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知识库 — PCB轴向磁通电机自动化仿真系统
本文件是项目的核心知识沉淀，供人和任何 AI 工具阅读使用。 全部结论基于参考案例 axial_mag_pull 和 torqrippswap 的实测验证。 入口文件：仓库根 AGENTS.md（AI）/ README.md（人）。
1. 环境事实
| 项 | 值 |
|---|---|
| Motor-CAD | 2026R1 (v261) |
| 定位方式 | 环境变量 MOTORCAD_ACTIVEX → activex.bat → exe 路径；未注册时脚本内用 set_motorcad_exe() 回退 |
| Python | ≥ 3.10，pip install ansys-motorcad-core pyside6 pandas |
| 许可证 | FlexNet: ANSYSLMD_LICENSE_FILE=1055@localhost，lmgrd + ansyslmd 都必须在跑 |
| 非登录 shell 陷阱 | AI 工具的 shell 可能不继承机器级环境变量，需 inline 设置或脚本内回退 |
| 单次电磁求解耗时 | 约 90~150 秒（视机器性能和网格设置） |
| 窗口不可见陷阱 | pymotorcad 用 /SCRIPTING 模式启动，默认主窗口隐藏，必须 set_visible(True) |
| Git 子目录路径卡死（2026-08-30 实测） | 从仓库根目录执行带子目录路径的 git 命令（git add docs/x / hash-object web/x / diff / checkout）会永久挂起（CPU≈0，等 IO，30s 不返回）；git log/status/rev-parse/ls-files 正常。规避：先 cd 到目标子目录再用相对文件名执行（cd docs; git add TEST_RECORDS.md 秒回）。疑似与中文仓库根路径 + git 2.52.0.windows.1 组合相关 |
1.1 环境验证命令
# 验证 Motor-CAD 自动化注册
echo $env:MOTORCAD_ACTIVEX
# 验证许可证
echo $env:ANSYSLMD_LICENSE_FILE
# 验证 Python 包
python -c "import ansys.motorcad.core; print('pymotorcad OK')"
1.2 常见环境问题
| 现象 | 原因 | 解决 |
|---|---|---|
| Motor-CAD 启动后 30s 退出 | 许可证 ansyslmd 未运行 | 检查 ANSYS License Management Center (http://localhost:1084) |
| pymotorcad 报 NoSuchProcess | 同上，或环境变量未继承 | inline export 两个环境变量 |
| Motor-CAD 窗口看不见 | /SCRIPTING 模式默认隐藏 | mc.set_visible(True)；若仍找不到，点任务栏图标 → Win+↑ 最大化 |
| 改电流无效 | CurrentDefinition=1 时改了 PeakCurrent | 改 RMSCurrent |
| AI 生成不遵循 prompt（变量名编造/可选字段不输出） | PROMPTS_DIR 路径错一层：web/backend/app/config.py 中 BACKEND_DIR=app/，原 PROMPTS_DIR=BACKEND_DIR/"prompts" 指向不存在的 app/prompts/，实际在 web/backend/prompts/ → 一直走 _default_prompt() 中文兜底 |
已修为 BACKEND_DIR.parent/"prompts"（2026-09-03）。教训：改 prompt 文件后必须验证后端实际加载的是它（看 ai_call_logs 的 prompt_preview 开头）；影响面：plan_generation/result_analysis 两个 prompt 此前均未生效 |
2. Motor-CAD 自动化核心方法
2.1 连接与实例管理
import ansys.motorcad.core as pymotorcad
# 创建独立实例（不要连接已有实例，可能控制错误窗口）
mc = pymotorcad.MotorCAD(open_new_instance=True, keep_instance_open=False)
mc.set_visible(True) # 必须，否则窗口隐藏
mc.set_variable("MessageDisplayState", 2)
mc.display_screen("Scripting")
2.2 模型加载与保存
# 加载基线模型
mc.load_from_file(r"models\MARS-12S10P_SSSR_D76-C150_V5.0-0819.mot")
# 另存工作副本（不污染原模型）
mc.save_to_file(r"output\working_<timestamp>.mot")
2.3 参数写入与回读校验
import math
