电机耦合场分析
某电机多物理场耦合分析
某电机多物理场耦合分析1、概述为了验证ANSYS耦合场分析功能在电机设计中的应用，采用ANSYS的多物理场耦合分析功能，对某机车牵引电机（包括定子、转子）的耦合场分析作了如下工作：1建立起电机用于电磁、流体、热、结构分析的统一的几何模型和有限元计算模型；2首先进行电机磁场分析，计算获取了电机设计中所关心的磁场和磁密分布、矩角特性、电感等参数，并获得电机的电磁发热、电磁力和电磁力矩分布；3利用电机磁场分析得到的热生成，进行电机的流体－热耦合分析，考核电机的通风冷却性能，得到电机的温度分布；4使用电机磁场分析得到的电磁力和电磁力矩分布、以及温度分布，进行结构分析，得到考虑温度和电磁影响下的电机的应力和变形情况。
同时对电机定子、以及定转子耦合情况进行振动模态分析。
所有分析相互间的载荷和边界条件的传递均由程序自动完成。
2、引言众所周知，在电机设计与研究中，要涉及到电磁、绝缘、发热、通风冷却和力学等多种多样的问题，是一个典型的综合性研究学科，各学科之间是相互关联、相互影响的，是典型的多场耦合问题学科。
由于多场耦合问题的研究十分复杂和困难，传统的电机分析研究方法，是把这些相互关联的问题分离，按各学科分类进行独立的研究。
ANSYS是世界上唯一真正能够在同一个界面下，使用统一的数据库进行完善的电磁场、流场、温度场、结构（应力场）耦合分析的商业软件。
应用ANSYS的这种多场耦合能力可以很方便地研究电机的多场耦合问题。
为了实际考核ANSYS的电磁、热、流体（通风冷却）、结构这些多物理场及其耦合分析在电机设计和研究中的应用能力，ANSYS公司成都办事处对某牵引电机进行了多物理场耦合研究分析。
研究分析的内容为：运用ANSYS软件建立起电机（包括定子和转子）用于电磁、流体、热、结构分析的统一的几何模型和有限元计算模型；首先进行电机磁场分析，计算获取电机设计中所关心的磁场和磁密分布、矩角特性、电感等参数，并获得电机的电磁发热、电磁力和电磁力矩分布；在同一个分析模型上，利用电机磁场分析得到的热生成，进行电机的流体－热直接耦合分析，考核电机的通风冷却性能，得到电机在一定的通风量情况下的温度分布规律（同时还包括流体速度、压力等参数）；最后使用电机磁场分析得到的电磁力和电磁力矩分布、以及流体－热直接耦合分析中获得的温度分布，进行结构分析，得到考虑温度和电磁影响下的电机的应力和变形情况，并同时对电机定子、以及定转子耦合情况进行振动模态分析，判断电机的机械性能和安全性能。
ANSYS Maxwell-电机振动噪声多场耦合分析和自动化分析流程
-100.00
-150.00
Curve Info ExprCache(ToothTipRadial_Full1) ExprCache(ToothTipRadial_2) ExprCache(ToothTipRadial_3) ExprCache(ToothTipRadial_4) ExprCache(ToothTipRadial_5) ExprCache(ToothTipRadial_6)
激活噪声计算（ ACT ）选项
在Workbench页面激活: 1. 选择 “Install Extension …” 选项 2. 打开对话框，选择“*.wbex” 文件 (e.g., ExtAcoustics_150.26.wbex，可以从网上下载) 3. 安装完毕 4. 选择“Manage Extensions …” 选项 5. 激活 ExtAcoustics
Agenda
电机噪声综述
电机振动噪声分析流程
新的无缝集成的噪声自动化分析流程
总结
2
© 2014 ANSYS, Inc.
