Ansoft永磁同步电机 设计 报告
运用Ansoft14分析永磁同步电机的电磁特性
Topic – Motor Application Note
创建 2D 模型 (续)
选中物体 PhaseA, PhaseB 及 PhaseC， 右键单击并选中菜单栏 Edit > Duplicate > Around Axis 或使用工具栏图标 。在Angle栏中输入 45 ，单位为degrees ， 在 total number栏中输入8。这就生成了我们所需的所有绕组。
1. Maxwell 选项窗口： 1. 左键单击 General Options 对话框 Use Wizards for data entry when creating new boundaries: Checked Duplicate boundaries with geometry: Checked 2. 左键单击 OK 键
Topic – Motor Application Note
减小 2D 模型的尺寸 (续)
选择 Polyline1， 右键单击并选中菜单栏 Edit > Sweep > Around Axis. 参数按下面所列出的输入:
重命名区域 Polyline1 为Region。确认我们所选用的材料为真空。同时，你可以通 过增加区域的透明度来改变其渲染效果。
将材料的属性由 vacuum 更改为 Copper。 选中 LapCoil1并将其颜色改为 yellow。
Ansoft Maxwell Field Simulator
Topic – Motor Application Note
创建 2D模型 (续)
选中物体 LapCoil1, 并将其沿Z轴方向旋转 7.5 度, 右键单击选中菜单项 Edit > Arrange > Rotate 或使用工具栏图标 。
Ansoft软件在永磁同步电机中的运用
：
Ｄ
Ｅ
（ 了＋ ）。
（ １ ）
｛ 日＝ Ｈ 【 ． ， ： Ｅ
（ ６ ）
式 中， ８一介 质 的 介 电 常 数 ， Ｆ ／ ｍ； 一介 质 的
１ 电磁 场 有 限元 分 析 的基 本 理 论
曲面 Ｓ所 围成 的体 积 区域 ， ｍ 。 通 过 这 四个 基 本 方
程， 可 以推 导 出 用 于 电磁 场 有 限元 分 析 的微 分 方 程如下 ：
ｆ × 曹： 了＋
电磁 场 分 析 的 理韦 方 程 组 可 以表 示 为 两 种 形 式 ： 一 种 是 积 分形式 ， 另 一 种 是 微 分 形 式 。前 者 对 应 的求 解 方 式为积分 方 程法 ， 后 者 对应 的则是 微 分 方程 法。
进行 分析 。
关 键词 ： 永磁 同步 电机 ； Ａ ｎ ｓ ｏ ｌ ｆ Ｒ Ｍ ｘ ｐ ￣ ； 磁路； 参数 ； 气隙
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ４ － ３ ４ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ０ ２ － ０ ０ ３ ６ － ０ ３
黄 斌
（ 昆明船 舶 设备 研 究 试验 中心 ， 昆明 ６ ５ ０ ０ １ ０ ）
摘 要： Ａ ｎ ｓ ｏ ｌ软件 能 够 对 电机 工作 状 况进 行 模 拟 ， ｆ 解 决 了电机 模 型 分 析 困难 的 问题 。本 文作 者 借 助 Ａ ｎ ｓ ｏ ｌ ｆ
Ｒ Ｍｘ ｐ ￣建立电机模型 ， 然后 分别直接导入 至 Ａ ｎ ｓ ｏ ￣１ ６的 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ模 块进行后 续的有 限元 计算仿 真 ， 并对 结果
最新Ansoft永磁同步电机设计报告
目录第1章引言…………第2章RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析…………2.1 Stator项设置过程…………2.2 Rotor项设置过程…………2.3 Line Start-Permanent Magnet Synchronous Machine的电机仿真…………2.4 计算和结果的查看…………第3章静态磁场分析…………3.1 电机模型和网格剖分图…………3.2 磁力线分布图……………………3.3 磁密曲线3.3.1 气隙磁密分布…………3.3.2 定子齿、轭部磁密大小…………3.3.3 转子齿磁密大小…………第4章瞬态场分析…………4.1 额定稳态运行性能…………4.1.1 电流与转矩大小…………4.1.2 各部分磁密…………4.2 额定负载启动…………4.2.1 转矩-时间曲线…………4.2.2 电流-时间曲线…………4.2.3 转速-时间曲线…………4.2.4 转矩-转速曲线…………第1章引言Ansoft Maxwell作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁场领域都得到了广泛的应用。
它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。
该软件包括二维求解器、三维求解器和RMxprt旋转电动机分析专家系统这3个主要模块，不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。
利用Ansoft软件进行仿真可以帮助我们了解电动机的结构特性。
本文是一台4极、36槽绕组永磁同步电动机，利用RMxprt模块进行电机的建模、仿真以及导入到Maxwell2D的有限元模块的方法，然后再对Maxwell2D 中的永磁体模型进行修正，最后对该电机在静态磁场和瞬态磁场的情况下进行分析。
第2章RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。
ANSOFT永磁同步电动机设计
ANSOFT永磁同步电动机设计
ANSOFT是一款电磁场仿真软件，可以用于永磁同步电动机的设计与
分析。
在设计永磁同步电动机时，我们需要考虑到多个因素，如电磁场分布、转矩特性、效率等。
ANSOFT能够帮助我们进行这些方面的研究和分析。
首先，对于永磁同步电动机的设计，我们需要确定合适的电磁场分布。
