丰田prius的中文文AnsoftMaxwell3D操作流程

《丰田prius的中文文AnsoftMaxwell3D操作流程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《丰田prius的中文文AnsoftMaxwell3D操作流程（131页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、Ansoft 3D电机设计流程电机设计流程 一、创建项目一、创建项目双击图标 打开Ansoft软件。maxwell界面，在菜单栏选择菜单项目FileNew右击 ，选择Rename，输入Prius单击图标，进入3D求解域。在项目管理窗口右击，选择Rename命令，输入1_Whole_Motor，如下图所示。 二、设置单位二、设置单位选择菜单项目ModelerUnits。选择Units：mm（millimeters）三、创建三、创建3D模型模型1、创建定子使用User Defined Primitive创建定子选择菜单项目Draw User Defined Primitive Syslib Rmx

2、prt SlotCore如右图填入数据，创建定子三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）点击创建的窗口，双击SlotCore1，并把SlotCore1改为Stator注意：之后可以添加材料属性三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）2、创建转子使用User Defined Primitive创建转子选择菜单项目Draw User Defined Primitive Syslib Rmxprt IPMCore采用下表所给定的数据来创建转子三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）点击创建的窗口，双击IPMCore1并把IPMCore1改为Rotor3、创建磁

3、体User Defined Primitive可以创建磁体，但有不同的参数。UDP可以创建不同的拓扑选择菜单项目Draw User Defined Primitive Syslib Rmxprt IPMCore用下页给定的值创建磁体三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）点击刚刚创建的项目，将IMPCore1的改为Magnets。将磁体的颜色有系统默认色改为浅红色。三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）4、创建绕组l使用User Defined Primitive创建绕组l选择菜单项目Draw User Defined Primitive Syslib

4、 Rmxprt LapCoill用下面的值创建定子三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）l双击LapCoil，将材料由vacuum改为Copperl如果你想使绕组操作容易些，选择Rotor，Stator and Magnets，选择菜单View Hide Selection Active view 或者使用工具栏按钮 l将LapCoil1的颜色改为黄色三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）l选择LapCoil1，沿着Z轴旋转7.5deg，右击选择菜单项EditArrangeRotate或者使用图标三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）l选择LapC

5、oil1。线圈第一个是A相，复制这个线圈来创建第一个线圈的C相和B相。右击选择菜单项目EditDuplicateAround Axis或者使用图标三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）l将LapCoil1_1和LapCoil1_2的名字改为PhaseC和PhaseB，PhaseC的颜色改为青绿色，PhaseB的颜色改为淡蓝色，将LapCoil1的名字重置为PhaseA。l选择PhaseA，PhaseB和PhaseC，右击选择菜单项目EditDuplicateAround Axis或者使用图标 l输入45度和总数为8，这将创建所有的需要绕组。三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）l电机几何模

6、型完成了，如果你想隐藏电机的其它部分，选择Rotor，Stator和Magnets，选择菜单项目ViewShow Selection Active view 或者是使用工具栏按钮三、创建三、创建3D模型（续）模型（续）l依据我们所用的不同的求解器及我们需要获得的电机性能参数，可能会增加新的物体（在设置剖分和运动属性时会用到）。l保存项目，点击Maxwell design1_Whole_Motor，右击选择Copy。l点击项目名字，右击选择Paste，改变复制的项目名为2_Partial_motor.l我们可以充分利用电机的拓扑结构来减少所仿真电机的尺寸。电机极数为8，我们可只仿真电机的一个周期

7、，这是可行的，因为定子 （1）有48槽（8是48的除数）， （2） 三相定子绕组是有45度的为一周期分布。l从现在开始，我们将使用the Mawxelldesign 2_Partial_motor 来进行仿真。我们同时还有一个电机整个区域的备份以备在其他的研究中使用。l从模型树选择所有的项目（或者使用ctrl-A命令），右击选择EditBooleanSplit或者使用工具栏图标l选择XZ平面，保持positive面四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）l注意：在这过程中，许多信息将会在对话窗口中出现，这些信息提示我们一些物体由于完全在所保留的模型之外而不被保存。l我们得到电机半个区域

8、的模型。继续选定所有选定的物体，右击选择EditArrangeRotate或者使用图标l沿着Z轴旋转方向输入-45deg。四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）l被选中的物体继续进行操作，右击选EditBooleanSplit或者使用工具栏图标l选择XZ平面，保持negative面l被选中的物体继续进行操作，右击选择EditArrangeRotate或者使用图标l沿着Z轴旋转方向输入45deg，。l3D模型如右图所示。四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）l选择DrawRectanglel 1.在坐标输入窗口，输入方体的位置l