April 14, 2014
电机噪声介绍
Noise Sources
Magnetic
Radial
Self Auxiliaries Load Induced
Mechanical
Aerodynamic
-25.00
-30.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Time [ms] 25.00 30.00 35.00 40.00
Radial Force on Tooth Tips
50.00
02_DC-6step_IPM
ANSOFT
-0.00
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某电机多物理场耦合分析
某电机多物理场耦合分析电机多物理场耦合分析是指在电机工作过程中，考虑多个物理场之间的相互作用，综合分析电磁场、热场、结构场等多个物理场之间的耦合关系。
电机作为一种能够将电能转换为机械能的设备，在其运行过程中会受到电磁力、热能损失、结构强度等多种因素的影响，要准确地分析和理解电机的工作原理和性能特征，就需要对电机的多物理场耦合进行详细的分析和研究。
首先，电磁场与热场的耦合分析是电机多物理场耦合分析的核心内容之一、电机通过电磁场的作用来实现能量转换，而电磁场的产生和分布与电机内部的热量产生和分布有密切关系。
在电机工作过程中，电流通过线圈产生磁场，线圈本身的电阻会产生热量，而电机的热量又会影响电流的分布和线圈的磁场特性。
因此，对电机电磁场和热场之间的耦合关系进行分析和研究，对于提高电机的效率和性能具有重要意义。
其次，电机的结构场和热场之间的耦合分析也是电机多物理场耦合分析的一个关键问题。
电机的结构特性和材料的热导率等因素会影响电机内部热量的传导和分布，从而对电机的热场特性产生影响。
另一方面，电机在工作过程中会受到机械应力的作用，机械应力会导致电机的结构变形和应力集中，从而影响电机的热场分布和热传导特性。
因此，通过对电机的结构场和热场之间的耦合关系进行分析和研究，可以更好地理解电机的机械性能和热特性。
最后，电磁场与结构场的耦合分析也是电机多物理场耦合分析的重要内容之一、电机在工作过程中会受到电磁力的作用，而这些力会导致电机的结构变形和结构应力的分布。
另一方面，电机的结构特性和结构材料的性质也会影响电机的电磁场特性和电磁场分布。
因此，通过对电机的电磁场与结构场之间的耦合关系进行分析和研究，可以更准确地预测电机的机械特性和电磁特性。
综上所述，电机多物理场耦合分析是一项复杂而又关键的研究内容，可以从电磁场与热场的耦合分析、电机的结构场与热场之间的耦合分析以及电磁场与结构场的耦合分析等多个角度来进行研究和分析。
某电机多物理场耦合分析
某电机多物理场耦合分析引言：电机是一种将电能转化为机械能的设备，广泛应用于工业生产和家庭生活中。
在电机的运行过程中，往往伴随着多种物理场的耦合作用，如电场、磁场、热场等。
因此，进行电机的多物理场耦合分析对于电机的设计和优化具有重要意义。
本文将探讨电机的多物理场耦合分析，以实现电机的高效运行和性能优化。
电机中的电场和磁场是相互耦合的重要物理场。
电场的存在使得电机产生电磁力，而磁场的变化也会引起电场的变化。
因此，对于电机的电场和磁场进行耦合分析，可以帮助我们理解电机的电磁特性，并进行优化设计。
电场分析主要包括电势分布、电场强度分布和电位线分布等。
通过分析电场分布，可以了解电机内部电势差的分布情况，从而评估电机的绝缘性能。
同时，还可以通过电场分析，优化电机的结构和布局，减小电场集中，提高电机的工作效率和可靠性。
磁场分析主要包括磁感应强度分布、磁通密度分布和磁场力分布等。
通过分析磁场分布，可以了解电机中磁场的分布情况，从而评估电机的磁化特性。
同时，还可以通过磁场分析，优化电机的磁路设计和磁体结构，提高电机的磁化效果和磁场稳定性。
电场和磁场的耦合分析主要是通过电磁场有限元分析方法进行。
该方法可以通过构建电磁场模型，求解麦克斯韦方程组，得到电场和磁场的分布情况。
利用电磁场有限元分析方法，可以快速准确地分析电机的电磁特性，为电机的设计和优化提供依据。
二、热场和电-磁耦合分析电机的工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，就会导致电机过热，影响电机的性能甚至损坏电机。
因此，热场分析对于电机的热效应和温度分布进行预测和优化具有重要意义。
热场分析主要包括温度分布、热流分布和热应力分布等。
通过分析热场分布，可以了解电机内部温度的分布情况，从而评估电机的散热性能。
同时，还可以通过热场分析，优化电机的散热结构和散热方式，提高电机的散热效果和稳定性。
电-磁耦合分析主要是将电场、磁场和热场进行耦合分析，来研究它们之间的相互作用关系。
某电机多物理场耦合分析
某电机多物理场耦合分析1、概述为了验证ANSYS耦合场分析功能在电机设讣中的应用，釆用AN SYS的多物理场耦合分析功能，对某机车牵引电机（包括定子、转子）的耦合场分析作了如下工作：1建立起电机用于电磁、流体、热、结构分析的统一的儿何模型和有限元计算模型；2首先进行电机磁场分析，计算获取了电机设计中所关心的磁场和磁密分布、矩角特性、电感等参数，并获得电机的电磁发热、电磁力和电磁力矩分布；3利用电机磁场分析得到的热生成，进行电机的流体一热耦合分析，考核电机的通风冷却性能，得到电机的温度分布；4使用电机磁场分析得到的电磁力和电磁力矩分布、以及温度分布，进行结构分析，得到考虑温度和电磁影响下的电机的应力和变形情况。
同时对电机定子、以及定转子耦合情况进行振动模态分析。
所有分析相互间的载荷和边界条件的传递均山程序自动完成。
