ANSYS电机磁场分析
2009-06-02 18:58 by:有限元来源:广州有道有限元ANSYS软件是世界上著名的大型通用有限元分析计算软件，具有强大的求解器和后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个良好的工作平台，更使我们从繁琐单调的常规有限元分析计算中解脱出来。
无轴承异步电机是在普通电机的定子中再嵌入悬浮控制绕组，通过悬浮绕组磁场对原有绕组磁场的作用，改变了气隙磁场的对称分布，将在转子上产生可控磁悬浮力，实现了转子的悬浮运行。
因此，讨论无轴承电机的运行机理，必须从分析电机中的电磁力着手。
无轴承异步电机中转子受到了洛仑兹力和麦克斯韦力两种不同的电磁力。
计算的方法通常有等效磁路法、近似解析法、位势磁通法和有限元法。
在磁场分布和变化比较复杂且非线性严重的情况下，有限元法精度最高，而使用ANSYS软件既保证了有限元分析的高精度，又大大降低了计算量。
本文所讨论的无轴承异步电机具有非线性饱和磁路，磁场变化复杂。
因此，非常适合用ANSYS进行分析。
1 A NSYS软件简介
ANSYS软件有以下特点：使用方便、涉及面广、易学易用，高效方便的绘图功能，灵活多样的剖分网格形状，疏密程度，多种可选择的迭代求解器，强大的后处理功能。
1．1 A NSYS电磁场分析
ANSYS程序可用来分析电磁场多方面问题，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力等。
可有效地分析多种设备，如发电机、电动机、螺线管传动器、开关等。
ANSYS程序提供了丰富的线性和非线性材料的表达方式，包括各向同性或正交各向异性的线性磁导率，材料的B．H曲线和永磁体的退磁曲线。
后处理功能允许用户显示磁力线、磁通密度和磁场强度并进行力、力矩、源输入能量、端电压和其它参数的计算。
1．2 A NSYS软件的分析计算步骤
(1)创建无轴承异步电机有限元分析模型；
(2)定义和分配材料，网格剖分；
(3)施加边界条件和载荷，并求解；
(4)查看并保存计算结果。
2 A NSYS分析无轴承异步电机的实例
为了进一步详细i兑明ANsYs软件在无轴承异步电机电磁分析中的应用，无轴承异步电机采用48齿三相2对极结构，集中式绕组，以额定功率为120w，额定电压380V，额定转速为3000r/min的无轴承异步电机为例：
定子外半径475mm 气隙0．5mm
定子内半经260mm 定子槽数48
转子外半径295．5mm转子槽数40
转子内半径140mm
转矩绕组极对数2 悬浮绕组极对数l
2．1创建无轴承异步电机模型
包括创建定子模型、转子模型和励磁绕组。
由于电机结构的对称性，所以在绘图过程中，只需要画出它的一部分，然后对它进行相应的拷贝操作就可以得到完整的电机图形。
创建转子：首先建一个45°的扇行环面，在弹出的菜单中输入相应的半径和度数。
菜单路径为：MainMenu—Preprocessor—Create—Circle—PartialAnnulus；其次画阻尼槽，创建槽面的具体操作如下：
①确定槽底的圆心坐标，利用Create命令创建一个0°-180°的半圆；②分别在半圆内和45°圆弧外各创建一个关键点，它们的横坐标为槽口宽度的一半；③将两点连成线；
④将该线分别和圆弧的外圈弧线及半圆用Overlap搭接；⑤再利用线创建出半个槽面；
⑥再将其关于X轴映射，再将两个半槽面相加就得到了一个完整的槽面，利用Copy命令将其复制到我们所需的位置；再利用Subtract命令进行挖槽面，并删除多余的面。
至此，转子的八分之一就完成了，接着利用Reflect命令将其关于x轴映射，再利用copy 命令旋转角度复制出剩余部分。
创建定子的方法与创建转子的操作基本相同。
创建励磁绕组具体操作如下：先根据菜单路径
MainMenu→Preprocessor→Create→Keypoint创建关键点，再将关键点连成线，最后通过线连成面即可。
由此，无轴承异步电机的有限元分析模型就已经创建好了，如图1所示。
图1 无轴承异步电机的模型图
2．2定义和分配材料．划分网格
