Motor-CAD案例教程系列5——经外部导入DXF模型进行电磁计算

Motor-CAD 使用导入的DXF几何模
型来进行电磁计算
(2015)
1.内容简介
在Motor-CAD软件中，除其自带的标准几何结构外，还允许用户进行自定义DXF格式文件模型的导入。

本案例中将通过实例介绍外部导入电机几何模型的方法。

2.导入几何模型简介
Motor-CAD中的电磁计算是通过将电机几何模型导入到电磁场有限元计算器中。

当使用DXF文件导入功能时，标准的几何模型被导入模型代替。

然而，此时电机重要几何尺寸则由Motor-CAD来主要确定，例如：气隙长度、叠片长度、铁心直径等。

Motor-CAD电磁计算所用模型可为1/n周期模型（默认），也可为全模型。

3.DXF Geometry 要求
为使用导入的DXF模型，该模型必须符合以下要求：
1.电机旋转轴心必须在原点 (0, 0).
2.定、转子铁心的几何模型要保证定子齿中心及转子极间中心线与x轴线重合。

3.气隙几何线必须为同心圆或弧线且应平滑连续，这使得所有槽开口都应由弧线闭合。

4.每个槽面域应当分成两部分，以使得电流密度能正确赋值。

下图为由一槽及一极表示的电机几何模型。

4.准备Motor-CAD 模型
加载 Motor-CAD并设置 Model 为E- Magnetic.
设置主要尺寸参数：
1.槽数及极对数
2.定子内外直径
3.气隙长度
注意: 在本步中，若不知气隙长度的精确值，可给定一个近似值，但这会对结果造成一定影响。

若有需要，还需调整机壳直径以使几何模型的图形显示更准确。

5.导入 DXF 几何模型
在主菜单中选择File > Geometry Import 或者点击 Ctrl + I.
在DXF输入对话框中选择目标文件，确保“Auto Centre”为灰值，且 x以及y offsets的值为0.
6.单槽/极输入
下图中将导入几何模型与标准径向横截面模型进行对比，以比较两者的差别及确定标准模型所需调整的参数，从而使所有含材料面域可被计入到电磁计算过程中。

依照上图，Motor-CAD模型能可根据导入几何模型进行修改：
1.转子类型 (BPM电机)
2.定转子通风道的数量、尺寸、位置信息
3.转轴尺寸
4.定子槽尺寸及形状
另外，气隙及叠片长度也应该按照导入模型进行修改
7.调整 Motor-CAD 模型
对于本例导入的几何模型，永磁体几何尺寸可通过修改标准模型中的转子类型为“内V”且为两层。

转子可设置圆形通风道，且转子、槽、转轴的尺寸可以按照需求进行调整。

在进行模型修正的过程中，Motor-CAD的标准几何模型 geometry，且将很大程度上符合实习模型，并能减小面域数量。

注意: 为辅助Motor-CAD几何模型的修改，可通过几何导入对话框来旋转DXF几何模型(通常为一个极矩，本例为22.5°)，从而使导入模型与Motor-CAD标准模型的磁极重合。

8.FEA 面域编辑
当选定几何结构时，有限元面域编辑器可进行面域的移动、复制及删除功能。

选择E-Magnetics> FEA Editor， Motor-CAD软件的FEA 面域编辑器显示如下：
上图中原始的电机几何结构及面域为Motor-CAD标准模型，点选右上角的“Use DXF E-Magnetic” 来将视图切换为导入模型。

导入模型显示如下，该模型将被用于EM求解器中。

所有被闭合线包围的面域都应有对应的身份标识。

下图中用彩色矩形标识的面域为永磁体面域，箭头标识充磁方向。

任意点选一个面域，在面域Positions列表中该面域将处于高亮选中状态。

在上图位置列表中显示了所有面域及其坐标信息。

而在Positions右侧E-Magnetics 选项卡中则只显永磁体面域及其磁化数据。

点击鼠标左键拖动一个面域。

在拖动过程中，该面域的位置坐标也相应发生改变。

在图形界面中点击鼠标左键画矩形，可进行几何模型的缩放操作。

再次点击鼠标，图形恢复原视图。

通过下图各按钮，有限元面域可被复制及删除。

那么如何去使用这些功能呢？首先，通过左侧的Positions列表选择一个面域，点击鼠标右键，可以看到如下菜单内容：
1.Copy.
建立一个选中面域的拷贝，并置于该面域的右上方。

2.Copy +
点击该选项，软件将弹出如下窗口。

该窗口提供了拷贝数量、拷贝体节距信息设置等高级功能。

3.Reset.
该功能可将自定义的FEA面域恢复到标准Motor-CAD 面域
4.Delete.
该功能将删除选中的FEA面域
当面域编辑完毕后，“E-Magnetic”中的自定义面域设置也自动完成。

这些改动都将保存在Motor-CAD .mot 类型的文件中。

上述过程设置完毕后，几何模型可被用于 EM 有限元求解。

另外， control、winding、material 以及axial dimensions等内容都需在有限元求解前，根据电机实际情况进行设定。

点击按钮“Solve E-Magnetic Model”开始求解。

由于电磁场模型采用了对称模型设置，在求解过程中只需对电机的1/8模型进行分析，从而使得求解用时有效缩短。

9.Full Machine Import
全模型导入功能可使电磁仿真对整个电机截面的场分布进行分析计算。

上述 3、4、5、6小节叙述了导入DXF文件的方法及Motor-CAD标准模型的修改步骤。

在使用全模型之前，需选择FEA面域编辑器，选中“Use DXF as Enti re Machine” 功能。

上图显示的是Motor-CAD软件中标准化全模型的电机几何结构。

需对所有齿槽、极等面域进行复制。

先从转子开始，由于其转轴及铁心为已经定义的单独面域，于是，下面只需对其永磁体
及通风道进行复制。

选择一个圆形通风道面域，在面域列表中点击右键，选择Copy+ 。

在Copy Pith下拉菜单中选择“Rotor Pitch”。

转子节距的单位为degree，其复制次数为自动给定。

点击 OK 完成设置。

对每一个RotorAir重面域复上一步操作，其结果如下图所示。

永磁体及槽面域在复制时，应使用不同的复制选项。

这里右击某一永磁体面域，其扩展菜单如下所示：
点击“Complete Magnet Regions” 来自动分配剩下的永磁体面域。

下面开始设置定子面域，需要进行复制的部分为定子槽楔及定子部分的空气面域。

对其中每一个面域使用Copy+ 设置，节距为Stator Pitch。

最后, 右击槽绕组面域
电机“Complete Slot Regions” 来设置其它槽的槽内导体面域
上述过程设置完毕后，几何模型可被用于 EM 有限元求解。

点击“Solv e E-Magnetic Model”开始求解。

求解后的几何模型如下所示：
10.结论
本例展示了如何根据自定义的电机几何模型来导入到Motor-CAD中，并进行精确电磁计算的方法。