ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析

RMxprt-调优分析案例

作者：电机设计青年/MotorDesign Youth

时间：20211221

作者简介：曾担任ANSYS低频电磁工程师一职，后入职电机企业，从事电机产品研发工作，电机类型涉及电励磁同步电机、永磁同步电机、空心杯电机、轴向磁通电机等，应用行业涉及新能源汽车、航空、医疗器械等，精通软件且设计经验丰富。

RMxprt软件拥有一个方便实用的调优分析功能。调优分析，简单说，是先对设计变量进行一个大步长的扫描，查看输出变量在哪一个区间范围内可能存在最优值，进而再对在该区间范围进行小步长的计算，从而可以缩短计算时间，提高优化设计效率。

本文使用一个RMxprt自带的算例，来演示调优分析的具体操作过程。

1 打开算例

• File-Open Example或Desktop-Example：RMxprt/bldc/ws-1；

• 另存为文件：更改保存目录和文件名；

图1 算例文件目录

2 求解计算

• Pole-Embrace极弧系数：0.7；

• 求解；

图2 Pole属性框

• Results-Create RMxprt Report-Rectangular Plot：创建齿槽转矩曲线；

图3 创建输出变量

图4 齿槽转矩曲线

3 大步长参数化分析

• 将永磁体极弧系数设置为变量：embrace；

图5 添加变量

• 添加扫描变量及扫描范围：Optimetrics-Add-Parametric-Sweep Definitions选项卡：embrace从0.5~0.8、间隔0.05变化，单击Add选项；

图6 添加参数化求解器

• 添加输出参数：将Cogging Torque参数作为输出参数；

图11.9 添加输出参数

• 求解：ParametricSetup1-Analyze；

• 绘制输出参数与embrace曲线：Domain-Parameter，Torque-Cogging Torque Parameter；

图10 齿槽转矩随极弧系数变化曲线

• 修改扫描变量及范围：双击单开ParametricSetup1，重新设置变量及其扫描范围，并单击Update；

图11 修改扫描变量及范围

• 在该曲线上出现两个极小值，但是极小值出现的点不够精确，需要对0.6~0.7范围进行精确查找；embrace=0.5时虽然齿槽转矩降到0.0012mNm，对优化齿槽转矩而言可能达到最优值，但永磁体的可放置空间没有充分利用，可能引起电机负载性能的下降；

图12 齿槽转矩随极弧系数变化曲线

4 小步长调优分析

• 调优设置：调优变量的范围0.6~0.7，调优步长为0.01；

图13 调优设置

• 调优求解：勾选Real time，取消勾选Browse available variations，拖动右侧滑块，软件会自动计算滑块所对应的变量值，并自动更新曲线；

图13 调优求解

• 调优结果：当embrace=0.67时，齿槽转矩取得极小值；

图14 调优结果

• 对比：调优结果：当embrace=0.7时，齿槽转矩取最大值为665.05mNm；当embrace=0.67时，齿槽转矩取最大值为114.508mNm，下降了82.78%；

图15 齿槽转矩曲线@embrace=0.67&0.7

5 小结

本文通过一个简单的算例介绍了调优分析的具体操作，这个功能对于Maxwell软件来说，操作也是相同的。RMxprt磁路法设计软件是Maxwell软件进行电机电磁设计的基础，RMxprt更多的侧重于对电机结构、基本理论的掌握，这也是电机设计者所应具备的最基本的知识。

RMxprt电机设计精讲课程，基本上涵盖了软件的全部内容，包括定转子铁芯的拓扑结构、绕组和电路的拓扑结构、电机运行方式和负载类型、报告创建和编辑、自定义绕组、各种电机参数含义讲解、参数化分析/调优分析/优化分析、GRM模块、Maxwell模型向导、软磁材料/永磁材料设置等，其中有些内容与Maxwell的操作是相同的。作者计划以ANSYS Maxwell为平台，以电机电磁设计为内容，打造全系列的课程，RMxprt电机设计精讲是第一部分内容，更是基础，针对Maxwell的教程预计在明年会推出，期望能够提高电机设计工程师的仿真计算能力，也希望大家能够连续学习，并予以收藏和关注，谢谢大家的支持!