電機(jī)設(shè)計(jì)分為對(duì)標(biāo)設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)兩條路子。對(duì)標(biāo)設(shè)計(jì)就是在對(duì)標(biāo)電機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，會(huì)規(guī)避很多風(fēng)險(xiǎn)。但在沒有對(duì)標(biāo)品的情況下，或者我們和對(duì)標(biāo)品的設(shè)計(jì)思想相差太大時(shí)，就不得不進(jìn)行正向設(shè)計(jì)。

所謂正向設(shè)計(jì)就是從指標(biāo)到方案的過程，我們這里作重討論電磁設(shè)計(jì)。我認(rèn)為正向設(shè)計(jì)需要解決三個(gè)關(guān)鍵性問題。

一、技術(shù)路線·決定產(chǎn)品的基因

首先需要解決的問題就是技術(shù)路線問題，這個(gè)問題可大可小，大到公司中長(zhǎng)期產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃，小到一款電機(jī)的電磁方案選擇。我們這里按小的來說，我們選擇什么樣的電磁方案，實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的思辨過程。比如說我們的目標(biāo)是降成本。那么我們需要思索走哪條技術(shù)路線。是走少磁的路線，還是少銅的路線。每一種路線又可以往下演繹成若干條技術(shù)分支，然后我們再跳到反面去思考這種技術(shù)路線的制約條件，比如是否有致命缺陷、是否對(duì)環(huán)境兼容。

針對(duì)制約條件，我們需要制定應(yīng)對(duì)策略。比如為了應(yīng)對(duì)少稀土磁鋼易退磁的缺陷，我們應(yīng)該增加抗退磁設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子冷卻等輔助技術(shù)策略。比如要解決集中繞組的NVH問題，我們需要新增輔助槽設(shè)計(jì)、齒頂修形等輔助策略。

最后我們會(huì)得到一組技術(shù)策略組，比如：集中繞組+輔助槽+齒頂修形，這就是我們選定的技術(shù)路線。這決定了我們后續(xù)設(shè)計(jì)的基調(diào)，它的潛力有多少，也基本上確定了。我們和其它產(chǎn)品的技術(shù)不是單一技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，而是技術(shù)策略組之間的競(jìng)爭(zhēng)。

二、指標(biāo)體系·認(rèn)知世界的維度

評(píng)判指標(biāo)體系很重要，這相當(dāng)于規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)，好的設(shè)計(jì)離不開一套好的指標(biāo)體系。指標(biāo)體系涵蓋很多方面，有功效層面的、也有NVH、熱管理層面，還有一些中間控制指標(biāo)，比如電感、磁密、反電動(dòng)勢(shì)。

為什么指標(biāo)體系重要，因?yàn)樗鼈兪莾?yōu)化目標(biāo)，如果少了一個(gè)目標(biāo)，相當(dāng)于少了一個(gè)約束，在作大范圍尋優(yōu)時(shí)就會(huì)少了某些關(guān)鍵約束條件，后面可能會(huì)出現(xiàn)大的紕漏。而且直到樣機(jī)實(shí)驗(yàn)不太再有機(jī)會(huì)去發(fā)現(xiàn)問題了。因此指標(biāo)體系代表了我們認(rèn)識(shí)電機(jī)理解系統(tǒng)的認(rèn)知維度。早期我們對(duì)電機(jī)認(rèn)知可能局限在效率、轉(zhuǎn)矩功效特性。現(xiàn)在我們能夠理解到系統(tǒng)下電機(jī)新的設(shè)計(jì)指標(biāo)，比如電感量、凸極比。在EV領(lǐng)域的應(yīng)用中我們又進(jìn)一步增加了面向NVH特性的電機(jī)特性的考評(píng)要求，和寬面域工作范圍內(nèi)電機(jī)綜合熱狀態(tài)的評(píng)估要求。如果說我們?cè)瓉韺?duì)電機(jī)的指標(biāo)的理解是一維的，現(xiàn)在已經(jīng)拓展到了三維，而且這個(gè)維度還在不斷提高。顯然哪些掌握了更多考核指標(biāo)的團(tuán)隊(duì)，將會(huì)獲得一種高維優(yōu)勢(shì)。

如果說指標(biāo)體系代表了理解世界的廣度，那么構(gòu)建出來的內(nèi)外指標(biāo)之間內(nèi)在的聯(lián)系，則代表了理解世界的深度。此處的關(guān)鍵是我們?nèi)绾文軌驅(qū)⑾到y(tǒng)的指標(biāo)逐層分解，最后轉(zhuǎn)換成可以實(shí)際工作的算法。

以電機(jī)NVH設(shè)計(jì)問題為例，從系統(tǒng)側(cè)我們能夠獲得的指標(biāo)可能是噪音幅值的要求，但這個(gè)指標(biāo)是抽象的，在正向設(shè)計(jì)時(shí) 如何將它逐層往下分解才是關(guān)鍵。從噪音落實(shí)到關(guān)鍵振動(dòng)的強(qiáng)度要求，將振動(dòng)轉(zhuǎn)換成徑向電磁力控制水平的要求，最后將電磁力轉(zhuǎn)換成若干次磁密諧波的控制要求。如此將一個(gè)抽象的聲學(xué)要求翻譯成了電磁設(shè)計(jì)問題。這種翻譯能力即需要具備全局的視野又要有抓主要矛盾的能力，是團(tuán)隊(duì)核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。