def write_and_verify(mc, variable, value):
mc.set_variable(variable, value)
applied = float(mc.get_variable(variable))
if not math.isclose(applied, value, rel_tol=1e-8, abs_tol=1e-7):
raise RuntimeError(
f"Write verification failed for {variable}: "
f"wrote {value}, read {applied}"
)
为什么必须回读：Motor-CAD 对不适用的参数有时会静默接受，不回读就不知道参数是否真的生效了。
2.4 求解
mc.do_magnetic_calculation() # 电磁求解，约 90-150 秒
2.5 结果导出
# 导出电磁结果（分号分隔的 CSV，不是普通逗号 CSV）
mc.export_results("EMagnetic", r"output\raw\result_<timestamp>.csv")
2.6 热仿真（稳态 / 瞬态 / 磁热耦合）
关键事实（2026-09-04 实测，勿再踩坑）：pymotorcad 没有 do_thermal_calculation()
方法，export_results 的 solution_type 没有 "Thermal" 这个值。历史 P5-M6 的
enable_thermal 代码用了这两个错误 API，从未真正跑通（HANDOFF 标注"待真实验证"即因此）。
真实 API（来自 ansys.motorcad.core 源码 rpc_methods_calculations.py 核实）：
| 方法 | 语义 |
|---|---|
do_steady_state_analysis() |
稳态热求解 |
do_transient_analysis() |
瞬态热求解 |
do_magnetic_thermal_calculation() |
磁热耦合（电磁+热一起算，官方注释 "coupled e-magnetic and thermal"） |
do_magnetic_calculation() |
纯电磁 |
结果导出 solution_type 合法值（export_results(solution_type, file_path)）：
'EMagnetic'（电磁）、'Lab'（Lab 工况）、'SteadyState'（稳态热）、'Transient'（瞬态热）。
不是 "Thermal"。
标准流程（电磁 → 热，损耗作为热源）：
mc.do_magnetic_calculation() # 先算电磁，得到损耗（热源）
mc.do_steady_state_analysis() # 稳态热求解，MARS 实测约 6 秒
mc.export_results("SteadyState", r"output\raw\thermal.csv") # 导出热结果
MARS 稳态热实测（2026-09-04，TEST-060）：
- 电磁 127.8s + 稳态热 6.0s，总约 2.7 分钟
- 绕组平均 67.95°C、绕组热点 74.59°C、磁钢 active 118.15°C、后轴承 88.47°C、前轴承 49.19°C
- 稳态热导出 section：温度 / 损耗 / 热传导系数 / 热阻 / 热容 / 端部 / 绕组 / 机壳水道 / Node Temperatures
热指标字段名（SteadyState 导出，已登记到 metrics.py alias）：
- 绕组温度 →
T [Winding (A) Average]/T[绕组平均] - 绕组热点 →
T[绕组最高]/T [EWdg (Outer) Maximum] - 磁钢温度 →
T [Magnet Active]/T [Magnet Average] - 定子温度 →
T[定子轭]/T[定子外表面] - 后轴承 →
T[后轴承]（bearing_temp_c 取后轴承，轴向磁通电机热风险侧；前轴承T[前轴承]更冷） - 温升 →
dT [Winding (Maximum) - Ambient] - 热阻 →
Rt [Winding (Maximum) - Ambient]
⚠ MARS 模型热边界条件异常（已实测验证修正）：
[Miscellaneous] section 中 T_Ambient=125 / Ambient_Temperature=125（环境温度 125°C，
异常；辐射环境温度 T_Ambient_Radiation=40 合理）。修正方式：set_variable("Ambient_Temperature", 25)
（变量名 Ambient_Temperature 实测可写、可回读校验）。实测对比（TEST-060 续）：
| 指标 | ambient=125（异常） | ambient=25（修正后） |
|---|---|---|
| 绕组平均 | 67.95°C | 52.59°C |
| 绕组热点 | 74.59°C | 53.91°C |
| 磁钢 active | 118.15°C | 67.61°C |
| 后轴承 | 88.47°C | 38.47°C |
