ANSOFT软件在电机设计中的应用教程
ANSOFT软件在电机设计中的应用教程
建模过程中注意事项
物体必须封闭。 物体之间可以完全包含，不可以交叉。 物体边的分段数不可太低。 尽量避免过尖锐的物体，必要时要做钝化处理。 应用布尔运算后，原物体并不被删除，而是被指定为Non_model，物体处于隐藏状态。
建模基本操作
选择Model/Drawing Plane命令，设置模型的绘制 平面。选项中包括XY Plane和RZ Plane.
暂态场激励源为电流源，电压源以及外接电路。
4设定边界条件及激励源
电流源设置
4设定边界条件及激励源
电压源设置
4设定边界条件及激励源
外电路中设置激励源
4设定边界条件及激励源
两相导通的三相无刷直流电机
Ia Im Ix Im
I
b
Im
Iy Im
I
c
0
Iz 0
三相星接正弦永磁同步电机
Ia Im Ix Im
选择Model/Drawing Size重新定义模型区域的大 小。
选择Model/Drawing Units来定义模型所用的单位。 创建模型。建议通过画直线和圆弧来完成场域边
界的建立。 需要的时候，利用Edit,Reshape和Arrange菜单命
令修改你所建立的模型。
绕组注意事项
连接要正确。 尽量用不同颜色标明。 同相分组。
3设定模型材料属性（Setup Materials）
选中物体，从材料库中选择所需材料，点击“Assign”。 添加新材料 材料的属性也可以用函数来赋值。
排除物体 有些情况下，可能让一些物体不参加计算，这时，就可以利用排 除该物体来实现该目的。一种典型的情况是，对于一个闭合的场 域问题（如由第一类边界包围的一个电场区域）背景可以不参加 计算，这时就可以利用排除背景来实现。具体做法为：选择要排 除的物体，点击Exclude。可Include来恢复物体。
哈工大培训课程ANSOFT软件在电机设计中的应用
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
Ansoft学习
掌握内容
2后处理
电机磁力线，磁密云图分布，应用计算器画某条线上的切向， 法向磁密波形（主要为气隙，齿和轭部磁密。）。求点的矢量 磁位值。求漏磁系数，极弧系数，卡特系数等。波形导入和导 出。FFT分解。 3优化设计
永磁无刷直流 电机系统图
控制电路对转子位置传感器检测的信号进行逻辑变换后产生脉宽调制PWM信 号，经过驱动电路放大送至逆变器各功率开关管，从而控制电动机各相绕 组按一定顺序工作，在电机气隙中产生跳跃式旋转磁场。
电磁与电子技术研究所
特种电机及其控制
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
1.永磁直流电机
结构
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
1.永磁直流电机_运行特性
工作特性 速率特性
转矩特性
效率特性
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
磁路求解
1路算 2场算
电机参数 12V 2400RPM 75W 0.299Nm
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
1.永磁直流电机_设计特点[2]
电枢反应 1直轴电枢反应
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
ANSOFT软件在电机设计中的应用教程
ANSOFT软件在电机设计中的应用教程引言：ANSYS公司是全球领先的工程模拟软件开发商之一，旗下的ANSOFT 软件是一套专门应用于电磁场模拟及电磁场与电路耦合仿真的工具。
该软件被广泛应用于电机设计、电机驱动器设计、变压器设计、高频设备设计等领域。
本文将重点介绍ANSOFT软件在电机设计中的应用。
一、ANSOFT软件简介ANSOFT软件是一套电磁场模拟及电磁场与电路耦合仿真工具，主要包含HFSS、Maxwell、Simplorer等几个工具。
其中，HFSS（High Frequency Structural Simulator）是ANSYS公司开发的基于有限元理论的高频结构模拟软件；Maxwell是一款用于模拟电气、电磁和机械系统中静态和动态行为以及互连行为的软件；Simplorer是一款用于嵌入式系统和电子系统设计的面向对象、基于模板和分层技术的多领域仿真环境。
二、ANSOFT软件在电机设计中的应用1.基于有限元法的电机磁场分析ANSOFT软件可通过HFSS工具，对电机中的磁场进行分析。
用户可根据实际问题建立三维模型，并设置电机的几何参数、材料属性等。
通过求解电磁场方程，可以得到电机中的各种磁场分布，如磁感应强度、磁感应线等。
这些分析结果可以直观地展示出电机的性能，为电机设计提供重要参考依据。
2.电机热分析电机在工作过程中会产生大量的热量，热问题是影响电机性能的重要因素之一、ANSOFT软件可通过HFSS和Maxwell工具，对电机的热问题进行仿真分析。
用户可设置电机的绝热条件、材料的热导率等参数，并进行热传导的数值模拟。
通过分析电机的温度分布和热耦合效应，可以评估电机的热稳定性，避免因温度过高而导致的损坏或性能下降。
3.电机电磁与电路耦合仿真在电机设计中，电机通常与驱动器和电路连接。
ANSOFT软件的Simplorer工具可以实现电机电磁与电路的耦合仿真。
用户可将电机的电磁模型与电路模型相结合，进行电机的驱动力学仿真。
如何利用ansoft磁路法计算生成maxwell有限元电磁计算模型