定义材料：采用ANsYS软件分析电机电磁场时，可以将电机定义为由定子、转子、励磁绕组、气隙和转轴5个面组成，然后分别对每一个面输入它的磁化曲线。
菜单路径为：MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels...。
分配材料：用Preprocessor下的Define来实现。
单击DefindF的PickAreas，然后利用鼠标左键选择要分配材料的面，单击OK按钮，系统将给出对话框选择所需材料，再单击OK按钮即可。
网格剖分：先通过菜单路径
MainMen u→Preprocessor→Meshing→SizeCtr→Basic选择网格剖分的精度，再在主菜单MainMenu里，单击Preprocessor菜单项，在弹出的子菜单里选择MeshTool...菜单项，则弹出MeshT001...的子菜单；单击Mesh按钮，弹出对话框，单击PickAlI
按钮，将对整个电机开始进行剖分，网络剖分图见图2。
2．3加边界条件和载荷，并求解
边界条件：本文采用的是平行边界条件，具体步骤如下：选择菜单路径：MainMenu→Solution→AppIy>→Boundary→Par 1 on lines，再单击鼠标左键选择边界。
图2网格剖分图
加励磁电密具体步骤如下：选择菜单路径：Main Menu—Solution—Excitation用鼠标左键选择需要加励磁电密的绕组(注意电流方向)，单击“OK”按钮，在弹出对话框中输入电密值，再单击“0K”按钮。
求解：选择菜单路径：Main Menu→solution>→Electromagnet→Opt&solv，在弹出的对话框中单击OK按钮。
2．4查看计算结果
当完成了以上操作后，可以得到矢量磁位、磁场强度、磁感应强度等结果和磁力线、等磁位线等曲线，图3是无轴承异步电机磁力线分布图。
图3磁力线分布图
用FMAGBc宏能自动给要计算力和力矩的部分加标志，因此我们在程序中使用FMAGBC。
“name”。
该宏自动加虚位移和Maxwell面标志，name是我们为转子(力作用部分)所设定的组元。
加了MxwF标志的面，可计算麦克斯韦力。
先选择单元，再对麦克斯韦力进行列表，命令为PRNsOL、fmag，可将这些力求和以得到合力。
以下是根据上述方法求得的数据列表，NoDE为节点系列号，FMAGx、FMAGY、FMAGz为X、Y、Z方向上的电磁力分量，FMAGSUM为总的电磁力和。
图4气隙均匀时磁悬浮力与悬浮绕组电流关系
由可以计算出在气隙磁场定向控制下、气隙均匀时不同悬浮绕组电流下的磁悬浮力。
图4给出了按本文解析算法和ANSYS软件的电磁场算法所得磁悬浮力与悬浮绕组电流的关系曲线。
图中转矩绕组电流均为额定值。
可以发现，由两套绕组产生的磁悬浮力大小与两绕组电流成正比，两种计算结果能较好地吻合。
3 结论
ANSYS软件是一种功能强大的有限元软件，可以灵活方便地对问题进行分析、计算。
在科学和工程计算领域将会有更广阔的应用前景。
本文根据有限元原理，利用ANSYS软件对无轴承异步电机建模、加载、求解和后处理，因此利用ANSYS软件对无轴承异步电机进行研究具有较强的现实意义。
基于ANSYS的电梯驱动用永磁同步电机磁场有限元分析
梁广 民． 电梯技术 的发展趋势［ ］ Ｊ ．电梯工业 ， ０ ６ １ ： ２０ （ ） ８—９ ． 缪学进 ， 李永 东 ，肖曦 ，等．永磁 同步 电机控制 系统 及其在 电 梯 中的应用 ［］ Ｊ ．电力电子技术 ， ０ ６， ０（ ） ９— １ ２０ ４ ６ ：ｌ ２ ．
图 ９ 电机 相 绕 组 磁 通 分 布
何罡 ，黄大为 ， 黎坚 ，等．无 齿轮 电梯专 用永磁 同步 电机调 速 系统的实现［ ］ Ｊ ．电力电子技术 ， ０ ３ ７（ ） ２ ０ ，３ ２ ：１— ． ３ 张式勤 ， 郑尔玺 ， ｎｙ 在电梯用变频调速永磁同步电机设计 中 Ａ ｓｓ
的应 用 ［ 】 Ｊ ．电机 技 术 ， ０ ３ ３ ： ０—１ ． ２０ （ ） １ ３
太原 理 Ｔ 大 学 硕 士 学 位 论 文 ， ０９ ２０ ．
辐
一
图 １ 电机 相１
４ 结 语
