【嗶哥嗶特導讀】隨著新材料的應用和新技術的迭代，BLDC電機將實現質優價低的突破，未來也將走向更廣泛的應用場景。 

　　BLDC是典型的機電一體化類電機，其設計過程是一個復雜的多學科綜合問題，它涉及電磁、結構、流體、溫度和控制等多個領域。隨著新材料、新工藝以及各種電機新技術的發展，BLDC電機設計的要求越來越苛刻，精度要求也越來越高，傳統的設計方法和手段已經不能滿足現代電機設計的要求，必須借助于現代仿真技術才能解決各種設計難題。 

　　針對電機永磁化、高速化、無刷化、數字化、集成化、智能化、高效節能化的發展趨勢和相關技術挑戰，安似科技(上海)有限公司(以下簡稱“Ansys”)能提供集成化設計解決方案和流程，高效實現電機從磁路法到有限元、從部件到系統、從電磁到多物理場耦合的多領域、多層次、

        成化電機及驅動/控制系統設計。

　　 圖1：3DMotorFlux 

 　   據了解，Ansys集成化電機設計流程主要包括： 

       1.電機快速設計和方案優選：采用電機磁路法設計工具RMxprt和電機多學科快速設計工具Ansys & Motor-CAD，快速實現電機的初始方案評估和優化設計，縮小電機的設計空間，并一鍵輸出電機二維或三維有限元模型以及電機的系統仿真模型備用;　

       2.電機電磁場有限元精確優化設計：采用Maxwell二維或三維電磁場有限元仿真，并結合內置外電路或Simplorer控制電路，對電機有限元模型進行仿真設計和細節優化，并輸出等效電路模型備用;　

      3.電機電磁、熱耦合分析：采用Maxwell輸出電機的幾何模型和分布式損耗到Mechanical或FLUENT等工具中，進行電機溫度場仿真，實現電磁、熱單/雙向耦合分析，預測電機在各種工況下的溫升并優化散熱系統設計;

　   4.電機優化設計：在電機初始設計階段，采用Motor-CAD與專業優化設計工具Ansys optiSLang進行多學科快速綜合優化;在電機高精度設計階段，采用Maxwell與optiSLang、DesignXplorer相結合，實現包括電機電磁性能、NVH、散熱設計在內的多物理場綜合優化設計。

　　5.電機電磁、振動、噪聲耦合分析：采用Maxwell輸出電機的幾何模型到Mechanical，利用Workbench和Ansys電機電磁、振動、噪聲自動化耦合仿真流程，便捷地分析電機在各種工況下的結構應力、形變以及振動噪音。

　　6.電驅動系統集成化設計：采用Simplorer進行電機及控制系統仿真，結合SCADE嵌入式控制代碼自動生成技術;結合Maxwell場路耦合、瞬態協同仿真技術;結合Q3D線纜、母排、IGBT寄生參數提取技術;對整個電驅動系統進行高精度仿真和性能優化。

　  BLDC從原理上看似簡單，但是一款高性能、低成本的BLDC電機的研發卻是具有一定難度與挑戰。例如，對于應用家用電器領域的BLDC電機，要求其有更高的能效標準、更低的噪音、更低的成本。Ansys電機行業專家王楊認為，電機企業如果依然采用傳統的基于物理樣機試驗的研發手段，是難以在較短的開發周期內解決這些問題的。一流電機企業的解決措施就是采用精確有限元仿真計算與優化設計算法相結合，在計算機中對成千上萬種虛擬樣機進行仿真測試，最終迭代出滿足性能要求的最佳設計方案，這極大的節省了樣機制作成本、縮短了開發周期。　

　　　圖2：expert-design-interfaces-1　

　    從理論上來說，電機的效率和體積是一對矛盾，在電機減重的同時提升效率是具有非常大的難度。王楊表示，由于短期內電機材料與工藝很難有較大的突破，在此情況下提升電機能效的技術手段主要還是引入優化設計算法，將包括電機效率、體積、成本在內的性能指標作為優化目標，利用高精度的有限元仿真軟件和高性能計算機，基于電機理論和優化算法在合理的設計空間內進行窮舉設計，獲得兼顧效率、體積、成本等的最優設計方案。

　　王楊表示，BLDC電機技術發展方向和其他各類中小型電機的技術發展方向基本一致，都是更加小型化、高效化，對于電機企業來說還有低成本化。從長期來看，新材料和新工藝的創新可以從根本上提高電機產品的綜合性能，進而也可以促進電機磁路結構、散熱結構的創新，例如成本更低、磁性能更好永磁材料，損耗更小、重量更輕的導電材料，熱阻更小的絕緣材料等等。另外，隨著電力半導體器件、專用的控制集成電路、無感控制算法等技術的進一步發展，也將使BLDC電機產品朝著更加專用化、集成化、智能化方向發展。

　　BLDC電機本質上是采用電子換向的交流電機，與有刷直流電機具有相同的運行特性，具有更高的可靠性。在過去20年中，BLDC電機在汽車、無人機、醫療設備、家用電器、電子消費產品中得到了大量的應用。王楊相信，隨著相關技術的發展與創新，質優價低的BLDC電機將在未來幾十年中大規模取代有刷直流電機，獲得更加廣泛的應用。　

　   王楊：　

　   Ansys電機行業專家，畢業于沈陽工業大學電機與電器專業，此后長期從事永磁電機研發設計相關工作，對Ansys低頻電磁產品有深入了解，在電機工程仿真領域經驗豐富。2019年加入Ansys公司，負責低頻電磁仿真軟件Maxwell和Motor-CAD等相關的電機行業支持推廣工作。　

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