如何利用ansoft中磁路法计算，一键生成maxwell有限元电磁计算模型1、以一台凸极式永磁同步电机为例：打开软件，进入下图所示截面，选中RMxprt打开选择Adjust-Speed Synchronous Machine2、进入RMxprt界面，如下图所示：3、双击Machine，出现下图界面：极数：16转子位置：内转子各种损耗：可大致设置为额定功率的2%左右额定转速：790r/min线圈交流电AC及Y3星型联接4、双击stator，出现下图界面：定子外径：250定子内径：165定子轴向长度：160叠压系数：0.97定子材料：JFE_steel_50JN800定子槽数：36定子槽型：选3斜槽数：15、双击slot，如下图示：（一开始先将Auto Design后面√去除，点确认退出，再次双击slot 进入，即出现下图设置界面）3号槽型，设置数据如上图所示6、双击winding，选择winding界面线圈层数：2线圈形式：全极式绕组线圈并联之路：2每槽导体数：38（上下两层总计数）线圈跨距：4每匝线圈数：暂时空着，系统自动计算线圈漆包厚度：0.06平均线径：单击Diameter，进入设计截面，设置如下，点击OK再选择End/Insulation界面框线圈端部长：10槽绝缘厚度：0.3楔子厚度：2层绝缘厚：0.3槽满率：0.87、双击Rotor转子外径：162.5转子内径：110转子轴向长度：160转子材料：steel_1010叠压系数：1（转子为整个铸件）磁极类型：28、双击pole极狐系数：0.8偏移：0（即磁钢内外径同心）磁钢材料：NdFe35磁钢厚度：4.659、shaft轴可不设置10、右键单击Analysis单击选择Add solution setup，出现下图额定功率：17 （设置时注意单位的选择）额定电压：340额定转速：790其它默认即可11、至此RMxprt设置完成，右键点击增加的Setup1，单击Analyze 进行分析12、分析完成后可右键，可右键Results，选择Solution Data查看相关结果参数13、右键Setup1，选择Create Maxwell Design（生成有限元计算模型）选择Maxwell2D Design（或者3D，根据自己需求选择）14、系统会根据槽极比生成最小有限元单元，如此处生成1/4模型，若想生成全模型，可在RMxprt模块下，选择窗口中RMxprt，单击Design Settings，选择出现窗口下User Defined Date,设置如下（Fraction 1注意大小写及字母与数字间空一格），再点击重新计算即可生成有限元全模型谢谢！。
Ansoft-maxwell_电机设计参考分析过程
参考分析过程一、电机采用RMxprt进行路的方法计算：1、输入数据：二、计算详细输出结果-数据部分Three-Phase Induction Motor DesignFile: d:/demo/machine/3phind-1.pjt/3phind-1.resGENERAL DATAGiven Output Power (kW): 16.5 Rated Voltage (V): 460 Winding Connection: Wye Number of Poles: 2 Given Speed (rpm): 3502 Frequency (Hz): 60 Stray Loss (W): 1276 Friction and Wind Loss (W): 700 Type of Load: Constant Speed Iron Core Length (mm): 241.3 Stacking Factor of Iron Core: 0.95 Type of Steel: D23 Operating Temperature (C): 75STATOR DATANumber of Stator Slots: 36 Outer Diameter of Stator (mm): 257.175Inner Diameter of Stator (mm): 140.335 Type of Stator Slot: 2 Dimension of Stator Sloths0_stator (mm): 1.4097 hs1_stator (mm): 1.651 hs2_stator (mm): 17.7292 bs0_stator (mm): 4.064 bs1_stator (mm): 7.8486 bs2_stator (mm): 10.9728 Top Tooth Width (mm): 4.93213 Bottom Tooth Width (mm): 4.90226 Number of Conductors per Slot: 12 Number of Parallel Branches: 1 Number of Wires per Conductor: 4.378 Type of Coils: 21 Coil Pitch: 16 Wire Diameter (mm): 1.45001 Wire Wrap Thickness (mm): 0.254 Slot Insulation Thickness (mm): 0.254 Top Free Space in Slot (%): 0 Bottom Free Space in Slot (%): 0 Conductor Length Adjustment (mm): 0ROTOR DATANumber of Rotor Slots: 28 Air Gap (mm): 1.1684 Inner Diameter of Rotor (mm): 47.625 Type of Rotor Slot: 3 Dimension of Rotor Slothr0_top (mm): 0.5461 hr01_top (mm): 0.5461 hr1_top (mm): 0.254 hr2_top (mm): 5.588 br0_top (mm): 0.254 br1_top (mm): 3.81 br2_top (mm): 4.064 rr_top (mm): 0 Type of Bottom Rotor Slot: 3 Dimension of Bottom Rotor Slothr0_bottom (mm): 0 hr1_bottom (mm): 0 hr2_bottom (mm): 11.176 br0_bottom (mm): 4.064 br1_bottom (mm): 7.62br2_bottom (mm): 5.08 rr_bottom (mm): 0 Cast Rotor: Yes Half Slot: No Skew Width: 0 End Length of Bar (mm): 0 Height of End Ring (mm): 20.701 Width of End Ring (mm): 32.4104 Resistivity of Rotor Barat 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0434086 Resistivity of Rotor Ringat 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0434086MATERIAL CONSUMPTIONArmature Copper Density (kg/m^3): 8900 Rotor Bar Material Density (kg/m^3): 2700 Rotor Ring Material Density (kg/m^3): 2700 Armature Core Steel Density (kg/m^3): 7800 Rotor Core Steel Density (kg/m^3): 7800Armature Copper Weight (kg): 1.62757 Rotor Bar Material Weight (kg): 1.70536 Rotor Ring Material Weight (kg): 1.32265 Armature Core Steel Weight (kg): 50.4387 Rotor Core Steel Weight (kg): 18.8777 Total Net Weight (kg): 73.972Armature Core Steel Consumption (kg): 93.3773 Rotor Core Steel Consumption (kg): 27.6565RATED-LOAD OPERATIONStator Resistance (ohm): 0.253089 Stator Leakage Reactance (ohm): 1.0228 Rotor Resistance (ohm): 0.287023 Rotor Leakage Reactance (ohm): 1.20946 Resistance Corresponding toIron-Core Loss (ohm): 782.242 Magnetizing Reactance (ohm): 45.0353Stator Phase Current (A): 25.1328 Current Corresponding toIron-Core Loss (A): 0.319865 Magnetizing Current (A): 5.55592Rotor Phase Current (A): 23.5764Copper Loss of Stator Winding (W): 479.595 Copper Loss of Rotor Winding (W): 478.621 Iron-Core Loss (W): 240.103 Friction & Wind Loss (W): 700 Stray Loss (W): 1276 Total Loss (W): 3174.32 Input Power (kW): 19.5777 Output Power (kW): 16.4034Mechanical Shaft Torque (N.m): 44.7289 Efficiency (%): 83.786 Power Factor: 0.913971 Rated Slip: 0.0272222 Rated Shaft Speed (rpm): 3502NO-LOAD OPERATIONNo-Load Stator Resistance (ohm): 0.253089 No-Load Stator Leakage Reactance (ohm): 1.02329 No-Load Rotor Resistance (ohm): 0.286993 No-Load Rotor Leakage Reactance (ohm): 8.04386No-Load Stator Phase Current (A): 5.92145 No-Load Iron-Core Loss (W): 257.943 No-Load Input Power (W): 2284.21 No-Load Power Factor: 0.213701 No-Load Slip: 0.00103014 No-Load Shaft Speed (rpm): 3596.29BREAK-DOWN OPERATIONBreak-Down Slip: 0.17 Break-Down Torque (N.m): 132.277 Break-Down Torque Ratio: 2.9573 Break-Down Phase Current (A): 101.661LOCKED-ROTOR OPERATIONLocked-Rotor Torque (N.m): 54.3284 Locked-Rotor Phase Current (A): 149.589 Locked-Rotor Torque Ratio: 1.21461 Locked-Rotor Current Ratio: 5.95195Locked-Rotor Stator Resistance (ohm): 0.253089 Locked-Rotor StatorLeakage Reactance (ohm): 1.01599 Locked-Rotor Rotor Resistance (ohm): 0.325616 Locked-Rotor RotorLeakage Reactance (ohm): 0.67378DETAILED DATA AT RATED OPERATIONStator Slot Leakage Reactance (ohm): 0.549208 Stator End-Winding LeakageReactance (ohm): 0.396411 Stator Differential LeakageReactance (ohm): 0.0771798 Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 0.943582 Rotor End-Winding LeakageReactance (ohm): 0.0526411 Rotor Differential LeakageReactance (ohm): 0.213249 Skewing Leakage Reactance (ohm): 0Slot Fill Factor (%): 78.4847 Stator Winding Factor: 0.941617Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 1.06718 Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 0.642609 Lower-Part Rotor-TeethFlux Density (Tesla): 1.04649 Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 0.891501 Rotor-Yoke Flux Density (Tesla): 0.696282 Air-Gap Flux Density (Tesla): 0.402755Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 9.59168 Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 1.12198 Lower-Part Rotor-TeethAmpere Turns (A.T): 4.79376 Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 36.9241 Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T): 5.52483 Air-Gap Ampere Turns (A.T): 450.687Correction Factor for MagneticCircuit Length of Stator Yoke: 0.7 Correction Factor for MagneticCircuit Length of Rotor Yoke: 0.567404 Saturation Factor for Teeth: 1.03441Saturation Factor for Teeth & Yoke: 1.1286 Induced-Voltage Factor: 0.942131Stator Current Density (A/mm^2): 3.47642 Specific Electric Loading (A/mm): 24.6268 Stator Thermal Load (A^2/mm^3): 85.6133Rotor Bar Current Density (A/mm^2): 3.66388 Rotor Ring Current Density (A/mm^2): 2.27977Half-Turn Length ofStator Winding (mm): 585.542WINDING ARRANGEMENTThe 3-phase, 2-layer winding can be arranged in 18 slots as below:AAAAAAZZZZZZBBBBBBAngle per slot (elec. degrees): 10 Phase-A axis (elec. degrees): 105 First slot center (elec. degrees): 0 TRANSIENT FEA INPUT DATAFor one phase of the Stator Winding:Number of Turns: 72 Parallel Branches: 1 Terminal Resistance (ohm): 0.253089 End Leakage Inductance (H): 0.00105151 For Rotor End Ring Between Two Bars of One Side:End Ring Resistance (ohm): 8.44E-07 End Ring Leakage Inductance (H): 1.78E-09 Skew Leakage Inductance (H): 0 2D Equivalent Value:Equivalent Air-Gap Length (mm): 241.3 Equivalent Stator Stacking Factor: 0.95 Equivalent Rotor Stacking Factor: 0.95 Estimated Rotor Inertial Moment (kg m^2): 0.0670109三、计算详细输出结果-图形与曲线部分自动根据最小对称条件生成有限元模型自定义绕组编辑器与绕组安放图自动生成的三维分析模型输入电流/速度曲线效率/转速曲线输出功率/转速曲线功率因数/转速曲线输出转矩/转速曲线合并特性曲线四、参数化设计和优化设计Ansoft 软件能够通过选择设计可以改变的量和优化目标，自动进行参数化设计和优化设计参数化设计实例（改变转子槽深(hr2)时起动电流（LC ）和起动转矩(LT)的变化）五、场分析结果实例利用Ansoft二维和三维有限元电机设计分析和优化软件可以解决以下问题从结构到性能的有限元分析,包括z电磁场分析z冲片设计z温度场分析z性能计算z电机参数计算等基于参数的电机设计方案探索、比较电机静态和动态分析z稳态特性z加减速特性z突加突减负载z可编程负载特性电机参数计算等电机故障软件模拟分析-如导条断裂、绝缘击穿等异步电机,无刷电机等在变频器供电下(非正弦供电)下的特性分析电机驱动电路与有限元的耦合仿真在考虑材料非线性等情况下回答有关z转矩脉动z损耗z温升z转矩、转速特性z效率等问题并对其进行优化以下举几个典型实例的计算结果：首先编辑模型。
(完整版)Ansoft第1讲
第一讲
1、特点：
