基于ANSOFT的永磁直线无刷直流电动机的仿真研究_鲁军勇
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Ansys的三相永磁无刷直流电机设计
基于Ansys的三相永磁无刷直流电机设计陈治宇;田燕飞;陈风凯;何建源【摘要】根据Maxwell 2D有限元分析软件设计的一款150W 8p 600r/min的三相永磁无刷直流电机,论述了这种三相永磁无刷直流电机主要尺寸的确定、永磁材料的选取和计算方法,对其静态和动态性能进行分析,试制了样机;最后通过样机试验验证仿真结果的各项性能指标,误差在6％以内,验证了仿真设计的合理性和准确性.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2013(048)004【总页数】4页(P5-7,13)【关键词】Ansys仿真;三相永磁无刷直流电机;设计【作者】陈治宇;田燕飞;陈风凯;何建源【作者单位】广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006;苇源电机有限公司,广东佛山528300【正文语种】中文【中图分类】TM330 引言永磁无刷直流电机具有结构简单、输出转矩大、调速范围宽、效率高、噪声低、可靠性高、使用寿命长、无滑动接触和换相火花等优点。
现已发展为集特种电机、微处理器，控制软件和硬件等于一体的机电一体化的高科技产品［1］。
近年来，随着三相永磁无刷直流电机应用的电压及功率范围的扩大，在交流供电的家用电器中的应用已经越来越受到人们的关注。
为了满足家用电器的新需求，对三相永磁无刷直流电机的尺寸、齿槽转矩、电磁噪声、运行性能等提出了新的要求。
因此，合理的电机设计对较高电压或较大功率的三相永磁无刷直流电机有重要的意义。
本文以设计的一款150W 8p 600r/min 的三相永磁无刷直流电机为实例，利用Maxwell 2D 建立了这款电机的二维有限元仿真模型，给出电机反电势、气隙磁密和电磁场的分布情况，分析齿槽转矩、输出转矩，计算空载永磁体磁场谐波等。
并在此基础上试制了样机，完成了有关性能的测试，验证了电磁设计和仿真分析的正确性，为三相永磁无刷直流电机的分析与设计提供了参考。
基于永磁同步电机的无刷直流电机建模仿真
３ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ ０ ０ ０ ７ ２；
河南 柴油机 重 工有 限责任公 司 技 术 中心 ， 河南 洛阳 ４ ７ １ ０ ０ ３）
摘
要 ：以无刷直流电机的 内部结构和数学模型为基础 ， 提 出一种基 于 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ模块库中永磁
同步 电机 （ Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ） 模块 的无刷 直流 电机 （ Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ） 建模 与仿 真新方 法。在 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中， 通过建 立独 立功能模块 ， 并结 合 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ模 块 库下 Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ 模 块 和 通 用 电桥 模 块 等 ， 对 该 模 块 进行 有 机 整 合 ， 搭建 出 Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ 系统仿真模 型。该模 型采用 双闭环控 制 ， 外 环为速度 环 ， 采用 Ｐ Ｉ 控制 ， 以稳定 转速和抗 负载扰 动 ； 内 环为电流环 ， 以稳定 电流 。仿真结果证 明， 采用 Ｐ ＭＳ Ｍ仿 真 Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ， 在建模 过程 中具有简 洁高效且模 型更加 精确 的优 点 ， 此模型 为改进其他控制算法提供 了建模仿 真基础 。
ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ （ Ｐ ＭＳ Ｍ） ｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｉ ｎ Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂ Ｌ ＤＣ Ｍ ｉ ｎ ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｒ ｙ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ
基于ansys的直流无刷电机模态分析
基于ansys的直流无刷电机模态分析
基于ansys的直流无刷电机模态分析
史忠震;杨立;许贞俊;李青青
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2013(000)017
【摘要】运用ansys有限元分析软件对永磁直流无刷电动机进行了模态分析，得到了该电机振动系统的前八阶固有频率和相应的振型，了解了电机的振动特性，分析表明该电机在工作时未出生整机共振现象，电机中未发现薄弱环节，电机整机设计较为合理，同时通过锤击法模态实验验证了ansys有限元分析的准确性，对永磁直流无刷电机的设计和优化有一定的指导意义。
【总页数】3页(126-128)
【关键词】直流无刷电机;有限元分析;模态分析;锤击法
【作者】史忠震;杨立;许贞俊;李青青
【作者单位】贵州大学机械工程学院，贵阳550025; 贵州航天林泉电机有限公司，贵阳550008;贵州航天林泉电机有限公司,贵阳,550008;贵州大学机械工程学院,贵阳,550025;贵州大学机械工程学院，贵阳550025; 贵州航天林泉电机有限公司，贵阳550008 【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.基于ANSYS的高速永磁电机转子模态分析 [J], 杨桃月; 张贤信
2.基于Ansys技术的直线振动电机模态分析 [J], 翟文波
3.基于ANSYS的无刷直流电机转轴的模态分析 [J], 许贞俊; 史忠震。
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。
基于Ansoft的内置式永磁无刷直流电机的建模及仿真
基于Ansoft的内置式永磁无刷直流电机的建模及仿真张正中;朱锋霖【摘要】应用有限元分析软件Ansoft,在RMxprt中计算和确定了一种适合低速纯电动车驱动用的内置式永磁无刷直流电机的电磁参数和电机结构;并在Maxwell 2D中建立该电机的静磁场模型进行仿真研究,校核了该电机的性能.电机模型仿真结果合理,为进一步研究提供了可靠的依据.【期刊名称】《金华职业技术学院学报》【年(卷),期】2016(016)003【总页数】6页(P49-54)【关键词】Ansoft;永磁无刷直流电机;内置式;仿真分析【作者】张正中;朱锋霖【作者单位】金华职业技术学院,浙江金华321007;浙江绿源电动车有限公司,浙江金华321000【正文语种】中文【中图分类】TM351;TM36+1目前，随着社会各界越来越关注燃油汽车对环境造成的污染，天然气、混合动力、电动汽车等新能源汽车被广泛推广应用。
其中，低速纯电动汽车因性价比高、维护使用成本低和节能环保等亦受到越来越多的使用[1]。
而永磁无刷直流电机具有结构简单、体积小、重量轻、效率高和调速方案简单等优点，也在低速电动车（包括电动三轮车和电动四轮车）中得到广泛应用[2～3]。
本文设计的低速纯电动车主要在企业生产区、运动健身场所或商场楼宇等区域场地内使用，为了永磁无刷直流电机能使用于低速电动车中，根据低速电动车驱动电机的性能要求，对永磁无刷直流电机的电磁参数和结构进行计算确定，并应用Ansoft⁃RMxprt软件进行计算优化，然后在Maxwell 2D中建立静磁场电机模型，完成适合低速电动汽车驱动用电机的仿真研究。
永磁无刷直流电机的转子结构有内转子和外转子两种。
