1、Ansoft12在工程電磁場中的應用主講人：楊菲Ansoft界面介紹圖1 Ansoft界面永磁同步電機靜磁場分析問題描述 三相永磁同步電動機，由定子鐵心、定子 繞組、永磁體、轉子鐵心組成。電機定子內徑、外徑分別為110mm，174mm。極數(shù)4，定子槽數(shù)36。一、創(chuàng)建項目1.雙擊圖標 打開Ansoft軟件。3.在項目管理窗口右擊，選擇Rename命令，輸入PMSM-Magstatic，如圖2所示。2.單擊圖標，進入2D求解域。圖2 項目文件重命名界面4.單擊圖標，在已知目錄下保存文件，其文件名為PMSM-Magstatic，如圖3所示。圖3 項目保存目錄對話框二、構建幾何模型1.執(zhí)行Modele

2、r/Units命令，選擇幾何模型的單位為mm。2.建立電機的定子槽在屏幕下方的坐標對話框中分別輸入線段的起末點位置坐標，其點坐標分別為（-1.25，55.0），（-1.25，56.3），（-2.5，57.0），（-4，74.3），生成電機半槽部分模型，如圖4所示。圖4 電機半槽直線段模型3.選擇已建立的線段，執(zhí)行Edit/Duplicate/Mirror命令，在X軸上任取兩點。4. 執(zhí)行Draw/Arc/Center Point 命令，以（0，74.3）， （-4，74.3）， （4，74.3）這三點完成定子槽底弧線部分模型的建立，如圖5所示。圖5 槽底弧線及定子槽模型圖5. 執(zhí)行Edit/D

3、uplicate/Around Axis命令，沿軸復制，在Axis選擇沿z軸復制，相隔10，進行36次復制。如圖6-7所示。圖7 復制后的定子槽圖6 定子槽復制對話框6. 執(zhí)行Draw/Arc/Center Point命令，以（0，0）作為中心原點，將各個定子槽用圓弧連接。按Ctrl+A鍵選擇所有物體，執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令，命名為“slot”。操作及模型如圖8所示。圖8 布爾運算后生成電機定子槽7.繪制電機繞組， 執(zhí)行Draw/Line命令，分布輸入（-2，57），（-3，74.3），執(zhí)行Edit/Duplicate/Mirror命令，然后執(zhí)行Draw/Arc/C

4、enter Point命令，以（0，74.3）作為中心原點，兩側點坐標分別為（-3，74.3），（3，74.3）繪制弧線，并將所有線段閉合連接，執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令。8.執(zhí)行Modeler/Surface/Cover Lines，生成一個面，并改名為“coil”，如圖9所示。圖9 單個定子槽繞組模型9. 執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿軸復制，在Axis選擇沿z軸復制，相隔10，進行36次復制。如圖10所示。圖10 定子槽繞組模型10. 創(chuàng)建電機定子沖片模型。執(zhí)行Draw/Circle命令，原點為（0，0），半徑為87mm，名字為“

5、stator”。選擇“slot”，利用Modeler/Surface/Cover Lines生成面。11.選擇“stator”和“slot”，執(zhí)行Modeler/Boolean/Substract命令。得到定子模型，如圖11所示。圖11 電機定子沖片模型12. 創(chuàng)建永磁體。執(zhí)行Draw/Line命令，分布輸入（0，49），（0，54）。選擇該直線，執(zhí)行Draw/Sweep/Around Axis命令，在“Sweep Around Axis”對話框中輸入旋轉角度為80 ，并改名為“Permant”。13.執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿軸復制，在Axis選擇沿z軸

6、復制，相隔90，進行4次復制。如圖12所示。圖12 永磁體模型14. 創(chuàng)建電機轉子沖片模型。執(zhí)行Draw/Circle命令，原點為（0，0），半徑為49mm和19mm的兩個圓，名字分別為“rotor”和“rotor1”。15.選擇“rotor”和“rotor1”，執(zhí)行Modeler/Boolean/Substract命令，得到電機模型，如圖13所示。16.利用圖標 建立求解區(qū)域。圖13 電機幾何模型材料描述氣隙的材料屬性為空氣繞組coil的材料屬性為銅定子鐵心和轉子的材料屬性為DW465-50，一種電機常用非線性材料永磁體材料定義為P-Mag，并指定永磁磁極三、材料屬性1.繞組coil的賦值方

