干货 | RMxprt设计电机并将模型导入Maxwell 2D
导读
RMxprt是ANSYS电磁产品中的一款基于磁路法的旋转电机设计分析软件。用户通过选择电机类型，根据电机类型的不同输入如定转子尺寸、永磁体厚度等参数进行快速建模。RMxprt建立的模型可以一键生成Maxwell 2D/3D模型进行分析，同时还会自动生成等效电路，用于控制系统设计和仿真分析。
本文将通过RMxprt设计一台三相异步电机并且建立Maxwell 2D模型。
STEP 01
打开AEDT，点击Maxwell框的向下箭头选择RMxprt：如图1-1、图1-2。AEDT全称 Ansys Electronics Desktop。Maxwell以及多款产品集成于该工作台中，以便于使用。
图1-1 选择Maxwell
图1-2 选择RMxprt
STEP 02
点击Generate RMxprt Solutions，再点击Standard，选用Three-Phase Induction Motor。如图1-3。在这一窗口中，用户可以根据自身需求选择设计的电机类型。General为通用电机类型，Standard为基础电机类型。
图1-3 电机类型设置
STEP 03
在选择完电机类型之后，能够在Project Manager当前目录下找到已创建的RMxprtDesign项目。将Machine展开后可以找到定子（Stator）、转子(Rotor)以及轴(Shaft)，如图1-4。
图1-4 Project Manager栏
STEP 04
双击Machine打开窗口，在这个窗口里可以设计极数（Number of Poles）、机械摩擦损耗（Frictional Loss）、风损（Windage Loss）、参考转速（Reference Speed）、杂散损耗百分比（Stray Loss Factor），如图1-5设置各项数值。
图1-5 电机设置
Lamination Sectors设定为 1，即定子冲片是一个整体。在大型异步电动机中，有时为了提高硅钢片冲压定子冲片时的材料利用率，往往将定子冲片分为几个等尺寸的扇形瓣，该值描述的就是分瓣的瓣数。
STEP 05
将Stator展开，我们可以设置定子槽（Slot）和绕组（Winding）。
双击Stator打开窗口，可以在其中设置内外径（Inner/Outer Diameter）、长度(Length)、叠压系数(Stacking Factor)、硅钢型号(Steel Type)、槽数(Number of Slots)、槽型(Slot Type)、层压扇区(Lamination Sectors)、压板系数（Press Board Thickness）、斜槽宽度（Skew Width），如图1-6设置。
图1-6 定子设置
在设置硅钢片类型的时候会打开一个材料库窗口，点击右上角的Select all libraries显示所有的库，如图1-7。
图1-7 材料库
在设置槽型的时候会打开一个选择界面，用户可以选择提供的这6个槽型，也可以点击左下角的User Defined Slot 进行自定义。如图1-8：
图1-8 槽类型设置
STEP 06
双击Slot打开槽的设置，在这里可以选择是否自动设置。取消自动设置后所有槽相关的参数都需要手动设置调整。如图1-9先取消自动设置再进行参数设置。Hs0、Hs1、Bs0等数据都是槽的尺寸数据见图1-9。修改后能够立刻在图中反映出变化。
图1-9 槽设置
STEP 07
双击Winding设置绕组，在窗口中可以设置绕组层数（Winding Layers）、绕组类型（Winding Type）、并联支路（Parallel Branches）、每槽导体数（Conductors per Slot）、匝数（Number of Strands）、线接（Wire Wrap）、线径（Wire Size）。如图1-10设置。
图1-10 绕组设置
Winding Layers设置为1表明是单层绕组，Winding Type打开后共有三种选项，用户自定义、全极式以及半极式。其中全极式和半极式又称为显极式和庶极式。
