如何設計一個高效率的電機，哪種電機設計軟件最適合。以下流程既適用于交流電機，也適用于直流電機。

交流電機包括BLDC電機，也被稱為無刷電機（brushless motors）。軸向磁通電機（axial flux motors）和感應電機（induction motors），如特斯拉的電機，也是用這種方法設計。

電動機的設計步驟和電磁計算（electromagnetic calculations）說明如下。

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設計電機的第一步是定義電機應該做什么和能夠做什么。在行業(yè)內(nèi)，這也被稱為定義電機要求（define the requirements）。

電機應該有多大的扭矩（torque）和速度（speed）。什么功率（power）和效率（efficiency），電機應該有多長（length），電機應該有什么直徑（diameter）。你應該首先確定具體應用的要求，例如，電動汽車、電動船或電動飛機。

由此，得出對電驅(qū)動和電池系統(tǒng)的要求。從電驅(qū)動（electric drive）的要求中，可以得出對電機和逆變器（inverter）的要求。

確定優(yōu)先次序（prioritization）是很重要的，這樣才可以選擇正確類型的電機，并且開發(fā)團隊每個人都應知道什么是最重要。

2）創(chuàng)建電驅(qū)動系統(tǒng)的架構(gòu)Architecture of Electric Drive System

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電驅(qū)動系統(tǒng)的架構(gòu)（architecture），由電機、逆變器組成，有時包括齒輪箱（gearbox）。架構(gòu)有助于了解不同組件之間的相互作用，即機械（mechanical）、電氣（electrical）和熱力（thermal）。

架構(gòu)有助于理解電機、逆變器和齒輪箱的關(guān)系和互動（relationships and interaction）。有了這個架構(gòu)，就可以討論如何優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)以及在哪些方面可以降低成本。

3）電機類型的選擇和比較Selection of Electric Motor Type and Comparison

在預選（preselection）階段，應非常仔細地考慮哪種類型的電機最適合具體應用。每類電機都有其優(yōu)點和缺點（advantages and disadvantages）。

基于前述要求和優(yōu)先級（prioritization），比較哪種類型的電機最適合于具體的應用。還應該仔細考慮以后要生產(chǎn)的電機的數(shù)量（volume）。

因為繞組技術(shù)（winding technology）的選擇也是基于產(chǎn)量目標（is derived from）。而繞組技術(shù)對電機的設計有很大影響（have a great influence）。

4) 為電機設計計算選擇一個起點Select a Starting point for Motor Design Calculation

選擇哪一個計算起點（starting point）并不那么重要。有一些公式（equations）可以估算出給定功率的電機尺寸。但最簡單的方法是簡單地看一下有類似要求的其他制造商和競爭者使用什么尺寸（benchmark綜合對比）。

在大多數(shù)情況下，電機設計的起點是電機長度（length）和電機直徑（diameter）的要求。

5）電機的電磁設計分析計算Analytical Electromagnetic Motor Design Calculation

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分析軟件工具（Analytical software）用于設計和計算。輸入軟件的參數(shù)包括直徑、長度和電機的電壓。然后，電機設計軟件使用方程式分析計算扭矩和速度。

只需要幾秒鐘就可以得出結(jié)果。然后改變參數(shù)（parameters），直到得到所需的扭矩。參數(shù)的調(diào)整需要大量的經(jīng)驗，因為每個參數(shù)都會直接影響到電機的不同性能（a direct influence on different properties）。

例如，可以使用優(yōu)化算法（optimization algorithms）來幫助開發(fā)一個特別高效的電機。然而，分析計算有一個很大的問題，那就是速度、扭矩和效率結(jié)果的準確性（the accuracy of the result）。

精度（accuracy）通常在70%至80%之間。這取決于電機的復雜性（complexity）和使用的軟件。那么如何提高精確度？

6）二維有限元電機仿真2D FEM Electric Motor Simulation

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檢查分析計算的最好方法是用二維有限元模擬。這里，二維意味著電機在X和Y兩個維度上被分成許多小網(wǎng)格，這些網(wǎng)格越小，結(jié)果就越準確，但這也需要更多的計算時間（computing time）。這些結(jié)果可用來改進分析計算中的參數(shù)。

那么，為什么要再次回到（take the step back into）分析性計算的步驟中去呢？在二維模擬中，通常只計算一個確切的負載點（only exactly one load point），即確切的一個速度/轉(zhuǎn)矩點的效率。用二維模擬的適應性參數(shù)(adapted parameters)來分析計算效率圖(efficiency map)更有意義。

電機設計模擬10大軟件包括：Maxwell,Jmag,MotorXP,Speed,Emdtool,Motorsolve,Femag,Motorwizard,Opera,Fluxmotor,QuickField,Motor-cad,Rmxpert

7）三維有限元電機仿真模擬3D FEM Electric Motor Simulation

什么時候以及為什么還需要三維模擬？二維仿真假設結(jié)構(gòu)在Z方向上是一樣的。但是，如果從上面看電機，例如，電機的頂部和底部兩端并不一樣

雜散磁通（Stray fluxes）可能發(fā)生在電機的上端和下端，設計者應該估計其影響有多大。對于非常短的電機（short electric motors），雜散磁通的影響可能很大。

3D模擬的結(jié)果應該再次用于2D模擬。因為在三維模擬中計算電機的特性曲線（characteristic curve），需要太多的計算能力和時間。

另一個需要3D模擬的例子是軸向磁通電機（axial flux motors），其電磁場（electromagnetic field）在3個維度上發(fā)生變化。長電機會產(chǎn)生軸的彎曲振動（bending vibrations of the shaft），導致轉(zhuǎn)子和定子之間的距離發(fā)生變化。這個距離也被稱為氣隙（air gap），它的變化會影響到扭矩和其路線（the torque and its course）。

8）電機開發(fā)的額外要點

8.1 電動機測試和測量

任何進行模擬和計算的設計者當然也應該知道如何檢查結(jié)果。因為理論和實踐之間存在一定差異。檢查結(jié)果可以分為3個步驟。測量材料，例如磁鐵和金屬板。

零部件的測量，例如帶磁鐵的轉(zhuǎn)子（the rotor with the magnets）和帶繞組的定子（the stator with the windings）。最后，當然還有對整個電機的主動和被動測量（active and passive measurement）。應該盡早開始測量材料和部件，并將結(jié)果納入模擬（incorporate the results into the simulation），以改善設計。

8.2 電機的機械和熱設計（Mechanical and Thermal Electric Motor Design）

電機的機械和熱設計和模擬也非常重要。因為只有通過熱模擬（thermal simulation），才能發(fā)現(xiàn)電機到底能提供多長時間的最大功率。

熱設計和計算的程序與上述電磁設計非常相似。電磁模擬的結(jié)果，如功率損失，納入熱模擬中。對于大扭矩或高速度的電機，機械模擬特別重要。