基于RMXPRT和MAXWELL的永磁同步电动机优化设计
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1基于磁路法rmxprt的优选方案在电机设计的初期电机的几何尺寸绕组匝数和永磁体宽度等参数是无法准确给出的需要经过反复计算多方案对比后才能将其主要尺寸定下这就需要电机计算中对应于电机的参数分析和优化计算
理论与设计
基于RMXPRT和MAXWELL的永磁同步电动机优化设计
殷进省 江赛标 王文博
广东工业大学（510006）
参考文献 1 唐任远．现代永磁电机理论与设计[M]．北京：机械工业出版社，
1997． 2 李 金，王步来，王桂利，吴明芹。永磁同步电动机电磁场的有限
元分析[J]．电机技术，2009（2）：1～3． 3 王步来．高效节能永磁同步电动机的设计研究[J ]．电机技 术，
2006（2）：3～5． （收 稿日期：2 011- 01-19）
作 者 简介：殷 进 省，男，19 8 3 年 生，河 南 濮 阳人，硕士 研 究 生，研 究 方向永磁同步电动机设计与优化。
2011 年第 4 期 7
根据设置，计算机将自动对200个电机方案进行 距和永磁体厚度作为优化变量，初始值变化范
计算，从中选择性能较好的方案。
围：
通过观察计算结果，选择每槽导体数为16，
0.6≤Pole Embrace≤0.9
铁心 长 度 为 8 6 的 计 算 方 案 为 最 佳 方 案 。在该 方
6.5≤Magnet Thickness≤9.5
Optimization Design of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on RMXPRT/MAXWELL Yin Jinsheng Jiang Saibiao Wang Wenbo Guangdong University of Technology
M A X W E L L进行优化计算。算法选用遗传算法，以永磁
同步电动机的极弧系数、极弧偏心距和永磁体厚度作为 优 化 变 量，以气 隙 磁 密、齿 槽 转 矩 和永 磁 体面 积 作为 优 化目标 。优 化 后 效 果 明 显，对 实 际应 用具 有一定 的 指 导
2011 年第 4 期 5
理论与设计
原 电 机 设 计 方 案 主 要 参 数 如 下：功 率 50kW、频率50H z、电压200V、定子槽数48、定 子外径270m m、定子内径162m m、硅钢片材料 为M19 -2 6 G、叠 压 系数 0.9 5、铁心长 度 8 4、转 子 外 径160.4m m、转 子内径110 m m、永磁体 材料 NdeF30、永磁体厚度为7.5mm、每槽导体数为8， 极弧系数为0.85。槽型数据如图1，性能参数如表 1。
不足等，使得优化设计较为困难[2][3]。
scheme was input into: electromagnetic field finite element
本文利用A NSYS软件基于磁路法模块R M-
analysis software, MAXWELL, to be further optimized by genetic algorithm. The permanent magnet synchronous motor pole arc coefficient, pole arc eccentricity and permanent magnet thickness were taken as the optimized variation while air-gap flux density, cogging torque and permanent magnet area were taken as the optimized target in this ge-
案中重点关心的性能指标效率为95%，输出功率
0≤Pole Offset≤30
为50.019kW，额定转矩为132.681N m，与原方案
采用M A X W ELL优化功能里的遗传算法进
相比基本没变。
行 计算，利用M A X W E L L后处理功能，得到优化
后的齿槽转矩波形图5和气隙磁密波形图6，优化
意义。 关键词：永磁同步电动机
优化设计
Maxwell
有限元分析
中图分类号：TM302 文献标识码：A
DOI编码：10.3969/j.issn1006-2807.2011.04.002
