设计电子机器:一个电磁问题?

日益激烈的竞争和越来越苛刻的应用意味着，现在，公司比以往任何时候都需要突破电机设计的界限，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-使电机设计人员能够在找到最佳电机设计时充分探索物理限制。然而，直到最近，执行完整的多物理场分析的复杂性以及对多个专家团队的需求，往往将热学和力学分析降级到验证步骤，而最初的概念设计仅被视为“电磁问题”。

初始概念设计仅仅是一个电磁问题吗?

仅根据电磁分析做出早期设计决策存在局限性，可能会阻碍机器充分发挥潜力。例如，在电磁性能方面看起来相同的两种设计，当与等效电流密度相比时，在分析其热学和机械特性时可能会有很大差异。如果没有从设计过程的一开始就进行多物理场分析，电机设计师可能会选择一个次优的候选产品。事实上，我们的经验表明，在流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，如下面的示例所示。

当仅使用电磁分析来做出早期设计决策时，机器设计师通常依靠电流密度来判断概念设计的热性能。图1中所示的两台机器——48槽8极内部永磁体(IPM)，具有0.5槽填充系数，和12槽8极内部永磁体(IPM)，具有0.5槽填充系数——在给定的电流密度下比较，发现它们具有相同的性能。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，认为这些候选设计中的任何一个都是可以接受的。

然而，如果我们使用耦合电磁和热模型比较相同的工作点，如图2所示，很明显，槽的数量和槽的形状对机器的热行为有重大影响(在本例中为60⁰C/140⁰F的差异)。因此，与电磁分析单独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。

从单一物理概念设计的转变

组合多物理场软件工具的出现意味着以前的限制——多物理场分析的复杂性、耗时的本质以及涉及多个专家团队的需要——不再是一个障碍。现在可以快速轻松地进行耦合电磁，热和机械分析，使电机设计人员能够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子机械行业所面临的压力，电机设计师做出良好的初始设计决策变得越来越重要，以避免未来出现意想不到的问题，因为改变的成本更高。

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