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Maxwell中的RMxprt進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)與仿真——這是獲得可運(yùn)行的有限元分析（FEA）的最簡單方法 你將學(xué)到什么 - 如何逐步使用ANSYS Maxwell中的RMxprt對電機(jī)進(jìn)行建模和仿真 - 如何定義電機(jī)參數(shù)，如定子、轉(zhuǎn)子、繞組和材料 - 如何解讀仿真結(jié)果，如轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線和鐵損 - 如何將RMxprt模型導(dǎo)出至

圖10 鐵損曲線 文章來源：電機(jī)設(shè)計(jì)青年

鐵損表受實(shí)際工藝影響的變化值電機(jī)的鐵損取決于材料特性和工作頻率和磁密。但設(shè)計(jì)人員收到供應(yīng)商提供的鐵損特性數(shù)據(jù)其實(shí)無法直接應(yīng)用的。導(dǎo)磁材料受外力影響后材料特性會發(fā)生變化（一般都是變差),此外，硅鋼片毛刺可以破換硅鋼片切邊的絕緣層，增加了切邊渦流損耗。因此電機(jī)進(jìn)行效率仿真時(shí)，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)酌情考慮鐵損補(bǔ)償系數(shù)。

效率和損耗map圖 峰值轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速曲線 連續(xù)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速曲線 開路和短路試驗(yàn) DQ 電感曲線計(jì)算 多工況銅損、鐵損、永磁體渦流損耗計(jì)算03電機(jī)多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)利用Motor-CAD與optiSLang之間的接口可以方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)多學(xué)科、多工況、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 永磁直流空心杯電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理永磁直流空心杯電機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子無鐵心，也稱為空心杯轉(zhuǎn)子。該類電機(jī)帶有電刷、換向器，定子采用稀土磁鋼產(chǎn)生激磁磁場，當(dāng)給電機(jī)施加直流電壓后，通過電刷與換向器的換向繞組中的電流方向保持不變[2],該電流與定子激磁磁場相互作用，形成方向始終不變的電磁轉(zhuǎn)矩，從而使電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速工作。

損耗約為電工鋼的十分之一，如此低的鐵損使這種材料特別具有吸引力。近年來，電機(jī)設(shè)計(jì)首先通過減少轉(zhuǎn)子中的損耗，其次通過使用更好的繞線技術(shù)來減少銅損，電機(jī)變得更加高效。因此，剩余的定子鐵損已占現(xiàn)代高效電動機(jī)中總剩余損的很大百分比，這意味著減少鐵損現(xiàn)在是進(jìn)一步提高電動機(jī)電效率的最大機(jī)會。

當(dāng)供電電壓不變時(shí)，為保證電磁功率不變，永磁體發(fā)生失磁故障后，E0將會減小，隨之而來的就是功角和電樞電流的增大，實(shí)際上，隨著電機(jī)不可逆失磁的產(chǎn)生，電機(jī)的鐵損和銅損都會增加，電機(jī)效率會明顯下降。 永磁體發(fā)生失磁有可能是局部的，也有可能是均勻的。

，根據(jù)需要選擇 ◆后處理，結(jié)果查看、判斷、分析很重要 1.Maxwell電機(jī)損耗計(jì)算處理●電機(jī)的損耗包括銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗、其它損耗，可能還會有風(fēng)阻損耗●而ANSYS Maxwell軟件中計(jì)算電機(jī)損耗主要是銅耗與鐵耗，它們也是電機(jī)的主要損耗，占了大部分，其次磁鋼損耗也是計(jì)算之一，它也會影響電機(jī)的溫升，因此我們得掌握此三種損耗計(jì)算準(zhǔn)確性的處理技巧●因?yàn)?em>電機(jī)的機(jī)械損耗及額外損耗無法計(jì)算

電機(jī)有限元模型的建立根據(jù)上面初步設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，電機(jī)的主要參數(shù)是：定子內(nèi)徑為 30 ｍｍ；轉(zhuǎn)子外徑為 29 ｍｍ；轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為 10 ｍｍ；永磁體厚度為３ｍｍ；定子槽數(shù)為９；電機(jī)極數(shù)為 10 ；鐵芯長度 為 50 ｍｍ。利用 軟 件 An-soft / Maxwell 2D 模塊進(jìn)行無刷直流電機(jī)模型的建立的步驟為：①打開 Maxwell 2D 模塊界面，確定電機(jī)的求解環(huán)境。

其電機(jī)專屬的多物理場協(xié)同設(shè)計(jì)能力（電磁、熱、結(jié)構(gòu)、效率一體化）、豐富的電機(jī)拓?fù)淠０澹ㄈ缬来磐?em>電機(jī)、異步電機(jī)）及高效的參數(shù)化建模功能，使其成為汽車驅(qū)動電機(jī)正向開發(fā)的核心工具，能夠精準(zhǔn)模擬電機(jī)額定工況下的銅損鐵損、瞬態(tài)過載的溫度場分布、全轉(zhuǎn)速區(qū)間的效率 MAP 圖、以及結(jié)構(gòu)振動噪聲（NVH）特性等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

