基于Maxwell 2D的长定子直线同步电动机仿真
基于ANSYS Maxwell 2D内置式“V”型永磁同步电动机的转子结构优化-陈贤阳
[ Keyword ] interior; permanent magnet synchronous motor; magnetic pole shift; rotor eccentric; ANSYS Maxwell2D; cogging torque
1 前言
世界各国节能和环保的政策要求，电动汽车的研制和推广已得到广泛的关注，而对高
为槽数，
GCD（z，2p）
为
2p
和
z
的最大公约数。
由(6) ~(8)分析可知，当永磁体对称时，n 只有取值为 Np 的倍数时，该次谐波才不为零。
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故可得知磁极偏移对整数槽永磁电动机的齿槽转矩的消弱是有明显效果的 。
3 磁极偏移对齿槽转矩的影响
利用 Maxwell 有限元分析软件，分析不同的磁极偏移角度时，电机齿槽转矩的变化情
已知一款汽车用永磁同步电动机的主要参数，基于 Maxwell2D 有限元仿真，采用磁极
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偏移和转子铁芯的偏心距措施，使电机的齿槽转矩得到优化 。根据优化后电机尺寸参数
试制样机，利用电机实验平台，测得样机的性能符合要求。
1.1 永磁同步电动机主要技术参数
本方案主要技术指标如表 1 所示
表 1 主要技术指标
额定电压：183V
基于Ansoft的永磁同步发电机建模与仿真
（11）
从而在每一时间段有限元模型中每一点都
图2 带外电路的PMSG 仿真系统结构
2.4 模型的网格剖分 有限元法应用于电磁场的实质就是把连续 的电磁场问题变为离散系统的问题来求解， 电机 模型的离散化就是通过网格剖分来实现的， 它直 接影响有限元计算结果的精确性。A n s o f t 具有 自适应网格剖分的功能， 自适应网格加密技术的 前提是网格的自动剖分。 自动剖分主要是根据场 域的几何结构来进行的， 自适应网格剖分是在此 基础上根据对场量分布求解后的结果对网格进 行增加其剖分密度的调整。 首先对电机模型进行 自动剖分， 如图3所示， 此自动剖分比较稀疏， 影 响计算的准确性， 需要对其加密。 理论上网格越 密， 计算的就越准确， 但考虑到计算机资源以及 计算时间因素， 我们只需要重点加密磁场变化率 较大的气隙部分， 得到的剖分图如图4所示。
t /s
图3
初始化的网格剖分
图4
加密处理后的网格剖分
6
图5
B 相反电动势波形
Winding Current vs Time
3
仿真结果及其分析
emt (V)
4 2
麦克斯韦方程的微分形式为： ∂A ×ν ×A=Js - σ — - σ ν + ×Hc+σν× ×A （10） ∂t 其中： Hc —永磁体的矫顽力； ν —运动物体的速度； A—磁矢量；
陶永根
据上海华东钢 材市场消息， 今 年以来国内钢 材市 场上的冷、 热轧硅钢片因受上游原材料涨价的影响， 有 关钢厂以 “成本推动” 为由， 较大幅度调高了出厂价， 对 此， 市场上反应较为平静， 下游企业观望气氛浓厚， 市场 行情处于 “不冷不热” 的 “温吞水” 态姿。 尤其是二季度 4月份， 市场行情虽然稳中有升但无法改变出厂高， 市场 价格低的 “倒挂”行情， 使硅钢片流通 “陷入困境” ， 这 与有关钢厂调高出厂价时看好后市预期形成了强烈的反 差。二季度是下游企业生产旺季， 为什么对硅钢片需求 未出现 “火爆” 现象呢？ 有关业内人士分析认为： 要客观理性看待国内硅钢 片市场需求正在发生的变化。 较长时间以来， 以硅钢片 为主要原材料之一的电机、家电产品出口相当旺 盛， 几 乎每年以二位数百份比增长率上升。然而， 在 2007 年电 机总产量中： 出口电机 2157.1万 kW， 同比增长 20.3%， 增 2008 年一季度， 速同比反而减慢 6.4% 。 家电出口方面， 冰箱共出口404万台， 同比增长仅 2.5%； 出口家用空调器 1170万台， 同比增长 6.6%； 洗衣机出口356万台， 同比增长 11.3%； 吸尘器出口1970万台， 同比增长 3.2%； 微波炉出 口1046万台， 同比下跌5.3%； 电风扇出口同比下降15.7%。 电机、家电出口增幅趋缓， 对硅钢片需求有不同程度的
基于Maxwell的永磁同步电机短路故障诊断研究
基于Maxwell的永磁同步电机短路故障诊断研究作者：乔俊宇曲娜鹿昭勋来源：《科技资讯》2018年第12期摘要：针对缺少成熟电动机分析方法的情况，文章建立了基于Maxwell的永磁同步电动机二维有限元模型。
通过仿真得到电机在正常工作和匝间短路故障情况下的电磁场分布和相关性能曲线。
得到了不同条件下，反电势三次谐波含量随匝间短路程度的加剧而减少等结论，为永磁同步电机定子绕组早期匝间短路故障诊断提供了依据。
关键词：匝间短路故障诊断永磁同步电机 Maxwell中图分类号：TM313 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（c）-0124-02Abstract：As the current analysis method of motor is not sufficient， the finite element model of the two dimensional transient field of the permanent magnet synchronous motor based on Maxwell is established. By using Maxwell's powerful electromagnetic field analysis and reprocessing function，the electromagnetic field distribution and related performance curves of the motor in normal and inter-turn short circuit fault are obtained. The conclusions such as three harmonics of anti-electric potential decrease with the degree of short-circuiting between turns are obtained under different conditions. This paper provides a basis for the early short-circuit fault diagnosis of the permanent magnet synchronous motor.Key Words：Interturn short-circuit； Fault diagnosis； Permanent magnet synchronous motor； Maxwell永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的电机，永磁同步电机定子匝间短路故障是一种常见的、破坏性强的故障，如果不能及时发现并排除，将出现相间短路故障、对地故障等严重故障。