本 文 通 过建 立 ｌ． Ｗ 电梯 驱 动用 稀 土永 磁 电 ０ ７ｋ 机 有 限元分 析模 型 ，分 析 电机 的 内部磁 场分 布 规律 ， 获得 了绕组 磁通 、感应 电动 势 和 电磁 转 矩 等 电磁 特
图 ８ 电机 线 圈 磁 通 分布
由图 １ ０可 知 ，空 载感 应 电压 曲线 为 一 梯 形 波 ，
电压 幅值约 为 ２０Ｖ。 由图 １ １ １可知 ，电机 的平 均 转
矩约 为 ６ ｍ，与 给定 额定 转矩 误差 约 ２Ｎ ２Ｎ ｍ。
刘冲．电梯用分段永 磁直线 同步 电机设 计及有 限元分析 ［ ． Ｄ］
・
・
截 １氛 ｜ 『
４卷 ４
３ 电磁 特 性 计 算
ANSYS有限元案例分析之磁场分布仿真案例
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
二，前处理
•3 创建模型
2）生成四分之一圆，圆心（0,0）半径20： Main Menu:Preprocessor>Modeling>Create
>Areas>Circle>Partial Annulus。Rad-1 输入20 ；Theta-2输入90；点击OK。
中选择Axisymmetric；同理选择type2做如上操作。
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理
• 2定义材料特性
1）相对磁导率 Main Menu: Preprocessor > Material Props >Relative Permeability>Constant
ANSYS有限元案例分析之磁场 分布仿真-两平行圆环电产生
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理前的操作
•1 文件路径，工作名称和工作标题的设定。
1）文件路径：Utility Menu：File>Change Directory 2）工作名称：Utility Menu：File>Change Jobname 3）工作标题：Utility Menu：File>Change Title
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
四，求解
• 7 往路径上映射变量的数值： Main Menu>General Postproc>Path Operation>Map onto Path。左边一栏选择Flux&gradient，右边选择 MagFluxDens BSUM，点击OK。
ANSYS磁场分析
• 选择 OK
2.1-19
力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元
把衔铁定义为一个单元组件
– 选择衔铁平面
Utility>select>entities
用此选项在图形窗 口中选择平面
再次选择用APPLY
• 选择 OK
2.1-32
2.1-8
定义材料 • P定义re空p气ro为c1e号s材s料o(rM>UMRXa=te1)rial Props>Isotropic
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
2.1-9
定义衔铁为2号材料
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）
2.1-10
• 选择 OK
2.1-22
• 加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force
• 选择OK
• 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 – Maxwell’s 应力张量 – 虚功
即使只有一种选项，也要 鼠标选取
2.1-23
以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变 换为国际单位制（变换系数 =.001)
• 选择 Apply
2.1-12
建立空气面
• 选择 OK 衔铁
到了这步，建立了全部 平面，但它们还没有连 接起来.