其中内转子结构转动惯量低，应用于快加速和快减速的场合，效果明显，同时定子散热条件较好[4～5]；电机内转子中的永磁体内置式结构对减少电枢反应的退磁和在高速运转时离心力的防护都有明显优势，该结构适用于电机的弱磁控制，可改善电机恒功率的速度范围，使之扩大[6～7]。
基于Ansoft外转子无刷直流电机设计
《基于Ansoft外转子无刷直流电机设计》方案，并对其进行有限元分析，得出外转子无刷直流电机结构参数与电机性能之间的关系。
1 电机主要参数确定因外转子电机普遍为分数槽结构，本文选择电机齿槽数为Z=36，Z/p=12/7，则极对数p=21，极距[τ]随之确定。
电机选用梯形槽结构，齿槽数确定为Z=36，则可以得到电机齿距与电机齿距角，由槽参数可得齿高与槽面积，齿宽也可近似求得[1]。
转子与定子间通过气隙隔开，确定气隙长度、磁钢厚度与机壳厚度，则可求得永磁体内径、永磁体外径以及机壳外径。
2 Ansoft Maxwell有限元Ansoft Maxwell能从有限元分析角度分析二维和三维电磁场具体情况，通过分析模型的建立与网格划分，边界条件与激励条件的设定，能方便快捷地实现电机模型的仿真计算，在后处理中，也能清晰得出电机性能参数以及各参数之间的关系[2]。
经过上述参数计算，可以应用Ansoft RMxprt对电机参数进行初步校验。
电机性能受电机结构参数的影响巨大。
外转子无刷直流电机中结构参数众多，永磁体磁化方向长度、气隙长度、极弧系数等对电机性能的影响都不可忽略。
外转子无刷直流电机永磁体的磁化方向长度对电机气隙磁密、负载反电动势的性能影响较大。
研究永磁体磁化方向长度对电机各性能的影响，有助于充分利用永磁材料。
气隙长度是电机设计中的一个重要参数，在普通电机设计中一般有经验公式或者结合生产实际给出气隙长度，但在永磁电机中，由于永磁体代替转子绕组后，磁路结构负载、气隙长度难以准确给出。
因此，需要在进一步的优化设计中研究电机气隙长度对其他性能参数的影响，以确定电机气隙长度的最优值[3]。
极弧系数是电机电路、磁路中一个重要的参数，特别对于外转子无刷直流电机，该参数涉及永磁材料的使用，以及反电势顶部宽度的大小，影响电机换相的性能[4]。
转子无刷直流电机2D建模如图1所示，有36槽42极。
由图2和图3可以看出，所设计电机在局部未达到磁路最优，有一定磁路溢出，造成磁通饱和，分析认为定子绕组漏磁通是主要成因;而磁极间的漏磁又造成气隙磁通局部饱和以及转子轭部局部磁饱和，在实际制造过程中可减小极弧系数或者加入相应隔磁介[5]。
基于Ansoft的直线永磁电机瞬态磁场分析
和优化提供通过 可靠 的依据 ，许多花费巨大的模 型试 验可 以
同数值模拟取而代之 ， 可 以节省大量的时间和成本。 文章在 合
理 简化的基础上 ， 以 圆 筒 直 线 永 磁 电机 为 例 ， 运 用 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ
易于使用的二维 电磁场有 限元分析软件。Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ包括 电
场、 静磁场 、 涡流场 、 瞬态场 、 和温度场分析模块 ， 可 以 用 来 分
环境下 的 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ 求解器对直线永磁 电机的瞬态磁场进行仿
真分析 ，并将仿真的结果 与直线感应 电机传统等值电路计算
的结果相 比较， 来验证仿真结果 的正确性。
析 电机 、 传感器 、 永磁设备 等电磁装 置的静态 、 稳态 、 瞬态 、 正 常工况和故 障工况的特性它所包含 的 自上而下执行的用户界 面、 领先 的 自适应 网格剖分技术 、 用户定义材料 库等特点 ， 使 得 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ在易用性 上遥遥领先。 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ具有高性能 矩阵求解器和多 Ｃ Ｐ Ｕ处理能力 ， 提供 了最快 的求解 速度。其 中的瞬态场求解器可方便 的求解任 意波形 电压 、电流及包括 直线和旋转运动 问题 ， 例如 电动机 、 断路器 、 轴承等 ， 瞬态求解 器可同时求解磁场 、 电路及运动等强耦合的方程 ， 因为可以分 析各装置的性能 ，其优点可以利用线路 图绘制器和嵌入式仿 真器与外部 电路协同仿真 ，从 而支持包括 电力 电子开关电路 和绕组连接方式在 内的任意拓扑结构 的仿真 。易于对直线感
