1 背景介紹

電機MAP圖是驅動電機的重點分析項目，尤其是新能源汽車驅動電機具有寬調速范圍等特點，借助Maxwell的Toolkits或ACT能夠很方便的生成Map圖。但是，經常有同學反映計算一次Map圖需要十幾個小時，甚至一整天的時間，并認為這是正常現象。其實不然，正常計算一次二維Map圖的時間應該控制為半小時左右。本文將就影響Map圖計算速度的因素和推薦設置展開討論。本文的推薦設置沒有版本限制，但推薦R2019+。

影響Map圖計算速度的因素主要有幾點。一是網格的剖分，在劃分網格的時候要避免過度剖分，2D的網格數量建議控制在10000左右；二是DSO與LSDSO設置，在求解時候可以打開分布式計算與大規模分布式計算，由原先一次計算一個工況點變為一次可以同時計算多個工況點；三是模型的周期性設置，當電機具有對稱時候，盡量采用單元電機模型代替全模型；四是ACT參數設置。如時間步長、周期數及參數掃描設置等，時間步長及周期數不宜過多，夠用為宜，參數掃描設置點數也不宜過多，夠用就好。

通過對以上幾個點進行處理后，將大大提高Map計算的速度及縮短計算時間。下面對這些點進行進一步的介紹。

2 網格剖分設置

有些工程師在計算的時候，會有一個誤區，認為網格越精細結果精度會越高，其實不然，網格在劃分的時候我們需要兼顧速度及精度，過度的網格剖分會大大增加計算時間及減慢計算速度，降低工程師的工作效率，同時也會對計算機會有更高的配置要求。所以需要在兼顧速度及精度的同時合理的設置網格剖分，不要過度網格剖分。同時有些用戶不對Surface Approximation網格剖分進行設置，導致計算精度下降，特別是齒槽轉矩。

二維旋轉電機的推薦網格剖分設置有以下幾點。首先刪除所有的網格設置，選中所有的物體，設置Surface Approximation ，設置合理的 α 和δ，如α = 30°及δ = 0.001；然后選中band和airgap，設置Inside Selection剖分設置，如設置為氣隙長度或者氣隙長度的一半；最后對鐵心、磁鋼、繞組和InnerRegion設置合理的InsideSelection剖分設置，一般設置為氣隙長度的4倍。下圖為48S8P電機模型其采用了八分之一模型所生成的網格結果。

3 分布式計算設置

有些工程師在計算時，不開啟DSO，參數化掃描計算的時候是一個方案一個方案進行計算，這樣會需要很長的計算時間，如果打開了DSO進行多任務計算，可以一次性計算多個任務，這樣可以大大提高計算效率。DSO和LSDSO都是利用多個CPU核心并行計算，實現多任務同時求解，用于提高參數化和優化分析的速度。

DSO分布計算，推薦在10個以內并行計算任務時使用，它的使用較為簡單，只需要在HPC處設置DSO數量，其余設置與Map圖常規計算一樣，當掃描任務量較大時，利用LS-DSO可大幅提高Map圖計算速度。DSO設置如下：

1)點擊Simulation下面的Analysis Config；

2)Tasks = 并行計算的方案數；

3)Cores = 調用的核心數，最大可設置為邏輯處理器核心數；

4)推薦設置：Tasks = Cores = 邏輯處理器核心數 - 1or2。

LSDOS大規模計算推薦在并行計算數超過20個時候使用，其使用較DSO稍復雜一些，需要在Map圖計算ACT里設置。LSDSO設置如下：

1)在Toolkit設置最后一頁：

勾選 Save Toolkit settings to file

勾選Only prepare new design compatible for LS-DSOjob (user to submit job)

點Finish，自動創建新design

2)右鍵點新design的ParametricSetup1，點Submit Job…提交參數化求解任務；

3)勾選 Use large scale DSO；

4)設置 Tasks 和 Cores ；

5)點擊 Submit Job；

6)計算結束，重新進入Toolkit，next到最后一頁，勾選Use results of LS-UDO run..，選擇對應的 Design 和LS-DSO job ID 生成Map 圖。

4 模型周期對稱性設置

當電機具有對稱時候采用單元電機模型代替全模型，可以大大減少計算量，提高計算速度及效率。

使用最小單元電機模型，需在2D Design Settings設置周期對稱數。同時對于邊界條件需要注意，當單元電機為一對極時，如16p24s，設置Hs= Hm邊界條件；當單元電機為單個極時，如8p48s，設置Hs = -Hm邊界條件。

16p24s，Hs=Hm邊界條件

8p48s，Hs=-Hm邊界條件

5 ACT參數設置

ACT參數設置包含時間步長、周期數及參數掃描設置等。

(1)時間步數

由于電機軸功率對時間步長的敏感性相對電功率來說較小，因此Toolkit在計算效率時始終采用了軸功率和損耗組成的效率表達式。

電功率與每周期時間步數曲線

軸功率與每周期時間步數曲線

對于電動機模式：

對于發電機模式：

在計算Map圖時，每個周期的時間步數不宜設置過大，可以采用默認的30步（或者加大到40~60），可平衡計算速度和精度。

(2)周期數

Maxwell基于磁場分析結果，通過后處理的方式計算鐵心損耗，磁場幅值的建立至少需要半個電周期，計算Map圖時，對于永磁同步電機，周期數設置為2即可，如果使用半周期TDM，可以只計算半個電周期。

(3)參數掃描變量數的設置

首先是電流和電流相位角的掃描設置，Toolkit使用非線性DOE采樣，默認的6*10是較平衡的設置，如需進一步提高精度，可在每個維度增加3～5個點。其次是轉速點的設置，從2020R1開始，對于同步電機，Toolkit可取消對轉速變量的掃描，取消勾選Specify number of speed sweeppoints，或者直接設置為1即可激活該功能，由于減少了一個掃描維度，計算量大幅降低，當鐵損系數與轉速無關時，建議使用該功能。

6 測試案例

為此，本文拿一個例子來進行測試，測試計算Map圖所需的時間，本文開啟DSO設置，Tasks= Cores = 8，一次性計算8個任務，最終用時18分鐘就把Map圖結果計算完成了，軟件版本為2020R2，相關參數設置如下。

DSO設置及計算過程：

Map計算結果：

軟件版本為2020R2，電腦硬件配置如下：

7  總結

通過設置周期模型、合理設置網格剖分、打開DSO及LSDSO加速計算、合理的ACT參數設置等操作后，軟件可以在很短的時間內將電機的Map圖結果計算出來，如本文所述案例，在18min內就可將結果計算完成。如果對相關參數及點數進行進一步優化合理設置，同時將電腦硬件配置進一步提高，計算Map結果所需的時間將會進一步縮短，這將會大大提高了電機工程師的工作效率。