具有直观友好的图形用户界面，快速精确的自适应求解 器和功能强大的后处理功能； 具有一个完整的仿真设计环境，能自动计力、转矩、电 容和电感量以及储能等物理量，还能以云图、矢量图或等 值线的形式绘制标量电位、电场强度、磁力线、磁通密度、 能量等物理量的分布结果； 强大灵活的宏命令能够方便地对模型进行修改，并具有 参数分析功能。
Maxwell 2D的主要操作按钮如下图所示：
求解类型 快捷安钮
图形操作 快捷安钮
材料属性 座标变换 图形绘制 快捷安钮 快捷安钮 快捷安钮
第一讲
图(a)：从左至右分别为新建Maxwell 2D 工程，新建 RMxprt 工程和新建Maxwell 3D 工程。
图(b)：常用视图操作按钮，有视图移动、旋转、缩放 和全局视图等按钮。
第一讲
2、创建一个新的工程
（1）在Maxwell窗口中, 左键单击工具栏������ 图标, 或 选中菜单栏File > New；
（2）右键单击工程名, 然后选择弹出的快捷菜单栏 rename项， 改变工程名名称；
（3）选中菜单栏Project > Insert Maxwell 2D Design；
2、诺伊曼边界条件（Neumann ) 第二类边界条件，它规定了边界处势的法向导数分布。 Maxwell所提到的齐次诺伊曼边界，即法向导数为0，默 认边界条件，不需用户指定。
第一讲
3、对称边界条件（Symmetry Boundary）：包括奇 对称和偶对称边界
奇对称边界可以模拟一个设备的对称面，在对称面 的两侧电荷、电位、电流满足大小相等、方向相反。
哈工大培训课程_ANSOFT软件在电机设计中的应用(4-1)
Ansoft学习
掌握内容
（3）边界及源设定 气球边界，value边界，主从边界合理运用。静态场和暂态 场电压源，电流源及外电路设定方法。 （4）参数设定 静态场主要为力和转矩，暂态场。 （4）求解条件设定及运算 （5）结果分析 静态场力和转矩值，暂态场定位转矩，反电势波形，电流波 形等。判断计算结果的正确性。根据分析结果可得到效率， 矩
1.永磁直流电机设计
电流
1.永磁直流电机设计
电压
1.永磁直流电机设计
一个线圈的电流和电压
1.永磁直流电机设计
气隙磁密
1.永磁直流电机设计
磁力线分布
1.永磁直流电机设计
FFT
1.永磁直流电机设计
FFT
2.无刷直流电机
永磁无刷直流 电机系统图
控制电路对转子位置传感器检测的信号进行逻辑变换后产生脉宽调制PWM信 号，经过驱动电路放大送至逆变器各功率开关管，从而控制电动机各相绕 组按一定顺序工作，在电机气隙中产生跳跃式旋转磁场。
附录2：源设置
填加A相绕组的线圈（填加coil）
附录2：源设置
附录2：源设置
填加winding
附录2：源设置
Winding中填加线圈
附录3：求取直线上的磁密分布（法向，切向，幅值等）
Example：求取直线上的法向磁密分布。
步骤1：field overlays右键calculator。
附录3：求取直线上的磁密分布（法向，切向，幅值等）
ANSOFT软件在电 机设计中的应用
（四）
报告人：李春艳
Ansoft学习
蓝带目标
必須通過綠帶的規定，並顯示有能力對以下功能進行: 建立模型，執行和結果分析。 後處理， 優化設計
有限元分析软件Ansoft在电机领域中的应用
有限元分析软件Ansoft在电机领域中的应用一ansoft软件各模块的简单介绍1 RMxprt该软件用于探索电机设计空间、快速确定设计方案，并能进行优化设计它已经可以进行十三种电机类型的设计：三相感应电机单相感应电机永磁无刷直流电机永磁直流电机通用电机开关磁阻电机调速运行永磁同步电机自起动三相永磁同步电机三相同步电机三相同步发电机永磁同步发电机特点：✓向导式介面，参数化输入: 工作条件,几何尺寸, 材料特性✓基于磁网路法的快速解析分析✓详细的结果输出：图形和表格✓利用对称条件生成最小有限元分析模型，用于电机动态过程详细有限元分析✓参数化设计能力：尺寸、材料等无需指定。
可用一定变化范围的变量表示✓优化设计功能✓求解时考虑材料非线性b – h特性✓自动设计功能: 槽型设计和线规选择✓提供丰富的预设计电机模型库✓输入数据自动验证✓提供美国、中国材料库和公制、英制尺寸✓针对电机种类的多种绕组型式和用户定义绕组连接方式✓多种负栽种类: 恒功率、恒转矩、恒转速、风机水泵✓三维斜槽和端部效应✓无刷电机、开关磁阻电机、永磁同步电机驱动线路类型、控制方式选择和开关管参数设定2. Maxwell 2D二维电磁场、温度场，瞬态场分析软件，Maxwell® 2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件，一般在电磁物体满足轴向均匀或RZ对称的条件下采用。
3. Maxwell 3D包括电场、稳态磁场和交流磁场、动态电磁场、损耗计算和热分析模块，其核心是针对三维电磁场分析而优化的有限元技术。
向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器使得Maxwell 3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。
可以分析涡流、位移电流、集肤效应和领近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈中涡流的整体特性。
功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗(R和L)、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。
Ansoft软件在电机教学中的应用
第31卷 第5期2009年10月电气电子教学学报JO U RN A L O F EEEVol.31 No.5Oct.2009Ansoft 软件在电机教学中的应用费德成,孙玉坤,朱熀秋(江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013)收稿日期:2008 11 24;修回日期:2009 07 25基金项目:江苏省研究生教育教学改革研究与实践课题(YJ G08-YB31);江苏大学校基金资助项目(09J DG014)第一作者:费德成(1979 ),男,博士,讲师,主要从事特种电机和混合动力汽车研究,E m ail:feidech eng@摘 要:本文借助Ans oft 软件工具对开关磁阻电机进行优化设计、静态矩角特性分析和电动运行分析,并在后处理中制作了瞬态磁场分布动画。