2、引言众所周知，在电机设计•与研究中，要涉及到电磁、绝缘、发热、通风冷却和力学等多种多样的问题，是一个典型的综合性研究学科，各学科之间是相互关联、相互影响的，是典型的多场耦合问题学科。
由于多场耦合问题的研究十分复杂和困难，传统的电机分析研究方法，是把这些相互关联的问题分离，按各学科分类进行独立的研究。
ANSYS是世界上唯一真正能够在同一个界面下，使用统一的数据库进行完善的电磁场、流场、温度场、结构（应力场）耦合分析的商业软件。
应用ANSYS的这种多场耦合能力可以很方便地研究电机的多场耦合问题。
为了实际考核ANSYS的电磁、热、流体（通风冷却）、结构这些多物理场及其耦合分析在电机设计和研究中的应用能力，ANSYS公司成都办事处对某牵引电机进行了多物理场耦合研究分析。
研究分析的内容为：运用ANSYS软件建立起电机（包括定子和转子）用于电磁、流体、热、结构分析的统一的儿何模型和有限元讣算模型；首先进行电机磁场分析，计算获取电机设计中所关心的磁场和磁密分布、矩角特性、电感等参数，并获得电机的电磁发热、电磁力和电磁力矩分布；在同一个分析模型上，利用电机磁场分析得到 的热生成，进行电机的流体一热直接耦合分析，考核电机的通风冷却性能，得到 电机在一定的通风量情况下的温度分布规律（同时还包括流体速度、压力等参 数）；最后使用电机磁场分析得到的电磁力和电磁力矩分布、以及流体一热直接 耦合分析中获得的温度分布，进行结构分析，得到考虑温度和电磁影响下的电机 的应力和变形情况，并同时对电机定子、以及定转子耦合情况进行振动模态分析, 判断电机的机械性能和安全性能。
矿用直驱永磁电机磁热双向耦合分析
微电机MICROMOTORS第53卷第12期2020年 12月Vol. 43. No. 12Dec. 2022矿用直驱永磁电机磁热双向耦合分析孙重阳，冯桂宏(沈阳工业大学电气工程学院，沈阳110877)摘 要：对于矿用直驱电机，因为其转矩密度大、发热量高，同时工况条件存在大量的煤粉，所以在电机设计时准确计算其稳态运行温度尤为重要，首先建立电机等效热网络模型，分析电机热传导与热对流过程的等效热阻与热源，利用Msoc-CAD 软件建立电机轴向水冷模型，采用有限元法求解电机电磁场，热网络法求解电机温度场，并 进行双向耦合迭代，求解岀电机稳态运行温度。
最终通过样机实验验证电机冷却系统设计的合理性以及磁热双向耦 合分析电机温度方法的准确性。
关键词：直驱永磁电机；热网络法；有限元分析；磁热双向耦合中图分类号：TM351 文献标志码：A 文章编号：1021-6848(2020)126212-26Magneto-Thermal BiOirectionaU Coupling Analysit oO Mine Direci DrivePermanevi Magnei MotorSUN Chonayana , FENG Guinond(School of Elechin Engineering , Shenyang University of Technolofy , Shenyang , 119872, China )Abstract : Foo midv d irect drive motorc ,of V s 山妙 tOTquv dssity ,山妙 0x 1: nevxPiod , and alarav 1X100-0 of pulveozeV coal in worlind condidods , it is xpvciply importadh th accaratelz calcalatv the 31x 1,21:00 overatind temperature duond motoc desivnind- The 6X111^16x 0 themial detworl moVel was estad- lisheV , and thethemnal resistaaco and hedt sonmo in the process of hevt conduction and hedt con vection were analyze ；. TU c axial water-coolind moVel was estadlisUeV by Motor-2 A D ,止1 finite elemevtmethoV was nseV la solw the electromapdetlc fielU and the themnal dfwom methoV is nseV 1h solw the motoc Wmperatnro fielU . The bidirectional covnUnd was carmed ont h solw the steady-state overatind temperatureof the motoc. Finally , the rationalite of the coolind system desicd and the accamcy of the mapdeto-themnalbidirectional conplina methoV foc analyzina the temperature were vemfief throvud prototype ;卩；1!1；1:(.Key words ： direct c H w pemnaaevt m apaet motoc ； thermal aetwom methoV ； finite elemevt analysis ； mapsaeto-thermal bidirectional cevnUnao 引言煤炭是我国的重要资源，随着近年来电力电子技术及装备制造业的快速发展，越来越多的煤矿企 业也在追求着采煤工作的高效化、智能化。
