如何使用RMxprt創建電機模型

1背景介紹

RMxprt是基于磁路法的旋轉電機專業設計軟件，能加快電機的設計和優化過程。通過RMxprt，用戶能快速地對成百上千種設計方案進行評估，并可對預選方案進行優化設計。本文將介紹如何使用RMxprt來創建電機模型，通過RMxprt來創建Maxwell 2D和3D幾何模型，同時對幾何模型進行求解計算，查看相應的設計表單等結果。

2RMxprt介紹

AnsysRMxprt是專為旋轉電機設計提供的一款基于磁路法的強大、快速仿真工具。在電機設計開發流程中，RMxprt適合在第一步中使用，具有以下特點及功能：

(1) 具有非?？焖俚那蠼?計算時間幾秒)；

(2) 用戶可得到包括空載、額定負載、短路等所有工況完整設計方案結果信息；

(3) 支持不同類型的驅動電路技術方式模擬；

(4) 支持多種多樣的電機類型；

(5) 支持自動生成可用于直接求解計算的Maxwell 2D/3D有限元設計文件。

Ansys具有電機仿真設計套件，是最先進的電機設計方法，包含以下幾個模塊：

(1) RMxprt – 磁路法電機設計模塊；

(2) Maxwell 2D/3D – 電磁有限元模塊；

(3) Optimetrics/DX – 目標優化, 統計分析, 敏感度分析等模塊；

(4) AnsysMultiPhysics – 溫升, 應力, 噪聲模塊；

(5) Simplorer – 電路和系統模塊。

Ansys電機仿真設計相關模塊

RMxprt與Maxwell對比示意如下圖所示。

在RMxprt中，Design文檔樹形結構頁面見下圖所示，在工程管理器窗口，用戶可以非常方便地對數據輸入定義和檢測確認。

Design文檔樹形結構頁面

PMSM永磁同步電機可以通過RMxprt進行建模，下圖為RMxprt和Maxwell有限元模型(基于RMxprt一鍵生成)對比，含有3D模型(1/12th模型)、2D模型(1/6th模型)及外部電路。

永磁同步電機的RMxprt和Maxwell有限元模型

IMs感應電機建?？梢酝ㄟ^RMxprt進行建模，下圖為RMxprt和Maxwell有限元模型(基于RMxprt一鍵生成)對比，含有3D模型(1/4th模型)、2D模型(1/2th模型)及自動創建線圈同時給定了電壓源激勵。

感應電機的RMxprt和Maxwell有限元模型

用戶可指定IMs感應電機的參數，如轉子槽型和雙鼠籠結構等。感應電機可以選擇以下槽型樣式，支持定義雙鼠籠轉子結構，如選擇了雙鼠籠轉子結構，用戶需要對額外的底部槽型設置尺寸參數。

IMs感應電機參數——轉子槽型和雙鼠籠結構

用戶可指定IMs感應電機的參數，如轉子線圈和通風口。對于感應電機鼠籠轉子，需要做一些屬性參數設置，轉子導條材質、端環連接結構材料和尺寸等參數都需要給定。如果有必要, 用戶也可以在定子和轉子上添加通風口，并設置相關的尺寸參數。

轉子線圈參數設定

定子通風口設定

轉子通風口設定

下圖展示了感應電機定子和轉子帶通風口屬性的3D幾何模型示意圖。

感應電機定子和轉子帶通風口屬性的3D幾何模型示意圖

用戶可創建360度完整的Maxwell有限元模型。通過一鍵有限元可以生成3D模型，如用戶選擇了生成全模型，生成的3D Maxwell有限元模型默認只有完成模型的一半，為了得到完整的3D模型, 用戶需要選中剛創建的Maxwell 3D設計文檔，然后檢查相關的屬性參數，在屬性框中將half Axial局部變量從1改為0，然后在鍵盤上按Enter鍵確認，即可得到360度完整的3D模型。最終得到的完整3D模型如下圖所示。

將half Axial局部變量從1改為0

完整3D模型

用戶可以選擇負載類型的同時給定需要計算的工況如額定工況等。負載類型的可選項與電磁類型、電路連接方式等因素有關。

負載類型選擇

永磁直流電機、無刷直流電機及感應電機的輸出特性如下圖所示。

永磁直流電機、無刷直流電機及感應電機的輸出特性圖

永磁同步電機的輸出特性圖如下圖所示。

永磁同步電機的輸出特性圖

關于RMxprt涉及到的負載類型，可參照下表進行選擇。

RMxprt中的負載類型

求解完成后，用戶可在后處理中查看結果數據。用戶可以選中求解設置中Setup1，然后在鼠標右鍵中選擇Performance去選擇結果查看。結果數據可以通過多種形式顯示，比如設計表單或X-Y曲線圖等。

設計表單

X-Y曲線圖

3總結

本文首先對RMxprt模塊進行了介紹，然后使用RMxprt分別生成Maxwell 2D和3D模型，在后處理中，用戶可查看相應的設計表單及X-Y曲線結果，RMxprt模塊可對電機進行快速的幾何建模，同時可對電機的性能進行快速評估，對電機的幾何建模、分析設計提供了簡單及快速的建模分析方法。

50多年來，Ansys軟件憑借其強大的仿真預測功能，助力高瞻遠矚的創新企業實現突破，展現自我。從可持續交通到先進半導體，從高精尖的衛星系統到拯救萬千生命的醫療設備，Ansys始終致力于幫助客戶迎接技術挑戰，解決設計難題，不斷引領他們超越想象，演繹精彩。Ansys正推動人類踏上全新的偉大征程。

審核編輯：湯梓紅