ANSYS RMxprt电机设计精讲:调优分析实战篇

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图1

图1 算例文件目录




2 求解计算

• Pole-Embrace极弧系数:0.7;

• 求解;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图2

图2 Pole属性框

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

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图3

图3 创建输出变量

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图4

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图5

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图6

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图7

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图8

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图9

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图10

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图11

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;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图12

图13 调优求解

• 调优结果:当embrace=0.67时,齿槽转矩取得极小值;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图13

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%;

ANSYS RMxprt电机设计精讲之调优分析的图14

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!


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