自起动永磁电机起动冲击电流和转矩的场路耦合分析
４ ０３ ２ ３ ０ ３； ．海 军 ７ ２厂 ， 海 ０ 上
２０３ ） ０ ４ ４
要 ：建立了 自起动永磁 同步 电机 的场 一 一运动耦合模型 ， 路 给出控制电路与 电磁场方 程耦合 的时步
有限元分析方法 ， 采用运动气隙边界法解决转子运 动问题 ， 与机械 运动方程相结合 ， 可对 电机的瞬态过程进行
流和 转矩 与异 步 电机 有 着 较 大 差别 。文 献 ［ —］ １３ 通 过研 究 发现 ， 自起 动 永 磁 电机 的起 动 电 流要 大 于相 同功率 等 级 的 异 步 电机 ， 且会 出 现 十几 倍 并 甚 至 几 十倍 的 冲击 电流 ， 设 备 和 电 机 本 身造 成 对 损害 ； 文献 ［ ］ 出不 同 的初 始 状 态 对 自起 动 永 ４指 磁 电机 的冲击 电流 和 冲击 转矩 有 着 较 大 影 响 ， 并
研究与设计 Ｅ Ａ 眦
、 扎 与粒 制 应 田 ２ １，８（Ｏ） 毛 ！ ０ １３ １
自起 动 永 磁 电机 起 动 冲 击 电 流 和 转 矩 的 场 路 耦 合 分 析
梁京辉 乔 鸣 忠 徐 凤 军 ， 李 耕 ’ ， ，
（ ．海军 工程 大学 电气与信 息 工程 学 院 ， 北 武汉 １ 湖
Ａ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅ —ｉ ｕ — ｏｉ ｏ ｐ ｄ ｍ ｄ ｌ ｆ ｉｅｓ ｒ ｐ ｒ ｎ ｎ ｍ ｇ ｅ （ Ｍ）ｍ ｔｒ ｗ ｓｅｔ ｌ ｈ ｄ ｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｌ ｃｒ ｉ ｍ ｔ ｎ ｃｕ ｌ ｏ ｅ ｏ ｌ —ｔ ｔ ｅ ｉ ｆ ｄ ｃｔ ｏ ｅ ｎ ａ ｍａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔ Ｐ ｏｏｓ ａ ｓ ｂｉ ｅ ， ａ ｓ
关 键 词 ：自起 动 永 磁 电 机 ；场 路 耦 合 ；冲击 电流 ；冲击 转 矩 中 图分 类 号 ： Ｍ ３ １ 文 献 标 志码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６４ （０ １ １ －０ ６０ Ｔ ５ Ａ １７ －５ ０ ２ １ ）００ ２ － ５
偏差耦合多电机
偏差耦合多电机1. 引言1.1 概述偏差耦合是指在多电机系统中，由于各个电机之间存在相互影响和共同作用的情况下，导致系统中的电机无法独立运行，而受到其他电机运行状态的影响。
在实际应用中，偏差耦合常常会导致系统性能下降、控制困难等问题，因此对偏差耦合问题的研究和解决具有重要的理论意义和工程应用价值。
在多电机系统中，每个电机都是独立的执行器，负责完成特定的任务。
然而，由于多种因素的综合作用，如机械结构、力学特性以及控制策略等，各个电机之间的运动状态往往会相互影响。
这种相互影响导致了偏差耦合问题的产生。
例如，当一个电机发生故障或者受到负载变化的影响时，其它电机的转速、力矩等运行状态可能会发生改变，从而影响到整个系统的稳定性和控制性能。
偏差耦合问题在许多领域中都有广泛的应用，特别是在航空、航天、机器人和自动化控制系统等方面。
在这些领域中，多电机系统常常用于实现复杂的动力控制和机械操作。
然而，由于偏差耦合的存在，使得系统难以精确控制，影响到了系统的稳定性、精度和可靠性。
因此，本文将重点研究偏差耦合多电机系统的问题，并探讨其产生的原因和影响，为进一步解决和改善偏差耦合问题提供理论和实践的指导。
通过深入分析偏差耦合现象的特点和机理，可以为多电机系统的控制设计和优化提供有益的参考，提高系统的控制精度和性能。
综上所述，本文的目的是对偏差耦合多电机系统进行全面的研究和分析，以期能够为解决偏差耦合问题提供有效的解决方案和方法，并促进多电机系统的发展和应用。
通过本文的研究，相信能够为相关领域的研究人员和工程师提供有关偏差耦合问题的重要信息和指导，推动相关领域的科学研究和工程实践的进展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包含以下信息：文章结构部分可以用来向读者介绍整篇文章的组织结构。
通过清晰地阐明文章的章节和主要内容，读者可以更好地理解文章的逻辑和发展。
本文将按照以下章节展开：1. 引言：本部分将对偏差耦合多电机的研究背景和意义进行概述，并介绍文章的结构和目的。
大功率永磁同步电机磁热耦合分析
大功率永磁同步电机磁热耦合分析大功率永磁同步电机是一种高效率、高功率密度的电机，主要用于工业领域的驱动和发电。
其特点是结构紧凑、功率密度高，能够提供高扭矩输出，并具有高效率、高可靠性等优点。
而磁热耦合分析是对电机磁场和热场之间的相互影响进行分析和优化的过程。
本文将对大功率永磁同步电机的磁热耦合分析进行详细探讨。
首先，大功率永磁同步电机的磁场分析是磁热耦合分析的基础。
通过分析电机的磁场分布情况，可以确定永磁体的磁场强度和分布，以及磁场对电机性能的影响。
磁场分析主要包括对电机的永磁体、励磁线圈和铁心等部分的磁场进行模拟计算，以得到电机的磁场强度和分布情况。
其次，大功率永磁同步电机的热场分析是磁热耦合分析的关键。
由于电机在工作过程中会产生热量，而热量会对电机的性能和寿命产生重要影响，因此热场分析对于优化电机设计至关重要。
热场分析主要包括对电机的散热结构和冷却方式进行模拟计算，确定电机的热量产生和传导情况，以及在不同工况下的温度变化情况。
最后，大功率永磁同步电机的磁热耦合分析是综合考虑电机的磁场和热场之间相互影响的过程。