线圈
2.1-13
用Overlap迫使全部平面连接在一起
Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
基于ANSYS软件的稀土永磁无刷直流电机的电磁场分析
基于ANSYS软件的稀土永磁无刷直流电机的电磁场分析近年来，由于稀土永磁无刷直流电机具有效率高、转矩低、低压低转速性能好、调速范围广、噪声小、抗干扰能力强、体积小等优点，在国防、工农业生产和日常生活等许多方面获得了越来越广泛的应用。
因此受到了越来越多人的亲睐。
电磁性能是电机设计的重要指标，故研究其磁场的分布具有重要的意义。
和其它的许多励磁的直流电机不同的是，稀土永磁无刷直流电机采用了永磁体作为励磁源，故电机内部电磁场的分布较为复杂，采用传统等效磁路方法分析会遇到周期长，成本高，且会带来比较大误差的困难，而本文采用有限元数值分析的方法来对电机进行分析，很好的解决了上述的困难。
ANSYS14.5是一种在工程上广泛使用的有限元分析软件，本文首利用它提供的GUI命令和命令流（APDL语言）结合起来建立了稀土永磁无刷直流电机的模型，然后经过了前处理阶段、分析计算阶段和后处理阶段，最后分析了其二维的静态磁场，得到了与空载和负载相对应的磁场分布、磁场强度分布、磁流密度分布、电磁力分布。
结果都非常直观明了，计算精度高，而且整个设计周期短，为稀土无刷直流电机的设计分析提供了很好的思路，具有一定的参考意义。
关键词：稀土永磁无刷直流电机,有限元法,ANSYS,电磁场分析、第一章绪论1.1 稀土永磁无刷直流电机产生的背景20 世纪以来，随着全球汽车工业的发展，对石油资源的需求、对生态环境的影响变得越来越大，在这种背景下，各种各样的电动汽车脱颖而出[1]·有刷直流电动机有刷直流电动机拥有良好的启动和调速性能，但其存在换向器和电刷，导致换向火花、电磁干扰、可靠性差、造价高等一系列问题。
·异步电机异步电机结构简单、运行可靠、价格便宜，但其调速和启动性能不佳。
·同步电机同步电机具有良好的运动性能，但其启动性能不佳。
·上世纪三十年代有人提出了用电子换相取代机械换相无刷直流电动机的概念，但当时尚无理想的电子换相器件。
ANSYS电磁场分析指南-第六章3-D静态磁场分析（棱边单元方法）
第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法）6.1何时使用棱边元方法在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位A来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可通过使用棱边元方法予以消除。
这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。
在大多数实际3-D分析中，推荐使用这种方法。
在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。
另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。
用棱边元方法分析的典型使用情况有：·电机·变压器·感应加热·螺线管电磁铁·强场磁体·非破坏性试验·磁搅动·电解装置·粒子加速器·医疗和地球物理仪器《ANSYS理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。
这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法型函数的信息。
对于ANSYS的SOLID117棱边单元，自由度是矢量位A沿单元边切向分量的积分。
物理解释为：沿闭合环路对边自由度（通量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。