| 温升 temp_rise_c | -56.88（负） | +27.57（转正） |
| 热阻 thermal_resistance_k_w | -11.07（负） | +5.657（转正） |
环境温度修正后温升/热阻均转正、物理合理。建议默认环境温度 25°C（常温）或按实际工况
设 40°C。scripts/run_thermal.py --ambient 25 在 Motor-CAD 内存中临时覆盖（不改原始 .mot）。
磁热耦合 vs 分离式（2026-09-04 实测对比，TEST-060 续）：
| 项 | 分离式（先电磁后热） | 磁热耦合 do_magnetic_thermal_calculation |
|---|---|---|
| 耗时 | 127.8s + 6.0s ≈ 134s | 474.2s（含温度迭代） |
| 磁钢 active | 118.15°C | 110.68°C（迭代收敛，更低） |
| 绕组热点 | 74.59°C | 76.43°C |
| 平均转矩 | 0.566 Nm | 0.515 Nm（温度反馈致剩磁下降） |
| 转矩脉动 | 5.45% | 2.78% |
| 总损耗 | 49.92 W | 42.57 W |
结论：磁热耦合更准确（磁钢剩磁随温度迭代反馈，磁钢温度低 ~7.5°C），但耗时是
分离式的 ~3.5 倍。用户要"电磁+热一起做省时间"应选分离式（先
do_magnetic_calculation 拿损耗 → 再 do_steady_state_analysis，损耗自动传递，
已由 enable_thermal 实现）；磁热耦合仅用于对温度敏感场景的最终复算。
3. .mot 参数语义（AFM 模板，易错！）
| 参数 | 正确语义 | 常见误读 | MARS模型值 |
|---|---|---|---|
Magnet_Length |
磁钢轴向厚度 | 以为是长度 | 3 mm |
Magnet_Thickness |
磁钢环径向深度 = (D_out−D_in)/2 | 以为是厚度 | 13 mm |
Magnet_Arc_[ED] |
极弧（电角度） | — | 121° |
Pole_Arc |
某些转子类型不生效 | 以为是极弧 | 勿用 |
CurrentDefinition |
1=RMS口径 → 改电流设 RMSCurrent |
改 PeakCurrent 无效且不报错 | 1 |
RMSCurrent |
RMS相电流（CurrentDefinition=1时的电流入口） | — | 21 A |
Magnet_Temperature |
磁钢温度，默认100°C热态 | 以为是常温20°C | 100 |
Airgap |
气隙长度 | — | 1 mm |
Shaft_Speed |
轴转速 | — | 5000 rpm |
TorquePointsPerCycle |
每电周期转矩采样点数 | — | 30（模型默认） |
AirgapMeshPoints_mesh |
气隙内部网格点 | 与 layers 成对设置 | 840 |
AirgapMeshPoints_layers |
气隙表面网格点 | 与 mesh 成对设置 | 840 |
3.1 温度定律
F ∝ Br²，磁钢剩磁 Br 随温度变化。实测 100°C vs 20°C 的轴向力比值与 Br² 比值一致（<1% 偏差）。
3.2 电流口径
CurrentDefinition=1 表示 RMS 口径。此时：
- 改
RMSCurrent生效 - 改
PeakCurrent无效且不报错（首跑踩坑）
3.3 MARS 几何变量名（2026-09-03 pymotorcad 实测，勿再用错）
背景：fixed_params_template 的几何变量曾用径向电机命名（Outer_Rotor_Diameter 等），导致 set_variable 报 Could not find variable、仿真点全部 FAILED。经解析 .mot + pymotorcad get_variable/set_variable 实测，MARS（PCB 无铁心轴向磁通，SSSR）的真实几何变量名如下。
| 概念 | 模板错误名（勿用） | MARS 正确名 | MARS 值 | 实测 |
|---|---|---|---|---|
| 转子外径 | Outer_Rotor_Diameter |
RotorOuterDiameter |
130 | get/set 均 OK |
| 定子外径 | Stator_Outer_Diameter |
Stator_Lam_Dia |
76 | get/set 均 OK |
| 定子内径 | Stator_Inner_Diameter |
Stator_Bore |
50 | get/set 均 OK |
| 转子背铁厚 | Rotor_Back_Iron_Thickness |
Back_Iron_Thickness |
5 | get/set 均 OK |
| 极弧（电角度） | —（原名即对） | Magnet_Arc_[ED] |
121 | get OK |
MARS 无对应变量（motorcad_var 应设 null，不写入）：