通过对电机的磁场和热场进行耦合分析，可以确定不同工况下电机的磁场和热场的分布情况，以及磁场对热场的影响和热场对磁场的影响。
进一步，可以通过磁热耦合分析优化电机的设计，提高电机的效率和可靠性。
总之，大功率永磁同步电机的磁热耦合分析是对电机性能和寿命进行优化的关键一步。
通过对电机磁场和热场之间的相互影响进行分析和优化，可以提高电机的效率和可靠性，进一步推动大功率永磁同步电机的应用和发展。
船用发电机内部多物理场耦合数值分析
船用发电机内部多物理场耦合数值分析冯国增;姚寿广;刘飞;陈勇【摘要】本文采用多物理场耦合数值方法,对某船用发电机内部定子、转子的温度场以及内部冷却气道的流场、温度场进行数值模拟分析.基于建立的发电机整场耦合分析模型,得到了电机内部定子、转子温度分布及气隙流道内空气的流速分布、压力分布及温度场分布.计算结果表明:采用多物理场耦合数值方法,得到电机的流场与温度场计算结果更加准确,且通风管道内流体的流动情况更加清晰,为优化电机内部冷却气道提供了理论依据.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2018(040)010【总页数】5页(P109-113)【关键词】船用发电机;流场;温度场;耦合分析【作者】冯国增;姚寿广;刘飞;陈勇【作者单位】江苏科技大学能源与动力学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学能源与动力学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学能源与动力学院,江苏镇江 212003;江苏科技大学能源与动力学院,江苏镇江 212003【正文语种】中文【中图分类】TM310 引言随着市场对电机单机容量需求的增大，电机运行过程中的损耗也随之提升，致使电机运行时的温升也不断升高，因此针对电机散热问题的研究至关重要[1]。
电机定子、转子内部通风沟的存在对电机的散热起着关键性的作用，由于电机结构的复杂性，在过往的研究中，通常将冷却介质流过流道对电机运行过程中温度场的影响转化成散热系数[2–4]，并在电机温度场的计算过程中作为边界条件，且认为冷却介质在流道内温度与速度呈线性变化[5]。
再者由于电机定转子之间气隙内流体复杂的流动情况，多是把电机转子与定子部分的温度场分开进行计算[6–8]，把定转子之间的热交换转化为散热系数加载，且很多是以一个径向风沟作为研究对象[9–11]，这造成了一定的误差。
本文通过Fluent对某型船用发电机定、转子的流场与温度场进行了耦合数值分析，避免使用经验公式把冷却介质对温度场的影响转化为散热系数进行加载，并且同时对电机定子、转子以及流场流道建立模型，气隙作为流道的一部分，分别与电机定子、转子部分发生对流换热，准确地得到电机通风沟内流体的流动状态与温度分布、电机固体部件的温度分布，并进行分析。
基于多物理场耦合计算分析的多相异步电机设计平台
ｉ ｄｔ ｆ ｌ． ｍｐ ｒ ｔｒ ｆｅｄ ｏ ｐｅ ｆｅｄ ａｅ ｌｔ ｎ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｆｅｄ ｓｒｓ ｃ ｕ ｌｄ ｆ ｌ ｅ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｉ ｌ ｃ ｕ ｌｄ ｉ ｌ ｃ ｌｕａｉ ， ｌｃ ｍａ ｎ ｔ ｉ ｌ －ｔｅｓ ｏ ｐｅ ｉ ｄ ｏ ｒ ｃ ｅ ｃ ｌｕａｉｎ Ｔｈ ｏ ｇ ｅｓｍｕａ ｏ ｆｅ ｃ ｄ ｌ， ｔ ｂ ａ ｅ ｅｒｓ ｌ ｏ ｍｐ ｒｔｒ ｎ ｔａｎ ａｃ ｌｔ ． ｒ ｕ ｈ ｔ ｉ ｌｔ ｎｏ ａ ｈ ｍｏ ｕ ｅ ｉ ｏ ｔｉ ｄ ｔ ｅｕｔ ｆｔ ｏ ｈ ｉ ｎ ｈ ｅ ｅ ａｕｅ ａ ｄ ｓｒｉ ａ ｏ ｔｔｅｍｏｏ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｔｅ ｅ ｅａｅ ｅｄ ｓｇ ｅ ｏｔ ｗｈｃ ｒ ｖ ｄ ｓａｒｌ ｂ ｅｔｅ ｒｔ ａ ｂ ｕ ｈ ｔｒｄ ｓｇ ， ｎ ｈ ｎｇ ｎ ｒ ｔｓｔ ｅ ｉｎ ｒｐ ｒ， ｉｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｅｉ ｌ ｈ ｏｅｉ ｌ ｈ ａ ｃ
［ 摘
要］ 传 统的电机设计方法主要是通过经验公式进行估算 ，此方 法有一定的局限性 。本文基于多物理场
耦合计算 ，搭 建了电机虚拟设计平 台－Ｍｏｏ－ ｌｈ ，其 中包括 电磁一 流体一 温度 场耦 合计算 分析模 块 、电 － ｔｒ ｐ ｙ Ｍｕ 磁～应力场耦合计算 分析模块 等。通过各模块的仿真计算 ，得到所设 计结构的温升及应 变结果 ，生成设计报
ｌ 引 言
电机研 发 与制 造技 术 ，涉 及 电磁学 、流体 力 学 、 传 热学 、 构力 学等 多学 科交叉 Ｌ。目前 ，电机研 发制 结 １ Ｊ
应力 场进 行耦 合分 析 ，通过 计 算得 到 电机 温升及 部 件 应变 结果 ，找 到 电机运 行 中无 法检 测到 的应 力 和温 升
ｓ ｍｅｌ ｔｔ ｎ ．Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｍｏｏ ｉｔａ ｅ ｉｎ ｐａｆｒ ・ ｏｏ－ ｕｐ ｙ ｉ ｅ ｉｎ ｄ ｂ ｓｄ ｏ ｏ ｉ ａｉ ｓ ｎ ｔｉ ａ ｅ， ｔｒｖｒ ｌｄ ｓｇ ｌｔ ｍ Ｍ ｔｒＭ ｌｈ ｓｄ ｓｇ ｅ ａｅ ｎ ｍｉ ｏ ｕ ｏ
场路耦合联合仿真分析
11
牵引电机场路耦合联合分析
© 2015 ANSYS, Inc.