9、 X：0.0，Y：0.0，Z：-100.0，按Entry键输入l 2.在坐标输入窗口，输入方体的相对尺寸l dX：200.2，dY:0.0，dZ:200.0,按Entry键输入l如果半径按钮“Automatically cover closed polylines”检查Tools Options3D Modeler (如第五页表示的)，获得2D sheet。如果这个选择不可以，你需要检查多叉线，右击选择EditSurfaceCover Lines.四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）l将PhaseA改名为PhaseA1，PhaseA_7改名为Phase2，将PhaseB，Phase

10、B_7,PhaseC和PhaseC_7分别改名为PhaseB1，PhaseB2，PhaseC1和PhaseC2。l我们现在可以创建一个包围电机的区域。由于磁力线分布集中在电机内部，所以我们不需要创建很大的区域。l使用工具栏图标如图所示在XZ平面创建表格四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）l选择菜单栏DrawRectanglel 1、在坐标输入窗口，输入方体的位置l X:0.0，Y:0.0，Z：-100.0，按Enter键输入l 2、在坐标输入窗口，输入方体的相对尺寸l dX：200.0，dY:0.0,dZ:200.0,按Enter键输入l检查ToolsOptions3D Model

11、er(如第五页所说的那样)如果你有单选按钮“Automatically cover closed polylines”，可以获得一个2D 平面。如果选择不可以，你需要选择polyline，右击选择EditSurfaceCovers Lines.四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）l设置2D 平面为Rectangle1，右击选择EditSweepAround Axisl注意：选择的模型需要设置 这个操作l按指定窗口中的参数输入。四、减小四、减小3D模型尺寸（续）模型尺寸（续）l将面域从Rectangle1的名字改为Region，确保真空是选择的材料，你可能通过增加区域的透明度来改变其

12、渲染效果。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l切换从物体表面模式可通过点击f按钮来或者使用工具栏图标l选择永磁体PM的表面的如右图所示五、电机的材料特性五、电机的材料特性l1.永磁材料特性l Prius永磁体（PMs）是高强度的永磁体。l 为了定义永磁体磁化方向，我们需要为单独的定义每一块永磁体，选择Magnets，右击选择EditBooleanSeparate Bodies.l重命名Magnets为PM1和重命名Magnets_1为PM2.l由于永磁体是不断旋转的，使用固定坐标系（CS）对其进行定向是不可能的。所以我们有必要使用体坐标系。体坐标系是一种与物体表面相关联的坐标系。

13、当物体旋转时，体坐标系随之旋转。lPriuss PMs 所用永磁体定向如下图所示。因此，我们有必要使用体坐标系对每一永磁体进行定向。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l创建与这表面相关联的体坐标系：l1、选择菜单项目3D ModelerCoordinate SystemCreatFace CS 或者选择工具栏的图标l2、这时模型处于绘图状态我们希望体坐标系的坐标原点处于被选中的平面上。我们用鼠标捕捉面的任一对角点，可使用“snap to vertex symbol”，这样就确定了体坐标系的中心。l3、你还需要确定X轴的方向，鼠标捕捉面的另一顶点。五、电机的材料特性（续）五、电机的

14、材料特性（续）l创建了体坐标系，它的默认名是FaceCS1。把它名字改为PM1_CS.l重复同样的操作来创建与PM2关联的体坐标系PM2_CS。确认它的X轴正方向指向气隙。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l如下所示，通过点击Globle来重置工作坐标系为全球坐标系。l编辑物体PM1的属性，选择PM1_CS坐标系统来改变物体的定向。这坐标系统为永磁体磁化方向的基准方向。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l要想进入材料数据库，点击材料按钮（默认材料为Vacuum），普瑞斯混合动力车用永磁材料不属于材料库的一部分，点击Add material按钮。五、电机的材料特性（续

15、）五、电机的材料特性（续）l有个特殊的菜单可用来修改永磁体材料参数。在View/Edit 材料窗口的下方，选择“Permanent Magnet”进入。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l根据下面窗口的数据来输入永磁材料参数五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l将材料的名字改为N36Z_20l根据图形，如果PM1_1CS坐标系的系统X轴正方向如下图所示背离气隙，则我们设置Xcomponent的值为1，Y和Zcomponents的值为0，否则Xcomponent的值为-1，Y和Zcomponents的值为0。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l材料定义完成