通过ANSOFT，我们可以对电磁场进行三维仿真，从而了解不同设计参数
对电磁场的影响。
这包括定子和转子磁场的分布，磁场强度的大小以及磁
通密度的均匀性等。
通过优化这些参数，可以提高电机的性能和效率。
其次，对于永磁同步电动机的设计，我们还需要考虑到其转矩特性。
ANSOFT可以通过有限元分析来计算电机的转矩输出，并针对不同转子和
定子参数进行优化研究。
我们可以通过调整磁铁的位置、形状和强度来改
变电机的转矩特性，以满足不同的应用需求。
此外，ANSOFT还可以用于永磁同步电动机的热分析，通过计算电机
的温度分布，我们可以评估热管理系统的设计是否合理。
通过优化冷却系
统和散热材料的选择，可以提高电机的可靠性和使用寿命。
最后，通过ANSOFT还可以进行永磁同步电动机的效率分析。
我们可
以计算电机在不同负载条件下的效率，并进行优化。
通过调整电机的设计
参数和工作点，可以提高电机的效率，减小能量损耗，提高系统的整体能效。
综上所述，ANSOFT可以提供一种强大的工具来设计和分析永磁同步
电动机。
通过电磁场仿真、转矩特性分析、热分析和效率分析，我们可以
优化电机的设计，提高其性能和效率，满足不同的应用需求。
基于ANSOFT的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析
①r 0第 32 卷 第 4 期 佳 木 斯 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Vol ． 32 No ． 4 2014 年 07 月 Journal of Jiamusi University ( Natural Science Edition) July 2014文章编号: 1008 － 1402( 2014) 04 － 0559 － 04基于 ANSOFT 的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析黄金霖1 ， 易 靓2 ， 曹光华1( 1． 安徽机电职业技术学院电气工程系，安徽 芜湖 241000; 2． 江西理工大学电气工程与自动化学院，江西 赣州 341000)摘 要: 齿槽转矩是永磁电机的固有属性，引起电机的转矩波动，产生振动和噪声． 为减小齿槽 转矩，提高永磁伺服电机的控制精度，在研究永磁电机齿槽转矩产生机理的基础上，根据永磁电 机齿槽转矩的解析式，研究定子齿部开辅助槽和转子磁极偏移对永磁电机齿槽转矩的影响; 利用 有限元软件 ANSOFT ，建立 36 槽 8 极永磁伺服电机的有限元分析模型，计算不同尺寸辅助槽和 磁极偏心距离时的齿槽转矩，分析辅助槽尺寸和磁极偏心距离对齿槽转矩的影响． 研究结果表 明，合理的辅助槽尺寸和磁极偏心距离可有效削弱永磁伺服电机的齿槽转矩． 关键词: 齿槽转矩; 磁极偏心; 辅助槽; 永磁电机中图分类号: TM303 文献标识码: A随着矢量控制算法、电力电子器件和计算机 控制技术的不断发展，永磁伺服电机的应用越来越 广． 在数控机床、小型机器人、机械传动设备以及混 合电动汽车等领域，永磁伺服电机已经代替传统的 异步电机和直流电机，成为许多领域必不可少的传 其中，μ0 是空气磁导率．根据式( 1) 、( 2) 以及气隙磁密随着电机定转 子相对位置角和沿气隙切向不同位置分布的解析 表达式，得到齿槽转矩的表达式为: 动设备［1］．T= －12πL Fe ( Ｒ2 － Ｒ2)∞nG B sinnz α 永磁伺服电机结构与普通异步电机相比，转子 永磁体取代了传统的转子绕组，转子永磁体的存 cog2μ0α∫B dV = 4μ2 1∑ n = 1 nzn 2p( 3)在，使得电机的效率和功率密度高; 与此同时，转子 永磁体与定子槽相互作用，产生齿槽转矩，使得电 机转矩波动增加，产生振动与噪声，影响伺服电机 的控制精度． 齿槽转矩是永磁电机特有的属性，因 此，怎样减小永磁电机的齿槽转矩成为相关专家学 者研究的重点之一［2］．1 齿槽转矩产生机理齿槽转矩是永磁电机固有属性，是指电机空载 运行时，永磁体磁极和定子铁心之间的相互作用而 产生的转矩． 它体现了磁极与电枢槽口之间相互作 用力的切向分量的波动［3］．根据其定义，可得出齿槽转矩的计算表达式如下:T = － Wcogθ气隙与永磁体磁场中的能量又可以表示为:由式 3 可知，永磁电机的齿槽转矩随着定子槽 数、永磁体的尺寸、极弧系数等值的变化而变化，式 3 为齿槽转矩的削弱提供了理论研究依据［4］．2 有限元模型的建立2． 1 电机结构本文设计一台 36 槽 8 极永磁同步伺服电机，以此 为 研 究 对 象，利用有限元分析软 件 Ansoft Mawell 14． 0，研究定子齿开辅助槽、磁极偏移对永 磁同步伺服电机齿槽转矩的影响，提出减小齿槽转 矩的一些方法． 电机的技术指标和具体尺寸分别如 表 1，2 所示． 根据主要尺寸，建立电机的有限元分析模型，1 2W = W air + W PM =2μ ∫B dV( 2)如图 1 所示． 电机由定子铁芯、定子绕组、永磁体、①收稿日期: 2014 － 04 － 30基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目( 51267006) ; 江西省自然科学基金项目( 20122BAB206031) ． 作者简介: 黄金霖( 1988 － ) ，女，江西赣州人，硕士研究生，助教，研究方向: 永磁电机的设计与分析．定子外径 122． 3mm 转子外径 78mm 定子内径 80mm 转子内径 30mm 定子槽数36 磁极对数 4 减重孔个数8气隙长度 / mm1h 560 佳 木 斯 大 学 学报 ( 自 然 科 学 版 ) 2014 年转子铁心和转轴等部分组成; 永磁同步伺服电机对 控制精度的要求较高，为减小电机的转动惯量，采 用转子开减重孔的结构．表 1 永磁同步伺服电机的技术指标对永磁体的磁动势和磁导分别进行傅里叶分 解，得到:Λ( θ) = ∑Λn cos( kQ θ)( 5) nF 2( θ，θ ，l) = f cos2pv( θ － θ )( 6)额定功率 / kW 4． 