12
逆变侧牵引电机以一台55kW变频调速异步电机为例进
行仿真计算。
转子槽参数： 齿宽：t2=9.05449(mm) 轭高： hy2=44.4006(mm) 斜槽系数：bSK=1 槽类型：圆底槽 槽尺寸： 定子绕组参数： hr0=0.5(mm) 槽数：Q1=48 hr1=2.3094(mm) 绕组类型：双层叠绕组 hr2=37.69(mm) 匝数：W1=88 br0=1(mm) 并联支路数：a1=4 br1=9(mm) 每槽导体数：Cs1=11 br2=3.6(mm) 每导体导线数：n1=5 导线直径：dd1=1.4(mm) rr2=1.8(mm) 转子绕组参数： 短距：Y1=11 槽数：Q2=44 绕组系数：Kw1=0.9495 绕组类型：鼠笼绕组 绕组端部尺寸：d1=20 端环直径：Dr=196(mm) tY=216.128 端环宽：be=58(mm) ld=124.651 端环高：he=26(mm) © 2015 ANSYS, Inc. 额定参数： 输出功率：P=55(kW) 相电压：U=220(V) 额定电流：I=98.4678(A) 额定频率：f=50(Hz)
变压器2D平面尺寸图
2D有限元模型
© 2015 ANSYS, Inc. 2D 模型轴向拉伸图
2D模型轴向拉伸图
3D有限元模型
6
对七种不同的工况进行仿真与实验对比：网侧输
入电压 Us=396，直流母线电压参考值Udc_ref=[510 537 556 595 631 666 705] V ，负载电阻值 R_load=23.4Ω 。 控制器的参数值： 电压外环比例增益：1 电压外环积分增益：0.2
基于耦合电感理论的同步电机数学模型分析
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ ３ ４ １
文献 标 志码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ３ — ４ ２ ５ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ３ ０ — ０ ５
解 和使 用 的 “ 新模 型 ” 呢 ？下 面 我 们 来 探 讨 一 下 这
个 问题
通） 用 实线 表示 ， 其 中部 分 磁通 （ 称 互 感磁 通 ） 与 Ⅳ，
链绕 ． ．
Ｆ １ ２
●一 一 一
一 、 ＋ 一Ｌ 一一 一 ． ． 一
・ ＿ ＿ ＿ ＿ ■ ■ ■ ■ － ・ ■ ＿ ＿ ＿ ■ ■ ■ ■ … 一 叶一 ． － 一叶一 、一
—— —— ． ● ．— — 一
—— ． ／
图 ２ 变压 器 的 电 路 模 型
本节 我 们 就 从 两 个 磁 场 人 手 ， 逐 步 推导 出“ 新 模
型” 。
场 发生 变化 时 ， 穿过 这一 面积 的磁 通量 就会 变化 ， 这 时 回路 中产 生 的感应 电动势称 为感 生 电动 势 。感 生 电动势 适用 法拉 第 电磁感 应定 律来 描述 ：
型。
Ｉ
—— —— 一 —— ＿／
同步 电机 产 生 的 电 动 势 就是 动 生 电动 势 的 模
２ 构建 同步 电机“ 新模型 ”
如 引言 中所述 ， 同步 电机 分析 的核 心就 是 分 析
电机 中的主磁 极磁 场 和 电枢 反应 磁 场 的相 互作 用 ，
。 Ｉ
、 一
异步电机电磁振动的磁-固耦合分析1王玎
（ａ）电懒张（ｂ）电机性能曲线图２．２鼬ｔｗｒｔ软件计算结果通过前面设定参数、确定电机的几何模型后，最终通过ＲＭｘｐｒｔ软件创建了Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ项目。
完整的样机二维模型，如图２．３所示。
在创建模型时，还可以根据电机的几何对称性将电机的结构分成半周期、四分之一周期，只要设置相应的周期边界条件，同样可以准确计算电机的电磁场，并且缩短了Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ的运行时间。
创建好项目后，就可以利用Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ软件对电机的电磁场特陛进行有限元分析。
在计算电机电磁力时，希望考虑电机转子偏心的影响，因此需要在Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ工程中对电机模型进一步进行修改。
转子的偏心，分为动偏心和静偏心。
理想的不偏心状态如图２．４（ａ），定子圆心、转子圆心及转子旋转的圆心在同—位置，彼此重合。
在图２以ｂ）中，转子旋转的圆心和定子圆心重合，而转子的圆心存在偏心，被称为动偏心。
在图２．４（ｃ）中，转子圆心与旋转圆心重合，两者与定子圆心存在偏心，被称为静偏心。
（ａ）二维电磁场完整模型（ｂ）二维电磁场ｌ忍周期模型及标注图２．３二维电磁场计算模型通过在Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ建模模块中选择转子部件，可以对转子进行整体偏移，偏移量设为气隙长度的２５％、５００，４、７５％，即０．２ｒｎｍ，０．４ｒａｍ和０．８ｒａｍ。
此时电机的气隙厚度不再均匀分布。