基于simplore的直线感应电机联合仿真研究
1 线感应电机的模型建立1.1 磁场方程的推导由Maxwell 方程反应宏观的时变电磁场，其微分形式如下。
H J ∇×=+（1） B E tδδ∇×=−（2） 0B ∇•= （3） J E δ= （4）式中：H—磁场强度； E—电场强度； B—磁感应强度；J—电流密度； δ--电导率； t—时间；D—电场通量；1.2 直线感应电机的maxwell 软件建模通过ANYSY EM 软件中的Maxwell 模块建立直线感应电机的2D 有限元模型，二维场中只考虑了电机的纵向边端效应，而其它影响相对较小可忽略。
直线感应电机建模参数如表1所示。
表1 直线感应电机的主要参数类别参数值初级绕组相电压/V 320频率/Hz24初级铁心长度/m 1�926初级铁芯高度/mm150初级铁心宽度/mm 300相数 3每极每相槽数 3级数 6极距/mm 288槽宽/mm 23齿距/mm 9槽深/mm 100线圈匝数 5每极线圈匝数 90初次级气隙/mm 15次级感应板铝板厚度/mm 5次级感应板钢板厚度/mm 25次级感应板宽度/mm 310次级感应板断开间距/m 2初级运动距离/m 6绕线形式 双层Y6a1建模的步骤：电机的几何模型建立、各部分材料选择、设定边界条件和激励源、进行网格剖分、定义执行参数和求解选项。
其中设置的运动部分是初级铁心和绕组，得到如下图的2D 模型如图1，图2是直线感应电机的网格剖分图，图3是直线感应电机的磁感线分布图。
2 控制电路的搭建搭建控制电路由直流电逆变为交流电给直线感应电机供电，而逆变电路的控制信号则由SVPWM 模块提供，图4是整个仿真过mathematical equation, and then the control circuit is built by using SIMPLORE software� On SIMPLORE, the motor model built by Maxwell is embedded into SIMPLORE to carry out cosimulation� Through co-simulation, the actual operation of the motor can be objectively reflected, and the experimental platform for the control of the motor can be provided� It is of high practical value�Key words : Linear induction motors;Simplore;Maxwell;Co-simulation图7 直线感应电机三相电流波形图8是直线感应电机的速度波形图电机从0开始加速起初力较小加速度较小，速度上升的比较缓慢，而后随着力的增大速度快速增加，当达到最大值后，速度会在一定的范围波动。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例1.介绍Maxwell电机仿真的背景和意义Maxwell电机仿真是一种通过计算机软件模拟电机工作原理和性能的技术。
随着电机设计和制造水平的不断提升，对电机性能和效率的要求也越来越高，因此精确的电机仿真技术变得越来越重要。
Maxwell是一款由ANSYS公司开发的电磁场仿真软件，广泛应用于电机设计和优化领域。
通过Maxwell电机仿真，可以准确地预测电机的性能指标，优化电机结构和参数，提高电机的效率和性能。
2. Maxwell电机仿真的原理和方法Maxwell电机仿真的原理是基于有限元分析方法。
有限元分析是一种数值分析方法，通过将电机结构离散为有限数量的小单元，建立数学模型，然后利用计算机进行求解，得到电机的电磁场分布、电磁力和转矩等物理量。
Maxwell软件提供了丰富的建模工具和分析功能，可以对不同类型的电机进行精确的仿真和优化。
Maxwell电机仿真的方法包括建模、网格划分、材料定义、边界条件设定、求解和后处理。
首先需要根据电机的结构和电磁特性建立三维模型，然后进行网格划分，将电机结构离散为有限数量的单元。
接着需要定义电机材料的磁导率、电导率和损耗特性，设定电机的边界条件，如气隙边界、绕组等。
然后对电机进行求解，得到电磁场分布、磁场激励、电磁力和转矩等物理量。
最后进行后处理，分析电机的性能指标，如效率、功率因素、损耗等，优化电机的结构和参数。
3. Maxwell电机仿真的应用领域Maxwell电机仿真广泛应用于各类电机的设计和优化领域。
具体包括以下几个方面：（1）电机性能分析和预测：Maxwell电机仿真可以对不同类型的电机进行精确的仿真和分析，预测电机的性能指标，如电磁力、转矩、磁场分布等。
通过仿真可以发现电机存在的问题和不足，提出改进措施。
（2）电机结构优化：Maxwell电机仿真可以对电机的结构和参数进行优化，找到最优的设计方案。
可以改变电机的绕组形式、气隙间隙、磁路长度等参数，以提高电机的效率和性能。
同步电机二维电磁场仿真分析
文章编号:１００４－２８９Ｘ(２０２２)０４－００６７－０５同步电机二维电磁场仿真分析张猛(辽宁轨道交通职业学院ꎬ辽宁㊀沈阳㊀１１００００)摘㊀要:在当前 双碳 目标的发展趋势下ꎬ新能源汽车日益增多ꎮ因此ꎬ提升电机效率㊁降低电机损耗成为同步电机的主要发展方向ꎮ本文首先介绍同步电机的结构和电磁参数ꎮ其次ꎬ根据实际情况建立同步电机二维模型ꎬ并通过Ｍａｘｗｅｌｌ软件对所建模型进行稳态电磁仿真实验ꎬ分析发电机的磁路走向㊁磁通密度和磁场强度ꎮ最后ꎬ基于电磁场理论ꎬ将麦克斯韦方程作为控制方程及边际条件ꎬ通过有限元法对同步电机进行电磁分析ꎮ通过添加时间步进行瞬态电磁场仿真实验ꎬ仿真负载电机输出功率与转矩ꎬ计算损耗和效率ꎬ分析在启动和空载下ꎬ电机内部磁场的分布和变化规律ꎮ关键词:电磁场分析ꎻ电机设计中图分类号:ＴＭ３４１㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＢＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＦｉｅｌｄｏｆａＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒＺＨＡＮＧＭｅｎｇ(ＴｈｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｒａｃｋＴｒａｆｆｉｃｏｆＬｉａｏｎｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１００００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆ"ｄｕａｌｃａｒｂｏｎ"ｔａｒｇｅｔꎬｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄａｙｂｙｄａｙ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｉｍｐｒｏｖｉｎｇｍｏｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｍｏｔｏｒｌｏｓｓｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｍａｉｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ.