作者 | 电机设计青年 仿真秀专栏作者
首发 | 仿真秀App
导读:大家好,我是仿真秀专栏作者——电机设计青年,曾担任ANSYS低频电磁工程师一职,后入职电机企业,一直从事电机产品研发工作。研究的电机类型涉及电励磁同步电机、永磁同步电机、空心杯电机、轴向磁通电机等,应用行业涉及新能源汽车、航空、医疗器械等,精通软件且设计经验丰富。即日起,我决定把自己原创的《RMxprt电机设计70讲》视频教程分享给平台用户,详情见后文;希望能够对电机设计学习者有一定的帮助,并乐意与所有订阅用户一起交流,共同进步。
电励磁凸极同步电机即可作为电动机运行,也可作为发电机运行,其应用场合非常广泛。在定子铁芯上嵌放有三相电枢绕组,可使用扁导线也可使用圆导线,转子铁芯采用凸极结构,每个磁极上放置有励磁绕组,与内置式永磁同步电机不同,电励磁凸极同步电机的D轴磁路磁导率大于Q轴磁路磁导率,使得其D轴电感大于Q电感。本文采用RMxprt模块,详细说明其设计过程,如有不当欢迎批评指正。
一、主要参数
3、定子电枢绕组参数表1.3所示;
5、转子阻尼槽参数表1.5所示,也是设计为双鼠笼槽或半槽结构;
6、转子励磁绕组参数表1.6所示;
二、设计流程
对于大多电机类型,RMxprt有相同的设计流程,如图2.1所示;
1、Machine参数
摩擦损耗、风阻损耗与电机转速的平方成正比,需要输入参考转速下的数值;
图2.2 Machine参数
2、Stator参数
参数Lamination Sectors为定子冲片的分瓣数,对于大型电机,一个定子冲片可由数瓣扇形的冲片组合而成;
图2.3 Stator参数
对于电枢槽型,软件支持自动设计和平行齿结构;
图2.4 Stator Slot参数
电枢绕组采用双层、全级式绕组形式;
图2.5 Stator Winding参数1
图2.6 Stator Winding参数2
3、Rotor参数
图2.7 Rotor参数1
凸极转子铁芯的拓扑结构如图2.8所示,可构成均匀气隙和非均匀气隙结构;
图2.8 Rotor磁极拓扑结构
Second Air Gap:第二气隙长度(极身与转子轭之间的长度);
Pole Shoe Width:极靴宽度;
Pole Shoe Height:极靴高度;
Pole Body Width:极身宽度;
Pole Body Height:极身高度;
Pole Arc Offset:极弧中心与转子中心的偏心距;
Second Pole Arc:第二极弧,选择磁极表面是否包括半个磁极范围内的两段圆弧。当选择该项后,将增加Off2_x 和Off2_y两个选项;
Press Board Thickness:压板厚度;
图2.9 Rotor参数2
Winding Clearance:绕组间隙;
图2.10 励磁绕组示意图
图2.11 Rotor参数3
转子励磁绕组和阻尼绕组的拓扑结构图2.12所示;
图2.12 转子励磁绕组和阻尼绕组拓扑结构
Winding Fillet:绕组弯曲部分的倒角;
图2.13 Rotor Winding参数
转子阻尼端环采用类型3,用一个导电圆环把所有磁极下的导条都连接起来;
图2.14 Rotor Damper参数
参数Hs01决定阻尼槽是否为开口槽;
图2.15 Rotor Damper Slot参数
4、Shaft参数
采用非导磁轴;
图2.16 Shaft参数
5、求解参数
Operating Temperature:电机运行时的工作温度,工作温度会影响绕线的电阻,进而影响电阻损耗;
图2.17 Setup参数1
三、输出数据
Solution Data中包含了电机的设计参数以及性能参数,也可查看电机的性能曲线;
图3.1 Solution Data-Performance
图3.2 Solution Data-Design Sheet
图3.3 Solution Data-Curves
四、有限元电机模型
一键有限元,自动完成以下操作:模型建立、材料赋予、运动设置、边界条件、电枢绕组分相及激励设置、励磁绕组激励设置、端环设置、网格设置、求解器设置、报告创建;
图4.1 Maxwell 2D有限元电磁模型
五、RMxprt电机设计70讲
RMxprt作为专业的磁路法电机设计软件,计算时间为秒级,且内置了多种电机类型,易于上手且操作简单;软件有许多自动设计功能,如绕组自动设计、槽结构自动设计等;可以进行参数化分析、调优分析以及优化计算,便于多种设计方案的评估;软件的一键有限元功能可以生成Maxwell 2D/3D有限元电磁模型,自动完成诸如运动设置、边界设置、网格设置、激励设置、求解设置等前处理工作,且支持变量的传递,便于生成参数化电磁模型。RMxprt电机设计功能非常专业和强大,成为广大电磁设计工作者的手中利器!
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大大提升学习者软件仿真能力,提高设计效率,缩短时间成本,集中精力和时间用于电机的创新设计上;
课程结合AutoCAD和ANSYS SCDM软件,详细介绍电机定转子铁芯类型的拓扑结构,及相关几何参数的具体含义,设计更灵活,控制变量更清晰;
第十三章更是构建二十一种具体的电机类型,讲解相关参数物理含义;
Maxwell模型向导,设计差异化电机结构,摆脱软件内置模板的限制,设计空间更大;
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2、本课适合哪些人学习
电机设计专业的在校本科生、研究生;
新入职或转岗从事电机电磁设计的工程师;