三、迭代方法·設(shè)計(jì)效能的關(guān)鍵

所有的方案都是迭代出來的，因此迭代方法非常重要， 迭代的方法決定了設(shè)計(jì)效率、和設(shè)計(jì)水平。什么是好的迭代，我認(rèn)為可以從兩個(gè)角度去理解，第一個(gè)是迭代的順序。

總的來說，迭代的過程和指標(biāo)分解的過程是相反的，后者是自上往下的過程，而前者是自下往下的過程。好的迭代順序，就是把底層的問題、能夠快速解決的問題放到前面的環(huán)節(jié)去做，而把外層的問題，耗時(shí)的問題放到后面去做。我們?nèi)匀灰噪姍C(jī)NVH設(shè)計(jì)為例，我設(shè)計(jì)了一個(gè)迭代流程。

拋開結(jié)構(gòu)方面的因素，我們自上往下走，決定振動(dòng)噪音的關(guān)鍵在電磁力，而決定電磁力的是負(fù)載下磁密諧波水平，而負(fù)載下磁密諧波水平和空載靜磁場(chǎng)諧波水平又密切相關(guān)，再往前走一步： 空載靜磁場(chǎng)諧波水平又可以落實(shí)到定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。因此最基礎(chǔ)的問題還是磁極結(jié)構(gòu)、槽形設(shè)計(jì)、繞組設(shè)計(jì)等。

現(xiàn)在我們可以設(shè)計(jì)迭代的順序了，先用快速的方法計(jì)算基礎(chǔ)的問題，比如我們用靜磁場(chǎng)分析來判斷空載氣隙磁密，并加以迭代優(yōu)化。以8極48槽電機(jī)為例，我們把容易引起24階振動(dòng)（以機(jī)械頻率為基波）的五七次諧波 ，容易引起48階振動(dòng)的11、13次諧波作針對(duì)性優(yōu)化。

在電源激勵(lì)下、特別是在PWM電源激勵(lì)下電磁力情況更復(fù)雜，計(jì)算的電磁力結(jié)果更真實(shí)，但其計(jì)算速度也更慢，如果放棄靜磁場(chǎng)迭代，將電磁力判定標(biāo)準(zhǔn)完全放在瞬態(tài)場(chǎng)側(cè)，將會(huì)使得迭代周期特別漫長(zhǎng)，喪失速度優(yōu)勢(shì)。因此一個(gè)好的迭代順序，必然是有先有后，按輕重緩急和難易程度將一個(gè)復(fù)雜問題分解成若干個(gè)迭代過程。

影響迭代效能的第二個(gè)因素是迭代速度和廣度，人工建模的方法將無(wú)法滿足要求，一是速度慢，二是人工尋優(yōu)范圍有限，不能尋到最優(yōu)解。因此需要盡可能的讓計(jì)算機(jī)完成建模和迭代的過程。這就需要兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，其一是參數(shù)化建模，其二是迭代優(yōu)化算法。

以下圖為例，對(duì)雙V轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的磁密優(yōu)化設(shè)計(jì)，涉及到參數(shù)非常多：包括雙v的夾角、極弧、磁橋的厚度、長(zhǎng)度、輔助槽的位置、大小等等，傳統(tǒng)的人工建模尋優(yōu)的方法遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到要求。必須引入?yún)?shù)化建模，參數(shù)化掃描、優(yōu)化算法來解決問題。

說明：通過參數(shù)化掃描，尋找雙V氣隙磁密正弦性最優(yōu)解，共掃描了9477個(gè)方案。

總結(jié)：需求倒逼設(shè)計(jì)技術(shù)升級(jí)

新能源、機(jī)器人、伺服驅(qū)動(dòng)等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)電機(jī)的要求快速提高，催生了電機(jī)技術(shù)更新?lián)Q代不斷加速，這導(dǎo)致電機(jī)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)維度不斷提高，最終使得駕馭設(shè)計(jì)越來越困難。 

這種態(tài)勢(shì)下，對(duì)電機(jī)人來說，這是最壞的時(shí)代，也是最好的時(shí)代。所有的困難背后都是機(jī)遇，前提是我們要靜下心來思索如何從宏觀和微觀兩個(gè)角度提升我們的設(shè)計(jì)。

宏觀上，我們需要反復(fù)辯證技術(shù)路線的選擇，這涉及到我們的產(chǎn)品能發(fā)展到的上限。在微觀上我們需要改善我們的迭代方法和迭代工具。不但如此我們還要在宏觀和微觀之間構(gòu)建橋梁，將系統(tǒng)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成更底層的具體指標(biāo)，轉(zhuǎn)換成控制數(shù)學(xué)函數(shù) ，使得自動(dòng)迭代成為可能。

在這方面蝸牛一直在學(xué)習(xí)和思考，并在工作中積累了一些經(jīng)驗(yàn)。我們將之總結(jié)歸納成了一套體系課程，蝸牛很想將這些知識(shí)經(jīng)驗(yàn)分享給大家，但畢竟有養(yǎng)家糊口的需要，還是要收費(fèi)的，因此必須考慮是否符合市場(chǎng)需求。大家?guī)臀覀€(gè)忙，作個(gè)市場(chǎng)調(diào)研。

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