Ｓｅｃｏｎｄｌｙꎬａｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬａｎｄＭａｘ￣ｗｅｌｌｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｄｕｃｔｓｔｅａｄｙ￣ｓｔａｔｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎꎬｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｂａｓｅｄｏｎｅｌｅｃ￣ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｔｈｅｏｒｙꎬｍａｘｗｅｌｌ'ｓｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｇｏｖｅｒｎｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｒｇｉｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎꎬａｎｄｅｌｅｃ￣ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎬｗｈｉｃｈｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｓｍａｇｎｅｔｉｃｐａｔｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎꎬｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙ.Ｔｈｅｌｏｓｓａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕ￣ｔｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｒｔｉｎｇａｎｄｎｏｌｏａｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓꎻｍｏｔｏｒｄｅｓｉｇｎ１㊀引言近年来ꎬ随着新能源汽车的快速发展ꎬ提高电池与电机性能成为新能源汽车的研究重点ꎮ永磁同步电机具有功率密度大㊁效率高等特点ꎬ在电动汽车领域快速发展ꎮ鉴于当前国内电机生产厂家使用的电机计算机辅助设计所存在的不足ꎬ本文基于电磁场理论ꎬ以有限元方程的角度研究同步电机的电磁分析ꎬ研究总结设计参数对电磁分布的影响ꎬ可为电机设计领域提供一定程度的参考ꎬ具有一定的市场前景ꎮ㊀㊀我国在电动汽车方面的研究始于２０世纪８０年代ꎬ近年来ꎬ我国在电机技术方面取得了显著成效ꎮ㊀㊀在２０１５年ꎬ日本丰田公司引进Ｖ形转子结构的永磁同步电动机ꎬ其转子磁路结构经过改良ꎬ每分钟可旋转１７０００ｒꎬ最高功率５３ｋＷꎮ２０１３年ꎬ德国ＢＭＷ公司生产的内置式永磁同步电机ꎬ通过将磁阻式同步电动机与永磁同步电动机相结合ꎬ并在此基础上设计出一种块式斜极型磁极ꎬ有效减少了转矩波动ꎮ其峰值功率为１２５ｋＷꎬ最高转速为１１４００ｒｐｍꎮ美国Ｔｅｓｌａ公司于２０１７年推出一款名为Ｍｏｄｅｌ３的电动车ꎬ其驱动马达为１９２ｋＷ的永磁同步电动机ꎬ通过在定子铁心轭处挖掘大量油槽ꎬ以增强其冷却效果ꎮ㊀㊀本文根据同步电动机设计的基础理论ꎬ通过分析和研究同步电机的设计思想㊁工作原理和整体结构ꎬ并结合麦克斯韦方程组推导出电机内电磁场的控制方程ꎬ运用Ｍａｘｗｅｌｌ对同步发电机的磁力线㊁磁密㊁磁场强度以及某气隙路径下的磁感应强度曲线等进行分析ꎮ最后添加时间步ꎬ对模型进行瞬态电磁仿真ꎬ观测输出转矩和旋转磁场的变化情况ꎮ２㊀同步电机工作原理２.１㊀同步电机结构㊀㊀凸极同步电动机结构如图１所示ꎮ图１㊀同步电机结构图㊀㊀同步电动机由定子和转子两个部件组成ꎬ定子是电动机的静态部件ꎬ由铁心㊁绕组和底座三个部件组成ꎮ转子根据结构的不同ꎬ可分为直流励磁和无需励磁两种ꎮ２.２㊀工作原理㊀㊀如图１所示ꎬ定子三相绕组与三相交流电连接ꎬ形成电枢转动磁场ꎮ同步电机的电磁转矩与电枢磁极轴和转子磁轴的角度有关ꎬ当外加电压和电机的励磁电流相同时ꎬ在某一特定的范围内ꎬ随着角度的增大ꎬ电机的电磁转矩也会增大ꎮ２.３㊀数学模型㊀㊀(１)坐标变换在对同步电动机进行数学建模时ꎬ通常采用三相静止坐标系㊁两相静止坐标系和两相同步转动坐标系ꎮ图２显示了三种座标系统ꎬＡＢＣ是三相静态座标系ꎬ而阿尔法－β是两相固定座标系统ꎬｄ－ｑ是两相转动座标系ꎮ图２㊀三种坐标示意图㊀㊀将三相静态座标系统ＡＢＣ转换成两相静态座标系统的座标转换为Ｃｌａｒｋ转换ꎬ由上面ＡＢＣ座标系和两相静态座标系αβ之间的关系ꎬ得到了由方程式(１)表示的座标转换式:[ｆαｆβｆ０]＝Ｔ３π/２ｓ[ｆＡｆＢｆＣ]Ｔ(１)式中:Ｔ３π/２ｓ为ｃｌａｒｋ变换的坐标变换矩阵ꎮ㊀㊀将两相静止座标系统转换成ＡＢＣ的转换叫做反克莱克转换ꎬ它可以由以下几种形式来表达:[ｆＡｆＢｆＣ]＝Ｔ２π/３ｓ[ｆαｆβｆ０]Ｔ(２)式中ꎬＴ２π/３ｓ为反ｃｌａｒｋ变换的坐标变换矩阵ꎬ可表示为:㊀㊀将两相静态座标系统中的ａβ转换成两相同步转动座标系统ｄｑ的座标转换为Ｐａｒｋ转换ꎬ按照图１ꎬ由方程式(３)表示的ａβ和ｄｑ座标系统的关系ꎮ[ｆｄｆｑ]Ｔ＝Ｔ２ｓ/２ｒ[ｆａｆβ]Ｔ(３)式中ꎬＴ２ｓ/２ｒ为Ｐａｒｋ变换的坐标变换矩阵ꎮ㊀㊀将两相转动座标ｄｑ转换成两相固定座标系统ꎬａβ的坐标转换ꎬ称为反向帕克转换ꎬ它可以用以下方式来表达:[ｆαｆβ]Ｔ＝Ｔ２ｒ/２ｓ[ｆｄｆｑ]Ｔ(４)式中ꎬＴ２ｒ/２ｓ为反Ｐａｒｋ变换的坐标变换矩阵ꎮ将三相静态座标系统ＡＢＣ转换为同步转动座标系统ｄｑꎬ每个变量之间的关系如下:[ｆｄｆｑｆ０]Ｔ＝Ｔ３ｓ/２ｒ[ｆＡｆＢｆＣ]Ｔ(５)式中ꎬＴ３ｓ/２ｒ为坐标变换矩阵ꎮ㊀㊀将两相转动座标系统ｄｑ转换为三相静态座标系ＡＢＣꎬ每个变量之间的关系如下:[ｆＡｆＢｆＣ]Ｔ＝Ｔ２ｒ/３ｓ[ｆｄｆｑｆ０]Ｔ(６)式中ꎬＴ２ｒ/３ｓ为坐标变换矩阵ꎮ㊀㊀(２)反电动势同步电机数学模型㊀㊀在三相静态座标系ＡＢＣ下ꎬ同步电动机定子侧三相绕组的电压方程式如下:ｕｓ＝Ｒｓｉｓ＋ｄψｓｄｔ＝Ｒｓｉｓ＋ｄψＬｓｄｔ＋ｄψｆｓｄｔ(７)㊀㊀定子电压方程式可由以下公式来表达:ｕｄ＝Ｒｉｄ＋Ｌｄｄｉｄｄｔ－ωｅＬｑｉｑ＋ｅｄｕｑ＝Ｒｉｑ＋Ｌｑｄｉｑｄｔ－ωｅＬｄｉｄ＋ｅｑìîíïïïï(８)利用电磁功率Ｐｅ及机械角速度ｗｍꎬ可求出永磁同步电动机的电磁力矩ꎬ其电磁力矩可由下列公式求出:Ｐｅ＝３２ＥＴｉｄｑ＝３２－ωｅＬｑｉｑ＋ｅｄωｅＬｄｉｄ＋ｅｑéëêêùûúúＴｉｄｑ(９)式(９)中的Ｅ为感应电动势ꎮ㊀㊀电磁转矩Ｔｅ与电磁功率Ｐｅ和机械角速度ｗｍ的关系如下:Ｔｅ＝Ｐｅωｍ(１０)３㊀电磁场有限元理论３.