如何使用RMxprt创建电机模型

1 背景介绍

RMxprt是基于磁路法的旋转电机专业设计软件，能加快电机的设计和优化过程。通过RMxprt，用户能快速地对成百上千种设计方案进行评估，并可对预选方案进行优化设计。本文将介绍如何使用RMxprt来创建电机模型，通过RMxprt来创建Maxwell 2D和3D几何模型，同时对几何模型进行求解计算，查看相应的设计表单等结果。

2RMxprt介绍

AnsysRMxprt是专为旋转电机设计提供的一款基于磁路法的强大、快速仿真工具。在电机设计开发流程中，RMxprt适合在第一步中使用，具有以下特点及功能：

(1) 具有非常快速的求解(计算时间几秒)；

(2) 用户可得到包括空载、额定负载、短路等所有工况完整设计方案结果信息；

(3) 支持不同类型的驱动电路技术方式模拟；

(4) 支持多种多样的电机类型；

(5) 支持自动生成可用于直接求解计算的Maxwell 2D/3D有限元设计文件。

Ansys具有电机仿真设计套件，是最先进的电机设计方法，包含以下几个模块：

(1) RMxprt – 磁路法电机设计模块；

(2) Maxwell 2D/3D – 电磁有限元模块；

(3) Optimetrics/DX – 目标优化, 统计分析, 敏感度分析等模块；

(4) AnsysMultiPhysics – 温升, 应力, 噪声模块；

(5) Simplorer – 电路和系统模块。

Ansys电机仿真设计相关模块

RMxprt与Maxwell对比示意如下图所示。

在RMxprt中，Design文档树形结构页面见下图所示，在工程管理器窗口，用户可以非常方便地对数据输入定义和检测确认。

Design文档树形结构页面

PMSM永磁同步电机可以通过RMxprt进行建模，下图为RMxprt和Maxwell有限元模型(基于RMxprt一键生成)对比，含有3D模型(1/12th模型)、2D模型(1/6th模型)及外部电路。

永磁同步电机的RMxprt和Maxwell有限元模型

IMs感应电机建模可以通过RMxprt进行建模，下图为RMxprt和Maxwell有限元模型(基于RMxprt一键生成)对比，含有3D模型(1/4th模型)、2D模型(1/2th模型)及自动创建线圈同时给定了电压源激励。

感应电机的RMxprt和Maxwell有限元模型

用户可指定IMs感应电机的参数，如转子槽型和双鼠笼结构等。感应电机可以选择以下槽型样式，支持定义双鼠笼转子结构，如选择了双鼠笼转子结构，用户需要对额外的底部槽型设置尺寸参数。

IMs感应电机参数——转子槽型和双鼠笼结构

用户可指定IMs感应电机的参数，如转子线圈和通风口。对于感应电机鼠笼转子，需要做一些属性参数设置，转子导条材质、端环连接结构材料和尺寸等参数都需要给定。如果有必要, 用户也可以在定子和转子上添加通风口，并设置相关的尺寸参数。

转子线圈参数设定

定子通风口设定

转子通风口设定

下图展示了感应电机定子和转子带通风口属性的3D几何模型示意图。

感应电机定子和转子带通风口属性的3D几何模型示意图

用户可创建360度完整的Maxwell有限元模型。通过一键有限元可以生成3D模型，如用户选择了生成全模型，生成的3D Maxwell有限元模型默认只有完成模型的一半，为了得到完整的3D模型, 用户需要选中刚创建的Maxwell 3D设计文档，然后检查相关的属性参数，在属性框中将half Axial局部变量从1改为0，然后在键盘上按Enter键确认，即可得到360度完整的3D模型。最终得到的完整3D模型如下图所示。

将half Axial局部变量从1改为0

完整3D模型

用户可以选择负载类型的同时给定需要计算的工况如额定工况等。负载类型的可选项与电磁类型、电路连接方式等因素有关。

负载类型选择

永磁直流电机、无刷直流电机及感应电机的输出特性如下图所示。

永磁直流电机、无刷直流电机及感应电机的输出特性图

永磁同步电机的输出特性图如下图所示。

永磁同步电机的输出特性图

关于RMxprt涉及到的负载类型，可参照下表进行选择。

RMxprt中的负载类型

 

恒转速	电机转速保持恒定。
恒功率	电机输出功率保持恒定。
恒转矩	在任何转速条件下转矩保持恒定，在这种状况下，Tload  = Trated, 其中额定转矩由输出功率除以给定的额定转速确定。
线性转矩	转矩随转速线性变化，在这种状况下，Tload  = Trated*(n/nrated) ，其中额定转矩 Trated由输出功率除以给定的额定转速确定。
风扇负载	转矩随转速非线性变化，在这种状况下，Tload  = Trated*(n/nrated)2 ，其中额定转矩 Trated由输出功率除以给定的额定转速确定。

 

求解完成后，用户可在后处理中查看结果数据。用户可以选中求解设置中Setup1，然后在鼠标右键中选择Performance去选择结果查看。结果数据可以通过多种形式显示，比如设计表单或X-Y曲线图等。

设计表单

X-Y曲线图

3 总结

本文首先对RMxprt模块进行了介绍，然后使用RMxprt分别生成Maxwell 2D和3D模型，在后处理中，用户可查看相应的设计表单及X-Y曲线结果，RMxprt模块可对电机进行快速的几何建模，同时可对电机的性能进行快速评估，对电机的几何建模、分析设计提供了简单及快速的建模分析方法。

50多年来，Ansys软件凭借其强大的仿真预测功能，助力高瞻远瞩的创新企业实现突破，展现自我。从可持续交通到先进半导体，从高精尖的卫星系统到拯救万千生命的医疗设备，Ansys始终致力于帮助客户迎接技术挑战，解决设计难题，不断引领他们超越想象，演绎精彩。Ansys正推动人类踏上全新的伟大征程。

审核编辑：汤梓红