越广泛应用的一种电机[1]。 电机的优化设计是根据其优化设计的数学
模 型，运用数 学 规 划中的 最 优化 理 论，寻求电 机 设计方案的最优化。近二十年来，随着电机优化 方法的深入研究和优化理论的进一步发展，电机 优化设计正朝着可靠、高效率和智能化的方向发 展。因为永磁同步电动机可选的优化变量多、变 量之 间的关 系 复 杂、技 术性能指 标 大、电 机设 计
理论与设计
通过波形的比较，可以明显的看到优化后的 齿槽转矩有了明显的下降，气隙磁密比优化前也 有了一定程度的降低。表2表明：永磁体面积也有 了明显的下降，节省了材料，降低了成 本，优化 效 果明显。图9为模型的磁密分布图，可以比较清楚 的看到电机内部的磁密分布状况。
3 结论
永磁同 步电 动 机 是 近 年来 研 究 开发非常多 的一种电机，但由于其优化变量多、变量之间的 关 系 复 杂 等 一系 列 原 因，永 磁 同 步 电 动 机 的 优 化设计比较困难。本文利用A N S YS基于磁路法 的R M X PRT和电磁场分析软件M a x wel l对一款 50 k W、8 极 的永磁同 步电动 机 进行 优化，优化 效 果比较明显，对实际的应用具 有一定的指导 作 用。
2 基于电磁场Maxwell优化计算
后平均气隙磁密、齿槽转矩和永磁体面积数值如
表2。
将选中的电机方案，利用A N S YS软件一键
表2 优化前后的性能参数对比
导入功能，导入到电磁MAXWELL进行分析，图2
优化前
优化后
为该方案的二维模型。分析后的结果，其气隙磁 密波形、齿槽转矩波形，如图3和图4。
经过M A X W E L L后处理计算，永磁体面积
Abstract: Firstly, a motor scheme of 50kW, 200V permanent magnet synchronous was preferred by the method
理 论不成 熟、电 磁 性 能 校 核计 算复 杂、积 累经验
of RMXPRT software based on magnetic circuit. A better
摘 要：利用基于磁路法的R M X P R T软件对一款 机的可靠性。又因无需励磁电流，因而无励磁损
50kW、200V的永磁同步电动机方案 进行优选，得到较
耗，提高了电 动 机 的 效率 和 功率 密度，因此 它成
为理想的电机方案后将其导入到电磁场有限元分析软件
为 近年来 研究得 较多 并 在各 个 领域中得到 越 来
在电 机 设 计 的 初 期，电 机 的几 何尺寸、绕 组
匝数和永磁体宽度等参数是无法准确给出的，需
由于 永磁同步电动 机以永磁体 替 代 励 磁 绕 组 励 磁，使电 动 机 结 构 较 为 简单，降低了加 工 和 装 配 费 用，且省去了集电 环 和电 刷，提高了电 动
要经过反复计算、多方案对比后才能将其主要尺 寸定下，这 就 需要电 机计 算中对应于电 机 的参 数 分析和优化计算。
平均气隙磁密 T 齿槽转矩 Nm
永磁体面积 mm2
0.7642 2.2398 382.33
0.7307 0.3954 322.089
为382.33m m2。以该方案的极弧系数、极弧偏心
利用M A XW ELL强大的后处理expor t data
6 2011 年第 4 期
和i mp or t d at a功能将优化前和优化后两个波形 放在一个图里面进行对比，效果如图7、图8。
图2 PMSM二维几何模型
效率
88.5422%
表1 原方案性能参数
齿槽转矩 Nm
2.0178
额定转矩 Nm
132.667
气隙磁密 T
0.8716
永磁体面积 mm2
382.3344
在 原方 案中，电 机 效率为 8 8 %，作为 永 磁 同 步电动机来说，该值偏低。利用R M X PRT参数化 方法，以每槽导体数和铁心长度作为参数变量，
with the function to guide the practical application. Keywords: Permanent magnet synchronous motor
1 基于磁路法RMXnt analysis Optimization design
X PRT 对一台50kW、8极、表面式的三相永磁同步 电动机 进行方案参 数化的优 选，得到优 选方案 后，将该方案导入到基于电磁场算法Ma x wel l里 面进行优化计算。优化效果明显，对实际应用有 较好的指导作用。
