先进永磁电机智能设计工业软件：关键技术及应用

研究背景及意义

• 国家战略需求：工业软件作为新型工业化和新质生产力的核心要素，其国产化是建设制造强国的必然选择。国家政策层面持续推动工业软件研发，如《“十四五”智能制造发展规划》、《质量强国建设纲要》等文件明确要求提升工业软件水平。
• 产业前沿阵地：永磁电机在高档数控机床、航空航天、新能源汽车等关键领域具有广泛应用，其高效率、高功率密度等优势使其成为产业发展的核心装备。
• 产业痛点问题：传统永磁电机设计工业软件存在建模自由度低、多场耦合计算效率低、优化效果差等挑战，亟需突破。

软件功能及创新点

• 软件功能：基于开源生态，实现电机高维建模、仿真、优化及可视化界面全工具链开发，包括参数化建模、定制化绕组分析、材料与边界条件设置、电磁性能计算及后处理等基础功能。
• 创新点：
  • 异构化建模：通过镜像非对称转子、多段磁动势编辑等设计，突破传统结构定式，提升电机性能上限。具体数据：2段编辑主谐波磁动势幅值提升8.25%，关键阶次径向力谐波抑制41.59%；输出转矩提升14.31%，焦耳损耗降低16.34%。
  • 日时谐场加速有限元求解：突破瞬态场求解框架，大幅提升计算速度。
  • 分层优化：通过Morris矩阵和组合代理模型，增强优化收敛能力，缩短方案周期。
  • 超解析算法实现多场耦合：通过热网络和应力解析协同机制，提升多场耦合效率。

应用案例及创新成果

• 应用案例：
  • 低噪高效工业电机：采用镜像非对称转子拓扑结构，全频段噪声降低336%，高频噪声降低9.20%。
  • 新能源汽车驱动电机：实现驱动电机性能的快速求解和路谱综合效率的多目标优化。
• 创新成果：所研制的永磁电机设计软件在建模、仿真、优化及多场耦合方面实现全面突破，推动永磁电机设计效率和质量提升。