正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。
磁通量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。
在ANSYS中，AZ表示边通量自由度，它在MKS单位制中的单位是韦伯（Volt·Secs），SOLID117是20节点六面体单元，它的12个边节点（每条边的中间节点）上持有边通量自由度AZ。
单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。
在动态问题中，8个角节点上持有时间积分电势自由度VOLT。
ANSYS程序可用棱边元方法分析3-D静态、谐波和瞬态磁场问题。
（实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同），具体参见第7章，第8章。
6.2单元边方法中用到的单元表 1三维实体单元6.3物理模型区域的特性与设置对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。
基于ANSYS的开关磁阻电动机磁场有限元分析
Ｍ ａ ｎｅｉ ｅｄ Ａｎａｙ ｉ ｆＳｗｉｃ ｅ ｌ ｔ ｎ ｅ Ｍ ｏ ｏ ｓ ｄ ｎ ＡＮＳ ｇ ｔｃ Ｆｉｌ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｈ ｄ Ｒｅｕｃ ａ ｃ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｏ ＹＳ
摘
要： 基于有限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ 采用全场域二维磁场有 限元分析 方法 ， ＮＹ ， 对开关 磁阻 电动机 的磁 场分布 、
静态 特性 等进行 了计算 。这些工作 为分析开关磁 阻电动机 的工作 原理及开关磁 阻电动机 的进一步开 发和应用 ， 建 立开关磁 阻电动机 合理的非线性模 型提供 了理 论基 础和可靠 依据。
方程 ， 确定求解 区域和有限元求解的边界条件 ， 作如 ：
下假 设 ¨ ： ｊ
（） １ 忽略 电 机 端 部 磁 场 效 应 ， 场 沿 轴 向 均 匀 磁
分布， 矢量磁位Ａ和电流密度．只有轴向分量Ａ 和 ； ，
．， ， 故磁 感应 强度 只有 Ｂ 和 Ｂ 分量 （ ； 以下将 Ａ 简写
定 子 极 数 ８ 铁 心长 度 ／ １０ 定 子 极 弧／ 。 ２ ｍｍ ８ （） １
手
ｊ ｉ
的
转子极数
６
每相绕组匝数 １６ 转子极 弧／ 。 ２ ３ （） ４
式中： 为材料 的磁导率 ；。ｆ 分别为定子外 圆周 税 ｆ，２
Ａ ＿ ０
ｒ ｌ ｂ ｅｔ ｅ ｒ ｕ ｄ ｔ ｎ ｆｒｔｅ ｒａ ｏ ａ ｌ ｓａ ｌ ｈ ｎ ｆｎ ｎｉ ｅ ｄ ｌＳ Ｍ ｄ ｔｅ ｆｒ ｅ ｘ ｌｉ ｔ ｎ ａ ｄ ａ ｐｉａｉｎ ｅｉ ｌ ｈ ｏ ｙ ｆ ｎ ａｉ ｏ ｈ ｅ ｎ ｅ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｔｏ ｏ ｌ ａ ｍｏ ｅ Ｒ ａ ｈ ｔ ｒ ｅ ｐｏｔｉ ｐ ｌ ｔ ． ａ ｏ ｏ ｓ ｂ ｂ ｓ ｎｒ ｎ ｕｈ ａｏ ｎ ｃ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｓ ｉ ｈ ｄ ｒ ｌｃ ａ ｃ ｔｒ ｓａｉ ｈ ｒｃ ｅ ｓｉ ； ＮＳ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎ ｔ ｅ ｅ ｎ ａｙ ｉ ； ｗ ｔ ｅ ｅｕ ｔ ｎ ｅ ｍｏｏ ；ｔ ｔ ｃ ａａ ｔ ｒ ｔ Ａ ＹＳ ｉ ｅ ａ ｃ ｃ ｉ ｃ
ANSYS软件在永磁同步发电机电磁场分析中的应用
