1、,基于Ansoft對(duì)永磁同步電機(jī)靜磁場(chǎng)分析,基于Ansoft對(duì)永磁同步電機(jī)靜磁場(chǎng)分析 問(wèn)題描述：三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，由定子鐵心、定子繞組、永磁體磁極、轉(zhuǎn)子鐵心組成。電機(jī)定子內(nèi)徑、外徑分別為74mm和120mm，極數(shù)4，定子槽數(shù)24。電機(jī)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)可以建立四分之一模型，為了更清晰地了解整個(gè)電機(jī)模型的建立情況，在Ansoft界面下采用整域求解，計(jì)算電機(jī)的參數(shù)及場(chǎng)圖分布。,在Maxwell 2D界面下創(chuàng)建項(xiàng)目,1,在Maxwell 2D界面下構(gòu)建幾何模型,2,材料定義及分配,3,激勵(lì)源與邊界條件定義及加載,4,求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定、分析自檢,5,Ansoft基本設(shè)計(jì)流程,6,分析數(shù)據(jù)、求解觀察,選擇RM

2、xprt選項(xiàng),點(diǎn)擊此將RMxprt材料庫(kù)導(dǎo)入,材料庫(kù)導(dǎo)入界面,在Maxwell 2D界面下創(chuàng)建項(xiàng)目 Step 1：在設(shè)計(jì)方案前我們將導(dǎo)入電機(jī)的RMxprt材料數(shù)據(jù)庫(kù)。點(diǎn)擊菜單欄的Tools的Configure Libraries按鈕，進(jìn)入如下界面。,在Maxwell 2D界面下創(chuàng)建項(xiàng)目 Step 2：執(zhí)行File/New命令,新建一個(gè)項(xiàng)目文件,在項(xiàng)目管理窗口中右擊名稱(chēng)選擇Rename命令,進(jìn)行重命名,單擊保存按鈕保存此項(xiàng)目文件.執(zhí)行Project/Insert Maxwell 2D Design 建立Maxwell 2D設(shè)計(jì)分析類(lèi)型。執(zhí)行Tools/Options/Maxwell 2D opt

3、ions，選擇Magnet -ostatic及XY坐標(biāo)系統(tǒng)。,Project/Insert Maxwell 2D Design,在Maxwell 2D界面下構(gòu)建半槽直線 Step 1：執(zhí)行Draw/Line,在屏幕下方的坐標(biāo)對(duì)話框中依次輸入(1.25,37.5),(1.25,38.0), (2.4,38.5),(3.4,46.5),完成后按兩次Enter結(jié)束繪制，生成半槽直線模型。,Draw/Line,依次輸入坐標(biāo),在Maxwell 2D界面下構(gòu)建定子槽模型 Step 2：執(zhí)行Edit/Duplicate/Mirror,進(jìn)行復(fù)制完成另半槽直線模型,執(zhí)行Draw/Arc /Center Poin

4、t,以(0,46.5),(-3.4,46.5),(3.4,46.5)三個(gè)坐標(biāo)完成定子槽模型的建立,Edit/Duplicate/Mirror,Draw/Arc/Center Point,在Maxwell 2D界面下構(gòu)建定子槽模型 Step 3：執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis，出現(xiàn)沿軸復(fù)制，選擇Z軸，相隔15度, 進(jìn)行24次復(fù)制。執(zhí)行Draw/Arc/Center Point，中心原點(diǎn)選擇(0,0),用圓弧連接定子槽，進(jìn)行復(fù)制。執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令，將所有線段合成一體。,Edit/Duplicate/Around Axis,Draw/Arc

5、/Center Point,Modeler/Boolean/Unite,在Maxwell 2D界面下構(gòu)建電機(jī)繞組 Step 4:執(zhí)行Draw/Line，分別輸入(2,39),(3,46.5),以及(-2,39),(-3,46.5)繪制兩條直線，執(zhí)行Draw/Arc/Center Point，中心原點(diǎn)選擇(0,46.5)，以(3,46.5),(-3,46.5)繪制弧線，執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite命令，將所有線段合成一體。最后執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis，出現(xiàn)沿軸復(fù)制，選擇Z軸，相隔15度，進(jìn)行24次復(fù)制。,在Maxwell 2D界面下構(gòu)建電機(jī)定子沖

6、片模型 Step 5：執(zhí)行Draw/Circle，繪制圓,圓中心坐標(biāo)(0,0),X與Y偏移坐標(biāo)為(0,60),執(zhí)行Modeler /Surface/Cover lines生成面域，連續(xù)兩次執(zhí)行Modeler/Boolean/Subtract，最終生成面域,形成電機(jī)定子沖片模型。,在Maxwell 2D界面下構(gòu)建永磁體模型 Step 6：執(zhí)行兩次Draw/Line，分別輸入(-21.91,29.81),(-18.36,24.98)以及(21.91,29.81), (18.36,24.98)。執(zhí)行兩次Draw/Arc/Center Point，中心原點(diǎn)選擇(0,0),繪制兩條弧線,完 成第一片磁極