在动态分析模块中，设置好旋转部件的圆心，这样就可以进行考虑转子偏心的电机电磁场分析。
图２．５中将偏心后的电机模型气隙部分进行了放大，通过图２．５（ａ）和图２．５＠的对比可以看出由于电机的转子整体向ｘ正方向进行了偏移，导致气隙不再均匀。
／／”…～＼、一，，，，一一～、、＼＼、一／７／ｊ＼、．掣二擘夕／（ａ）转子不偏心（ｂ）转子动偏心（ｃ）转子静偏心图２．４转子的三种位置状态（ａ）最大气隙放大图（ｂ）最小气隙放大图图２．５最大和最小气隙放大图２．３．２施加载荷以及边界条件建立好电机模型后，首先要选择各部分的材料。
《耦合场分析》课件
耦合场的分类
根据耦合方式的不同，耦合场可以分为线性耦合场和非线性 耦合场。线性耦合场是指各个物理场之间的相互作用关系可 以用线性方程来描述；非线性耦合场则是指相互作用关系是 非线性的。
根据物理场的类型，耦合场可以分为多物理场耦合和多介质 耦合。多物理场耦合是指多个不同类型的物理场之间的耦合 ；多介质耦合则是指不同介质之间的相互作用和影响。
。
边界条件和初始条件
描述不同媒质交界面的电磁场行为。
初始条件用于确定初始时刻的电磁场状态。
边界条件和初始条件是耦合场分析中必须考虑的 重要因素。
数值计算方法
通过数值计算方法，可以求解耦合场分析中的方程。 常用的数值计算方法包括有限差分法、有限元法、边界元法等。
这些方法能够处理复杂的几何形状和媒质属性，为耦合场分析提供了有效的工具。
磁场与力场的耦合分析有助于理解磁场对 力的影响以及力对磁场的影响。在电机设 计、磁悬浮系统以及磁场传感器等领域， 通过耦合场分析可以优化磁场分布，提高 系统性能和稳定性。
声场与流场的耦合分析
总结词
声场与流场之间的耦合关系在航空航天、流 体机械和环境工程等领域具有重要意义。
详细描述
声波在流体中传播时，会受到流体的影响， 同时流体运动也会受到声波的作用。通过声 场与流场的耦合分析，可以研究声波对流体 流动的影响以及流体流动对声波传播的影响 。在航空航天、流体机械和环境工程等领域 ，这种耦合关系对设备的性能和安全性具有 重要影响。
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CATALOGUE
耦合场分析的未来发展
多物理场耦合的深入研究
1
深入研究多物理场之间的相互作用机制，提高耦 合场分析的精度和可靠性。
场路耦合分析汽轮发电机瞬态参数
２ 基 于 Ｍａｗ ｌ 场 路 耦 合 分 析 实 ｘｅ ｌ的
仍Ｉ Ｉ
２ １ 分析 实例 的基本 参数 ．
本文介绍的发电机应用在钢厂高炉余热发 电 项 目， 型号为 Ｑ Ｗ４ ５２ Ｆ ． －。该 电机额定 有功功 率 为 ４５０ Ｗ 、 ０ ｋ 额定 电 压 １ ０ Ｖ、 定 频 率 ５ Ｈ 、 ０５０ 额 ０ ｚ 功率因数 ０ ８ 滞后） 其安装尺寸和其 它参数要 ．（ 、
１ 场 路 耦 合分 析 介绍
场路耦合就是在有限元分析过程中外部控制 电路与电机 内电磁场相互作用分析的过程。在汽
用， 关于如何建 立 Ａ ｓ ａｗ ｌ２ ｎｏ Ｍ ｘ ｅ Ｄ模 型的文章 ｌ ｆ ｌ 和实例介绍很 多， 本文不再赘述。下面将汽轮发 电机建模时需要注意 的地方做一下简要说明。 ２ ２ １ 转子输入设置 ．． 在 Ｍ ｘ ｅ １中 ， ａｗ ｌ ３ 汽轮发电机 的转子与其它 ｌ ２ 类型电机转子输入有很大的不同， ｏ ｒ Ｒ ｔ 设置窗口 ｏ
求符 合 国家标 准要 求 。 ２ ２ 建 立汽轮 发 电机 的 ２ ． Ｄ分析模 型 随着近 年 来有 限元技 术在 我 国不断推 广 与应
指（ Ｚ ２ － ” 汽轮发 电机 电磁计 算公式》 Ｄ ）８６ 《 ３ 中的 经典公式计算 ， 文将介绍一种采用场路耦合 有 本 限元分析 手段 来分析汽轮发 电机 瞬态参数 的方 法， 该方法较经典公式计算更为精确和直观 。
ｎ ｔ —ｌｍｅ ｔａ ａｙ ｉ．Ｔｈ ｓｍｅｈ ｄ ｉ ｒ ｃ ｕ ａｅａ ｄ ｉ ｔｉｉｅｃ ｍｐａｅ ｔ ｙ ｉａ ｏ ｕ ａ ｉｅ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｉ ｔ ｏ ｓｍｏ ｅａ ｃ ｒｔ ｎ ｎ ｕｔ ｏ ｖ ｒｄ ｗｉ ｔｐ ｃ ｌｆｒ ｌ ｈ ｍ
机电耦合系数和压电系数-概述说明以及解释
机电耦合系数和压电系数-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述概述机电耦合是指机械系统与电气/电子系统之间相互作用、相互影响的现象。
机电耦合系统广泛应用于各个领域，包括航空航天、汽车工程、机械工程等等。
在机电耦合系统中，机械能转化为电能，或是电能转化为机械能，实现了能量的转换和传输。
压电效应是一种基于某些材料（压电材料）在电场的作用下产生机械变形的现象。
压电材料能够通过电荷的极化改变其形状和尺寸，同时也可以通过施加机械压力来改变电荷分布。
这种相互转换的特性使得压电材料在传感器、执行器、能量转换器等方面有着广泛的应用。
本文将主要讨论机电耦合系数和压电系数的定义、影响因素、应用领域、测量方法和应用场景等方面的内容。
通过对这两个关键概念的深入探讨，旨在增进对机电耦合系统和压电效应的理解，并为相关领域的研究提供参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分是文章大纲中的第1.2节。