的图形可以清楚地看出各部分磁密分布， 磁场强度的大 小 ， 算 出永 磁体单 独 作 用时 磁 钢 的空 载 工作 点 以及 各 计
个 电磁计算 中所需 要 的 系数 ， 负载 情 况 与此 类 似 。从 而 在 直观 明 了的情况 下完 成 电机 的电磁 设计 。
＿ 誊 ≥ 幸ｌ ＇ 秀 。
《 计量ｓ潮试技术》ｏ ２年第 ３ ２ ９卷第 ８期
磁 密分 布 曲线 。从 中可 以看 出 ， 在一个 永磁体 的磁极 下 ， 电枢磁 场对 一半 的磁极 造 成增 磁 效 果 ， 另一 半 磁极 下 在 对 永磁 体 产 生 去磁 效 果 。可见 通 过 Ａ Ｓ Ｓ后 处理 得 到 ＮＹ
…
＊
图 ７ 永磁 体 和 额 定 电枢 电流 共 同 作 用的 气 隙 磁 密 分 布 曲 线
３ 结 论
９ ．３ １６ ７ １ ２４ ６ ７ ７
．
Ａ Ｓ ｓ软 件是一种 功 能强 大 的有 限元 分 析 软 件 ， ＮＹ 具 有较高 的分 析精 度 ， 以灵 活 方 便地 对 永 磁 同步 发 电机 可 电磁场 问题进行 分析 和计 算 ， 果直观 明了 ， 结 使永 磁 同步 发 电机设 计更 加准确 和 直观 ， 助 于 提高 永 磁 电机进 行 有 性能 分析及优 化设计 。
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［］ ３唐兴伦 ． Ｎ Ｙ 工程应用教程 一 Ａ ＳＳ 热与 电磁学篇 ［ ］ 中国铁道出版 Ｍ ．
ANSYS电磁场分析指南第四章2D瞬态磁场分析
第四章２-Ｄ瞬态磁场分析什么是瞬态磁场分析瞬态磁场分析处置的既不是静态的也不是谐波的磁场，而是由电压、电流或外加场的随时刻无规律转变所引发的磁场转变。
在瞬态磁场分析中咱们所感爱好的典型物理量是：·涡流·涡流致使的磁力·涡流致使的能量损耗瞬态磁场分析能够是线性，也能够是非线性。
2-D瞬态磁场分析顶用到的单元在涡流区域，瞬态模型只能用矢量位方程描述。
只能用以下单元类型来模拟涡流区。
表12D实体单元表2通用电路单元创建2D瞬态磁场分析的物理环境犹如ANSYS其他类型分析一样，瞬态磁分析要成立物理环境、建模、给模型区域赋属性、划分网格、加边界条件和载荷、求解、然后检察结果。
2D瞬态磁分析的大多数步骤都相同或相似于2D静态磁场分析步骤。
本章讨论2D瞬态磁场分析中需要特殊处置的部份。
关于2D瞬态磁场分析中如何设置GUI参考框、单元选项（KEYOPTs）、实常数、单位制与2D静态磁场分析相同，第2章已经作了详细描述。
当概念材料性质时，一样也采纳与第2章中一样的方式。
成立模型，划分网格，指定属性《ANSYS建模与分网指南》详细介绍了建模进程。
成立了模型后，对每一个模型区要指定属性，即指定在第一步中概念好的单元类型、单元选项、材料特性、实常数、单元坐标系等。
利用AATT或VATT命令或其等效途径来指定属性。
详见第2章静态磁场分析部份。
施加边界条件和励磁载荷在瞬态磁分析中，可将边界条件和载荷施加到实体模型上（关键点、线和面），也能够施加到有限元模型上（节点和单元）。
加载方式与第2章静态分析类似。
也能够用命令加载和施加边界条件，对2D 瞬态分析还能够用加载步选项。
本手册第16章对这些载荷步选择有详细描述。
依照概念，瞬态分析中的边界条件和载荷是时刻的函数，实际分析计算时，要将“载荷－时刻”曲线分解成适合的载荷步，“载荷－时刻”曲线的每一个＂拐点＂确实是一个载荷步。
在每一个载荷步中，不仅要概念载荷或边界条件的值，而且还要概念它们所对应的时刻值和一些载荷步选项（如阶跃转变载荷或斜坡转变载荷、自动时刻步长等），重复将这些载荷数据写到载荷步文件中，直到所有的载荷步终止。
ANSYS软件在永磁同步发电机空载磁场分析中的应用
微 电机
２０ ０ ６年
第３ ９卷
第 ８期 （ 第 １ ５期 ） 总 ５
中 图 分 类 号 ：ＴＭ３ ３ １
