现代电机设计与ANSYS多物理场有限元仿真实践（基础篇）

编辑推荐
精讲电机电磁-温度-结构多物理场耦合、电磁场有限元、NVH、模态仿真与分析
跨越理论与实践 从零基础跃迁专家级
“逐步逐图”指导入门 “独立实践”电机仿真
迅速掌握多种电机设计与多物理场仿真能力
一本“手把手”教学、能让读者“零基础”入门，并最终“独立完成”电机仿真项目的实践指南。掌握其应用，已成为现代电机工程师不可或缺的核心能力。
所有案例均配备极为详尽的操作步骤截图、关键参数说明以及设置原理解释，力求揭开仿真软件的神秘面纱。
基于多物理场有限元分析的数字化仿真技术，正成为驱动电机设计方法论深刻变革的核心引擎。ANSYS仿真软件为电机典型的多物理场耦合系统提供了强大的协同仿真平台。

从低空经济的垂直起降飞行器，到具身智能人形机器人的灵巧关节，再到新能源汽车的高效动力系统，电机作为这些前沿领域的“心脏”，其设计与性能直接影响着整个系统的能效与可靠性。
本书不仅系统梳理了电机设计的理论框架，更将焦点精准对准了多物理场仿真这一核心技术突破点，特别是在新兴应用领域尤为突出。ANSYS多物理场仿真平台为解决这些挑战提供了可能，而本书正是这一技术路径的清晰导航，通过“扎实理论+工程实践导向”的完美结合，详细展示了如何运用ANSYS工具解决电机设计中的具体问题，具有很强的实操性。
本书敏锐地捕捉到战略性新兴产业的澎湃脉动，不仅提供参考与实践指导，更是一部指引行业未来技术方向的预见之作，同时能启发大家在各自领域开拓创新，共同推动中国电机技术及其应用迈向新的高度。
——ANSYS公司中国区CTO 涂敏

本书旨在满足电机设计人员对现代电机仿真设计理论和实操的需求，重点讲解如何利用ANSYS软件开展电机设计中的电磁计算、温升计算、振动噪声计算等工作，并探讨了人工智能算法在现代电机智能化设计中的应用。本书以实际工程项目为依托，突出工程性和实操性，既有详细的仿真设计步骤，又有工程设计经验讲解，帮助读者可以逐步自主完成电机多物理场仿真，实现从理论到仿真再到实验的工程项目开发的所有环节。
本书适合电机设计相关的企业研发和设计人员工作参考、培训机构教学使用，以及相关专业师生学习。

李全峰，工学博士，副教授，博士生导师，上海电机学院新型电机开发实验室主任，同济大学国家磁浮交通工程技术研究中心外聘专家，上海市白玉兰人才计划浦江学者，英国约克大学博士后，英国伦敦国王学院高级访问学者。
主要研究方向为：1）高品质新型特种电机设计；2）新能源汽车电驱系统动力总成NVH关键技术；3）电驱系统健康状态监测技术；4） eVTOL动力系统NVH特性研究。
在IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Transportation Electrification和IEEE Transactions on Energy Conversion等电气工程领域国际Top期刊，以及其他期刊和国际会议上发表论文100余篇，授权发明专利5项。主持或参与国家级、省市级科研项目及企业科研项目30余项。同时担任 IEEE TIE、TEC、TTE等国际知名杂志审稿人。指导的研究生多人次获得国家奖学金和上海市优秀毕业生。创立电机领域技术分享微信公众号“电机人（Motohood）”。