7、法選擇所有coil，在工程狀態(tài)欄中，點擊Material，在“Select Definition”對話框中，選取“copper”，如圖14所示。圖14 繞組屬性賦值2.定子和轉子的賦值方法與繞組的賦值相同。如圖15-17所示。圖15 添加材料屬性圖圖16 添加材料庫圖17 材料賦值若是需要一種新材料，可以通過輸入其bh曲線進行賦值。如圖18所示。圖18 BH曲線編輯器3.永磁體的賦值。進入材料管理器，單擊Add material按鈕，在Material Name中輸入P-Mag。在矯頑力Hc中輸入-947000，單位為A/Meter；在剩余磁感應強度Br中輸入1.25，單位為tesla，如圖1

8、9所示。圖19 永磁材料屬性對話框輸入負值4.建立新的相對坐標系統(tǒng)，執(zhí)行Modeler/Coordinate System/Create/Relative Cs/rotated命令，并將名稱改為N-Pole，如圖所示。按照上述方法分別建立其他三個相對坐標系，名字分別為N-Pole2，S-Pole和S-Pole2。5.將各個相對坐標系統(tǒng)分別給各個磁極，如圖21所示。圖21 永磁體屬性設置圖20 相對坐標系統(tǒng)的建立四、激勵源與邊界條件定義及加載1.繞組分相，根據(jù)電機設計中繞組排列對三相永磁同步電機定子槽中的繞組進行分相，各相正繞組用“Phase”表示，負繞組用“Return”表示。按下圖22所示進

9、行分相。圖22 電機繞組分布圖2.加載電流激勵源。選擇“A_Phase”相六個繞組，執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current命令，如圖22所示。圖22 電流源的設置3.加載邊界條件。執(zhí)行Edit/Select/Edge命令，選擇定子外圓。執(zhí)行Maxwell 2D/Boundaries/Assign/Vector Potential命令。圖23 位函數(shù)邊界設置將選擇物體設置為邊五、求解選項參數(shù)設定1.力和力矩的設置 選取永磁體和轉子面，執(zhí)行Maxwell2D/Parameters/Assign/Force或Torque命令。圖24 力和力矩參數(shù)設置對話框2.

10、網(wǎng)格剖分設置。執(zhí)行Maxwell 2D/Mesh Operations/Assign/On Selection（或Inside Selection、Surface Approximation）命令。圖25 剖分設置3.求解殘差設定。執(zhí)行Maxwell 2D/Analysis Setup/Add Solution setup命令。圖26 求解設置對話框4.分析自檢。執(zhí)行Maxwell 2D/Validation Check命令。圖27 自檢過程1.自檢完成后，執(zhí)行Maxwell 2D/Analysis all命令。圖28 求解過程2. 執(zhí)行Maxwell 2D/Results/Solution

11、data命令。六、后處理圖29 解觀察對話框圖27 收斂數(shù)據(jù)信息圖28 三角單元與收斂數(shù)據(jù)關系3. 觀察力和力矩信息。圖29 力信息圖30 力矩信息 Maxwell 2D磁場分析時，Z軸長度是以1m深進行計算的，而實際長度卻是80mm，因此電機受到的實際力矩是：Ta=Tdepth=2.26580.08=0.1812644. 觀察剖分信息和剖分圖。執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/Plot mesh命令，顯示電機模型剖分情況，如圖31-32所示。圖31 模型剖分統(tǒng)計信息圖32 模型剖分圖5. 觀察磁場分布。選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/Flux lines命令。圖33 場圖設置對話框圖34 電機磁力線分布5. 觀察磁通密度分布。選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell 2D/Fields/B/Mag_B命令。圖35 場圖設置對話框圖36 電機磁通密度云圖分布6. 氣隙磁密波形的顯示 1） 利用圖標 繪制一個圓點為（0，0），半徑為54mm的圓形，并改名為“Br1”。 2）選擇“Br1”，利用圖37所示，將面變?yōu)榫€。 3）