16、之后关闭窗口之前点击Validate按钮l编辑PM2的属性，选择PM2_CS坐标系系统可对物体的定向进行修改。这个坐标系系统用来定义永磁体磁化方向的基准方向。如果定义的PM2_CS与PM1_CS是一致的（X轴指向气隙），你可以使用同样的材料N36Z_20赋给PM2。如果不是如此，可以复制材料N36Z_20，并更改其定向与PM2_CS相一致。l2、硅钢片定义l定子和转子使用相同的材料，选择目标Stator和Rotor，编辑它们的属性，改变它们默认的材料，在材料库中，添加一名叫M19_29G的新材料。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l由于铁芯材料是非线性的，进入non-linear

17、 B-H Characteristic窗口，将其相对磁导率由“Simple”改为“Nonlinear”。l在Value column点击BH曲线，就出现BH曲线输入窗口五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l用如下给定的值输入B-H特性曲线五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l一旦B-H曲线输入了，我们需要输入硅钢片叠压系数，叠压系数是由于绝缘而引起的有效比值，我们也可以在Maxwell中给定叠压方向。如上所示改变Composition value由原来的“Solid”改为“lamination，Maxwell认为相对磁导率的均质化方向沿硅钢片叠压方向。l 1、硅钢片叠压

18、系数为0.94，意味着有6%的硅钢片片间绝缘l 2、输入V(3)（Z轴）为叠压方向l在这个例子中我们忽略了涡流电流，也就是硅钢片的电导率为0。l在退出的View/Edit 材料窗口时，确认材料已改变。五、电机的材料特性（续）五、电机的材料特性（续）l将材料M19_29G赋给Rotor和Stator。六、设置主从边界条件六、设置主从边界条件l设置主/从边界条件能充分利用电机周期性的特点，下面将定义两种边界：主边界和从边界。从边界上任一点的磁强强度与主边界上任一点的磁强强度相对应（大小相等，同向或反向）。l在当前视窗中选择物体Region，右击选择ViewShow In Active belowl

19、改变选中的模式为Facel选择Region一条边界线六、设置主从边界条件（续）六、设置主从边界条件（续）l右击选择Assign BoundaryMasterl在下拉菜单中的局部坐标系统，选择New Vector六、设置主从边界条件（续）六、设置主从边界条件（续）l在面域的选择，敲击面域的底部内角来定义矢量u的顶点l敲击面域的顶部内角来定义矢量u的第二个顶点六、设置主从边界条件（续）六、设置主从边界条件（续）l坐标系统（u，v）描绘了；主边界被很好地定义了，点击OK生效。l选择面域的对立垂直面六、六、设置主从边界条件（续）设置主从边界条件（续）l右击选择AssignBounderSlavel1、

20、首先我们给定主边界的基准。对于主边界，我们没有必要改变其默认名称Master1。l2、如果矢量u的定义选择New vector，用同样的方法来定义主边界，沿着轴选择矢量u的始末点。l3、模型显示了电机一对极的情况。由于电机的极对数为奇数，所以Slave=-Master。七、稳态分析七、稳态分析l我们将对电机稳态下的的不同性能进行研究。l保存工程，点击Maxwell design 2_Partial_motor,右击选择Copy。l点击工程名称，右击选择Paste，改变复制的工程名称为3_Partial_motor_MS。l1、空载研究l我们首先对有永磁体单独产生的磁场进行分析。l在这个模型中，

21、由于绕组没有定义电流，所以定子绕组暂不需要。选择6个绕组，模型的属性窗口中勾去“Model”按钮。注意我们同时选中几个物体，物体的名称是空的。七、稳态分析（续）七、稳态分析（续）l线圈继续处于选中状态，通过菜单项目ViewHide SelectionActive view来隐藏绕组，或者用工具栏按钮八、剖分八、剖分l自适应的网格剖分是非常有效地。当然如果我们可以根据电机的特性，设置一个比较合理的初始剖分，从减小仿真时间的角度来说也是一个很好的主意。减少硅钢片区域剖分单元数可加快非线性求解的速度。l选择Rotor，右击选择Assign Mesh OperationInside Selection

