ANSYS RMxprt的案例
使用ANSYS Maxwell進行RMxprt仿真：初學者逐步指南 ￥6
使用ANSYS Maxwell進行RMxprt仿真：初學者逐步指南
發布時間：2025年7月
格式：MP4 | 視頻：h264，1280x720 | 音頻：AAC，44.1千赫，雙聲道
難度級別：所有級別
語言：英語 | 時長：9課時（2小時20分鐘）
|大小：1.3GB
學習使用ANSYS Maxwell中的RMxprt進行電機設計與仿真——這是獲得可運行的有限元分析（FEA）的最簡單方法
你將學到什么
- 如何逐步使用ANSYS Maxwell中的RMxprt對電機進行建模和仿真
- 如何定義電機參數，如定子、轉子、繞組和材料
- 如何解讀仿真結果，如轉矩-轉速曲線和鐵損
- 如何將RMxprt模型導出至Maxwell 2D/3D進行高級有限元法（FEM）仿真
- 如何為RMxprt中的仿真選擇合適的電機類型（如感應電機、同步電機、無刷直流電機）
課程要求
- 對電機有基本了解（只需掌握基礎知識！）
- 無需ANSYS Maxwell使用經驗——我們會逐步指導你操作
- 對電機設計或仿真有好奇心和興趣。僅此而已！無需編程，無需復雜數學——只需在實踐中學習
課程介紹
你是否對電機設計感興趣，但被完整的2D/3D有限元分析仿真的復雜性所困擾？
本課程是你掌握ANSYS Maxwell RMxprt的捷徑——這是一款用于快速、準確且輕松進行電機分析的強大工具。
展開 ANSYS RMxprt電機設計精講之調優分析
RMxprt-調優分析案例
作者：電機設計青年/MotorDesign Youth
時間：20211221
作者簡介：曾擔任ANSYS低頻電磁工程師一職，后入職電機企業，從事電機產品研發工作，電機類型涉及電勵磁同步電機、永磁同步電機、空心杯電機、軸向磁通電機等，應用行業涉及新能源汽車、航空、醫療器械等，精通軟件且設計經驗豐富。
RMxprt軟件擁有一個方便實用的調優分析功能。調優分析，簡單說，是先對設計變量進行一個大步長的掃描，查看輸出變量在哪一個區間范圍內可能存在最優值，進而再對在該區間范圍進行小步長的計算，從而可以縮短計算時間，提高優化設計效率。
本文使用一個RMxprt自帶的算例，來演示調優分析的具體操作過程。
展開 新能源汽車用軸向磁通電機設計與分析
2.5 永磁體厚度選擇
永磁體磁化方向長度依據電機磁動勢平衡關系預估初值，然后在Ansys/RMxprt中進行具體電磁計算校驗；使得電機空載工作點滿足式(2)要求。
Bg=(0.6～0.8)Br (2)
式中，Br為永磁體剩磁密度。
此外磁化長度的大小影響電機抗去磁能力，因此還需考慮電機最大過電流時的去磁能力，確定永磁體最終磁化長度。
2.6 定子沖片的設計
由于電機轉速相對較低，定子鐵心磁場頻率不高，為降低電機制造成本，定子沖片采用厚度為0.35mm、50WW310硅鋼帶。電機槽數選擇為24槽，定子沖片槽形選定主要考慮因素：首先滿足定子繞組線圈電流密度和熱負荷在限制之內，定子槽設計有充足的截面積，其次槽滿率不能太高，要協調考慮線下工藝要求，最后結合機械強度和工藝限制選擇合理軛高和齒寬。
3 電機模型的建立
綜合考慮電機設計技術要求及工作特點確定電機電磁方案參數，如表2所示。
表2 電機主要參數
根據表中的參數在Ansys軟件中RMxprt模塊、建模，然后將其轉化為Maxwell 3D模型。利用有限元的方法，進行三維瞬態磁場的分析，由于三維仿真時間較長，為縮短分析時間，基于電機模型對稱性，本文采用1/8模型進行分析，并適當進行網格剖分，圖4為所設計電機的仿真模型。
圖4 電機仿真模型
4 電機有限元分析
4.1 電機磁場分析
等磁路法對電機磁場建模時忽略了電機槽形、磁飽和等因素，與電機實際工作特性有差別。因此需要采用電磁場數值計算方法對磁場進行分析，電機在額定轉速5600r/min，輸出轉矩為61.4N.m時電機磁力線及磁密云圖分布如圖5、圖6所示。
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表2 電機主要參數
根據表中的參數在Ansys軟件中RMxprt模塊、建模，然后將其轉化為Maxwell 3D模型。利用有限元的方法，進行三維瞬態磁場的分析，由于三維仿真時間較長，為縮短分析時間，基于電機模型對稱性，本文采用1/8模型進行分析，并適當進行網格剖分，圖4為所設計電機的仿真模型。
圖4 電機仿真模型
4 電機有限元分析
4.1 電機磁場分析
等磁路法對電機磁場建模時忽略了電機槽形、磁飽和等因素，與電機實際工作特性有差別。因此需要采用電磁場數值計算方法對磁場進行分析，電機在額定轉速5600r/min，輸出轉矩為61.4N.m時電機磁力線及磁密云圖分布如圖5、圖6所示。
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基于磁路法與等效熱網絡法的航天永磁同步電機設計與仿真
其中電磁分析選用ANSYS/Rmxprt電機快速設計軟件，表4給出了商軟仿真結果、磁路法計算結果和樣機實測結果及其相對誤差。可以看出，磁路法與商軟的誤差最大為6.07%，最小為1.66%；而與實物樣機之間的最大誤差低于10%。
為與實物樣機溫升數據做對比，將溫升試驗工況(表5所示)賦予熱網絡模型中，其中初始溫度為38.1℃，得到繞組端部溫升仿真與試驗對比曲線，如圖3所示，具體數據及誤差如表6所示。由表６可以看出，利用熱網絡法得到的電機繞組端部溫升與試驗數據趨勢基本一致，最大誤差為7.3%，滿足方案設計階段對電機熱性能快速預估的需求。
04
結論
通過對基于磁路法和等效熱網絡法的航天PMSM電磁熱仿真方法的建立得出以下結論：
1)在電磁性能計算方面，提出的基于磁路法的計算結果與商業軟件仿真計算結果偏差較小，在進一步完善關鍵參數取值準則與約束后，可應用于航天PMSM電磁性能的快速方案設計；
2)基于熱網絡法建立的電機熱分析模型可用于電機方案中熱源部分(繞組、永磁體等)的定量溫升分析，但因涉及的熱容、熱阻參數較多，要實現全機的定量熱分析，還有待進一步精細化；
3)相比于商業軟件的繁瑣設定、輸出結果提取，本文建立的方法只需要輸入幾何包絡、典型工況點、初始環境溫度等信息即可快速獲取一套滿足出力要求且效率最高、溫升可量化預估的初步電機方案，有效縮短了航天PMSM設計周期，提升設計效率。
注：因為篇幅，本文內容呈現略有調整。
參考文獻略。
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