１㊀电磁场基本理论㊀㊀马斯韦尔方程是电－电－电磁场的基本原理ꎬ它包括阿帕尔回路定律㊁法拉达定律㊁高斯定律㊁磁通量连续性定律ꎮ㊀㊀(１)安珀环律:在磁场中ꎬ沿着封闭环Ｈ的直线积分等于通过积分通道所决定的表面的电流之和ꎬ对于表面积分ꎬ电流密度用以下公式表示:ɥΓＨｄｌ＝∬ΩＪ＋∂Ｄ∂ｔ()ｄＳ(１１)㊀㊀式中:Ｈ为磁场强度(Ａ/ｍ)ꎻＪ为传导电流密度矢量ꎮ㊀㊀(２)法拉达法则:磁场的改变与改变的磁场可以彼此产生ꎬ具体表示如下:ɥΓＥ⇀ ｄｌ⇀＝－∬Ω∂Ｂ⇀∂ｔｄＳ⇀(１２)式中ꎬＥ为电场强度(Ｖ/ｍ)ꎮ㊀㊀(３)高斯定律:在一个封闭的表面上ꎬ不管电介体和电通量的分布是怎样的ꎬ通过一个封闭的表面的电通量等于封闭表面所包含的电荷ꎬ即∯ＳＤ－ ｄＳ－＝∭ＶρｄＶ(１３)式中ꎬＤ为电位移(Ｃ/ｍ２)ꎻρ为电荷体密度(Ｃ/ｍ３)ꎻＶ为闭合曲面Ｓ所包围的三维区域ꎮ３.２㊀有限元建模㊀㊀有限元分析计算的具体步骤如图３所示ꎮ图３㊀计算流程图３.２.１㊀假设条件㊀㊀为使模拟模型的简化ꎬ在保证计算精度的前提下ꎬ进行如下简化:㊀㊀(１)电机的轴向是无穷大ꎬ把有关问题的求解转化为二维ＸＹ坐标系统ꎻ㊀㊀(２)定子铁心区的附加磁导是无限大的ꎻ㊀㊀(３)不考虑位移电流ꎮ３.２.２㊀建模与赋材料属性㊀㊀在上述假设条件下ꎬ所建模型如图４所示ꎮ图４㊀电机模型图㊀㊀在建立了电机的简化模型后ꎬ对模型的材质进行了分析ꎮ其中ꎬ定子㊁转子绕组㊁槽楔区㊁空隙段的相对磁导率为１ꎬ定子和转子铁心的材质为Ｌ８００＿６５ꎮ为了进一步提高数值模拟的准确性ꎬ在进行模型切割之前ꎬ先将空气间隙分为两个层次ꎮ３.２.３㊀网格剖分㊀㊀文中使用ＰＬＡＮＥ５３六结点三角形单元进行了网格的分割ꎮ由于气隙长度较短ꎬ网孔密度较大的区域主要集中在气隙区和齿槽区ꎬ其余部分则比较松散ꎮ３.２.４㊀边界条件㊀㊀在二维静止电磁场中ꎬ向量磁位ＡＺ的方程式:∂∂ｘ１μ∂Ａｚ∂ｘæèçöø÷＋∂∂ｙ１μ∂Ａｚ∂ｙæèçöø÷＝－Ｊｓ(１５)式中ꎬμ为相对磁导率ꎻＡｚ为矢量磁位ꎻＪｓ为外加的源电流密度ꎮ３.２.５㊀加载与求解㊀㊀负载电流的方向是:正向Ｚ轴是正的ꎬ逆向是负的ꎮ加载电流密度的定子导电区:Ｊ１＝２Ｎ１ＩＮａ１Ｓ１(１６)式中ꎬ Ｎ１为定子绕组每槽导体数ꎻＩＮ为定子额定电流ꎻａ１为定子绕组并联支路数ꎻＳ１为定子导体截面积ꎮ㊀㊀转子导电区加载的电流密度为:Ｊ２＝Ｎ２Ｉｆａ２Ｓ２(１７)式中ꎬＮ２为转子绕组每槽导体数ꎻＩｆ为励磁电流ꎻａ２为转子绕组并联支路数ꎻＳ２为转子导体截面积ꎮ３.２.６㊀后处理㊀㊀图５中显示了沿顺时针方向的空气间隙的轨迹图ꎬ它开始于Ａꎬ经过半个循环后抵达Ｂ点ꎮ图５㊀气隙路径㊀㊀在后处理过程中可以获得基波气隙磁通密度的幅值Ｂδꎬ每极磁通的最大值Φｍ为:Φｍ＝２πＢδＳτ(１８)式中ꎬΦｍ为每极磁通最大值ꎻＢδ为基波气隙磁通密度幅值ꎻＳτ为每极磁通面积ꎮ㊀㊀每相感应电动势Ｅ０为:Ｅ０＝２πｆＷ１ｋｄｐ１Φｍ(１９)式中ꎬｆ为频率ꎻＥ０为每相感应电动势ꎻＷ１为定子每相串联总匝数ꎻｋｄｐ１为定子线圈基波绕组因数ꎮ４㊀有限元电磁仿真分析４.１㊀定子㊁转子及阻尼建模过程㊀㊀此过程利用ＡＮＳＹＳＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＤｅｓｋｔｏｐ中搭建同步电机模型ꎬ于其中的ＲＭｘｐｒｔ模块可输入电机定子㊁转子尺寸数据快速建模ꎬ对建好的模型可仿真分析其具体性能参数ꎬ并将建好的模型一键导入ＭＡＸＷＥＬＬ中进行电磁分析ꎮ㊀㊀(１)定子图６㊀定子模型示意图㊀㊀(２)转子㊀㊀转子模型如图７所示ꎮ图７㊀转子模型４.２㊀仿真分析４.２.１㊀空载仿真分析㊀㊀采用有限元方法对同步电机的空载进行有限元分析ꎬ主要研究电机的定子㊁气隙的磁密㊁转子部分的磁密和磁力线的分布ꎬ并根据模拟的结果ꎬ对电机的基本性能有一个初步的认识ꎮ模拟同步电机在空载状态下ꎬ转子励磁部分的磁线分布是否合理以及计算额定转速下定子线圈所感应出的电枢电动势ꎮ运用Ｍａｘｗｅｌｌ软件进行分析ꎮ㊀㊀Ｍａｘｗｅｌｌ根据ＲＭｘｐｒｔ模块所建模型自动建立电磁分析模型及各空气域模型ꎬ同时根据ＲＭｘｐｒｔ模块中所计算的基本参数作为激励自动输入模型中ꎮ㊀㊀选择Ｍａｘｗｅｌｌ的计算模型为瞬态计算ꎬ将最外层空气域的边界设置为０向量边界ꎬ模拟实际边界条件ꎬ激励处将三相激励设置成数值为０的电流源模拟定子侧开路ꎮ４.２.２㊀电机负载电磁仿真分析㊀㊀考虑机械特性下同步电机的负载仿真分析即模拟真实状况下同步电动机的启动至稳定过程的电磁分析ꎮ㊀㊀图８为不同时间步下电机的磁场分布云图ꎬ仿真时间为０.２ｓꎬ每个时间步为０.０００２ｓꎬ共计算１０００次ꎮ观察同一时刻的电磁分布可以看出磁密分布随时间而变化ꎮ图８㊀电机磁密分布图㊀㊀图９是在无负载情况下ꎬ同步电动机的磁密度分布ꎬ从该图中可以看出ꎬ该电动机具有较好的磁密尺寸ꎬ其定子磁密约为１.５ꎬ并且在转子内㊁气隙区域具有较高的磁场强度ꎮ图９㊀电机磁密分布云图㊀㊀上述结果体现了转子添加转动惯量后ꎬ电机启动时电气参量会发生剧烈波动变化ꎮ图１０为电机转矩变化曲线ꎮ电机启动过程要经历一段剧烈波动的过程ꎬ其波动状况对比理想状态要剧烈的多ꎬ且趋于平稳的变化时间相对变长ꎮ考虑机械特性下电机的运动过程较为剧烈ꎬ原因在于ꎬ转动惯量的存在使电机启动过程中的机械转矩持续变化ꎬ导致定子电流随之变化从而产生大于机械转矩的电磁转矩使转子转速进一步上升ꎬ待转子转速上升一定值时ꎬ转动惯量作用下的机械转矩变化也趋于线性变化ꎬ使定子电流的变化趋于稳定ꎬ逐渐上升至额定状态ꎮ图１０㊀考虑机械特性下电机转矩变化曲线５㊀结论㊀㊀本文基于电磁场理论ꎬ根据有限元方程对同步电机的电磁场进行分析ꎬ推导出以麦克斯韦方程为基础的同步电机电磁场控制方程及边界条件ꎮ通过建立同步电机二维仿真模型ꎬ借助Ｍａｘｗｅｌｌ软件对所建模型进行稳态电磁仿真实验ꎬ分析电机的磁路走向㊁磁通密度和磁场强度ꎮ最后添加时间步进行瞬态电磁场仿真实验ꎬ仿真负载电机输出功率与转矩ꎬ分析电机在空载与负载状态下内部磁场的分布规律和变化规律ꎬ得出以下结论:㊀㊀空载状态下ꎬ电动机内部的磁场是由转子的励磁线圈产生的恒磁场ꎬ随着转子的转动而旋转ꎬ定子线上的感应电动势保持在电动机额定电压的范围之内ꎮ㊀㊀负载状态下ꎬ对电机在初速度为０下启动时进行仿真ꎮ由电磁分析结果得出ꎬ电机在真实条件下启动时转子转矩的变化情况ꎮ可通过添加机械特性的负载状态研究电机启动的效率和性能ꎮ参考文献[１]㊀马少丽ꎬ程普ꎬ刘慧敏.基于有限元法的车用永磁同步电机电磁场分析[Ｊ].科技风ꎬ２０２０ꎬ(３２):９３－９４.[２]㊀陈亮.高温高功率密度永磁同步电机设计及分析[Ｄ].浙江理工大学ꎬ２０２０.[３]㊀刘鹏.永磁同步电机的电磁－温度耦合及振动噪声分析研究[Ｄ].辽宁工业大学ꎬ２０２０.[４]㊀张勇.永磁同步电机多物理场及电磁参数优化研究[Ｄ].郑州轻工业大学ꎬ２０２０.[５]㊀刘鹏ꎬ张晶硕ꎬ刘儒ꎬ等.基于有限元法的永磁同步电机电磁场分析[Ｊ].汽车实用技术ꎬ２０１９ꎬ(１７):６６－６７.[６]㊀崔洪玮.偏心故障内置式永磁同步电机电磁场分析与诊断方法研究[Ｄ].哈尔滨工业大学ꎬ２０１９.[７]㊀邓佳慧.单相自起动永磁同步电机的电磁与振动分析[Ｄ].哈尔滨理工大学ꎬ２０１９.[８]㊀高尉.车用永磁同步电机电磁性能及其振动噪声分析[Ｄ].重庆交通大学ꎬ２０１９.[９]㊀范景华.永磁同步电机电磁干扰特性及建模方法研究[Ｄ].电子科技大学ꎬ２０１９.[１０]㊀彭程.低地板车用直驱永磁同步电机电磁场和温度场分析[Ｄ].北京交通大学ꎬ２０１８.收稿日期:２０２２－０６－２３。