5 额定电压 / V 220 额定转速 / rpm 3000 额定转矩 / N ． m14． 33表 2 电机的主要尺寸∑ vv式中 θ0 为永磁电机中，定子某齿的中心轴线 与磁极中心线的的初始角度，θ 是磁极与某固定定 子齿相差的角度; Q 为定子槽数，p 为磁极对数，Λn 为 第 n 次磁导谐波幅值，f v 为第 n 次磁动势谐波幅值． 将式( 5) ，( 6) 带入式( 2) 中得到: n12πT cog = － 式中，D4 D α l ∑Λn f n I ∫0 cosn θcos( θ － θ0) d θ ( 7)枢直径，n 为定子槽数 Q 与磁极对数 2p图 1 电机结构图2． 2 空载磁场分布建好模型后，确定合适的求解场，分配正确的 材料属性，施加边界条件，选择合适的激励源方式， 确定所需的时间步长，得出电机的空载磁通分布如 图 2 所示．图 2 永磁同步伺服电机空载磁通分布图 网格剖分时应注意，齿槽转矩的大小受网格剖分的 影响较大，应该精确剖分电机的 band 和气隙部分．3 定子齿开槽减小齿槽转矩由磁路的基础知识，永磁体的磁导为μ0a 电的最小公倍数． 由式( 7) 可知，只有当磁动势的谐波次数与磁导的谐波次数相同时，永磁电机才会产 生齿槽转矩; 且随着谐波次数的增加，与之对应的 磁势谐波与磁导谐波幅值随之减小，则齿槽转矩也 减小，当在每个定子齿上开 m 个槽，相当槽数由 Q 增 加 为 ( m + 1) Q ， 则 当 LCM( ( Q + 1) m ，2p) / LCM( Q ，2p) 不等于 1 时，就增加了基本齿槽 转矩次数，则降低了齿槽转矩，其中 LCM( Q ，2p) 为 Q 与 2p 的最小公倍数．文献 5 研究表明，定子齿开辅助槽可有效的减 小永磁伺服电机的齿槽转矩，达到减小电机的振动 和噪声的目的［5］． 开辅助槽时，应注意辅助槽的间 隔相等，大小相等，均匀分布在定子齿上．图 3 不同结构的辅助槽3． 1 辅助槽槽型对齿槽转矩的影响辅助槽的形状和电机的定转子槽一样，也可以 选择不同的槽型结构，确定具体槽型尺寸的前提 下，分别选取不同的槽型结构( 三角形槽、矩形槽、 圆形槽) ，如图 3 所示． 对其进行有限元分析，分析不 同槽型结构对永磁同步伺服电机齿槽转矩的影响．三种 辅助槽型尺寸分别为矩形槽槽宽为 1mm ，槽深为 0． 4mm; 三角形槽的槽宽为 2mm ，槽 深为 0． 8mm; 圆形槽的半径为 0． 5mm ． 得到的齿槽 Λ( θ) =m ( 4)+ g( θ)转矩波形图如图 4 所示．第4 期黄金霖，等: 基于ANSOFT 的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析561图4 不同槽型结构的齿槽转矩波形由图 4 可知，不同槽型的辅助槽，永磁电机齿槽转矩幅值的大小不同．其中，矩形槽降低齿槽转矩的效果最好，圆形槽次之，三角形槽最差．图5 槽口宽度对齿槽的影响图6 槽深对齿槽转矩的影响3．2 辅助槽尺寸对齿槽转矩的影响定子齿开辅助槽虽可有效减小永磁电机的齿槽转矩，但辅助槽的尺寸对齿槽转矩有较大影响，选择合适的尺寸可以进一步减小永磁电机齿槽转矩［6］; 若槽口和槽深选择不当，反而会增大电机的齿槽转矩．建立定子齿开矩形槽的永磁同步伺服电动机有限元分析模型，研究不同辅助槽型尺寸对电机齿槽转矩的影响，得出齿槽转矩波形图．图 5 与图6给出了辅助槽的槽口宽度和槽深，对电机齿槽转矩的影响．由图5、6可知，永磁电机的齿槽转矩随着辅助槽槽口宽度的增大先增大后减小再增大，当辅助槽槽口的宽度为0．6mm 时，即为定子槽口宽度的一半时，齿槽转矩达到最小值; 齿槽转矩随着辅助槽槽深的增大先减小后增大，当辅助槽深为0．4mm时，齿槽转矩达到最小值．此外，开辅助槽时，辅助槽要均匀的分布在电枢齿上，辅助槽的槽口宽度和槽深要选取合适，太深会导致齿部磁密过大，太浅达不到明显的效果．图7 磁极偏心结构图8 偏心电机的齿槽转矩波形图9 偏心电机的空载反电势波形4 磁极偏心对齿槽转矩的影响开辅助槽虽可有效的降低齿槽转矩，但加工难度较高，而且定子齿开辅助槽会产生高次谐波，有些场合对电机的控制精度要求很高，开辅助槽一般不能满足需要．对于表面式结构的永磁伺服电机，r 562 佳 木 斯 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2014 年还可以采用磁极偏心的结构来减小永磁电机的齿槽转矩［7，8］．不采用采用偏心磁极的结构时，其气隙径向磁 密为h m( 1) 定子齿部开辅助槽可有效减小永磁电机 的齿槽转矩; ( 2) 辅助槽型的形状影响齿槽转矩的 大小，其中矩形槽的效果最好，三角形槽最差; ( 3 ) 辅助槽的尺寸影响齿槽转矩的变化，随着辅助槽深 度的增加，齿槽转矩的幅值先减小，后增大; 随着辅 B( θ) = B r ( θ)( 8) h m + g( θ)助槽槽口宽度的增大，齿槽转矩先增大，再减小，最采用偏心磁极的结构时，永磁电机的永磁体内 外径不同心( 如图 7 所示) ，外圆的圆心为，半径为 Ｒo1 ，内圆的圆心为，半径为 Ｒo2 ． O 1 和 O 2 之间的距 离为永磁体的偏心距离，用 h_px 表示．其气隙磁密的径向分布为:后增大; ( 4 ) 在保证永磁伺服电机性能的条件下， 采用磁极偏心的结构可有效的降低永磁电机的齿槽 转矩． 参考文献:h_px h _p x［1］ 刘细平，郑爱华，王晨． 偏心与此同步伺服电动机优化设计 B'( θ) = B r ( θ) h_px + g( θ) ' = B r ( θ) h m + g( θ) ［J ］． 微特电机，2012，40( 10) : 23 － 25． ［2］ Kyu Yun Hwang ，Hai Lin ，Se Hyun Ｒhyu ． A Study on the Novel=h_pxB ( θ)h m h mm θh m= B r '( θ)h + g( θ)m ( 9)Coefficient Modeling for a Skewed Permanent Magnet and Over-hang Structure for Optimal Design of Brushless DC Motor ［J ］．