Ansys Motor-CAD中的全新Adaptive Templates让电机设计更快、更轻松、更具可扩展性

“电机”一词往往让人联想到汽车，但其实电机无处不在，任何可以移动并与电源相连的设备都至少配有一个电机。这些设备包括汽车、飞机、电动工具、健身器材、家用电器（如冰箱、微波炉、搅拌机和冷却风扇）、工业设备、泵和暖通空调装置等。

由于电机的应用非常广泛，这意味着每天都有无数工程师在研究和开发更新、更高效的电机，这些电机包括无刷永磁（BPM）电机、感应电机、同步电机、外转子电机和同步磁阻电机。Ansys Motor-CAD电机设计专用工具专用于多物理场仿真，在电机研发过程中，其通常发挥着重要作用，为工程师提供了专用于电机的仿真解决方案，能够利用多物理场技术同时处理电机设计的电磁、热和机械方面的问题。

在最新版本的Motor-CAD中，我们的解决方案提供了更大的灵活性和创新可能性。其中，嵌入式Python驱动Adaptive Templates功能是一项重要的增强功能，使各项改进成为可能。

模板的优势

模板为电机设计工程师提供了方便的起点，使他们不必每次都从零开始进行项目设计。通常，工程师会根据特定设计需求基于模板进行修改。要为创新应用设计电机并获得竞争优势，就需要进行定制化设计。

长期以来，Motor-CAD一直为多种类型的电机设计提供模板，但到目前为止，定制设计更多的是依赖手动操作而非自动化流程。工程师有时会先准备一个DXF格式的线图，然后将其导入Motor-CAD软件并运行仿真，以评估其性能。导入的DXF没有参数化尺寸，不能用于参数研究，例如灵敏度分析或优化。通过有限的脚本功能，能够在设计中添加参数化节点、线段和弧线，但更复杂的更改则难以实现。

简而言之，电机设计在很大程度上是手动流程，每次更改都意味着缓慢的手动重复。可见，没有自动化，就很难对设计进行扩展或探索其几何改进方案，并且您也无法在不同电机中重复使用定制设计。

Adaptive Templates的出现，彻底改变了这一切。

Adaptive Templates的增强功能

Motor-CAD解决方案的Adaptive Templates解决了这些设计问题。该功能为工程师提供了更大的几何结构创建自由度，并且无需额外的工具或专业知识即可实现电机定制。Adaptive Templates让您能获得定制化的所有优势，并且，内置模板使用起来非常便捷。Adaptive Templates的优势包括：

• 实现电机设计中可扩展性的自动化，并提供灵活便捷的模板化几何结构。
• 对定制几何结构进行完全参数化，并能够将参数导出到外部优化工具，例如Ansys optiSLang流程集成与设计优化软件。
• 在任何替代电机设计中重复使用模板。
• 加速电机的开发，因为您可以构建包含自有知识产权（IP）的模板库。

您可以使用Motor-CAD软件内置的Python脚本功能来修改Adaptive Templates，这样，您可以创建一个可保存以备将来使用的Adaptive Templates，从而加速电机设计流程。

在实际操作中，这非常简单，只需使用Motor-CAD软件中的“编辑器”功能即可查看电机的几何结构。然后，通过单击“Adaptive Templates”选项卡，您可以插入新的Python脚本，以更改电机的参数。

例如，假设您想要在内置永磁同步电机（IPMSM）的转子上添加三角形缺口，以减轻齿槽转矩和转矩脉动，从而改善噪声、振动和声振粗糙度（NVH）。通过添加包含这些新参数的预先编写的Python行，转子设计就会按照设定自动更新。您可以在法向径向视图中看到模型的视觉变化，并验证新参数（如缺口角度、每极扫描数、深度等）是否已在参数表中完成。然后，可以保存此Adaptive Templates以备将来使用，以防需要进行额外修改。

Adaptive Templates的多物理场功能

为了使Motor-CAD解决方案中的Adaptive Templates更强大，我们已确保这些模板能够涵盖电机的电磁、机械和热物理特性，以实现高保真度的完整设计。

电磁学

电磁学通常是大多数基于基础几何结构的电机设计的起点。您可以通过Motor-CAD软件在原型电机设计上快速完成一系列电磁性能测试，包括计算转矩、功率、损耗、电压、电流、电感、磁链和力。当我们使用Adaptive Templates进行更改时，2D有限元分析（FEA）软件会直接求解该自适应几何结构，也就是说它使用的是真实几何结构，就像您之前导入DXF几何模型那样。只不过，现在这一切都已实现自动化，例如网格划分、材料、绕组设置等。涡流引起的AC绕组损耗也是电机中需特别关注的问题，并且在高频下不能忽视。Motor-CAD软件提供两种自动化选项——混合FEA和完整FEA，因此可以轻松在两者之间切换。

此外，Motor-CAD解决方案的实验室模块（Lab Module）在所有Adaptive Templates中均可使用，支持工况循环计算、系统建模效率图导出、NVH分析等功能。

力学

机械仿真与分析在电机性能的两个领域中至关重要：转子应力分析和NVH。如果我们在电磁学模块中设置了几何结构，它将与基于2D FEA的机械模块共享，从而可直接求解几何结构上的转子应力，而无需额外设置。同样，NVH的所有自动化和工作流程也采用Adaptive Templates。回到带有转子缺口的IPMSM示例，根据新的自适应几何结构，计算出作用在定子框架上的优化电磁力。力数据将与NVH模块共享，从而能够有效验证NVH改进的效果。

热

您还可以计算电机组件在稳态和瞬态工作条件下的温度，并且仅需几秒就能准确为热行为建模。Adaptive Templates也适用于热模块，如您在本图中所见，其展示了更新的弧形磁通屏障和几何形状。

在热模块中，传导等现象主要由组件之间的界面决定，因此对小幅定制变化不太敏感。对于较大幅度的热学定制，仍建议对热路进行专门定制。这里需要需要记住的一个关键点是，当使用Adaptive Templates进行更改时，会根据新形状重新计算横截面面积，因此质量和重量的计算将基于新形状，并且这些参数会传入热模块，以计算质量和热容等。

更多功能即将推出

我们计划在未来版本中对Motor-CAD软件Adaptive Templates进行进一步增强。因此，请务必再次查看该版本发布时的新功能。

同时，您可以观看Ansys Motor-CAD中的自适应几何结构模板网络研讨会，其中演示了如何在Motor-CAD解决方案中使用Adaptive Templates。