通过使用静态分析和动态分析图形教学,便于学生理解电机的结构原理以及运行特性,提高学生的形象思维能力,从而提高教学效果。
本文方法对于其他电机的教学具有很好的参考价值。
关键词:An soft;开关磁阻电机;静态分析;动态分析中图分类号:T M 3文献标识码:A 文章编号:1008 0686(2009)05 0095 03The Teaching Research of Electrical Machinary Based on AnsoftFEI De cheng,SUN Yu kun,ZHU Huang qiu(Sc hool of Electrical and I nf or mational Eng ine ering ,Jiang su Univ er sity ,Zh enj iang 212013,China)Abstract:The Ansoft softw are has been used for the optim ized design,static torque angle char acteristic analysis and electric operation analysis of sw itched r eluctance motor.The Animation for transient magnetic field distribution field distribution is made.T he static and transient analysis g raphs hav e been used in the electr ical m achinary teaching.T he structure principle and running characteristics are easy to be under stood fo r the students.The image thinking ability and learning interest are increasing.So the teaching effects and the students'creativity are improved.The metho d has r eference v alue for the teaching pr ocess of other electr ical m achine.Keywords:ansoft;sw itched reluctance motor ;static analysis;transient analy sis 开关磁阻电机结构简单坚固、调速范围宽、性能较好和系统可靠性高,其应用范围不断扩大。
基于Ansoft在“电机学”课程教学中应用
基于Ansoft在“电机学”课程教学中应用学习“电机学”这门课程，在“电机学”的教学中引入Ansoft有限元软件建立虚拟电机模型，使学生能够更加深刻地理解电机的结构及其原理。
首先，引导学生学习Ansoft 软件的功能和各个模块的应用，文章根据已有的一款表貼式三相永磁同步电动机的参数，建立虚拟电机模型，利用Maxwell 2D模块进行有限元分析，得到该电机的定子、转子磁场的磁力线、气隙磁密和铁心损耗等相关性能数据。
通过建立虚拟电机模型可使学生的抽象思维能力得到提高，更好地理解电机学和电磁场相关的理论知识，改善教学效果。
关键词：电机学;Ansoft;虚拟电机模型;Maxwell 2D“电机学”是电气工程及其自动化及相关专业一门重要的专业基础课程，包括变压器、异步电机、同步电机和直流电机等内容，主要讲授各种电机的结构、基本原理和特性等，不但要求学生掌握理论知识，同时，要培养学生的动手能力，为后续的专业课程打下基础。
由于电机学涉及电、磁、力和热等多学科知识，该课程包含抽象概念较多，特别是电磁场相关知识，要求学生要具备较好想象力，然而有相当一部分学生理解起来比较困难。
针对以上的问题，本文在“电机学”课程教学中引入Ansoft有限元分析软件，建立虚拟电机模型，通过仿真分析得到电机内部的磁力线分布、三相电流和额定力矩等参数，便于让学生能够直观认识电机学的内部机理，提高对该课程的学习兴趣，达到较好的教学效果[1]。
1 关于Ansoft有限元软件简介1.1 ANSYS软件的来源ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）软件接口，实现数据的共享和交换，如CREO，NASTRAN，ALOGOR，I-DEAS，AutoCAD等，是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，在众多领域有着广泛的应用。
ANSYS与ansoft电机仿真步骤
ANSOFT建模1、在ANSOFT软件中建立电机模型第一步、在ANSOFT绘制电机模型第二步、选择“Modeler”菜单下的“Export”项会出现下面的窗口选择保存为“step”格式的文件。
这时可以退出ANSOFT软件。
ANSYS仿真一、稳态温度仿真第一步创建稳态温度仿真模型第二步、添加材料及属性，属性主要为“导热系数”选择“Engineering data”→”Edit”开始添加材料第三步、添加完材料后，导入在ANSOFT下创建的电机模型，选择“Geometry”按下面选项选择选择ANSOFT下保存的“step”格式的电机模型第四步、导入模型后，给模型添加材料。
选择“Model”→”Edit”进入下面的窗口，按下面的步骤给电机的各个部分选择对应的材料。
第五步、添加完材料后，返回主窗口，更新修改后的工程文件如果没有问题，会变为第六步、添加热载荷首先添加自由度，在温度场分析中选择为温度，按下面窗口选择。
接下来，编辑温度，并选择应用区域，这儿定义整个模型的初始温度相同。
下面添加热载荷，按下面的窗口选择，这里选择“热生成率”。
编辑添加的热生成率数值，并选择应用区域，这儿选择所有的绕组。