I EEE Transactions on Magnetics ，2012，48( 5) : 1918 － 1923．由公式( 3) 和( 9) 可知，当 Ｒo1 和 Ｒo2 等参数不 变时，永磁电机齿槽转矩的大小只与气隙磁密的分 布有关，因此只要改变磁极形状，使得相应的径向 磁密分布减小，就可减小齿槽转矩［9，10］．建立偏心永磁伺服电机的有限元分析模型，分 析磁极偏心的距离对齿槽转矩的影响，如图 8 所 示． 图 9 是磁极偏心时，电机空载反电势的波形图．由图 8 可知，磁极偏心距离 h_px = 15mm 时， 电机的齿槽转矩达到最小值; 由图 9 可知，改变磁 极的偏心距离，电机空载反电势的大小基本不变， 波形正弦性保持较好． 因此，合适的磁极偏心距离 可有效削弱永磁电机的齿槽转矩．5 结 论本文在研究齿槽转矩解析式的基础上，采用有 限元分析的方法，提出减小齿槽转矩的一些方法， 研究表明:［3］ 王秀和． 永磁电机［M ］． 2 版． 北京: 中国电力出版社，2007． ［4］ 王秀和，丁婷婷，杨玉波． 自起动永磁同步电动机齿槽转矩的研究［J ］． 中国电机工程学报，2005，25( 18) : 166 － 170． ［5］ 夏加宽，于冰． 定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响［J ］．微电机，2010，43( 7) : 13 － 16． ［6］ 罗宏浩，廖自力． 永磁电机齿槽转矩的谐波分析与最小化设计［J ］． 电机与控制学报，2010，14( 4) : 36 － 40． ［7］ 杨玉波，王秀和，张鑫等． 磁极偏移削弱永磁电机齿槽转矩方 法［J ］． 中国电机工程学报，2006，21( 10) : 22 － 25．［8］ Zhu Z Q ． Evaluation of Superposition Technique for Calculating Cogging Torque in Permanent Magnet Brush Less Machines ［J ］．I EEE ，Trans ． on magnetics ． 2006，42( 5) : 1597 － 1603．［9］ Nakamura K ，Fujimoto H ，Fujitsuna M ． Torque Ｒipple Suppres- sionControl for Pm Motor with Current Control based on PTC ．I n: Proc 0f Power Electronics ． Conference ( IPEC ) ，Sapporo ， 2010: 1077 － 1082．［10］ 杨玉波，王秀和，丁婷婷． 基于单一磁极宽度变化的内置式 永磁同步电 动 机 齿 槽 转 矩 削 弱 方 法［J ］． 电 工 技 术 学 报， 2009，24( 7) : 41 － 45．Cogging Torque Analysis of Permanent Magnet SynchronousMotor Based on ANSOFTHUANG Jin － lin 1， YI Liang 2， CHAO Guang － hua1( 1． Department of Electrical Engineering ，Anhui Technological College of Machinery and Electricity ，Wuhu 241000，China; 2． School of Electrical Engineering and Automation ，Jiangxi University of Science and Technology ，Ganzhou 341000，China)Abstract: Cogging torque could cause the motor ＇s torque ripple occurred ，and lead to mechanical vibration and acoustic noise ． In order to weaken the PMSM ＇s cogging torque and improved control precision ，this paper based on the study of cogging torque ＇s generating mechanism ，according to the analysis formula of cogging torque ， the impact of assist slot and PM eccentric distance affected the cogging torque was researched ． The FEA software ANSOFT was used ，the FEA model of 36 slots 8 pole was established ，the cogging torque of different assist slot ＇s size and PM eccentric distance has been calculated ，and the influence of assist slot ＇s size and PM eccentric dis- tance to cogging torque were analyzed ． The results indicate that a reasonable assist slot size and eccentric dis- tance could help to reduce the PMSM ＇s cogging torque ．Key words: cogging torque; eccentric; assist slot; permanent magnet machines。
,ANSOFT软件在电机设计中的应用
电磁与电子技术研究所
6.电机设计
（七）磁路计算 目的是保证磁路的合理设计.包括磁路参数 计算,空载磁路和负载磁路三部分.