Inner_Rotor_Diameter（转子内径）：RotorBore/Rotor_Inner_Diameter/RotorInnerDiameter/InnerRotorDiameter全部 MISS —— PCB 单转子无独立内径变量。Stator_Yoke_Thickness（定子轭厚）：Stator_Yoke_Thickness/StatorYokeThickness/Yoke_Thickness全部 MISS —— PCB 无铁心结构，无轭。
已实测确认的错误名（get_variable 全 MISS）：Outer_Rotor_Diameter / Inner_Rotor_Diameter / Stator_Outer_Diameter / Stator_Inner_Diameter / Number_of_Slots / Number_of_Poles / Turns_per_Coil / Max_Speed / Winding_Connection / Current_Density / Magnet_Remanence / Insulation_Class。注意这些是 fixed_params_template 的显示名；其中多数模板已通过 motorcad_var 映射到真实名（Slot_Number/Pole_Number/ConductorsPerSlot/WindageGraph_MaxSpeed/WindingConnection/Magnet_Br_at_RefTemp，均实测 OK），仅几何 4 个映射错了。
默认值同步：模板几何默认值已从径向模板值（200/198/122/120/10/8）更正为 MARS 实测值（130/76/50/—/—/5）。
端到端补充修正（2026-09-03 TEST-037，set 全通过 + 真实求解成功）：
Current_Advance_Angle（电流超前角）→ 正确名PhaseAdvance（实测 get/set 均 OK）；原Current_Advance_Angle/CurrentAdvanceAngle/AdvanceAngle等候选全 MISS。Steel_Grade（硅钢片牌号）motorcad_var由Material_Stator_Lam_Yoke改 null：PCB 无铁心无轭，Material_Stator_Lam_Yoke不存在；Material_Stator_Lam_Outer等虽存在但值为空（无铁心未设材料），不写入。Magnet_Material默认值由NdFeB_N42SH改N42UH：NdFeB_N42SH在 Motor-CAD 材料库（solids database）不存在导致求解失败；MARS.mot实测Material_Magnet=N42UH。注意 Motor-CAD 材料命名是N42UH这类牌号，不带NdFeB前缀。- 验证结果：37 固定参数 32 可写全部 set 成功（0 failed），
do_magnetic_calculation求解成功（~2 分钟），导出结果有效（转矩脉动 2.815%、AC 损耗 0.47W、功率因数 0.995）。
4. 结果指标提取
4.1 指标定义（单一事实源，本节不复制清单）
全平台指标清单的唯一权威定义在 src/afmcore/metrics.py：35 项（电磁 25 + 热网络 6 + 结构 4），每项含 key/label/unit/direction/required/aliases（中英文别名）。本知识库不复制指标清单，防止多处漂移（历史教训：Phase 1 曾在多处复制 11/12 项清单，扩到 35 项后全部过期）。
查询方式：
- 代码：
from afmcore.metrics import METRIC_DEFINITIONS - API：
GET /api/analytics/metrics - 扩指标：只改
src/afmcore/metrics.py，三个消费端（solver_core / robust_motorcad / web analytics）自动生效
易错字段名示例（完整别名表见 metrics.py）：
| 指标 | Motor-CAD 导出字段名 |
|---|---|
| 平均转矩 | Average torque (virtual work) |
| 转矩脉动 | Torque Ripple (VW) [%] |
| 系统效率 | System Efficiency |
| 反电动势 | Back EMF Line-Line Voltage (rms) |
4.2 导出文件格式
Motor-CAD 的 export_results 输出是分号分隔的文本文件，不是普通逗号 CSV：
- 第一列是字段名，第二列是数值
- 按 section 分段（E-Magnetics、Drive、Losses、Materials、Miscellaneous）
- 同一指标可能在多个 section 重复，优先取 E-Magnetics
- 编码可能是 UTF-8、cp1252、gbk 或 latin-1，需逐个尝试
4.3 字段名匹配策略
- 先精确匹配（按 section 优先级：E-Magnetics → Drive → Losses → Materials → Miscellaneous）
- 再全 section 精确匹配
- 最后前缀模糊匹配（避免短字段误匹配，长度 > 3 才匹配）
5. AFM 轴向力数据口（Phase 1 暂不使用，保留参考）
