电机设计培训课程体系（选修）

本课程体系结合企业实际人才需求与电机技术发展路线，按照从基础理论到工程应用、从电磁设计到多物理场仿真、从传统电机到新能源驱动电机的完整知识体系分类，共分为六个技术专题。每个专题均结合主流电机设计软件与工程实践。

专题目录

专题一：电机学基础与机电能量转换原理

专题二：电机电磁设计与分析

专题三：电机结构设计与热管理

专题四：电机多物理场仿真与性能分析

专题五：电机控制与驱动系统集成

专题六：新能源驱动电机设计与行业应用

 

课程体系概述

电机设计是电气工程领域的核心技术，涉及电磁学、热力学、结构力学、材料科学、控制理论等多学科交叉。随着新能源汽车、工业自动化、机器人、航空航天等行业的快速发展，对掌握电机设计技术的复合型人才需求持续增长。本课程体系围绕从电机原理到系统集成的完整设计链条，涵盖电磁设计、结构设计、热管理、多物理场仿真、控制驱动、测试验证等内容，按照从基础到高级、从理论到实践的进阶路径设计，确保课程内容的系统性、先进性和实用性。

 

专题一：电机学基础与机电能量转换原理

培训目标

• 掌握电机的基本分类、结构与工作原理

• 理解机电能量转换的电磁场理论基础

• 熟悉各类电机的运行特性与数学模型

• 具备电机选型与初步设计能力

培训内容介绍

1. 电机概述：电机的定义与分类，电机在现代工业中的应用领域，电机技术的发展历程与趋势

2. 机电能量转换基础：磁场的基本物理量，铁磁材料的磁化特性，电磁感应定律与电磁力定律，机电能量转换原理

3. 磁路分析基础：磁路的基本定律，磁路与电路的类比分析，永磁材料的特性与应用

4. 直流电机原理：直流电机基本结构，工作原理，电枢反应与换向，励磁方式

5. 异步电机原理：三相异步电动机结构，旋转磁场产生机理，转差率概念，等效电路与功率流程，转矩-转差率特性

6. 同步电机原理：同步电机结构，励磁方式，功角特性与矩角特性，V形曲线，同步电机运行特性

7. 永磁电机原理：永磁材料特性，永磁同步电机转子结构，无刷直流电机工作原理

8. 特种电机原理：开关磁阻电机，步进电机，直线电机，轴向磁场电机

9. 电机额定参数：额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定频率，工作制分类，防护等级与安装方式

10. 电机性能指标：效率与功率因数，转矩特性，调速范围与精度，过载能力

11. 电机损耗与发热：损耗分类，电机的绝缘等级与温升限值，发热过程与热平衡

12. 综合实践：典型电机铭牌识读与选型计算分析

 

专题二：电机电磁设计与分析

培训目标

• 掌握电机电磁设计的基本流程与方法

• 能够进行磁路计算与电磁参数设计

• 熟悉绕组设计与磁钢选型

• 具备电机电磁方案初步设计能力

培训内容介绍

1. 电机设计概述：电机设计的一般程序，电机设计的技术要求与设计准则，电机设计的步骤与流程

2. 主要尺寸确定：电机主要尺寸与功率、转速的关系，利用系数与电磁负荷选择，主要尺寸比的选择

3. 磁路计算：空载磁路计算流程，气隙磁密确定，磁极漏磁系数计算，磁路各部分的磁压降计算

4. 绕组设计：绕组的基本类型，绕组节距与分布系数，每槽导体数计算，绕组因数计算，相电阻与漏抗计算

5. 永磁电机磁钢设计：永磁材料退磁特性，工作点确定，磁钢尺寸计算，磁钢布置方式，抗退磁能力校核

6. 参数计算：绕组电阻计算，电枢反应电抗计算，漏抗计算，直轴与交轴电抗

7. 工作特性计算：空载特性，负载特性，外特性，调整特性，效率特性，功率因数特性

8. 起动性能计算：起动电流计算，起动转矩计算，深槽与双笼转子设计

9. 永磁同步电机设计：永磁同步电机设计特点，反电动势设计，凸极率与磁阻转矩，弱磁扩速能力设计

10. 异步电机设计：异步电机设计特点，定转子槽配合选择，槽形设计，斜槽设计

11. 电磁设计优化：参数敏感度分析，多目标优化，田口方法在电机设计中的应用

12. 综合实践：永磁同步电机/异步电机电磁方案初步设计

 

专题三：电机结构设计与热管理

培训目标

• 掌握电机机械结构设计方法

• 能够进行电机热路分析与热设计

• 熟悉电机冷却系统设计

• 具备电机结构强度与热管理设计能力

培训内容介绍

1. 电机结构设计概述：电机结构组成，结构设计的一般流程，结构设计对电机性能的影响

2. 定子结构设计：定子铁心结构，定子槽形设计，定子绕组固定与绝缘结构，机座设计

3. 转子结构设计：转子铁心结构，永磁体固定方式，转子冲片设计，转子端环与导条设计

4. 转轴与轴承设计：转轴材料与热处理，轴的强度与刚度计算，临界转速分析，轴承类型选择，轴承寿命计算

5. 电机热源分析：电机内部热源分布，损耗计算方法，损耗在不同工况下的变化

6. 热传递基础：热传导、热对流、热辐射，热阻网络概念

7. 电机热路模型：等效热路图建立，定子绕组热阻计算，定子铁心热阻计算，转子热阻计算

8. 冷却方式：冷却方式分类，自然冷却，强制风冷，液冷，油冷技术

9. 液冷系统设计：冷却液选择，水套结构设计，流阻计算，进出口布置

10. 结构强度分析：转子强度分析，过盈配合设计，临界转速校核，疲劳寿命评估

11. 振动与噪声：电磁力波与振动噪声源，模态分析，共振规避，NVH优化设计方法

12. 综合实践：典型电机结构设计与热管理系统方案设计

 