本节的目的是介绍整篇文章的结构安排。
文章的结构部分应包括以下内容：本文将按照以下结构进行论述：第1节为引言部分，主要介绍了机电耦合系数和压电系数的相关背景和研究现状，同时描述了本文的目的和意义。
第2节为正文部分，主要分为两个部分：机电耦合系数和压电系数。
其中，2.1节将从定义、影响因素和应用领域三个方面介绍机电耦合系数；2.2 节将从定义、测量方法和应用场景三个方面介绍压电系数。
第3节为结论部分，主要对机电耦合系数和压电系数进行总结。
其中，3.1节总结了机电耦合系数的重要性和研究成果；3.2节总结了压电系数的研究进展和应用领域；3.3节探讨了未来研究的方向和挑战。
通过以上结构的安排，本文将全面介绍和论述机电耦合系数和压电系数的概念、特性、测量方法和应用领域，为读者提供了一个全面的了解和研究的基础。
同时，通过对结论部分的总结和未来研究方向的探讨，也为相关领域的研究者提供了一些有价值的思考和参考。
1.3 目的本文的目的是介绍和探讨机电耦合系数和压电系数在工程领域中的重要性和应用。
Ansys电机电磁(Maxwell)、热(Fluent)耦合分析流程图
Shaft
ANSYS 中国
Magnets
Rotor
w2
电机电磁（Maxwell）、热（Fluent）耦合分析流程
Fluent项目
The Maxwell project contains a 3D mesh model of a ITRI motor The setup of this motor has already been partially done 注意：考虑到设置效率，建议对Fluent的设置在Workbench外完成，特别是当网格 是四面体，并希望在FLUENT中转化为多面体网格时。在Workbench下Fluent的所 有操作都会被记录，并在重新打开时重新运行所有操作，非常费时。所以建议在 Workbench外将Fluent设置好，这样在Workbench内打开时较为节省时间。
准备
软件：ANSYS Workbench R16，Maxwell R16 及 FLUENT R16.
Fluent中的网格和几何
ANSYS 中国
w1
电机电磁（Maxwell）、热（Fluent）耦合分析流程
Maxwell项目
The Maxwell project contains a 2D geometry of a ITRI motor The setup of this motor has already been partially done Note I: It is a better way to set up Maxwell outside Workbench. It is more efficient compared with setup inside Workbench Note II: If thermal simulation can not be treated as periodic problems, for the reason of mapping data, Maxwell should use full model to analyze
风力发电系统的多物理场耦合分析与优化
风力发电系统的多物理场耦合分析与优化随着能源危机和环境问题的不断凸显，可再生能源成为全球范围内的关注焦点。
在可再生能源中，风能作为一种广泛分布并且可再生的资源，具有巨大的开发潜力。
风力发电作为一种清洁、可持续的能源技术，已成为解决能源问题的重要手段。
风力发电系统是一个复杂的多物理场耦合系统，其中包括机械、气动、结构等多个物理场的相互作用。
在风机运行过程中，风的气动力将转化为机械能，驱动发电机发电。
但同时，风力发电系统中也存在着诸多问题，如振动、噪声、材料疲劳等。
因此，对风力发电系统进行多物理场耦合分析与优化已成为提高其效率和可靠性的关键。
首先，风力发电系统的多物理场耦合分析是为了研究各物理场之间的相互作用及其对系统性能的影响。
以风机叶片为例，当风通过叶片时会产生气动力，这个力对叶片产生振动，从而引起机械场的变化。
同时，由于机械场的变化，叶片的结构也会受到影响，进而影响到气动场。
因此，要全面了解风力发电系统的运行机理和各物理场之间的相互关系，需要进行多物理场的耦合分析。
其次，在进行多物理场耦合分析的基础上，针对风力发电系统的问题进行优化是非常必要的。
优化可以针对不同物理场进行，目的是使系统能够更高效地转化风能为电能，并降低不必要的振动、噪声等负面影响。
例如，在设计叶片时，可以通过优化叶片结构、材料选择等方式来提高叶片的气动性能和结构强度；在风场分布不均匀的情况下，可以通过调整叶片转动角度以最大程度地利用风能。
通过对风力发电系统进行优化，可以使其性能更优，进一步推动可再生能源的开发和利用。
风力发电系统的多物理场耦合分析与优化涉及到多个学科领域的知识，如流体力学、结构力学、材料科学等，需要综合运用相关理论和方法。
在数值模拟方面，有限元法、计算流体力学等方法可以用于模拟不同物理场的相互作用。
在优化算法方面，遗传算法、粒子群算法等可以用于寻找系统的最优解。
此外，实验测试和实际运行数据的分析也是进行多物理场耦合分析与优化的重要手段。