Ansys2D静态仿真在永磁直驱电机设计中的实际运用
Ansys2D静态仿真在永磁直驱电机设计中的实际运用发布时间：2021-12-22T03:56:12.758Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第15期作者：郑玉鑫王刚[导读] 永磁电机转子上永磁体形状和位置多种多样，磁场分布较为复杂，传统磁路分析方法不能满足设计需要。
东方电气集团东方电机有限公司中国德阳 618000摘要：永磁电机转子上永磁体形状和位置多种多样，磁场分布较为复杂，传统磁路分析方法不能满足设计需要。
采用Ansys软件通过FEA有限元分析（Finite Element Analysis），可以对永磁电机定转子磁场分布、力矩、应力、温度、噪音等要素进行网格化分析。
关键词：Ansys；永磁；有限元；仿真1 引言在工作中我们需要设计一台260kW、400V、180rpm永磁直驱电机，初步设计方案定子外径850、内径680，槽数72、双层集中绕组，1路Y接，每槽导体6，转子外径672、内径590、极数64，径向表崁式磁钢、永磁体材料钕铁硼N38SH、气隙长度4、铁芯长度240、磁钢高度18、宽度27。
在转子结构设计中，沿圆周分布的64个磁钢之间，关于磁力线分布情况、磁通密度、漏磁大小、隔磁条尺寸和位置等，采用传统电磁设计软件不能满足需要，本文通过这台内转子永磁电机作为具体案列的设计分析过程，论述Ansys2D静态仿真在永磁直驱电机转子磁钢结构设计中的实际运用。
2 2D建模2.1 在Ansys程序界面下，通过Project--Insert Maxwell 2D Design指令进入2D仿真项目管理；2.2 采用Draw--User Defined Primitive--Rmxprt指令，分别定义Slotcore定子铁芯，Lapcoil定子线圈、PMcore转子铁芯，Magnet转子磁钢.输入冲片槽型尺寸、线圈跨距及接法等设计要素。
3 添加边界3.1该电机为分数槽，定子槽数72减去极数64之后，得到分区数为8，于是，我们可以将360度缩减到1/8范围内进行分析，对建立的模型Model画圆圈Draw Circle,再选取vacuum下所有铁芯线圈磁钢，再点SPlit，YZ垂直方向分割后，再进行XZ水平分割，旋转角度45度再分割可得到我们需要的区域。
maxwell平板电容器2D仿真
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Mxwell平板电容器 2D仿真简介
Mxwell平板电容器 2D仿真原理
Mxwell平板电容器 2D仿真实现
Mxwell平板电容器 2D仿真结果分析
Mxwell平板电容器 2D仿真的优缺点
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Mxwell平板电容 器2D仿真简介
Mxwell平板电容器2D仿真的定义 Mxwell平板电容器2D仿真的原理 Mxwell平板电容器2D仿真的应用领域 Mxwell平板电容器2D仿真的优缺点
电容器原理：通过电场存 储能量
电容器结构：由两个平行 金属板组成
电容器充放电：通过外部 电源进行充放电
电容器能量释放：通过外 部负载进行能量释放
描述电场和磁场的相互作用 描述电磁波的传播和反射 描述电容器中的电场分布和电荷分布
描述电容器中的磁场分布和电流分布 描述电容器中的能量转换和传输过程 描述电容器中的电磁场和电荷、电流的关系
电场分布图：通过仿真软件可以直 观地看到电场分布情况
电流分布：在电容 器内部电流分布是 均匀的没有明显的 电流集中现象。
电荷分布：在电容 器内部电荷分布是 均匀的没有明显的 电荷集中现象。
电容器两端的电压： 在电容器两端电压分 布是均匀的没有明显 的电压集中现象。
电容器内部的电场： 在电容器内部电场分 布是均匀的没有明显 的电场集中现象。
电荷分布图：显示电荷在电容 器中的分布情况
电荷密度：表示电荷在单位面 积上的密度
电荷分布规律：电荷在电容器 中均匀分布
电荷分布影响因素：电容器尺 寸、材料、电压等
电容器在充电过程中电场强度逐渐 增大能量存储量也随之增加
电容器的能量存储和释放特性与电 容器的尺寸、材料、电压等因素有 关
maxwell 2d仿真基本步骤
Maxwell 2D仿真基本步骤Maxwell 2D是一款广泛应用于电磁场仿真领域的工程仿真软件，它能够帮助工程师和科研人员快速准确地模拟和分析各种电磁场问题。
本文将介绍Maxwell 2D的基本步骤，希望对初学者和使用者有所帮助。
1. 准备工作在使用Maxwell 2D进行仿真前，首先需要进行一些准备工作。
包括安装Maxwell 2D软件、熟悉软件界面、了解软件的基本操作方法等。
另外，还需要准备好所需的仿真模型和材料参数等，这些都是进行仿真工作的基础。
2. 创建仿真模型在进行Maxwell 2D仿真之前，首先需要创建一个仿真模型。
这个模型可以是各种电磁场问题中的物理结构，比如电感器、电机、变压器等。
用户可以通过Maxwell 2D软件提供的建模工具来绘制模型的几何结构，也可以导入其他CAD软件中创建好的模型。
创建好仿真模型后，就可以开始设定仿真过程中的各种参数了。
3. 设置仿真参数在Maxwell 2D中，用户可以根据具体的仿真需求来设置各种参数。
可以设置电磁场的激励条件、材料参数、网格划分等。
这些参数的设置将直接影响到仿真结果的准确性和可靠性。
在设置参数时需要根据实际情况进行合理调整，以保证仿真结果的准确性。
4. 进行仿真计算设置好仿真参数后，就可以开始进行仿真计算了。
Maxwell 2D能够通过有限元法等数值方法对电磁场问题进行计算，得到电场分布、磁场分布等仿真结果。
在进行仿真计算的过程中，用户可以通过软件提供的仿真监控工具来实时监控仿真过程，以及对仿真结果进行分析和评估。
5. 分析仿真结果当仿真计算完成后，就可以对仿真结果进行分析了。
用户可以通过Maxwell 2D提供的后处理工具来对仿真结果进行可视化分析，比如绘制电场磁场分布图、计算电感、电阻等参数。
通过对仿真结果的分析，可以更深入地了解电磁场问题的特性和行为规律，为进一步的工程设计和科研工作提供参考。
6. 优化设计方案在对仿真结果进行分析的基础上，用户还可以进一步优化设计方案。