专题四：电机多物理场仿真与性能分析

培训目标

• 掌握电机电磁场有限元仿真方法

• 能够进行电机热场与结构场耦合分析

• 熟悉多物理场联合仿真流程

• 具备电机性能仿真与优化能力

培训内容介绍

1. 电机仿真概述：电机仿真的目的与意义，仿真在产品开发流程中的位置，多物理场耦合概念，主流仿真软件介绍

2. ANSYS Maxwell仿真软件基础：软件界面与操作流程，各仿真模块功能，项目创建与模型设置

3. RMxprt电机快速设计：RMxprt模块功能，电机模板选择，参数输入与模型生成，性能快速计算

4. 二维瞬态场仿真：二维瞬态场建模流程，模型绘制与导入，材料设置，边界条件与激励设置，运动设置

5. 网格剖分与求解设置：剖分参数设置，网格质量控制，求解步长与时间设置，收敛性判断

6. 电磁场结果分析：磁力线分布，磁密云图，气隙磁密波形，反电动势波形，齿槽转矩分析

7. 电机性能曲线仿真：转矩-转速曲线，效率Map图生成，损耗分布分析，功率因数计算

8. Motor-CAD多物理场仿真：Motor-CAD软件功能，电磁模块快速设计，热模块设置，结构模块

9. 热场仿真分析：生热率计算与导入，CFD热流仿真，温度场分布分析，热点识别与冷却优化

10. 结构场仿真分析：电磁力加载，应力分布分析，模态分析，NVH噪声分析

11. 多物理场耦合：电磁-热双向耦合，电磁-结构耦合，热-结构耦合

12. 综合实践：永磁同步电机完整多物理场仿真与性能分析

 

专题五：电机控制与驱动系统集成

培训目标

• 掌握电机调速控制原理与方法

• 能够进行电机驱动器硬件设计

• 熟悉矢量控制与直接转矩控制策略

• 具备电机与驱动系统匹配设计能力

培训内容介绍

1. 电机控制概述：电机控制的目的与意义，调速性能指标，开环控制与闭环控制

2. 直流电机调速：直流电机调速方法，可控硅整流电源，PWM斩波调速，双闭环直流调速系统

3. 异步电机调速：异步电机调速方法，恒压频比控制原理，转差频率控制

4. 永磁同步电机控制：坐标变换原理，矢量控制原理，id=0控制，最大转矩电流比控制，弱磁控制

5. 无刷直流电机控制：六步换相原理，霍尔传感器位置检测，方波驱动与正弦波驱动

6. 电机控制器硬件：功率器件选择，驱动电路设计，电流采样电路，转子位置检测电路

7. PWM调制技术：SPWM原理，SVPWM原理与实现，载波比与调制比，死区时间设置

8. 电流环与速度环设计：PID调节器原理，电流环PI参数整定，速度环PI参数整定

9. 转子位置检测：增量式编码器接口，绝对式编码器接口，旋转变压器励磁与解码

10. 电机与驱动器匹配：驱动器容量选择，电压与电流匹配，过载能力校核，弱磁范围匹配

11. 通信与控制集成：CAN总线通信，EtherCAT实时通信，参数在线调整与诊断

12. 综合实践：永磁同步电机矢量控制系统设计与调试

 

专题六：新能源驱动电机设计与行业应用

培训目标

• 掌握新能源汽车驱动电机设计特点

• 能够进行高功率密度电机设计

• 熟悉先进电机技术发展趋势

• 具备行业应用电机方案设计能力

培训内容介绍

1. 新能源汽车对驱动电机的要求：整车对驱动电机的要求，驱动系统性能匹配，各类电机在EV中的应用比较

2. 永磁同步驱动电机设计：内置式永磁转子结构优化，V型与U型磁钢布置，磁阻转矩利用，弱磁扩速能力设计

3. 驱动电机电磁设计：高磁负荷与高电负荷设计，绕组技术，低谐波设计，转矩脉动抑制

4. 驱动电机热管理：高功率密度下的散热挑战，油冷技术，水冷机壳设计，热保护设计

5. 驱动电机结构设计：高速转子强度分析，过盈配合设计，轴承电蚀防护，轻量化设计

6. 先进电机技术：轴向磁场电机，轮毂电机技术，混合励磁电机，同步磁阻电机

7. 伺服电机设计：工业伺服电机特点，力矩波动抑制，低惯量设计，编码器集成

8. 永磁同步伺服电动机设计：冲片设计、绕组设计、磁钢选择，一般设计程序、设计原则和选型方法

9. 永磁无刷电动机设计：设计基础理论，设计方法与设计案例分析，产品选型与应用

10. 特种电机设计：微型步进电机应用选型，空心杯有刷/无刷电机结构设计，直线电机设计要点

11. 电机试验验证：试验流程，电机系统特性和参数测试，环境适应性试验，NVH测试

12. 综合实践：新能源驱动电机/工业伺服电机完整设计案例

 

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