添加完载荷后，更新一下工程文件，通过后，可以选择“Solve”进行求解。
如果求解成功后，左边的窗口会变成右边的窗口。
第七步、查看仿真结果。
按下面的窗口选择观察变量。
二、瞬态温度仿真第一步、建立瞬态温度分析模型第二步、添加材料及属性，方法与稳态时相同。
但材料的属性不同，这里需要添加材料的“密度”、“导热系数“、“比热容”。
“Toolbar”窗口如下。
按照各个选项添加数据。
除了添加载荷不同，接下来的步骤与稳态时相同。
设置仿真步数为多步。
按下窗口设置载荷数据，设置为“阶梯数据”。
11/ 11。
Ansoft 有限元分析软件对永磁同步发电机进行磁场分析
一、概述此文档介绍了利用Ansoft Maxwell2D 11.0电磁场有限元分析软件对永磁同步发电机进行磁场分析的方法，读者应先了解Ansoft软件的基本使用方法后阅读本文，Ansoft软件的基本使用方法可参阅《Ansoft工程电磁场有限元分析》（刘国强著，电子工业出版社）。
永磁同步发电机磁场分析的基本流程见图1。
图1 磁场分析的基本流程二、求解空载磁场1.绘制有限元模型（Define Model）Ansoft Maxwell2D 有限元建模的方法主要有三种，一是直接在Maxwell2D 中绘制，选择Define Model-Draw Model 进入后在软件提供的绘图界面上绘制电机模型。
二是利用Ansoft RMXpert导入，点开Maxwell 11 3D的界面，选择Project-Insert RMxpert Design，然后逐项输入电机各项数据。
输入完各项数据后，点击RMxpert-Analyze all，求解电机模型。
求解完成后，点击RMxpert-Analysis Setup-Export-Maxwell 2D Project，生成一个Maxwell 2D模型。
在弹出的对话框中，Project Name中填写模型的名字，Location填写模型存放的路径。
三是用AutoCAD绘制后导入。
将绘制后的AutoCAD图形存成*.dxf格式，在Ansoft Maxwell2D 绘图界面中点击File-Import，选中*.dxf文件在出现的设置转换参数对话框中，将Number of segments for poligonalization of a circle 和Number of segments between control points of a spline 后的数量设置得大一点，点击ok，将AutoCAD图形转换为Maxwell 2D模型图形*.sm2。
界面后选择File-Open, 打开转换好的图形。
Ansoft软件在电动汽车驱动电机设计中的应用_燕云
文章编号：1002－2333（2013）09－0144－03
Application of Ansoft Software in Driving Motor Design of Electric Vehicle YAN Yun1， WEN You－dong2
（1.Beijing Aerospace Huixin Technology Co., Ltd., Changzhi Branch, Changzhi 046000, China; 2.Beijing Automotive Technology Center, Beijing 101300, China）
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
时间 ／ｍｓ
图 9 额定工况下定子电流波形
电压 ／V
100.00 75.00 50.00 25.00
0 -25.00 -50.00 -75.00 -100.00
0
Curve Info Induced Votage（Phase A） Induced Votage（Phase B） Induced Votage（Phase C）
摘 要：电动汽车驱动电机的设计是一个极其复杂耗时的过程。利用 Ansoft 仿真软件以场路结合的方法对某款电动汽
车驱动电机进行设计开发。结果表明，利用 Ansoft 软件便于分析和修正参数，从而可快速完成系统设计。
关键词：Ansoft 软件；电动汽车；驱动电机；应用
中图分类号：TM313
文献标识码：A
路径分布图
分布云图
机械工程师 2013 年第 9 期 145
制造业信息化
MANUFACTURING INFORMATIZATION 仿真 / 建模 / CAD/ CAM/ CAE/ CAPP
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4设定边界条件及激励源
三相星接正弦永磁同步电机
I a I m sin(2 fT ) I b I m sin(2 fT 120) I I sin(2 fT 240) m a
在暂态场中永磁同步电 机的电流源设置。
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求解涉及到运动和任意波形的电 压，电流激励的设备，获得精确 的预测性能特性。
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二.ANSOFT软件介绍-RMxprt
电机模块
感应电机 电子换向电机
RMxprt
同步电机 机械换向电机
运动参数设置
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求解
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后处理
静态场
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3定子设置stator
定子铁心外径 定子铁心内径 铁心长度 叠压系数 铁心材料 定子槽数 槽形选择 斜槽槽数
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定子槽和绕组设置
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RMxprt界面