基于ANSOFT_Maxwll_2D_的磁悬浮电机的研究
式中 k1 = 3rlB4 N 2 2δ 0
k2 =
πrlB 42 2 µ 0δ 0
在永磁电机中通常采用 i d
= 0 控制方式，选取永磁磁
(4)
极轴线方向作为 d 轴参考方向，则上式可表示为
Fα = k1 I 2d + k 2α ⎫ ⎬ Fβ = k1 I 2q + k 2 β ⎭
由此可见，采用 i d 受到两部分的磁场力：
Lad = l aq = 4.2 mH
参考文献
[1] A. Chiba, et al. Stable Operation of Induction-Type Bearingless Motors Under Loaded Conditions,IEEE Trans. On IA, 1997,33(4): 919-924. [2] Masahide Oshima, et al. Characteristics of a Permanent Magnet Type Bearingless Motor. IEEE Trans. On IA, 1996, 32(2): 363-370.
F N
α = 0.2mm (2)
电机磁力线分布
图8
3.4 电感参数的计算
通过 ANSOFT Maxwell 2D 软件强大的后处理功能，可以 计算出转矩绕组和悬浮绕组的 d、 q 轴电感。 对于永磁型电机， 计算单独考虑直轴和交轴电流单独作用下的直轴和交轴磁 链，即可获得电机交直轴的电枢反映电抗。 对于 4 极的永磁型电机，一个极距内的磁通可表示为
4.
结论 本文在ANSOFT 公司的Maxwell 2D 环境中建立了
永磁型无轴承电机的仿真模型，完成了磁场分析。得到了悬 浮力与转矩电流和悬浮电流之间的线性关系， 并通过后处理， 得到了电感参数，对于后续工作中对永磁型无轴承电机的电 路仿真和实际控制提供了依据和基础。
maxwell电机仿真动态显示
在利用maxwell 进行电机仿真的时候，如何观看电机转动时候磁场的变化
1、所举的例子是异步启动同步电机（适用于所有可以进行暂态分析的电机）
2、首先，完成电机的相关设置，并且已经计算完毕
3、在软件左方，找到projectmanager，右击field,找到animate,如图所示
4、如果点击animate之后软件没有任何反应，你需要注意的是
①求解设置里面是不是分步保存结果的，正确的设置应该如下所示
②观察仿真出来的结果是不是在时刻为0，如果为0，则无法产生动态场
③将电机的磁场显示出来如图所示
5、当上述设置都完成后，继续点击animate，这样就可以进行动态仿真了，如图所示。
基于Ansoft+Maxwell+2D的PMSR电机的起动特性的瞬态仿真
问提出一种新的结构，在ＳＲ电机中用永磁材料预 先建立一个磁场，通过控制定子绕组电流的方向， 使永磁体产生的磁场和绕组电流产生的磁场相互作 用，就能实现在电感下降区产生正向转矩的设想。
２ ＰＭＳＲ电机分析
在ＰＭＳＲ电机中，磁场由永久磁钢磁场和定子 绕组磁场两部分组成。为便于分析，假设定子铁心 相对磁导率Ｕ，＝∞，磁路为线性。当考虑永磁铁磁 场时，对每一相绕组，极对极时，磁链值最大；极 对槽时，磁链值最小。当给一相绕组通电时，因为 磁钢的磁阻很大，可视为空气隙，因此磁场分布与 ＳＲ电机完全不同，在极对极和极对槽位置时都具有 较小的电感值。最大电感值基本上出现在定、转子 极一半的位置，同时电感值较ｓＲ电机小的多，这 为定子绕组的换流带来很大的好处。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｏｄｌｉｎｇ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａｎｓｏｆｉ Ｍａｘｗｅｌｌ ２Ｄ，Ｔｈｅ ｓｔａｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＰＭＳＲ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ．ｗｅ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ＰＭＳＲ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｒｏｆｉｌｅ ｇａｕｇｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅｓｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｃａｎ ｂｅ ｏｆ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ＰＭＳＲ．
（１）永磁体的存在大大减小了绕组电感及电感
变化率，降低了磁阻转矩正。
（２）磁场反应转矩已是主要电磁转矩，与电 流方向无关。为产生正向转矩，在磁链的上升区通 以正向电流，在磁链的下降区通以负向电流。
上述分析表明，ＰＭＳＲ电机实现了在一个开关 周期都能通电的目的，从原理上克服了相对材料利
基于AnsoftMaxwell2D的开关磁阻电机仿真研究
基于A n soft M axw ell 2D 的开关磁阻电机仿真研究收稿日期:2004-11-22修回日期:2005-10-08周会军 丁文 鱼振民(西安交通大学电气工程学院,西安,710049)摘 要:基于A nsoft M axw ell 2D 的仿真环境,建立了开关磁阻电动机(SRM )的系统仿真模型。
在建立仿真模型基础上,对电动机的基本特性进行了仿真研究,获得了电机不同位置时的磁场分布、静态电磁参数和动态性能仿真结果。
仿真结果可以用于指导该型电机及其控制系统的设计和优化。
关键词:开关磁电动机;A nsoft 软件;M axw ell ;2维磁场中图分类号:TM 352 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2005)06-0010-03Si m ula tion and Ana lysis of Switched Reluctance M otorZHOU H u i -jun ,D I N G W en ,YU Zhen -m in(Shoo l of E lectrical Engineering ,X i’an J iao tong U niversity ,X i’an ,Ch ina )Abstract :T h is paper introduces the modeling of s w itched reluctance mo to r using M axw ell 2Dof A nsoft co rpo rati on .T he basic perfo r m ances of SRM are analyzed based on the model ,w h ich include the distributi on of m agnetic field at the vari ous ro to r po siti on ,static electrom agnetic characteristics and dynam ic si m ulati on results .T he results o si m ulati on can be available to design and op ti m ize th is new type m ach ine and contro l system .Key words :SRM ;A nsoft ;Si m ulati on ;M axw ell 2D0 引 言开关磁阻电机驱动系统由电机本体(Sw itchedR eluctanceM o to r ,简称SRM )、功率变换器、位置传感器和控制器4部分组成[1]。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种用于模拟电机工作原理和性能的工程技术。