推荐序
前言
第1章　电机起源及发展
1.1　电机的定义及起源
1.1.1　电机的定义
1.1.2　电的起源
1.1.3　磁的起源
1.2　电机发展史
1.2.1　交流感应电动机发展史
1.2.2　直流电机发展史
1.3　电机的分类
1.3.1　传统电机
1.3.2　现代电机
1.3.3　未来电机
1.4　ANSYS有限元软件介绍
1.4.1　ANSYS的发展
1.4.2　ANSYS的功能概览
第2章　永磁有刷直流电机设计理论及电磁- 温度- 结构多物理场耦合仿真
2.1　永磁有刷直流电机结构及工作原理
2.1.1　永磁有刷直流电机的结构
2.1.2　永磁有刷直流电机的工作原理
2.2　永磁有刷直流电机电磁设计理论
2.2.1　永磁有刷直流电机的基本方程
2.2.2　永磁有刷直流电机的机械特性
2.2.3　永磁有刷直流电机的设计特点
2.3　基于ANSYS永磁有刷直流电机电磁设计仿真实例
2.3.1　RMxprt快速建模及电磁性能计算
2.3.2　RMxprt一键导出Maxwell模型
2.3.3　额定工况计算
2.3.4　空载工况计算
2.3.5　堵转工况计算
2.3.6　齿槽转矩计算
2.4　基于ANSYS永磁有刷直流电机温度场仿真实例
2.4.1　有刷直流电机的损耗理论
2.4.2　电机内热交换基本理论
2.4.3　电机温度场计算中的传热边界条件
2.4.4　温度场仿真的实例描述及仿真策略
2.4.5　模型导入和网格划分设置
2.4.6　气隙的等效处理及热源计算
2.4.7　Fluent 3D仿真设置
2.4.8　仿真结果查看
2.5　基于ANSYS永磁有刷直流电机定子模态仿真实例
2.6　基于ANSYS永磁有刷直流电机转子模态仿真实例
2.7　基于ANSYS永磁有刷直流电机振动噪声仿真实例
第3章　异步电机设计理论及电磁场有限元仿真
3.1　异步电机的结构及工作原理
3.2　异步电机主要参数之间的关系
3.2.1　异步电机的主要尺寸
3.2.2　电机中的几何相似定律
3.2.3　电磁负荷的选择
3.2.4　线负荷As和气隙Bδ磁密的选择
3.2.5　电机主要尺寸比及主要尺寸的确定
3.2.6　系列电机及其设计特点
3.2.7　异步电机能效等级标准
3.3　基于ANSYS RMxprt的三相异步电机电磁设计仿真实例
3.3.1　RMxprt模块基本介绍
3.3.2　RMxprt模块下三相异步电机的参数设置
3.3.3　三相异步电机的仿真计算及结果查看
3.4　基于ANSYS Maxwell 2D的三相异步电机设计仿真实例
3.4.1　三相异步电机Maxwell模型仿真
3.4.2　三相异步电机径向气隙磁密谐波分析
第4章　永磁同步电机设计理论及电磁有限元仿真
4.1　永磁同步电机结构及工作原理
4.1.1　永磁同步电机组成结构
4.1.2　永磁同步电机运行机理
4.1.3　永磁同步电机的电磁数学模型
4.1.4　永磁同步电机电磁力与NVH的耦合路径
4.2　永磁同步电机电磁设计理论
4.2.1　永磁同步电机主要尺寸选择
4.2.2　永磁同步电机的参数、设计目标与约束条件
4.2.3　永磁同步电机槽极配比与绕组方案
4.2.4　永磁同步电机的气隙长度、齿轭磁密与永磁体退磁定标
4.2.5　永磁同步电机电感、反电动势、转矩脉动与齿槽转矩定标
4.2.6　永磁同步电机损耗模型与效率评估
4.3　基于ANSYS永磁同步电机电磁设计仿真实例
4.3.1　基于RMxprt的永磁同步电机设计流程
4.3.2　基于RMxprt的永磁同步电机参数化扫描仿真设计
4.3.3　基于ANSYS Maxwell 2D的永磁同步电机仿真设计
4.3.4　基于ANSYS Maxwell 2D的永磁同步电机径向气隙磁密谐波分析
4.3.5　基于ANSYS Maxwell 2D的永磁同步电机齿槽转矩仿真分析
第5章　基于ANSYS永磁同步电机振动噪声仿真实例
5.1　基于ANSYS Maxwell 2D的永磁同步电机谐波电磁力计算
5.2　基于ANSYS Workbench的永磁同步电机电磁振动分析
5.3　基于ANSYS Workbench的永磁同步电机噪声仿真分析
第6章　基于ANSYS永磁同步电机定子模态仿真实例
6.1　基于ANSYS永磁同步电机定子模态仿真实例
6.2　基于ANSYS永磁同步电机转子模态仿真实例
参考文献