netic algorithom. The effect of optimization was obvious,
理论与设计
基于RMXPRT和MAXWELL的永磁同步电动机优化设计
殷进省 江赛标 王文博
广东工业大学（510006）
参考文献 1 唐任远．现代永磁电机理论与设计[M]．北京：机械工业出版社，
1997． 2 李 金，王步来，王桂利，吴明芹。永磁同步电动机电磁场的有限
元分析[J]．电机技术，2009（2）：1～3． 3 王步来．高效节能永磁同步电动机的设计研究[J ]．电机技 术，
2006（2）：3～5． （收 稿日期：2 011- 01-19）
作 者 简介：殷 进 省，男，19 8 3 年 生，河 南 濮 阳人，硕士 研 究 生，研 究 方向永磁同步电动机设计与优化。
2011 年第 4 期 7
根据设置，计算机将自动对200个电机方案进行 距和永磁体厚度作为优化变量，初始值变化范
计算，从中选择性能较好的方案。
围：
通过观察计算结果，选择每槽导体数为16，
0.6≤Pole Embrace≤0.9
铁心 长 度 为 8 6 的 计 算 方 案 为 最 佳 方 案 。在该 方
6.5≤Magnet Thickness≤9.5
Optimization Design of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on RMXPRT/MAXWELL Yin Jinsheng Jiang Saibiao Wang Wenbo Guangdong University of Technology
M A X W E L L进行优化计算。算法选用遗传算法，以永磁
同步电动机的极弧系数、极弧偏心距和永磁体厚度作为 优 化 变 量，以气 隙 磁 密、齿 槽 转 矩 和永 磁 体面 积 作为 优 化目标 。优 化 后 效 果 明 显，对 实 际应 用具 有一定 的 指 导
2011 年第 4 期 5
理论与设计
原 电 机 设 计 方 案 主 要 参 数 如 下：功 率 50kW、频率50H z、电压200V、定子槽数48、定 子外径270m m、定子内径162m m、硅钢片材料 为M19 -2 6 G、叠 压 系数 0.9 5、铁心长 度 8 4、转 子 外 径160.4m m、转 子内径110 m m、永磁体 材料 NdeF30、永磁体厚度为7.5mm、每槽导体数为8， 极弧系数为0.85。槽型数据如图1，性能参数如表 1。
不足等，使得优化设计较为困难[2][3]。
scheme was input into: electromagnetic field finite element
本文利用A NSYS软件基于磁路法模块R M-
analysis software, MAXWELL, to be further optimized by genetic algorithm. The permanent magnet synchronous motor pole arc coefficient, pole arc eccentricity and permanent magnet thickness were taken as the optimized variation while air-gap flux density, cogging torque and permanent magnet area were taken as the optimized target in this ge-
案中重点关心的性能指标效率为95%，输出功率
0≤Pole Offset≤30
为50.019kW，额定转矩为132.681N m，与原方案
采用M A X W ELL优化功能里的遗传算法进
相比基本没变。
行 计算，利用M A X W E L L后处理功能，得到优化
后的齿槽转矩波形图5和气隙磁密波形图6，优化
意义。 关键词：永磁同步电动机
优化设计
Maxwell
有限元分析
中图分类号：TM302 文献标识码：A
DOI编码：10.3969/j.issn1006-2807.2011.04.002
越广泛应用的一种电机[1]。 电机的优化设计是根据其优化设计的数学