Motor-CAD 对 AFM 的轴向力没有输出变量、没有 2D 结果图、帮助文档无记录。唯一入口是 3D lumped 力图：
mc.get_magnetic_3d_graph_point(graph_name, section, node, timestep)
# graph_name ∈ {Fr|Ft}_{Rotor|Stator}_{OL|OC}_Lumped
- Fr（法向力）= 轴向力（AFM 2.5D 展开模型沿用径向机命名）
- Ft = 切向力（可由 Σ(Ft×r) 交叉核对转矩）
- OL=负载, OC=空载 — 一次求解两者全出
- 求解前必须开开关：
ElectromagneticForcesCalc_Load=True,ElectromagneticForcesCalc_OC=True - 节点首尾 0°/360° 重复，求和须去重
- 净力 = 对全部去重节点求和 + 对全部径向切片求和
Phase 1 不提取轴向力，后续需要时参考
axial_mag_pull-master/axial_mag_pull/axial_force_final.py。
6. 采样点与气隙网格（转矩脉动评估关键）
| 设置 | 用途 | 风险 |
|---|---|---|
| 30 点 / 840 网格 | 快速趋势筛选 | 9槽8极模型主要齿槽成分是18次电频谐波，30点低于可靠分辨要求，可能混叠 |
| 120 点 / 960 网格 | 中等可信度 | 120点搭配840网格会弹出不对齐警告，需用960 |
| 180 点 / 1680 网格 | 最终候选复算 | 速度慢但精度高 |
原则：
- 不要随意组合采样点数和网格点数
- 先做单点验证，确认无交互弹窗
- 所有结果必须记录实际的 Torque points 和 airgap mesh
- 快速扫描的最佳点必须用高精度设置复算
- 快速扫描结果只用于趋势判断，不直接当作最终脉动真值
7. 新模型仿真工作流（SOP）
- 新模型
.mot放models/目录，git add+ 运行前先 commit - 确认模型基本信息：拓扑、槽极数、气隙、磁钢厚度、电流口径
- 确认工况：磁钢温度（热态100°C / 冷态20°C）、RMS电流、转速
- 用
scripts/run_single.py跑一次空载+负载，验证能提取到全部核心指标 - 验证通过后，用
scripts/run_scan.py做参数扫描 - 结果记录：时间戳 + 简要说明 + git 提交
- 关键数值转录进入库文档
8. 图名/变量名探测技术（遇到未知输出时用）
- 报错文案筛查（无需求解，秒级）：
get_magnetic_graph_point(名, 0)— "Graph name does not exist" = 不存在；"No points exist" = 存在但未求解 - 图 ID 枚举：graph 参数可传 int，求解后逐 ID 读波形按量级辨认
- 权威清单：GUI 内 Help → Graph Viewer（全部图名）；Help → Automation Parameter Names / F2（全部变量名）
- exe 字符串挖掘：MotorCAD.exe 的 UTF-16 字符串含图名后缀、GUI 文案
- Motor-CAD 消息日志（
<模型名>\MessageLogs\*.txt）记录每次 pymotorcad 调用，但重复错误行会被抑制
9. 理论参考资料
当方案生成、参数初值估算、物理约束规则等需要理论支撑时，查阅以下资料：
| 资料 | 路径 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 《轴向磁通永磁无刷电机（原书第2版）》Jacek F. Gieras | 书籍与论文/轴向磁通永磁无刷电机(原书第2版), Jacek F. Gieras.pdf.pdf |
拓扑分类、电磁设计基础、热设计、机械设计 — 主要参考 |
| 《轴向磁场无刷同步电机理论与设计》邓秋玲 | 书籍与论文/轴向磁场无刷同步电机理论与设计-邓秋玲.pdf |
国内工程实践、公式推导 — 补充参考 |
| axial_mag_pull 解析报告 | axial_mag_pull-master/axial_mag_pull/轴向磁通电机轴向磁拉力计算与轴承选型校核报告V3.0-20260826.pdf |
轴向磁拉力解析计算方法、轴承选型 |
理论知识缺乏时的处理原则：
- 优先在上述书籍中查找对应章节
- 找不到时，在
docs/CONVERSATION_LOG.md中记录"理论待补充"标记 - 不基于猜测制定物理约束或参数初值
10. 项目纪律（硬性）
- 每次运行仿真前 git commit
- 结果与报告带时间戳+简要说明并 git 提交；报告版本化不覆盖
- Motor-CAD 前台运行，跑完保持打开供人工检查
- 生成物（output/、*.log、build/、dist/）不入库
- 原始 .mot 只读，一切修改在时间戳副本上进行
- 参数写入后必须回读校验，不一致标记 FAILED
- 每个扫描点重新加载基线模型，防止参数污染
- 对话与决策带时间戳记入
docs/CONVERSATION_LOG.md - 所有 .py / .ps1 源码纯 ASCII，中文用 Unicode 转义或放 Markdown
- 仿真在子线程运行，不阻塞 GUI 主线程