Einführung in die CAD-Software für bürstenlose Gleichstrommotoren

Derzeit stehen mehrere Softwareoptionen für die Konstruktion von bürstenlosen Permanentmagnet-Gleichstrommotoren zur Verfügung, wie z. B. ANSYS, ANSOFT, MotorSolve, SPEED und andere. In China gibt es auch mehrere neu entwickelte Designsoftwareoptionen für bürstenlose Gleichstrommotoren.

Im Jahr 2006 führte Infolytica, ein renommiertes kanadisches Unternehmen, das auf elektromagnetische Computeranalyse spezialisiert ist, die MotorSolve BLDC-Motordesignsoftware speziell für bürstenlose Permanentmagnet-Gleichstrommotoren ein. Die MotorSolve-Software besteht aus zwei Teilen: Motor und Antrieb. Sie kombiniert klassische Analysemethoden mit Methoden der Finite-Elemente-Analyse für das Motordesign. Benutzer müssen nur Designparameter eingeben, um automatisch Modelle und Wicklungen zu generieren und Simulationsergebnisse basierend auf der elektromagnetischen Finite-Elemente-Analysesoftware MagNet zu erhalten. Benutzer können Designparameter wie Rotor- und Statorgeometrie, Pol- und Schlitzanzahl, Schlitzform, Wicklungen und Materialien ändern, um Motorfluss, Strom, Gegen-EMK, Drehmoment, Eisenverluste, Kupferverluste, Wirkungsgrad, Rastmoment und andere Leistungsdaten zu berechnen und mehrere Designschemata zu vergleichen. In der MotorSolve-Software müssen Benutzer nur Parameter wie Polzahl, Schlitzanzahl, Wicklungssteigung und Phasenversatz eingeben, um automatisch eine Wicklungsverteilung zu generieren, die Gegen-EMK, den Wicklungsfaktor und die harmonische Analyse der EMK zu berechnen.

SPEED-Software ist eine effektive Software zur Magnetfeld-Designanalyse, die von der Fakultät für Elektrotechnik und Elektronik der Universität Glasgow in Großbritannien entwickelt wurde. Sie umfasst viele Designanalyseebenen und wird jedes Jahr mit neuen Funktionen aktualisiert, um ihre Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit zu verbessern. PC-BDC wurde speziell für die Entwicklung von bürstenlosen Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten entwickelt.

Der Entwurfsprozess läuft ungefähr wie folgt ab:

• (1) Überprüfung der Entwurfsanforderungen;
• (2) Wählen Sie das Material für den Permanentmagneten des Rotors und das laminierte Material für den Stator. Die SPEED-Software enthält eine Datenbank mit Materialeigenschaften für Permanentmagnete und weichmagnetische Materialien.
• (3) Basierend auf Erfahrungswerten oder einer Statorvorlage werden die Rotorpolzahl und die Statornutzahl ausgewählt und die anfänglichen strukturellen Abmessungsparameter des Motors eingegeben.
• (4) Erstellen Sie mithilfe des Programms ein elektromagnetisches Modell und passen Sie die Motorgröße nach Bedarf an, um Drehmoment-, Drehzahl- und Verlustberechnungsergebnisse zu erhalten, die den Anforderungen entsprechen.
• (5) Wickelmodus auswählen, Windungszahlen optimieren, Drahtdurchmesser und Nutfüllfaktor angeben;
• (6) Überprüfung der Wirksamkeit der Regelung;
• (7) Ändern Sie einige Parameter und berechnen Sie iterativ verschiedene Optimierungsschemata. Ändern Sie beispielsweise die Anzahl der Wicklungen, den Luftspalt und die Magnetdicke, überprüfen Sie die Auswirkungen auf die Wärmeleistung und den Motorbetrieb und überprüfen Sie die Auswirkungen auf Spannung, Strom usw.;
• (8) Überprüfen Sie erneut, ob das Schema den Entwurfsanforderungen entspricht.

Die elektromagnetischen und thermischen Berechnungen bürstenloser Motoren können mit zwei Softwarepaketen durchgeführt werden, SPEED und Motor-CAD.

Die CAD-Technologie kombiniert die schnellen und präzisen Rechenfunktionen von Computern mit den theoretischen Forschungsergebnissen und der Designerfahrung von Motorexperten, beschleunigt den Produktdesignprozess, verkürzt den Designzyklus und verbessert die Qualität des Motorproduktdesigns. Obwohl die Funktionen der Designsoftware für das Design bürstenloser Motoren immer ausgefeilter und praktischer werden, sind grundlegende theoretische Kenntnisse und Designerfahrungen der Designer in Bezug auf bürstenlose Motoren unverzichtbar. Tatsächlich erfordert die Auswahl der Parameter im anfänglichen Design- und Entwurfsprozess die richtige Beteiligung und das richtige Urteilsvermögen des Designers. Die Verwendung moderner Designsoftware in Kombination mit herkömmlichen elektromagnetischen Designmethoden kann dazu beitragen, die Designkompetenz zu verbessern.