第 ４ ０卷第 ９期 ・ 学 术
Ｖ ｏ１ ． ４ ０ Ｓ ｅｐ． ９
湖
南
基于Ansoft的永磁无刷直流电动机磁场有限元分析
通过 Ａ ｓｆ 的 分 析 结 果 对 应 关 系 反 映 电 机 的 运 行 ｎｏ ｌ
原理 。
１２ 基本 假 设 ．
由于磁 场 随 转 子 位 置 而 时 刻 变 化 ，采 用 部 分 场
域分 析 的方 法 ，边 界 条 件 较 难 确 定 ，因此 本 文 采 用 全场 域分 析 的 方法 。为 了建 立 永 磁 无 刷 直 流 电动 机 内部 磁场 的微 分 方 程 ，确 定 求 解 区域 和有 限元 求 解
关键词 ：有 限元 分析 ；Ａ ｓｆ；永磁 电动机 ；无刷 直流电动机 ｎｏ ｌ
中 图分 类 号 ：Ｔ ５ ；Ｔ ３ Ｍ３ １ Ｍ ６＋１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８ ８ ２ １ ） ６００ —３ ０ １６ ４ （ ００ ０ ．１３０
Ｍ ａ ｎｅ ｉ ｅ ｄ Ｆｉ ｔ ｌｍ ｅ ｎ ｌ ｉ ｆＰｅ ｍ ａ ｎｔＭ ａ ｎｅ ｕｓ ｅ ｓ ｇ ｔｃ Ｆｉｌ ｎｉｅ Ｅ ｅ ｎｔＡ ａ ｙｓｓ ｏ ｒ ｎｅ ｇ ｔＢｒ ｈｌｓ
的边 界条 件 ，作 如下 假设 引：① 忽 略 电机 端 部磁 场
效应 ，磁 场沿 轴 向均 匀分 布 ，矢 量 磁 位 Ａ 和 电流 密
１ 永磁 无 刷 直 流 电 动 机磁 场 有 限元 分
析 模 型
１ １ 永磁 无刷 直 流 电动机 的 结构 和设 计参 数 ． 永磁 无刷 直 流 电 动机 运 行 时 ，电动 机 内 部 的 电 磁场 分布 较 为 复 杂 ，计 算 这 种 非 线 性 磁 场 ，可 以 采
Ａｂ ｔ ｃ ：２ ｈ ｌ ｆ ｌ ｎｔ ｅｅ ｎ ｅ ｏ （ Ｅ ｓ ａｔ Ｄｗ ｏ ｅ ｆ ｉ ｌ ｒ ｅ ｉ ｄｉ ｅ ｍｅｔｍ ｔ ｄ Ｆ Ｍ） ｂ ｓｄ ｏ ｎｏ ｏ ｗ ｒ ｗ ｓａ ａｔｄ ｎ ｈ ｈ ａｅ ｎ Ａ ｓｆ ｓｆ ａｅ ａ ｄ ｐｅ ，ａ ｄｔｅ ｌ ｔ ｍａｎ ｔ ｅ ｉ ｒ ｕｉｎｏ ｅｍａ ｅｔ ｇ ｅ ｂｕｈｅｓＤ ｏｏ Ｂ Ｄ ｇ ｅｉ ｆ ｌ ｄｓ ｉ ｔ ｆ ｒ ｎ ｎ— ｎｔ ｒｓｌ Ｃ ｍ ｔ ｃｉ ｄ ｔｂ ｏ ｐ ｍａ ｓ ｒ（ Ｌ Ｃ） ｗ ｒ ｃｌ ｌ ｅ ． Ｔ ｅａｏｅ ｅｅ ａ ｕａ ｄ ｈ ｂ ｖ ｃ ｔ
基于Ansoft的永磁同步磁阻电机建模与仿真
基于Ansoft的永磁同步磁阻电机建模与仿真
江胜军
【期刊名称】《家电科技》
【年(卷),期】2013(000)006
【摘要】采用Ansoft公司的maxwell 2D模型建立永磁同步磁阻电机模型,构建一个完整的仿真系统.通过对PMa_SynRM模型的有限元分析,得出反电势曲线,以及转子位置变化对应的转矩与磁场的分布情况,并得到最大转矩下弱磁控制角度,仿真结果为PMa_SynRM的优化设计及进一步研究提供了理论依据.
【总页数】3页(P71-73)
【作者】江胜军
【作者单位】珠海格力电器股份有限公司广东珠海519070
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于Ansoft的永磁同步电机建模与仿真 [J], 李周清
2.基于VB与Ansoft混合编程的开关磁阻电机设计与仿真 [J], 温嘉斌;李玉苹
3.基于ANSOFT开关磁阻电机建模与控制策略的仿真研究 [J], 凌岳伦;王勉华;王岩;石磊;温东园
4.基于Ansoft的永磁同步发电机建模与仿真 [J], 朱少林;王群京
5.基于Ansoft的开关磁阻电机建模与仿真 [J], 杨丽伟;张奕黄
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