图1-11 绕组类型
Number of Strands有时为了减小线圈的绕制、嵌线和端部整形的工艺难度会用多根细铜线并绕作为一匝。
Wire Size设置时弹出选择框。线径默认单位为mm，分别有圆形导线和矩形导线，其中矩形导线多用于大型电机中。在此选择圆形导线，设置如图1-12：
图1-12 尺寸设置
STEP 08
双击Rotor打开转子属性栏，在窗口中可以设置外径（Outer Diameter）、内径（Inner Diameter）、长度（Length）、叠压系数（Stacking Factor）、硅钢型号（Steel Type）、槽类型（Slot Type）、斜槽宽度（Skew Width）、是否是半槽（Half Slot）、是否为铸造导条（Cast Rotor）、是否是双笼转子（Double Cage）如图1-13设置。其中Slot Type槽类型设置界面和前面一样。
图1-13 转子设置
Cast Rotor样机转子为铸铝结构，所以选择了该项。与之不同的是中大型异步电动机，为了降低转子损耗，往往采用转子嵌入铜条作为鼠笼结构。
Skew Width 斜槽数，为了消除气隙中的高次谐波成分，Y 系列电机采用转子斜槽结构，该项描述的就是斜槽。值得注意的是，软件中的斜槽是以斜过槽的个数为计量单位，即转子斜过了 1 个齿槽的距离。
Half Slot 转子半槽设定，功率稍大点的异步电动机，往往采用刀片槽结构，实际上就是在凸槽结构的基础上，仅取其沿径向一半槽的结构，电机设计中称之为半槽，该选项选定后，转子槽型尺寸要按照全槽尺寸输入，但生成模型的时候仅留下了右侧的一半。本文未采用半槽，故该项不选择。
Double Cage 双鼠笼设置。为了提高起动转矩，有时电机会采用双鼠笼结构，上层笼为起动笼，下层笼为运行笼，此时上下笼的槽型可以分别设置。软件中的双笼绕组还有一个特殊的用途，就是用来拼接复杂的单笼转子槽型，比如凸槽就可以由双笼结构拼接而成。未设定此项就表示该电机为单鼠笼设置。
STEP 09
图1-14 绕组设置
STEP 10
双击Shaft打开轴的属性栏，在这里可以设置轴是否导磁，如图1-15：
图1-15 轴设置
当勾选转轴导磁时，用户需要对计算结果进行修正，因为转轴导磁就相当于加大了转子轭厚度。当转轴不导磁时，就不需要修正。
STEP 11
右击Analysis添加一个求解设置，如图1-16、图1-17、图1-18。在RMxprt中求解设置会根据所输入的值影响结果，而Maxwell中求解设置会根据所使用的求解器类型的不同改变。图1-17设置了运行状态为额定功率5.5Kw、额定电压380V、额定转速1462rpm、运行温度75cel。在另外两个选项栏中还可以设置工频等设置。
图1-16 添加一个求解设置
图1-17 求解设置
图1-18 setup设置
STEP 12
右击RMxprtDesign项目选择Validation Check进行检查如图1-19，检查完毕后如图1-20，右击Analysis选择Analyze All进行仿真，如图1-21。当检查出现错误时将会显示错误数量，可以通过Message Manager中查看具体问题并进行处理。只有当所有错误情况处理完成后才能继续仿真。
图1-19 仿真前检查
图1-20 检查完成无误
图1-21 分析全部
STEP 13
完成仿真后直接创建Maxwell 2D 模型。如图1-22、图1-23、图1-24。
图1-22 创建Maxwell设计
图1-23 调整设计设置
图1-24 模型建立完毕
总结
AIYU TECH
到这里我们已经成功地通过RMxprt设计了一台电机，并且建立了Maxwell 2D 模型。
由此可见Rmxprt无愧于其旋转电机设计专家的称号，用户仅需一步步输入数据，模型就能自动生成。用户还可以输出自定义的设计表单，将各种结果直接输出到用户自己定义的EXCEL表格中。在设计完成之后用户能够直接创建Maxwell 2D、3D模型。
下期精彩预告：三相异步电机损耗分析，敬请期待！
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