永磁体【发电机磁场分析方法

永磁同步发电机磁场分析方法

哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所

2008年7月

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。

三种方法中，使用RMxpert导入是最简便的，但要求设计的电机在RMxpert 的库中有；利用AutoCAD导入绘图较为方便，但导入过程较麻烦且易出错，因此对于RMxpert的库中没有的电机模型，推荐使用第一种方法，直接在Maxwell 的绘图界面中绘制。

绘制好有限元模型后，为方便后续操作，在Define Model-Group Objects中

将各槽中的导体按三相正负分为六组。

2.设置材料属性（Setup Materials）

把材料附给相应的物体即可，选中物体和对应的材料之后点击Assign

对于库中没有的材料，需要手动添加，下面介绍一下手动添加永磁材料和硅钢片材料的方法。对于添加永磁材料，先点击Material-add

在Material Properties下的框中填好新增材料的名字，然后点击options

对于永磁材料，一般需知道其的剩磁和矫顽力，固将options对话框中的Hc 和Br选上后点击OK退出。

在Conductivity中填该永磁材料的电导率，Mag.Coercivity中填永磁材料的

矫顽力，注意是负值，在Mag.Retentivity中填永磁材料的剩磁，都填写完毕后电机Enter，材料添加完毕。

对于磁化曲线非线性的硅钢片材料，需导入其磁化曲线，具体做法如下：进入添加材料界面，填好新材料名称后，勾选上B-H Nonlinear Material，

然后点击B H Curve，弹出输入磁化曲线界面，点击Import，将磁化曲线数据文件导入。

给物体附永磁材料属性时需要定义永磁材料的磁化方向，点击Assign后出现附磁化方向的对话框。Align with object’s orientation 是指磁化方向与该物体方向一致，该物体的方向如右图中的黑箭头所示，旁边的数字是其在极坐标系下的角度，箭头的圆点是极坐标系的圆点，水平向右方向为极坐标0度所在方向。Align with a given direction 是指磁化方向手动输入角度，此角度为极坐标系下的绝对值，Align relative to object’s orientation 是指手动输入相对物体方向的角度，此角度为极坐标系下，相对物体方向的角度。根据永磁体实际磁化方向，灵活运用三种附磁化方向的方法给永磁材料添加磁化方向，设定好后点击View Angle 后在图上点击设定磁化方向的物体，出现的红箭头为设置好的磁化方向。图中示范为径向充磁，实际磁化方向与永磁体的方向是垂直的，故选择手动输入相对物体方向的角度90度，即设置好了一块永磁体径向的磁化方向。

3.设置边界条件和激励源（Setup Boundaries/Sources）

3.1设置边界条件

对于绘制的一对极区域下的电机模型，需要添加的边界条件有两个，一是认为电机外壳不往外漏磁通，即把电机定子外圆的磁通密度法向分量设为0。操作方法如下：

点击工具栏Edit-Select-Edge后选中电机定子外圆；

后点击Assign，设置完成。

对于仅绘制一对极区域的电机模型，还需要添加对称边界条件。操作方法如下：点击工具栏Edit-Select-Trace后，选择一条电机的对称边界，分段一次性描

一遍。

点击工具栏Assign-Boundary-Master，后点击Assign。

然后再点击工具栏Edit-Select-Trace后，选择另一条电机的对称边界，再分

段一次性描一遍。后点击工具栏Assign-Boundary-Slave，选择Slave=+Master后

点击Assign，对称边界条件设置完成。