通过仿真，可以分析电机的电磁场分布、热特性、结构强度和振动噪声等关键特性。
在设计阶段和优化阶段，仿真可以帮助工程师快速评估各种设计方案，节省时间和成本。
本文将介绍Maxwell电机仿真的基本原理、建模方法和实例分析。
一、Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真的基本原理是通过有限元分析（FEA）方法来求解电机的电磁场分布和电磁力，以及通过热分析来评估电机的温升和散热性能。
在仿真过程中，需要建立电机的三维结构模型，并定义电机的电磁特性和材料性质，然后对电机在不同工况下进行分析。
1.电机的三维结构建模在进行Maxwell电机仿真之前，首先需要建立电机的三维结构模型。
电机的结构模型可以通过CAD软件进行建模，然后导入到Maxwell 仿真软件中进行后续分析。
在建立结构模型时，需要考虑电机的整体结构、定子和转子的结构细节，以及绕组、铁芯和气隙等部件的几何形状和材料性质。
2.定义电机的电磁特性和材料性质在建立电机的结构模型之后，需要定义电机的电磁特性和材料性质。
电机的电磁特性包括磁场分布、电磁力和电感等参数，而材料性质包括铁芯的磁导率、绕组的电阻和绝缘层的介电常数等。
这些参数对于电机的工作性能和效率具有重要影响，需要在仿真中进行准确的定义和分析。
3.进行电磁场分析在完成结构建模和定义电磁特性之后，可以对电机进行电磁场分析。
通过有限元分析方法，可以求解电机的磁场分布、磁场密度、磁力线和磁场能量等参数，从而评估电机的电磁性能和效率。
4.进行热分析除了电磁场分析外，还需要对电机的热特性进行仿真分析。
通过热传导和热对流分析，可以评估电机在不同工况下的温升和散热性能，从而确保电机在长时间运行时不会因为过热而损坏。
5.综合分析和后处理最后，需要对电机的电磁场分析和热分析结果进行综合分析和后处理。
通过对电机的各项性能指标进行评估和比较，可以找出电机的优化方案，并对电机的结构和材料进行改进，从而提高电机的性能和效率。
基于Ansys Maxwell 2D模型的感应电动机转矩仿真分析
基于Ansys Maxwell 2D模型的感应电动机转矩仿真分析富婷
【期刊名称】《防爆电机》
【年(卷),期】2022(57)2
【摘要】旋转电机的转矩特性直接关系到是否满足工程上选型所需求的驱动力。
当负载特性曲线与电动机的转矩特性曲线相交于一点时,交点构成了电动机的与拖动负载的电力拖动系统运行点。
Ansys Maxwell有限元仿真分析结果是否准确,最直观的验证方法就是观察转矩的波形图,是否达到预期值。
重点分析了转矩的形成原因,以及电磁转矩的理论分析,结合软件对一台感应电动机进行仿真分析,得出软件的计算转矩就是电磁转矩,确定转差率是影响转矩的唯一因素,对比了不同转差率下的转矩大小,最终验证了仿真结果的准确性。
【总页数】3页(P21-23)
【作者】富婷
【作者单位】佳木斯防爆电机研究所有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.3
【相关文献】
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Maxwell2D瞬态PMSM和直线电机
Mallwell 2D瞬态静态场是指空间恒定磁场，即磁场不随时间变化。
但实际中常常会碰到电压、电流为非正弦激励情况，或者模型中的物体处于平动或转动状态的情况，磁场、能量、力、功率损耗、速度等物理量是时间的1函数。
在这种情况下，静态场对求解与时间有关的物体过程无能为力，因此需要瞬态分析。
瞬态即是模拟电机的实际运动过程，利用Mallwell 2D瞬态可以得出电机在反拖情况下的反电动势波形、电机的自启动过程、电机在负载运行的情况、以及转矩波动等等。
Mallwell 2D瞬态分析做以下假设：①如果有运动的话，Band（用于将静止物体和运动物体分开）外的物体不运动；②模型中只能有一种运动方式，转动（永磁伺服电机）或平动（永磁直线电机）；③Band内的物体，可以有多个指定为同一种运动。
一、永磁伺服电机1．模型的建立首先建立模型，这里以4极18槽表面式永磁伺服电机为例分析讲解，。
如果有空载场的模型，我们可以直接复制其模型，或者从AUTOCAD图板直接引入模型，并且选择瞬态作为解决的方法（如图1）。
图1 解决方法的选择模型中需要用一个圆（即Band）把永磁电机静止物体和运动物体分开（如图2中蓝色的部分），这时完成建模。
图2 永磁伺服电机的模型定义电机的材料属性和静态场一样，Band可以定义为空气或者真空。
如果以上两步都设置正确，将显示如图3。
图3 设置完材料后主菜单的显示2．空载反电动势的计算2.1 绕组的分相空载方电动势的计算是模拟电机在被反拖到额定转速时，绕组开路感应出的电压。
这时需要在建模时应该建出绕组所占的空间，然后退出点击如图4所示的位置，进入电机绕组分相界面。
把电机槽内的绕组按照实际情况分相（A、B、C、X、Y、Z），退出，然后定义属性为铜。
图4 绕组分组窗口的路径2.2边界条件的设置1）气球边界的设置点击Setup boundaries/sources,进入设置电机边界条件和源的界面，点击图标，然后点击鼠标左键选中边界，再点击鼠标右键，点击图标，出现如下图5所示的对话框，点击Assign，气球边界设置完毕。
基于Maxwell 2D的永磁同步电动机磁极优化设计
= 引言
转 矩 波 动 是 伺 服 系 统 重 要 的 指 标 之 一 ，以数控 机 床 为 例 ，转 矩 波 动 过 大 的 伺 服 系 统 加 工 出 来 的 工 件切 削 面 刀 纹 紊 乱 ，影响加工精度和表面粗糙度; 在 电 液 伺 服 上 ，转 矩 波 动 过 大 会 使 油 缸 压 力 不 稳 定 ， 影响工件的成型质量，同时转矩波动还是机械震动 和 噪 声 的 主 要 诱 因 。永 磁 同 步 电 动 机 转 矩 波 动 是 齿 槽 转 矩 和 纹 波 转 矩 共 同 引 起 的 ，纹 波 转 矩 是 由 电 流 和 反 电 势 波 形 的 偏 差 引 起 的 [1]，对 此 优 化 反 电 势 波 形和降低齿槽转矩至关重要。为了缩短开发周期和 成 本 ，无特殊安装尺寸要求的永磁同步电动机，通 常选用比同规格异步电动机小一个机座号的异步电 动机定子冲片，因此永磁同步电动机的转子成为主 要 的 优 化 对 象 。本 文 将 分 别 运 用 偏 心 磁 极 和 不 同 极
