如何建模和模拟复杂的电动机

多年来，为仿真准备3D模型的最佳实践包括首先导入3D几何，然后定义最小的周向对称。在径向场设计的情况下，我们将首先通过两个径向平面切割将对称的3D设计(3D切片)与3D几何的其余部分分开，这将用于定义分配这种对称性的边界条件。这仍然是一种现代方法，主要用于仿真行业，以缩小仿真设计空间，并减少已经昂贵的时间步进分析所需的总计算时间。由于这种空间缩减，网格制造商可以部署更对称和规则的网格拓扑，以最大限度地减少数值方法(有限元)对电机性能整体预测的影响，这是很好的。

然而，当三维几何变得更加复杂时，设计师所遇到的挑战尚未得到解决。带有斜转子和/或定子配置(见下文)及其电机拓扑结构的3D设计需要在最小有效几何对称性和所需的电磁条件之间做出妥协。尽管对称用于计算电机性能，任何设计师也更愿意得到现场解决方案显示回整个三维几何。

三维电磁问题在多物理场模拟中变得更加复杂，如噪声-振动和粗糙度(NVH)。热管理提出了另一组问题，整个3D设计空间解决方案可能需要满足特定的物理条件。

当今的设计师如何处理复杂的3D几何图形

设计师通常处理复杂3D几何图形的方式存在许多缺陷。

例如，导入计算机辅助设计(CAD)几何图形可能还会引入电磁模拟不需要的细节，然后需要时间来删除这些细节。从头开始创建几何图形需要CAD技能以及相关的时间和成本。

如前所述，通过创建径向平面切割来定义周向对称(3d切片)并不总是在几何中捕获正确的对称，特别是当电机显示倾斜配置时。平面切割要求将3D切片模型与其余几何结构分离，这使得当热管理或NVH分析作为多物理场耦合设计时，很难将电磁数据(损失或力)传输到完整的3D几何结构上。

最后，手动分配网格操作以确保模拟精度，需要了解网格对FEA解决方案的影响。

基于自动非平面边界条件的周向对称场计算

针对这些挑战，Ansys麦克斯韦在2021 R1推出了一流的解决方案。它允许工程师从任何CAD工具导入整个三维电机几何图形。Maxwell自动创建三维基于周向切片的模型，将非平面切割作为边界条件，并在几何的所有部分上应用相应的规则和对称网格(克隆网格)。