路算 磁化特性计算和漏磁计算等,如气隙磁 势降,定子齿轭磁势降,转子齿轭磁势降,空载 漏磁系数等. 场算
磁密分布是否合理,齿轭磁密,反电势 波形,漏磁计算等.
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
6.电机设计__(二)转子结构形式
永磁体放置方式分类 内置式转子结构
径向
切向
这类结构的永磁体位于转子内部，永磁体表面与定子铁心内圆之 间有铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，起 阻尼或启动的作用，动﹑稳态性能好，广泛应用于要求有异步起 动能力或动态性能高的永磁同步电动机。内置式转子内的永磁体 受到极靴的保护，其转子结构的不对称性所产生的磁阻转矩有助 于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁扩速。
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
6.电机设计__(二)转子结构形式
永磁体放置方式分类 内置式转子结构
混合式
电磁与电子技术研究所
Institute of Electromagnetic and Electronic Technology
4.永磁同步电机电枢反应
永磁同步电机电枢反应折合系数Kad,Kaq
电磁与电子技术研究所
基于Ansoft软件设计分析内置式永磁同步电动机
电机 。
关 键 词 ：永 磁 电 机 ；电磁 设 计 ；磁 路计 算 ；有 限 元 分 析 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ Ｍ ４ Ｍ ５ ；Ｔ ３ １ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８ ８ ２ １ ）２０ ７ —４ ０ １６ ４ （０ ０ —０００ １
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ｉ ｒ Ｐｅ ｍ ａ ｅ ｔ Ｍ ａ ｎ ｔ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ Ｍ ｏ ｏ ｓ ｄ Ｏ ｌＡｕ ｏ ｔＳ ｆｗａ ｅ ｓｇ ｆ Ｉ ｔ ｒ ｏ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｉ ｓ ｆ ｏ ｔ ｒ
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｐ ｒ ｎ ｎ ａ ｎ ｔｍｏｏ ；ｅｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｅ ｉ ｎ；ｍａ ｎ ｔ ｉｃ ｉ ｃ ｌｕ ａｉｎｓ ｉ ｉ ｌｍｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｍａ ｅ ｔｍ ｇ ｅ ｔ ｒ ｌ ｃｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｄ ｓｇ ｇ ｅｉ ｃｒ ｕｔ ａｃ ｌｔｏ ；ｆｎｔ ｅ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ａｙ ｉ ｎ ｌｓｓ ．
出永磁 同步 电动 机 的参 数 ，并 系 统地 分 析 了这些 参
数对 电机性能 的影 响。
定 子槽 数
３ 永 磁 体 之 问 的 尺 寸 Ｒｂｍｍ ０ ｉ／ ６ ２ １５ ４
定 子铁 ４ｂ ｒ １６ Ｃ＇ ａ ￣ 径／ ｍ ７ 隔 磁 磁 桥 宽 度／ ｍ ｍ 定 子铁 心 内径／ ｌ８ ｍｍ 定 子 铁 心 长 度／ ｍ ｌ ｍ
０ 引 言
永 磁 同步 电动机 中 的永 磁体 形 状 多 种 多样 ，给 电机设计 中的气 隙 系 数 、空 载漏 磁 系数 、极弧 系 数
表 １ ６ｋ 内置 式 永 磁 同 步 电机 参 数 Ｗ 额 定 功 率／ Ｗ ｋ ６ 转 子 内径 ／ ｍ ｍ ４ ０
基于ansoft的12槽8极三相永磁同步电动机
基于ansoft的12/8极三相永磁同步电动机仿真分析（SPM）一、建模1、三相永磁同步电动机参数（1）定子选择菜单Draw->User Defined Primitive->SysLib->Rmxprt->SlotCore。
参数设置如下：（2）绕组选择菜单Draw->User Defined Primitive->SysLib->Rmxprt->SlotCore。
参数设置如下：（3）转子选择菜单Draw->User Defined Primitive->SysLib->Rmxprt->SlotCore。
参数设置如下：2、添加给定的硅钢材料定转子材料设置如下：材料名称为M19_29G。
选中Rotor和Stator，右击鼠标选择Assign Material。
改变RelativePermeability从“Simple”变为“Nonlinear”， 点击BH curve，添加数据如下：3、设置永磁体磁化方向永磁体磁化方向参考坐标系：在绘图区按下F改为选择Face。
选择永磁体，选择Create Face CS 图标，注意将R轴方向设置成与磁化方向一致，这样可以将不同磁化方向的永磁体选用相同的材料，即在材料属性中的-RComponet 均为1（否则需设置两种材料，这两种材料的区别仅在于-R Componet一个为1一个为-1）。
4、设置主从边界条件和励磁Ansoft中的Master/Slave边界是针对周期对称的，Master是主边界，Slave 是从边界，即从边界的场量等于（或者负等于）主边界，即可表达出沿圆边周而复始地重复变化的状况来。
注意：等于是指场量的幅值相等，方向相同；负等于是指场量的幅值相等，方向正好相反。
当你的求解区域为一个周期时则采用Slave=Master，若取半个周期，那就是Slave=-Master。
动态分析时的励磁：1、选中PhaseA1, PhaseA2, PhaseB1, PhaseB2, PhaseC1 and PhaseC2六项，右击鼠标选择Assign Excitation > Coil励磁，并逐个设置电流方向。
基于ANSYS的永磁同步电机的设计与仿真
侯 鹏 1>2 ，周 国 鹏 2 ，万 仁 卓 1 ，周 芳 2 ，周 智 2
( 1 . 武 汉 纺 织 大 学 电 子 与 电 气 工 程 学 院 ，湖 北 武 汉 430200; 2 . 湖 北 科 技 学 院 工 程 技 术 研 究 院 ，湖 北 咸 宁 437100)
摘 要 ：为 了 简 化 研 发 永 磁 电 动 机 的 设 计 周 期 ，本 文 提 出 了 一 种 基 于 Ansys Maxwell软 件 RMxprt电
态 运 行 有 限 元 计 算 与 分 析 ，验 证 了 电 磁 设 计 的 合 理 性 ，同 时 比 较 了 基 于 磁 路 法 RMxprt的 计 算 和