:Maxwell;磁感應(yīng)強(qiáng)度;有限元分析;模具設(shè)計(jì)2001年,中 國 釹 鐵 硼 產(chǎn) 量 超 過 日 本,成 為 全 球釹鐵硼第一大生產(chǎn)國[1-2]?隨著裝備 和 工 藝 的 完 善國內(nèi)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展?釹鐵硼材料因其優(yōu)異的磁性能,廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī),網(wǎng)絡(luò)信息?通訊?航空航天?辦公自動化?家電人體健康等高新技術(shù)領(lǐng)域的核心能器件[3-6]?在日常生產(chǎn)中一般釹 鐵 硼 常 用3種生產(chǎn)工藝,

考慮鐵耗的感應(yīng)電機(jī)降階ROM模型 新功能： 能夠盡可能準(zhǔn)確的建立感應(yīng)電機(jī)ROM模型，并導(dǎo)入到Twin Builder進(jìn)行精確的驅(qū)動系統(tǒng)仿真。 好處： ? 通過考慮鐵耗相關(guān)的感應(yīng)電機(jī)降階模型，提高系統(tǒng)仿真的準(zhǔn)確性。

Reach和Auto Detect功能，常規(guī)瞬態(tài)仿真直到接近收斂，一般需要幾十個(gè)同步周期（支持鐵損對場的影響） - 方法2:采用周期性TDM自動收斂，只需一個(gè)或半個(gè)同步周期直接達(dá)到穩(wěn)態(tài)（不支持鐵損對場的影響）（2）TDM設(shè)置● 使用TDM需要進(jìn)行兩處設(shè)置 - HPC設(shè)置 - TDM設(shè)置(3) HPC設(shè)置● 設(shè)置方法 - 勾選Use

（2）硅鋼片性能指標(biāo) A、鐵損低。質(zhì)量的最重要指標(biāo)，世界各國都以鐵損值劃分牌號，鐵損越低，牌號越高，質(zhì)量也高。 B、磁感應(yīng)強(qiáng)度高。在相同磁場下能獲得較高磁感的硅鋼片，用它制造的電機(jī)或變壓器鐵芯的體積和重量較小，相對而言可節(jié)省硅鋼片、銅線和絕緣材料等。 C、疊裝系數(shù)高。

，引起鐵心損耗、繞組銅損、轉(zhuǎn)子損耗均發(fā)生顯著變化。

圖17 概念設(shè)計(jì)時(shí)的效率圖和詳細(xì)的性能評估效率，鐵損，銅損圖由于鐵損和線圈AC損耗（特別是在高速區(qū)域）的增加，詳細(xì)性能評估的效率低于概念設(shè)計(jì)的效率，效率在8,000 rpm時(shí)降低1.5％，在9,000 rpm時(shí)降低2.2％。4 總結(jié) 在基于模型的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)中，效率圖評估在每個(gè)開發(fā)階段的準(zhǔn)確性和計(jì)算時(shí)間的要求會有所不同。

通過電磁計(jì)算分析，設(shè)計(jì)師可以針對特定應(yīng)用需求，對電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得到性能更佳的電機(jī)產(chǎn)品。開關(guān)磁阻電機(jī)的效率與其電磁設(shè)計(jì)密切相關(guān)。通過電磁計(jì)算分析，可以找出影響電機(jī)效率的關(guān)鍵因素，如磁通分布、鐵損、銅損等，并據(jù)此對電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的電機(jī)能夠減少能量損失，提高能量轉(zhuǎn)換效率，從而降低運(yùn)行成本。

比亞迪于2024年批產(chǎn)應(yīng)用最高工作轉(zhuǎn)速超過23000rpm，小米計(jì)劃在2025年推出超過27000rpm的電機(jī)，預(yù)計(jì)到2028年電機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速將突破30000rpm。面臨的挑戰(zhàn)：1）離心應(yīng)力問題：高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的離心應(yīng)力需要通過經(jīng)濟(jì)手段克服。 2）鐵損和交流損耗：高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致電流頻率增加，鐵損和交流損耗顯著上升，影響電機(jī)效率。

圖2 電機(jī)結(jié)構(gòu)及定子特征點(diǎn)分布示意圖1.3 輔助槽對電機(jī)鐵耗的影響轉(zhuǎn)子表面開輔助槽設(shè)計(jì)能改善氣隙磁密波形的正弦度、減小氣隙磁密的諧波含量，從而降低電機(jī)鐵損。同時(shí)，合理的開槽設(shè)計(jì)能減小漏磁,增大氣隙磁通量,提高電磁轉(zhuǎn)矩,降低轉(zhuǎn)矩波動。