7、模型。再執(zhí)行Edit/Duplicate/Around Axis，出現(xiàn)沿軸復(fù)制，選擇Z軸，相隔90度,進(jìn)行4次復(fù)制，生成四片永磁體模型。最后執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite合成一體以及執(zhí)行Modeler/Surface/Cover lines生成面域，完成永磁體模型的構(gòu)建。,在Maxwell 2D界面下構(gòu)建轉(zhuǎn)子軛與轉(zhuǎn)軸 Step 6:以永磁體內(nèi)圓的8個(gè)端點(diǎn)為始末點(diǎn)，原點(diǎn)(0,0)為中心執(zhí)行Draw/Arc/Center Point,選擇8段弧線執(zhí)行Modeler/Boolean/Unite合成一體以及執(zhí)行Modeler/Surface/Cover lines生成轉(zhuǎn)子軛面域。執(zhí)行D

8、raw/Line，圓中心為(0,0),X與Y偏移坐標(biāo)為(0,13),執(zhí)行Modeler/ Surface/Cover lines生成面域，再執(zhí)行Modeler/Boolean/Subtract，生成轉(zhuǎn)軸。,Properties,永磁體材料定義及分配 Step 1：對(duì)于永磁體同步電動(dòng)機(jī)靜磁場(chǎng)分析，需要指定以下材料屬性： (1)指定氣隙Air_gap材料屬性空氣(亦可采用默認(rèn)材料屬性真空) (2)指定繞組coil材料屬性 銅 (3)定義定子鐵心及轉(zhuǎn)子軛材料屬性DW465-50，一種電機(jī)常用非線性鐵磁材料 (4)定義永磁體材料，命名為P-Mag，指定給永磁磁極,永磁體材料定義及分配 Step 2:將

9、建立的永磁體材料P-Mag及各個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)分配給各個(gè)磁極，通過(guò)單擊各個(gè)磁極面域所彈出的屬性設(shè)置對(duì)話框來(lái)完成。如下圖所示:Magnet_N_1的材料選擇為P-Mag，方向Orientation為坐標(biāo)系N-pole1，其他磁極設(shè)置類(lèi)似。,激勵(lì)源與邊界條件定義及加載 Step 1: 繞組分相。繞組一般采用A、Z、B、X、C、Y表示，A、B、C表示三相正繞組，X、Y、Z分別代表A、B、C相負(fù)繞組，各相正繞組用英文Phase表示，負(fù)繞組用英文Return表示。例如:A表示為A-Phase，X表示為A-Return，其他表示類(lèi)似。,B+,C-(Z),A+,B-(Y),C+,A-(X),激勵(lì)源與邊界條件定

10、義及加載 Step 2:加載電流激勵(lì)源。選擇A-Phase相四個(gè)繞組,執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations /Assign/Current,在Name中輸入A-P，電流為25A。選擇A-Return相四個(gè)繞組，執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current,在Name中輸入A-R，電流為-25A。B、C相加載方法類(lèi)似。,激勵(lì)源與邊界條件定義及加載 Step 3:加載邊界條件。選擇電機(jī)內(nèi)外圓兩條邊界，執(zhí)行Edit/Select/Edge，選擇邊界線，再執(zhí)行Maxwell 2D/Excitations/Assign/Vector Potential,在彈

11、出的設(shè)置對(duì)話框的Name框中輸入邊界條件名稱(chēng)Boundary，參數(shù)值設(shè)置為0。,Boundary,Boundary,求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定、分析自檢 Step 1:執(zhí)行Maxwell 2D/Parameters/Assign/Matrix，在Setup對(duì)話框中輸入名稱(chēng)L-Matrix,在Include中選擇各相的正繞組，在Return Path中選擇每條支路所閉合的負(fù)繞組。在Post Processing中對(duì)同相的繞組進(jìn)行分組。例如:A相由A-P-1、A-P-2、A-P-3、A-P-4組成,電機(jī)Group完成分組，名稱(chēng)設(shè)置為A-Winding。其他兩相類(lèi)似。,求解選項(xiàng)參數(shù)設(shè)定、分析自檢 Step 2

12、:分析自檢。有限元分析的模型、載荷、邊界、求解項(xiàng)設(shè)置均完成后，執(zhí)行Maxwell 2D/Validation Check，彈出自檢對(duì)話框，當(dāng)所有設(shè)置正確后，每項(xiàng)前出現(xiàn)對(duì)號(hào)提示。,設(shè)計(jì)設(shè)置,三維模型,邊界和激勵(lì),參數(shù),網(wǎng)絡(luò)操作,分析設(shè)置,優(yōu)化,分析數(shù)據(jù)、求解觀察 Step 1:自檢正確后，執(zhí)行Maxwell 2D/Analysis,啟動(dòng)求解過(guò)程。執(zhí)行Maxwell 2D/Results/Solution data，彈出解觀察對(duì)話框。,解觀察對(duì)話框,三角單元與收斂數(shù)據(jù)關(guān)系,分析數(shù)據(jù)、求解觀察 Step 2:將鼠標(biāo)移至模型窗口，操作Ctrl+A，選擇所有物體，執(zhí)行Maxwell 2D/ Fields/Plot mesh，顯示電機(jī)模型剖分情況。,模型剖分統(tǒng)計(jì)信息,模型剖分圖,分析數(shù)據(jù)、求解觀察 Step 3:觀察磁場(chǎng)分布。將鼠標(biāo)移至模型窗口,操作Ctrl+A,選擇所有物體，執(zhí)