模 型，运用数 学 规 划中的 最 优化 理 论，寻求电 机 设计方案的最优化。近二十年来，随着电机优化 方法的深入研究和优化理论的进一步发展，电机 优化设计正朝着可靠、高效率和智能化的方向发 展。因为永磁同步电动机可选的优化变量多、变 量之 间的关 系 复 杂、技 术性能指 标 大、电 机设 计
理论与设计
通过波形的比较，可以明显的看到优化后的 齿槽转矩有了明显的下降，气隙磁密比优化前也 有了一定程度的降低。表2表明：永磁体面积也有 了明显的下降，节省了材料，降低了成 本，优化 效 果明显。图9为模型的磁密分布图，可以比较清楚 的看到电机内部的磁密分布状况。
3 结论
永磁同 步电 动 机 是 近 年来 研 究 开发非常多 的一种电机，但由于其优化变量多、变量之间的 关 系 复 杂 等 一系 列 原 因，永 磁 同 步 电 动 机 的 优 化设计比较困难。本文利用A N S YS基于磁路法 的R M X PRT和电磁场分析软件M a x wel l对一款 50 k W、8 极 的永磁同 步电动 机 进行 优化，优化 效 果比较明显，对实际的应用具 有一定的指导 作 用。
2 基于电磁场Maxwell优化计算
后平均气隙磁密、齿槽转矩和永磁体面积数值如
表2。
将选中的电机方案，利用A N S YS软件一键
表2 优化前后的性能参数对比
导入功能，导入到电磁MAXWELL进行分析，图2
优化前
优化后
为该方案的二维模型。分析后的结果，其气隙磁 密波形、齿槽转矩波形，如图3和图4。
经过M A X W E L L后处理计算，永磁体面积
Abstract: Firstly, a motor scheme of 50kW, 200V permanent magnet synchronous was preferred by the method
理 论不成 熟、电 磁 性 能 校 核计 算复 杂、积 累经验
of RMXPRT software based on magnetic circuit. A better
摘 要：利用基于磁路法的R M X P R T软件对一款 机的可靠性。又因无需励磁电流，因而无励磁损
50kW、200V的永磁同步电动机方案 进行优选，得到较
耗，提高了电 动 机 的 效率 和 功率 密度，因此 它成
为理想的电机方案后将其导入到电磁场有限元分析软件
为 近年来 研究得 较多 并 在各 个 领域中得到 越 来
在电 机 设 计 的 初 期，电 机 的几 何尺寸、绕 组
匝数和永磁体宽度等参数是无法准确给出的，需
由于 永磁同步电动 机以永磁体 替 代 励 磁 绕 组 励 磁，使电 动 机 结 构 较 为 简单，降低了加 工 和 装 配 费 用，且省去了集电 环 和电 刷，提高了电 动
要经过反复计算、多方案对比后才能将其主要尺 寸定下，这 就 需要电 机计 算中对应于电 机 的参 数 分析和优化计算。
平均气隙磁密 T 齿槽转矩 Nm
永磁体面积 mm2
0.7642 2.2398 382.33
0.7307 0.3954 322.089
为382.33m m2。以该方案的极弧系数、极弧偏心
利用M A XW ELL强大的后处理expor t data
6 2011 年第 4 期
和i mp or t d at a功能将优化前和优化后两个波形 放在一个图里面进行对比，效果如图7、图8。
图2 PMSM二维几何模型
效率
88.5422%
表1 原方案性能参数
齿槽转矩 Nm
2.0178
额定转矩 Nm
132.667
气隙磁密 T
0.8716
永磁体面积 mm2
382.3344
在 原方 案中，电 机 效率为 8 8 %，作为 永 磁 同 步电动机来说，该值偏低。利用R M X PRT参数化 方法，以每槽导体数和铁心长度作为参数变量，
with the function to guide the practical application. Keywords: Permanent magnet synchronous motor
1 基于磁路法RMXnt analysis Optimization design
X PRT 对一台50kW、8极、表面式的三相永磁同步 电动机 进行方案参 数化的优 选，得到优 选方案 后，将该方案导入到基于电磁场算法Ma x wel l里 面进行优化计算。优化效果明显，对实际应用有 较好的指导作用。
netic algorithom. The effect of optimization was obvious,