Maxwell2D有 限 元 分 析 相 结 合 的 电 机 设 计 过 程 Q结 果 表 明 ，有 限 元 分 析 法 的 精 度 优 于 磁 路 法 ，该 分
元 法 对 单 相 永 磁 同 步 电 机 进 行 了 仿 真 研 究 。在国 外 ，LiP〇等在文献[5]中应用场路耦合有限元法仿真 了 永 磁 同 步 电 机 的 稳 态 运 行 性 能 ，Gieras等在文
献 [6]中用有限元法计算了同步电动机的参数和性 能 ，文中参数仿真能真实地反映负载时磁场的饱和 程度。总 之 ，国内外学者对各种电机电磁场性能仿 真 分 析 取 得 了 一 些 成 果 ，很 明 显 利 用 有 限 元 法 分 析 电机磁场更精确，但利用有限元法分析各种电机模 型还有待完善。
本 文 将 采 用 有 限 元 法 对 永 磁 同 步 电 机 （PMSM) 内部电磁场进 行 数 值 计 算 与 仿 真 分 析 。首先基于 RMxprt模 块 建 立 永 磁 电 机 的 数 学 模 型 ，然 后 将 RMxprt模 块 生 成 的 几 何 模 型 导 入 Maxwell2D 模 块 ， 利 用 Maxwell2D 模 块 对 电 机 进 行 有 限 元 仿 真 与 分 析 ，验证电机设计的合理性，并为进一步优化打下 基础。
基于Ansoft对永磁同步电机静磁场分析
解观察对话框
三角单元与收敛数据关系
分析数据、求解观察
Step 2:将鼠标移至模型窗口，操作Ctrl+A，选择所有物体，执行Maxwell 2D/ Fields/Plot mesh，显示电机模型剖分情况。
模型剖分统计信息
模型剖分图
分析数据、求解观察
Step 3:观察磁场分布。将鼠标移至模型窗口,操作Ctrl+A,选择所有物体，执行
Edit/Duplicate/Mirror
Draw/Arc/Center Point
在Maxwell 2D界面下构建定子槽模型
Step 3：执行Edit/Duplicate/Around Axis，出现沿轴复制，选择Z轴，相隔15度, 进行24次复制。执行Draw/Arc/Center Point，中心原点选择(0,0),用圆弧连接定 子槽，进行复制。执行Modeler/Boolean/Unite命令，将所有线段合成一体。
基于Ansoft对永磁同步 电机静磁场分析
基于Ansoft对永磁同步电机静磁场分析
问题描述：三相永磁同步电动机，由定子铁心、定子绕 组、永磁体磁极、转子铁心组成。电机定子内径、外径 分别为74mm和120mm，极数4，定子槽数24。电机为对称 结构可以建立四分之一模型，为了更清晰地了解整个电 机模型的建立情况，在Ansoft界面下采用整域求解，计算 电机的参数及场图分布。
Step 1: 绕组分相。绕组一般采用A、Z、B、X、C、Y表示，A、B、C表示三 相正绕组，X、Y、Z分别代表A、B、C相负绕组，各相正绕组用英文Phase表 示，负绕组用英文Return表示。例如:A表示为A-Phase，X表示为A-Return，其 他表示类似。
B+ C-(Z)
电机本体设计 永磁同步 ansoft
Stator-Teeth Flux Density (Tesla):1.03093
Stator-Yoke Flux Density (Tesla):3.06277
Rotor-Yoke Flux Density (Tesla):2.53274
Air-Gap Flux Density (Tesla):0.459301
No-Load Input Power (W):14058.7
Cogging Torque (N.m):1.10026
FULL-LOAD DATA
Maximum Line Induced Voltage (V):3.82276
Root-Mean-Square Line Current (A):224.841
Length of Rotor (mm):150
Stacking Factor of Iron Core:0.95
Type of Steel:steel_1008
Polar Arc Radius (mm):110
Mechanical Pole Embrace:0.9
Electrical Pole Embrace:0.899105
Coercive Force (kA/m):890
Maximum Energy Density (kJ/m^3):273.675
Relative Recoil Permeability:1.09981
Demagnetized Flux Density (Tesla):0
Recoil Residual Flux Density (Tesla):1.23
Layer Insulation Thickness (mm):0
永磁同步电机毕业设计--永磁同步电动机的电磁设计与分析[管理资料]
![永磁同步电机毕业设计--永磁同步电动机的电磁设计与分析[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/963a491a81c758f5f71f67da.png)
永磁同步电动机的电磁设计与分析摘要永磁同步电动机（PMSM）是一种新型电机，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而具有效率高，功率因数高，转矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗小等特点。
本文主要介绍永磁同步电动机（PMSM）的发展背景和前景、工作原理、发展趋势，以异步起动永磁同步电动机为例，详细介绍了永磁同步电动机的电磁设计，主要包括额定数据和技术要求，主要尺寸，永磁体计算，定转子冲片设计，绕组计算，磁路计算，参数计算，工作特性计算，起动性能计算，还列举了相应的算例。
还通过Ansoft软件的Rmxprt模块对永磁同步电动机了性能分析，得出了效率、功率、转矩的特性曲线，并且分别改变了电机的三个参数，得出这些参数对电机性能的影响。
又通过Ansoft软件Maxwell 2D的瞬态模块对电机进行了仿真，对电机进行了磁场分布计算，求出了电流、转矩曲线和电机的磁力线、磁通密度分布图。