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RMxprt设置参数的基本操作
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RMxprt－1创建新工程
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建模过程中注意事项
物体必须封闭。 物体之间可以完全包含，不可以交叉。 物体边的分段数不可太低。 尽量避免过尖锐的物体，必要时要做钝化 处理。 应用布尔运算后，原物体并不被删除，而 是被指定为Non_model，物体处于隐藏状 态。
空载反电势波形
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产生毛次的原因？有时是因为剖分的原因，在 步长较小计算时会出现毛刺现象。
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第二种：气球边界条件
轴对称RZ平面的模型，求解区域向RZ方向无限延伸，在R和Z方向设 置一个边界，称谓无限远边界，如果无限远边界场量为零而引起的 误差小于允许值，这样，求解区域就变成有限区域。 电磁与电子技术研究所
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4求解设置
负载类型：恒转矩，恒功率等等 额定输出功率，额定电压，额定转速，工作温度
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4设定边界条件及激励源
外电路中设置激励源
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4设定边界条件及激励源
两相导通的三相无刷直流电机
Ia Im I x Im Ib Im I y Im I 0 I 0 c z
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绕组注意事项
连接要正确。 尽量用不同颜色标明。 同相分组。
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在静态场中常见的两种 电机的电流源设置。
三相星接正弦永磁同步电机
Ia Im I x Im I b 0.5I m I y 0.5I m I 0.5I I z 0.5I m c m
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4设定边界条件及激励源
第三种：对称边界条件
1奇对称边界条件 2偶对称边界条件
对称面两侧电流满足大小相等， 方向相同。 对称面两侧电流满足大小相等， 方向相反。
减小模型尺寸，节省计算资源。
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4设定边界条件及激励源
第一种：默认边界条件 1自然边界条件 2齐次诺伊曼边界条件
磁场强度H的切向分量为零，强 制磁场垂直表面。 跨越物体之间的界面磁场强度H 的切向分量和磁感应强度B的法 向分量连续。
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一.电机设计方法
电机设计方法
① ② ③ ④ ⑤ 等效磁路法 磁网络法 电磁场解析分析方法 电磁场数值计算方法 场路结合方法
① ② ③ ④
有限差分法 有限元法 积分方程法 边界元法
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2电路设置circuit
超前触发角（电角度） 触发脉冲宽度（电角度） 半导体管压降 二级管压降
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后处理
暂态场
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定位转矩
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二.ANSOFT软件介绍-Maxwell 2d 基本步骤
1建立模型 2指定材料 属性 3建立边界条 件和激励源 5后处理 4设定求解 参数
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选中物体，从材料库中选择所需材料，点 击“Assign”。 添加新材料 材料的属性也可以用函数来赋值。
排除物体 有些情况下，可能让一些物体不参加计算，这时，就可以利用排 除该物体来实现该目的。一种典型的情况是，对于一个闭合的场 域问题（如由第一类边界包围的一个电场区域）背景可以不参加 计算，这时就可以利用排除背景来实现。具体做法为：选择要排 除的物体，点击Exclude。可Include来恢复物体。
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二.ANSOFT软件介绍
1.RMxprt 2.Maxwell 2d
电场 静磁场 涡流场 瞬态场 温度场
分析由恒定电流，永磁体及外 部激磁引起的磁场。该模块可 自动计算磁场力，转矩，电感 和储能。
1建立新工程
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2建立模型
1模型绘制命令项介绍
File Eidt Reshape Boolean Arrange Object Model Window Help
2工具条
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5检查
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6运算
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7输出report
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