第 51卷 第 5 期
微电机
V〇L 5 L No.5
2018 年 5 月____________________________________MICROMOTORS_________________________________________ May.2018
基 于 Maxwell 2 D 的 永 磁 同 步 电 动 机 磁 极 优 化 设 计
5期
唐先全：基 于 Maxwell 2D 的永磁同步电动机磁极优化设计
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（ 防科 技 大 学 ， 南 长 沙 ４ ０ ７ ） 国 湖 １０ ３
摘
要： 采用 Ｍａｗ ｌ２ ｘ ｅ Ｄ软件对长定子直线 同步 电动机的高速运行过程进 行 了建模 与仿真 ， ｌ 详细分析 了直线
电动机气隙电磁场的分布情况 ， 综合 比较 了不同定 子极距下 的推力波动和悬浮力波动情况 ， 得到了较理想模型 ， 对
此 类 问题 的解 决提 供 一 种 快 捷 有 效 的 方法 。
关键词 ： ｘ ｅ Ｄ； Ｍａｗ ｌ２ 直线 同步电动机； ｌ 推力 和悬 浮力波动 ； 极距
中图 分 类 号 ：Ｍ３ ９ ４ Ｔ ５ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ４ ７ １ （００ ０ － ０ ４ ０ １ ０ — ０ ８ ２ １ ）３ ０ ２ － ３
（ ａｉ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｄ ｆ ｓ ｅｈｎ ｌ ｙ Ｃ ａ ｇｈ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｎ ｔ ｎｌ ｎｖ ｓｙ ｆ ｅｅ ｅＴ ｃ ｅｏｏ ， ｈ ｎｓａ４ ７ ， ｈｎ ） ｏ ｅ ｉ ｎ ｇ １ ０
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｍｏ ｅ ｎ ｏ ｒｅ ｏ ｏ ｇ ｓａｏ ｉ ｅ ｒｓ ｎ ｈ ｏ ｔｒｗ ｓｓｍｕ ａｅ ｓｎ ｘ ｅｌ Ｄ ｓ ｆ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｈ ｇ ｐ ｅ ｖ ｍｅ ｔｃ ｕ ｓ ｆａ ｌｎ ｔｔ ｒ ｎ ａ ｙ ｃ ｒ ｍｏｏ ａ ｉ ｌ ｔｄ ｕ ｉ ｇＭａ ｗ ｌ ２ ｏｔ ｌ — ｗ ｒ ． ｈ ｌｃｒ ｍａ ｎ ｔ ｉｌ ｎ ａｒ ｇ ｐ ｏ ｈ ｉ ｅ ｒｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓｍｏ ｏ ａ ｎ ｌｓ ｄ ｃ ｒｆ ｌ ． ｏ ｅ ｔｍｏ ｅ ｙ ａ ｅ Ｔ ｅ ｅｅ ｔ ｏ ｇ ｅ ｉ ｆｅｄ ｉ ｉ－ ａ ｆｔ ｅ ｌ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒｗ ｓ ａ ａｙ ｅ ａ ｅｕｌ Ｗｅ ｇ ｔａ ｂ ｓ ｄ ｌｂ ｃ ｎ ｙ ｃ ｍｐ ｒｎ ｈ ｎ ｕａ ｉｎ ｏ ｅ ｔ ｒ ｓ ｎ ｅ ｉ ｔ ｎ ｆ ｒ ｅ Ａ ｒｐ ｄ ａ ｄ ｅｆ ｃｉｅ ｍｅｈ ｄ ｗ ｓ ｏｆ ｒｄ ｆ ｒｒ ｓ ｌｉ ｇ ｒ ｌｔ ｅ ｏ ａｉ ｇ ｔ ｅ ｕ ｄ ｌｔ ｆ ｈ ｈ ｕ ｔａ ｄ ｌ ｖｔ ｉ ｏ ｃ ． ａ ｉ ｎ ｆ ｔ ｔｏ ａ ｆ ｅ ｏ ｅ ｏｖｎ ｅａｉ ｏ ｔ ａｏ ｅ ｖ ｅ ｖ
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圈 ， 用异性磁 极 相 吸原理 ） 以长 定子 直 线 同步 电 运 ，
式 中： 为媒 质磁 导率 。 若为 直 角坐标 系 ， 推导 出 ： 可
：
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一
动机作 为 主要 驱动 部 件 ， 计 时 速 可 达 ５ ０ｋ 在 设 ０ ｍ， 如此 高速 的环境 中 ， 究 列车 上 直线 电机 中电磁 场 研 变化及悬 浮力波 动 和推 力 波 动情 况 等现 象 ， 于控 对 制列车 的高速稳 态运行 有重要 意义 。
设计 新
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儆持电相 ２０ 第 期 ０ 年 ３ １
… 一 … … 一 … 一 －一 … 一－ 一 … ’ … 一。 一… … 一 … … 。 … 一一 一 … ‘ … … ’ … 一。 … … … … … … … … … … … 。 ’
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基 于 Ｍａ ｗ ｌ２ 的 长 定 子 直 线 同步 电 动 机 仿 真 ｘ ｅ Ｄ ｌ
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按照麦 克斯 韦应 力 张量 法 ， 电机 的推 力 和悬 浮 力 计算 公式 如下 ｊ ：
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般仿 真软 件 比如 Ａ ｓｓ ｎｙ 建立 高速运 行 中 的磁
浮列 车直线 电机 模 型较 为 复 杂 ， 算 时 问很 长 。 而 计 Ｍａｗ ｌ２ ｘ ｅ Ｄ软 件采 用 自上而 下 的用 户 界 面 、 先 的 ｌ 领 自适应 剖分 技 术 、 户定 义材 料 库 等 特 点 ， 于 用 易 使用 ， 能强大 ， 大地 降 低 了建模 的难 度 ， 短 了 功 极 缩
ｒ 曰 ２ ＿ ｄ ２ Ｆｒ ＝￣ （ ＿＿ ） Ｊ
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ｏ
，一
式 中 ： 电机 极 对 数 ； 为 定 子极 距 ； 为 定子 铁 Ｐ为 ｂ 心宽 度 ； 为 空气磁 导率 ； 和 分别 为磁 感应 强 。 度 的水平方 向和垂直方 向分量 。
计算时 间 ， 我们 可 以直 观准 确 地 观察 到 任 意 时刻 电
磁 场分 布情 况与 不 同结 构参数 和激 厉 对 电机 的影 响 打 情 况等工作性 能指 标 。
２模 型 的 建 立及 参 数 设 置
采用 Ｍ ｘ ｅ Ｄ软件 的磁瞬态场分析模块建 ａｗ ｌ２ ｌ
１磁 场分 析 理 论
磁 浮列车 上长定 子 同步 直线 电动机 的稳态 时变 电磁场 分布满 足一 般 的麦 克 斯 韦方 程 组 。另外 ， 为 更方 便计算 与显 示各 电磁 场矢 量 之 间关 系 ， ａｗ ｌ Ｍ ｘ ｅ ｌ