关键词永磁同步电动机；电磁设计；性能分析The design of Permanent-MagnetSynchronous MotorAbstractPMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type of motor, which has the advantages of simple structure, small volume, light weight, low loss, high efficiency. Compared with the DC motor, it has no DC motor commutator and brush. Compared with the asynchronous motor, because it does not require no power excitation current, It has the advantages of high efficiency, high power factor, large moment of inertia, stator current and small stator resistance loss .The paper mainly introduces the PMSM's development background and foreground, working principle, development trend, taking asynchronous start permanent magnet synchronous motor as an example, it introduces in detail the electromagnetic design of PMSM, that mainly includes the rated data and technical requirements, main dimensions, permanent magnet calculation, rotor and stator punching, winding calculation, magnet circuit calculation, parameters calculation, performance calculation, calculation of starting performance , and also lists the revevant examples. We aslo can analyse the performance of PMSM through the Rmxprt module of Ansoft software and conclude that the characteristic curve of efficiency, power, torque. By changing two parameters of the motor, I get the optimal scheme of the motor. Through transient module of Ansoft software Maxwell 2D to simulate the motor parameters, the magnetic field distribution of the motor is calculated, I can be obtained the curves of the current and the torque, the distribution of magnetic line of force and the distribution of magnetic flux density.Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)课题背景 (4)永磁电机发展趋势 (5)本文研究主要内容 (6)第2章永磁同步电动机的原理 (7) (7)永磁材料的概念和性能 (7)钕铁硼永磁材料 (8) (9)转速和气隙磁场有关系数 (9)感应电动势和向量图 (10)交直轴电抗及电磁转矩 (12)小结 (13)第3章永磁同步电动机的电磁设计 (14)永磁同步电机本体设计 (14)永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 (14)定子冲片和气隙长度的确定以及定子绕组的设计 (15)转子铁心的设计 (16) (18)额定数据及主要尺寸 (18)永磁体及定转子冲片设计 (19)绕组计算 (23)磁路计算 (26)参数计算 (29)工作特性计算 (33)起动特性计算 (37)小结 (41)第4章永磁同步电动机的性能分析及磁场分析 (42)永磁同步电动机的性能分析 (42)永磁同步电动机性能曲线 (42)重要参数的变化对性能的影响 (44)永磁同步电动机的磁路分析 (46)永磁同步电动机的模型 (46)在Ansoft Maxwell 2D 中运行后的结果图 (47)小结 (52)结论 (53)致谢 (54)参考文献 (55)附录A (56)第1章绪论课题背景永磁同步电动机（PMSM）具有体积小、效率高、功率因数高、起动力矩大、力能指标好、温升低等特点。
最新Ansoft永磁同步电机设计报告
最新Ansoft永磁同步电机设计报告本文介绍了利用Ansoft Maxwell软件中的RMxprt模块对一台4极、36槽绕组永磁同步电动机进行建模、仿真和分析的方法。
该软件不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。
本章主要介绍了RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析，包括Stator项和Rotor项的设置过程以及Line Start-XXX的电机仿真和计算结果的查看。
第3章静态磁场分析静态磁场分析是电机设计和研究的重要内容之一。
本章介绍了电机模型和网格剖分图、磁力线分布图以及磁密曲线等内容。
其中，磁密曲线包括气隙磁密分布、定子齿、轭部磁密大小和转子齿磁密大小等，对电机的性能分析具有重要意义。
第4章瞬态场分析瞬态场分析是电机设计和研究的另一个重要内容。
本章主要介绍了电机在额定稳态运行和额定负载启动时的性能分析。
其中，额定稳态运行性能包括电流与转矩大小以及各部分磁密等内容；额定负载启动则包括转矩-时间曲线、电流-时间曲线、转速-时间曲线和转矩-转速曲线等内容。
这些分析结果可以为电机的设计和优化提供重要参考。
After determining the main ns。
XXX。
The weight。
price。
operating characteristics。
and XXX of the motor are also closely related to the main XXX。
determining the main ns is the first stepin motor design.The rated power is 1500W。
the rated voltage is 380V。
the phase number and phase n method are 3-phase 4-pole Y n。
基于Ansoft Maxwell对永磁有刷直流电机的设计与分析
一 步 的 有 限元 分 析 ，得 到 磁 通 密 度 云 图 ，磁 密 矢 量 图 。
关 键 词 ：Ansoft maxwell; ； 永磁有刷直流电机；性能分析 RMxprt
基于 Ansoft Rmxprt 的面贴式永磁同步电动机设计
