评估在这些高温下性能下降了多少。最后，您可以很容易地探索添加不同的冷却配置与预定义模板的常见策略，如外部风扇冷却，末端缠绕喷雾冷却或水套，来考察这些冷却措施对热量的抑制好坏。

二、轴向磁通电机
       轴向磁通电机的磁通分散在多个物理平面上，具有复杂的三维磁通路径，采用传统的有限元方法进行仿真，成本高，耗时长，难以预测和解释磁通路径。同时由于这些磁通路径的复杂性，原型设计甚至比径向磁通电机更重要。 Simcenter E-Machine Design包含轴向磁通电机模板，工程师只需几分钟就能搭建想要的原型机并利用该软件输入侧接口模板和输出侧分析功能结合的特点，在几秒钟之内就能够预测轴向磁通电机的性能。因为堆叠层数有可能显著提高性能，用户现在可以评估轴向和径向磁通量的替代方案，并亲自证明是否可以实现更高的功率密度。许多人认为这类电机可以塑造电动汽车的未来。

5. Simcenter HEEDS参数设计探索

       了进一步减少开发机器设计所需的时间，您可以将E-Machine Design与我们的设计空间探索工具Simcenter HEEDS相结合。这允许您执行一个完整的可能性探索，以便您可以更容易地满足您的机器的要求。您可以基于原始的机器设计，然后探索改变转子和定子的几何形状，或改变绕组电流看看这些变化是如何影响重量，成本，扭矩特性，磁通密度和机器效率的。Simcenter HEEDS直接连接到Simcenter E-Machine Design，并允许用户快速设置研究以探索设计空间。

三、Simcenter 产品集成
       电机设计涉及到工程领域的方方面面如结构、效率、温升、电磁、振动噪声等，需要各个部门紧密协调配合，而不同学科的工程问题给产品集成带来不便，因此在电机设计中同步考虑这些因素能够大大缩减开发周期，减少物理样机数量，并使最终样机的确定给到最大保障。

当前的集成方法：

（1） 集成出现在研发设计周期的后期；

（2） 只有物理原型才能检测到问题；

（3） 优化迭代是昂贵的，解决措施不是最优的。

Simcenter 集成方法：

（1） 集成是虚拟的、早期的、方便快速的；

（2） 以更多保证将电机设计带入原型阶段；

（3） 减少所需的物理原型机数量，更快的实现“正确的设计”。

1. Simcenter 系统集成

       电机的效率已经超过95%，进一步优化是复杂的。要想将电动动力总成的效率提升到一个新的水平，就需要在系统层面进行优化。 Simcenter 可帮助您将电机集成到动力传动系统中从而验证所有组件的交互方式。通过为您的系统设计合适的电机，优化您的驱动循环、NVH、热或电力电子性能。

2. 热集成

       当前电机设计中冷却策略需要一个彻底的评估，如果冷却系统不能去除所需的热量，那么电机就有故障风险。为了确保所有运行条件下所需的热量都能从电机中排除，我们必须评估我们可能有的电磁学、热学和任何流体冷却的想法，这是一个涉及多学科的物理问题。我们的解决方案是Simcneter STAR-CCM+，将simcenter仿真的电磁-热结果转换为STAR- CCM+的热源，通过电磁学、计算流体动力学（CFD）和热因素的耦合多物理场，全面评估电机的冷却。

3. NVH集成

       电磁力可以在人的听觉范围内(200赫兹- 10,000赫兹)产生可听的声音和齿轮呜呜声。在这个范围内的声音可以被认为是噪音，是电动机和/或传动系统的磨损或故障状态。 Simcenter E-machine Design可以与Simcenter 3D结合，对电机、外壳和传动进行完整的NVH分析。进一步，我们在Simcenter 3D中的评估可以拆分，以便我们可以考虑机械/结构影响或声学影响。 首先，Simcenter E-Machine Design用于创建动力传动系统内电机原型，并计算定子表面力密度矢量的分布。这些电磁力被导出到一个通用数据文件(.UNV扩展文件)，该文件可包含多个工作点;每个工作点都是一个综合的时间暂态数据集。然后将UNV文件导入Simcenter 3D，并将力直接映射到机械/结构或声学模拟中。一旦导入，力就会作为现有Simcenter 3D模拟的输入压力，通过有限元或边界元方法计算振动噪声响应。