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１０ —８ ８ ２ ０ ）８０ １—３ ０ １６ ４ （０ ６ ０ —０ ４０
Ａ Ｓ Ｓ软件在永磁同步发电机空载磁场分析中的应用 ＮＹ
中函数 的近 似数 值 。本 文 以大 型通用 有 限元分 析软 件 ＡＮＳ ＹＳ为基础 ，对永磁 同 步发 电机 进行磁 场 分 析 。使用 者需 输 入 所 要 计 算 的 问 题 ，便 可 获 得 结
流密 度 和磁 矢 位 只 有 Ｚ 轴 方 向 的分 量 ，所 以采 用 矢量 磁位 Ａ 求 解 。对 电机 做如 下假 设 ：
关键 词 ：有 限元 分析 ；永磁 同步发 电机 ； 电磁 场 ；空载 ；Ａｎ ｙ ｓ ｓ软件
Ｔｈｅ Ｎｏ ｌ ａ ｅ ｔ ｏ ａ ｎｅ ｉ ｅ ｄ Ａ ｎ ｌ ｓｓｏｆＰｅ ｍ ａ ｎｔＭ ａ ｎ ｔｃ －ｏ ｄ Ｅｌｃ ｒ ｍ ｇ ｔｃ Ｆｉ ｌ ａ ｙ ｉ ｒ ｎｅ ｇ ｅ ｉ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｕ ｎ ｒ ｔ ｒ ｔ ｈｅＡ ｎ ｙ ｏ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎｏ ｓＧｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｗｉｈ ｔ ｓ ｓ ｓ ｆ
Ａ ＹＳ进行 电机 内电磁 场分析 的具 体过程 。电机参 ＮＳ
数如下 ：额 定容 量 ４０ Ａ ，电压 等 级 ３Ｖ，功率 因 ０Ｖ ６
数 ０７ ，额定转 速 ４０ ／ ｎ ．５ ９０ｒｍｉ，电压 调整率≤３／ 。 ９ ６
电机 结 构 为 ４对 极 ，３ Ｏ个 槽 ，槽 形 为 梨 形 口
扇形 槽 。文 章对 电机 的整 体进 行 二 维 电磁 场 分析 ， 场域 整体 剖 分采 用 四边形 八节 点形 式 。由于 电机 中
基于ANSYS的直流励磁电机电磁场分析与计算
组 。 经过 适 当迭 代 后 ， 过 收 敛求 得 节 点磁 位 值 ， 通过 有 限 元 通 再 后 处 理求 得 所 需 场 量 。
２ 实 例分 析
的励 磁 绕组 与 电枢 绕 组 串联 ， 励 磁 电 流 就 是 电枢 电流 ， 内部 其 其 磁 场 随 负载 的变 化 而 变 化 ，利 用 传 统 磁 路 法 对 电 机 内 部 电 磁场
电 磁场 分 析 问题 是 求 解 给定 边界 条 件 下 的麦 克 斯 韦 方 程组 问题 。电 机 电磁 场 分 析 采 用 比 场 量更 容 易 建 立 边 界 条 件 的 位 函 数 （ 来 进 行 分 析 计算 。在 二 维 电磁 场 中 ， 面场 域 Ｑ 内 的 电磁 Ａ） 平 场 问 题 转化 为 以下 边 值 问题 ：
ｎ击 卜 ：
转 子结 构 尺 寸 及槽 形数 据 ：
Ｄ ＝ ７（ ａ ５ｍｍ）
ＣＸ＝ １
Ｄ ＝ １（ Ｏ ｍｍ） ９
Ｑ＝２９
Ｌ ＝４ （ ａ ０ｍｍ） ｇ ＝ ０６ （ ０ ｍｍ） ｂ ＝１ （ ｍｍ） ｈ２ １１ （ ２ ０ ．０ ｍｍ） ＝ ｒ＝ Ｏｍｍ） ｒ＝ Ｏｍｍ） ２ １５ （ １ ２ １５ （ ２ ｈ ７０ （ ＝ ０ｍｍ） ｈ＝ （ ２０ｍｍ）
１２ ０
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的直 流 励 磁 电机 电磁 场 分析 与 计 算 Ｎ Ｙ
基于 Ａ Ｓ的直流励磁电机电磁场分析与计算 Ｓ ＮＹ
Ｅｅ ｔＯ Ｉｃ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｉｌ ｎ Ｓ ｒ ｓ Ｅ ｃｔ ｄ ｇ ｅ ｉ Ｆｅ ｄ ｉ ｅ ｉ ｘ ｉ ＤＣ ｃ ｅ ｅ Ｍｏ ｏ Ｂ ｓ ｄ Ｏ ｓ ｓ ｔ ｒ ａ ｅ Ｒ Ａｎ ｙ
分 析 不 够准 确 。 保 证计 算 的准 确 ， 用 有 限元 法 对 电机 内部 电 为 采