基于 Ansoft Rmxprt 的面贴式永磁同步电动机设计刘俊【摘要】Absrta ct:Permanent magnet is a core component of transfer energy in permanent magnet synchronous motor . The structure and size of the permanent magnet are designed and the equivalent magnetic circuit is given in this paper.The rated load transient simulation has been done by ansoft Maxwell and the steady -state opera-tion efficiency has reached 95%.The SPMSM performance curve shows that the motor has fast response fea-ture and it can meet the static and dynamic performance demands .%永磁体是永磁同步电动机能量传递的核心部件。
从理论上设计了永磁体的结构尺寸，给出了等效磁路。
通过Ansoft进行额定负载瞬态仿真，电机稳态运行效率达到95％。
SPMSM 性能曲线表明电机具有快速响应特性，电机能满足动、静态性能要求。
【期刊名称】《湖北理工学院学报》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P10-12,45)【关键词】永磁同步电动机;Rmxprt模块;Ansoft仿真;SPMSM性能曲线【作者】刘俊【作者单位】湖北理工学院电气与电子信息工程学院，湖北黄石435003【正文语种】中文【中图分类】TM351Key words：surface-mounted permanent magnet synchronousmachines(SM-PMSMS);rmxprt module;ansoft simulation;SPMSM performance curve永磁同步电动机的定子和三相异步电动机的定子基本相似，有时可以借用异步电机的结构。
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现代电机设计
利用Ansoft软件对异步起动永磁同步电动
机的分析计算
2013 年7 月
目录
第1章引言…………
第2章 RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析…………
2.1 Stator项设置过程…………
2.2 Rotor项设置过程…………
2.3 Line Start-Permanent Magnet Synchronous Machine的电机仿真…………
2.4 计算和结果的查看…………
第3章静态磁场分析…………
3.1 电机模型和网格剖分图…………
3.2 磁力线分布图……………………
3.3 磁密曲线
3.3.1 气隙磁密分布…………
3.3.2 定子齿、轭部磁密大小…………
3.3.3 转子齿磁密大小…………
第4章瞬态场分析…………
4.1 额定稳态运行性能…………
4.1.1 电流与转矩大小…………
4.1.2 各部分磁密…………
4.2 额定负载启动…………
4.2.1 转矩-时间曲线…………
4.2.2 电流-时间曲线…………
4.2.3 转速-时间曲线…………
4.2.4 转矩-转速曲线…………
第1章引言
Ansoft Maxwell作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁场领域都得到了广泛的应用。
它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。
该软件包括二维求解器、三维求解器和RMxprt旋转电动机分析专家系统这3个主要模块，不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。
利用Ansoft软件进行仿真可以帮助我们了解电动机的结构特性。
本文是一台4极、36槽绕组永磁同步电动机，利用RMxprt模块进行电机的建模、仿真以及导入到Maxwell2D的有限元模块的方法，然后再对Maxwell2D
中的永磁体模型进行修正，最后对该电机在静态磁场和瞬态磁场的情况下进行分析。
第2章 RMxprt在永磁同步电机中的电机性能分析
设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。
电机的主要尺寸是指电枢铁芯的直径和长度。
对于直流电机，电枢直径是指转子外径；对一般结构的感应电机和同步电机，则是指定子内径。
主要尺寸确定以后，其他尺寸也就可以大体确定。
电机的重量、价格、工作特性和运行可靠性等也都是和主要尺寸以及它们的比值有密切的关系。
所以确定主要尺寸是电机设计的第一步。
额定功率1500W，额定电压380V，相数和相间连接方式是3相4极Y连接，额定频率50HZ，额定转速或同步转速1500r/min。
2.1 Stator项设置过程
定子各个尺寸和参数的确定：使用的材料是硅钢片D23_50.
定子槽的确定：
绕组的确定：
定子绕组排列图：
定子冲片图：
2.2 Rotor项设置过程
转子各个尺寸和参数的设置：
编辑铝材时需要赋23041475S/m的电阻率
转子槽尺寸的确定：
2.3 Line Start-Permanent Magnet Synchronous电机仿真
参数的设置是至关重要的，这意味着将要计算前面输入的电机模型在该状态下的工况，一般是将额定工作状态设定为分析对象
仿真参数详细设置
2.4 计算和结果的查看
第3章静态磁场分析
静态磁场是指所有的磁场量均不随时间改变而改变，本章在结合静磁场理论的基础上，应用Ansoft12求解器中的静磁场（Magnetostatic）对永磁同步电动机进行分析，得出Maxwell2D静磁场中的求解模型、网格剖分、磁密大小等。
3.1 电机模型和网格剖分图
电动机求解模型：
在这里我们只对该电机的1/4模型进行分析，永磁体采用的是嵌入式的，转子槽是铸铝的，通过端环进行连接，并假设边界无漏磁现象。
网格剖分图：
在保证求解进度的要求下，进行三角形网格剖分。
采用不同的剖分尺寸对该电机的转子槽、定子绕组、气隙进行剖分，气隙的剖分相较于其他的来说，要更加的细化。
3.2 磁力线分布图
磁力线分布图如下图所示：
磁通密度云图分布：
磁通密度矢量图：
3.3 磁密曲线
在计算模型里，对于特殊部位，可以事先绘制一条考察路径，然后再计算该路径上的场量，并且对这些场量进行数学运算。
3.3.1 气隙磁密分布
3.3.2 定子齿、轭部磁密大小
3.3.3 转子齿磁密大小
第4章瞬态场分析
当求解问题各量随时间变化，需要瞬态场求解器，分析步骤和方法与静态场很相似，但是由于瞬态问题分析的时变性，使得它的分析方法在求解设置、加载方法等方面都有自己的特点。
4.1 额定稳态运行性能
4.1.1 电流与转矩大小
4.1.2 各部分磁密
磁密矢量图：
4.2 额定负载启动
额定负载启动时，转动惯量是0.00603446kg•m^2,转速从0开始进行异步起动，额定负载是9N•M。
4.2.1 转矩-时间曲线
4.2.2 电流-时间曲线
4.2.3 转速-时间曲线
4.2.4 转矩-转速曲线。