Ansys Motor-CAD 2022R2功能更新介绍

1 背景描述

Ansys Motor-CAD 2022R2主要更新包含NVH 功能增强、电机建模功能改进、新的基于RPC服务的脚本环境、Motor-CAD导入Maxwell功能更新、Motor-CAD导入optiSLang功能更新等，本文将分别从上述五个方面来进行介绍。

2 NVH功能增强

在2022R2版本中，软件对声学模型进行了更新。增加了无限长圆柱体声学模型，用户可以更好地预测低频声辐射。同时可考虑定子振动转化为从电机辐射出去的声音的辐射效率。在此前版本中，等效辐射功率(ERP)对电机之间的比较是一个很好的值，但它大大高估低频时的噪声，此时声音的波长远大于电机的尺寸，因此，对于低频噪声评估存在一些偏差。 软件也对声学加权模型进行了更新，声学模型增加A计权选项，以使得计算结果更接近人耳对噪声级的感知。

等效辐射功率(ERP)与无限长圆柱体声学模型

同时，在2022R2版本中，Motor-CAD的噪声预测结果可导入Ansys Sound(SAS)，便于用户进行噪音回放和计算心理声学指标。通过使用声音合成器可在完整的声学环境中听到预测的电机噪声，也包括风和轮胎的测量掩蔽噪声。



Ansys Sound(SAS)

3 电机建模功能改进

在2022R2版本中，对于同步电机Lab模型，用户可以对构建Lab模型的分辨率进行指定，实现高保真效率map和驱动周期的分析，同时，用户可对插值算法进行选择。



Lab模型的分辨率设定



插值算法选择 对电励磁同步电机而言，2022R2版本增加转子/定子损耗偏置比设置，该设置能够调整控制策略，达到在转子和定子之间分配焦耳损耗的目的，通过调整损耗偏置比，有助于确保最大限度地提高连续运行能力。



电励磁同步电机



转子/定子损耗偏置比设置

4 新的基于RPC服务的脚本环境

在2022R2版本中，软件新增了新的通信方法 JSON-RPC，其取代了以往Python/MATLAB环境中的ActiveX，通过Motor-CAD启动RPC服务，软件将使用新的Python模组连接到RPC服务，新的Motor-CAD_Methods Python模组是随最新版本一起安装的，用户无需单独再安装。用户将Motor-CAD对象附加到Motor-CAD实例当中有新旧两种方法，分别见下图所示。



旧方法



新方法

RPC中使用的语法或行为可以与 ActiveX 保持相同，在2022 R2版本中，RPC可使用所有ActiveX命令，RPC默认为关闭状态，用户需要在Defaults.INI (RPC_Enabled)中启用，设置方法为Defaults>>Automation， RPC适用于Python/MATLAB编程环境，含有大多数常见函数的文档字符串和错误消息。



RPC启用

5 Motor-CAD导入Maxwell功能更新

在2022R2版本中，增添加了新的UDPs。在BPM中，在转子和磁钢中，新增Surface Radial和Surface Parallel两个参数，分别表示径向充磁及平行充磁。

在定子中，新增Parallel Tooth和ParallelTooth Square Base，分别表示平行齿和底部方形平行齿，在老版本中，UDP无法直接对齿宽进行给定。在SRM中，在现有UDP中增加了定子齿Taper Angle参数。



BPM

在Motor-CAD导入到Maxwell模型中，有时会有很多小的圆弧或线段构成了模型，这会给求解带来一定的时间消耗，降低计算效率，新版本能够启用或禁用“Continuous Entities合并”，这会合并多段线区域内的Continuous Entities，使得模型更加连续，加快计算速度，提高计算效率。

Continuous Entities合并

合并多段线后的有限元模型

在2022R2版本中，软件改进了使用导入DXF建模时的多段线检测和创建。在以往的版本中， Motor-CAD使用DXF建模后，对导入到Maxwell中的模型的多段线进行检测和创建，新版本能够替换DXF几何图形中在 Maxwell中无效的圆弧，例如，Maxwell使用直线替换小圆弧，以便更加高效地进行求解计算。



Motor-CAD使用DXF建模后导入到Maxwell中的模型

Motor-CAD导入Maxwell功能更新总结如下： (1)更高的UDP覆盖率提供了更快的网格划分，并且能够在Maxwell中使用参数化几何图形； (2)使用Continuous Entities功能时，可以对多段线区域内的圆弧或线段进行合并，缩短了导出模型的生成时间； (3)改进了基于DXF的模型的多段线检测和创建，可以将自定义几何形状精确地传输到Maxwell中； (4)能够导出和求解3D模型，使得模型在Maxwell中，通过有限元求解器来准确计算端部效应等； (5)能够使用Maxwell的Clone Mesh，使用此功能时，用户必须在Maxwell中选择此选项。

6 Motor-CAD导入optiSLang功能更新

在2022R2版本中，匝数可作为输入参数进行参数优化，以便于用户对多绞线绕组进行优化。在Lab模块中，匝数具备缩放功能，支持非整数匝数值的计算，匝数对电磁性能有较大影响，在敏感性分析阶段时，匝数缩放功能能确保使用连续的匝数范围，从而简化MOP的生成并提高其精确度。



匝数缩放功能



Lab模块中非整数匝数计算



连续匝数范围 在优化分析阶段，用户可以设置一个离散的整数范围，以确保结果仅显示可行的绕组设计方案，下例中，在两个不同的绕组匝数值处出现两个不同的帕累托前沿，从结果可以清晰看到，线圈匝数是用于优化设计的关键参数。



两个不同绕组匝数出现两个不同帕累托前沿 本例中匝数的参数化范围设置见下图所示。



匝数参数化范围设置 用户需要注意的是，目前版本匝数作为参数化功能仅适用于多绞线绕组BPM电机类型。 在2022R2版本中，在OptiSLang_Integrated_Export_Tutorial的末尾增加了一节新内容，该节内容介绍了有关如何自定义脚本,更改输入、输出或进行分析的指南和示例，在自动导出的脚本功能中，当前版本不包含这些功能，新增内容为用户提供了完整的自由度，使用户能够将自动导出脚本的优势与完全自定义优化的能力相结合，实现更灵活的优化分析。

Motor-CAD Software Tutorial

OptiSLang_Integrated_Export_Tutorial末尾新增内容

7 总结

Ansys Motor-CAD 2022R2功能更新主要包含NVH 功能增强、电机建模功能改进、新的基于RPC服务的脚本环境、Motor-CAD导入Maxwell功能更新、Motor-CAD导入optiSLang功能更新等，这些功能更新对于电机分析设计来说具有十分重要的意义，能够更加高效、快速、准确的评估出电机的性能，使得电机设计变得更加合理、准确，为广大电磁工程师进行电机优化设计提供了方法参考与指导。

审核编辑：刘清