1背景介紹

RMxprt是基于磁路法的旋轉(zhuǎn)電機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，能加快電機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程。通過RMxprt，用戶能快速地對(duì)成百上千種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，并可對(duì)預(yù)選方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文將介紹如何使用RMxprt來創(chuàng)建電機(jī)模型，通過RMxprt來創(chuàng)建Maxwell 2D和3D幾何模型，同時(shí)對(duì)幾何模型進(jìn)行求解計(jì)算，查看相應(yīng)的設(shè)計(jì)表單等結(jié)果。

2RMxprt介紹

AnsysRMxprt是專為旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)提供的一款基于磁路法的強(qiáng)大、快速仿真工具。在電機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)流程中，RMxprt適合在第一步中使用，具有以下特點(diǎn)及功能：

(1) 具有非常快速的求解(計(jì)算時(shí)間幾秒)；

(2) 用戶可得到包括空載、額定負(fù)載、短路等所有工況完整設(shè)計(jì)方案結(jié)果信息；

(3) 支持不同類型的驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)方式模擬；

(4) 支持多種多樣的電機(jī)類型；

(5) 支持自動(dòng)生成可用于直接求解計(jì)算的Maxwell 2D/3D有限元設(shè)計(jì)文件。

Ansys具有電機(jī)仿真設(shè)計(jì)套件，是最先進(jìn)的電機(jī)設(shè)計(jì)方法，包含以下幾個(gè)模塊：

(1) RMxprt – 磁路法電機(jī)設(shè)計(jì)模塊；

(2) Maxwell 2D/3D – 電磁有限元模塊；

(3) Optimetrics/DX – 目標(biāo)優(yōu)化, 統(tǒng)計(jì)分析, 敏感度分析等模塊；

(4) AnsysMultiPhysics – 溫升, 應(yīng)力, 噪聲模塊；

(5) Simplorer – 電路和系統(tǒng)模塊。

Ansys電機(jī)仿真設(shè)計(jì)相關(guān)模塊

RMxprt與Maxwell對(duì)比示意如下圖所示。

在RMxprt中，Design文檔樹形結(jié)構(gòu)頁(yè)面見下圖所示，在工程管理器窗口，用戶可以非常方便地對(duì)數(shù)據(jù)輸入定義和檢測(cè)確認(rèn)。

Design文檔樹形結(jié)構(gòu)頁(yè)面

PMSM永磁同步電機(jī)可以通過RMxprt進(jìn)行建模，下圖為RMxprt和Maxwell有限元模型(基于RMxprt一鍵生成)對(duì)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(jī)的RMxprt和Maxwell有限元模型

IMs感應(yīng)電機(jī)建模可以通過RMxprt進(jìn)行建模，下圖為RMxprt和Maxwell有限元模型(基于RMxprt一鍵生成)對(duì)比，含有3D模型(1/4th模型)、2D模型(1/2th模型)及自動(dòng)創(chuàng)建線圈同時(shí)給定了電壓源激勵(lì)。

感應(yīng)電機(jī)的RMxprt和Maxwell有限元模型

用戶可指定IMs感應(yīng)電機(jī)的參數(shù)，如轉(zhuǎn)子槽型和雙鼠籠結(jié)構(gòu)等。感應(yīng)電機(jī)可以選擇以下槽型樣式，支持定義雙鼠籠轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如選擇了雙鼠籠轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，用戶需要對(duì)額外的底部槽型設(shè)置尺寸參數(shù)。

IMs感應(yīng)電機(jī)參數(shù)——轉(zhuǎn)子槽型和雙鼠籠結(jié)構(gòu)

用戶可指定IMs感應(yīng)電機(jī)的參數(shù)，如轉(zhuǎn)子線圈和通風(fēng)口。對(duì)于感應(yīng)電機(jī)鼠籠轉(zhuǎn)子，需要做一些屬性參數(shù)設(shè)置，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條材質(zhì)、端環(huán)連接結(jié)構(gòu)材料和尺寸等參數(shù)都需要給定。如果有必要, 用戶也可以在定子和轉(zhuǎn)子上添加通風(fēng)口，并設(shè)置相關(guān)的尺寸參數(shù)。

轉(zhuǎn)子線圈參數(shù)設(shè)定

定子通風(fēng)口設(shè)定

轉(zhuǎn)子通風(fēng)口設(shè)定

下圖展示了感應(yīng)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子帶通風(fēng)口屬性的3D幾何模型示意圖。

感應(yīng)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子帶通風(fēng)口屬性的3D幾何模型示意圖

用戶可創(chuàng)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(rèn)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(chuàng)建的Maxwell 3D設(shè)計(jì)文檔，然后檢查相關(guān)的屬性參數(shù)，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(rèn)，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(fù)載類型的同時(shí)給定需要計(jì)算的工況如額定工況等。負(fù)載類型的可選項(xiàng)與電磁類型、電路連接方式等因素有關(guān)。

負(fù)載類型選擇

永磁直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)及感應(yīng)電機(jī)的輸出特性如下圖所示。

永磁直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)及感應(yīng)電機(jī)的輸出特性圖

永磁同步電機(jī)的輸出特性圖如下圖所示。

永磁同步電機(jī)的輸出特性圖

關(guān)于RMxprt涉及到的負(fù)載類型，可參照下表進(jìn)行選擇。

RMxprt中的負(fù)載類型

求解完成后，用戶可在后處理中查看結(jié)果數(shù)據(jù)。用戶可以選中求解設(shè)置中Setup1，然后在鼠標(biāo)右鍵中選擇Performance去選擇結(jié)果查看。結(jié)果數(shù)據(jù)可以通過多種形式顯示，比如設(shè)計(jì)表單或X-Y曲線圖等。

設(shè)計(jì)表單

X-Y曲線圖

3總結(jié)

本文首先對(duì)RMxprt模塊進(jìn)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(yīng)的設(shè)計(jì)表單及X-Y曲線結(jié)果，RMxprt模塊可對(duì)電機(jī)進(jìn)行快速的幾何建模，同時(shí)可對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行快速評(píng)估，對(duì)電機(jī)的幾何建模、分析設(shè)計(jì)提供了簡(jiǎn)單及快速的建模分析方法。

50多年來，Ansys軟件憑借其強(qiáng)大的仿真預(yù)測(cè)功能，助力高瞻遠(yuǎn)矚的創(chuàng)新企業(yè)實(shí)現(xiàn)突破，展現(xiàn)自我。從可持續(xù)交通到先進(jìn)半導(dǎo)體，從高精尖的衛(wèi)星系統(tǒng)到拯救萬(wàn)千生命的醫(yī)療設(shè)備，Ansys始終致力于幫助客戶迎接技術(shù)挑戰(zhàn)，解決設(shè)計(jì)難題，不斷引領(lǐng)他們超越想象，演繹精彩。Ansys正推動(dòng)人類踏上全新的偉大征程。

審核編輯：湯梓紅