22、Length Based八、剖分八、剖分(续续) 限制剖分单元的长度为15mm。l 重命名剖分操作为Rotor。l选择Stator，我们想减少定子槽剖分网格数目，右击选择Assign Mesh OperationSurface Approximationl Maximum surface deviation一栏输入30degl Maximum aspect Ratio一栏中输入5l 重命名该剖分操作为SA_Stator 八、剖分八、剖分(续续)l选择PM1和PM2，右击选择Assign Mesh OperationInside SelectionLength Basedl 限制剖分单元的长度为

23、10mm。l 重命名剖分操作为PMs。l我们想得到关于定子在转子的表面细微的网格，选择Rotor的表面，面朝气隙。 八、剖分八、剖分(续续)l右击选择Assign Mesh OperationSurface Approximation八、剖分八、剖分(续续)l 在Maximum surface deviation一栏输入2deg,目的是沿着气隙有个好的分割lMaximum aspect Ratio一栏中输入10，沿着这平面上Z方向阻止大元素l重命名该剖分操作为SA_airgap_Rotor八、剖分八、剖分(续续)l选择项目PM1,PM2和Rotor，右击选择Assign ParametersT

24、orque九、分析设置九、分析设置l在永磁体中，右击Analysis，选择Add Solution Setupl 1、在maximum number of passes中输入15l 2、输入2%的错误率l 3、在收敛面板，输入15%的纯度l 4、确保非剩余设置为0.005%，点击OK记录分析设置九、分析设置（续）九、分析设置（续）l分析l 在设置右击，选择Analysis或者点击图标十、后处理十、后处理l计算需要10步才达到收敛。右击Setup1，选择菜单栏Convergence，Convergence面板可以看到结果。十、后处理（续）十、后处理（续）l转矩值求解，选择求解栏，给出的转矩值，整

25、个电机的转矩要在此基础上乘以8（周期系数），得到1.2N.m，看上去是合理的：相对于负载运行是比较小的。定转子之间的不同的位置角得出不同的转矩值。十、后处理（续）十、后处理（续）l标绘磁通密度分布图。选择Rotor，Stator，PM1,PM2,右击选择All Object Faces.再右击选择FieldsBMag_B.我们得到磁通密度B在整个物体上的分布。如我们希望的那样，硅钢片靠近永磁体附近高度地饱和，这是永磁体造成的。十、后处理（续）十、后处理（续）l在气隙标绘磁感强度H分布，我们需要在后处理中绘制一条线来观察场分布：l 1、绘制一条圆弧，选择菜单项DrawArcCenter Poin

26、t或者用相应的工具栏图标l l2、接受并绘制一个非模型物体，在现存的解决方案中是有效的l 3、输入弧线的中心：0,0,0mm，回车。十、后处理（续）十、后处理（续）l 4、输入弧的第一点，这个点在YZ平面气隙的中间，输入其坐标80.575,0,0mm，回车。l 5、输入弧的最后一点，这点在XY平面上，与X轴负方向的夹角是45，80.575/1.414=56.70996()，输入其坐标56.70996,56.70996,0mm，回车。l 6、要完成弧线的绘制，移动鼠标到绘图区，右击选择菜单回车done。l7、命名线气隙弧airgap_arc和接受物体十、后处理（续）十、后处理（续） 8、在项目数

27、中出现一个新的文件夹Lines，包括新定义的弧。 9、选择airgap_arc，移动鼠标到绘图区，右击选择菜单项目FieldsHH_vector. 10、接受场绘图器的默认设置十、后处理（续）十、后处理（续）l 11、采用默认设置的H矢量分布图如下图所示。，如要个性化显示设置，双击刻度区域：l 12、用户可修改系统默认设置，如下图所示：十一、负载分析十一、负载分析l保存项目，点击Maxwell 设计 3_Partial_motor_MS,右击选择Copy.l点击项目名字，右击选择Paste，把复制的设计重命名为4_Partial_motor_MS2l在此设计中，我们需要在线圈中通入电流：需要把

28、线圈加入到计算区域。从模型结构树中选中6个线圈。在属性窗口，选中单选按钮Model。l选择菜单项ViewShow selectionsAll views取消隐藏线圈。十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l1、添加激励l 计算模型不是整个电机，只是部分线圈。电机是由三相对称电源供电，我们需要输入流入流出每个线圈的电流。例如在我们所用的例子中，输入：l 1500A到PhaseAl -750A到PhaseBl -750A到PhaseCl在进行静磁计算式，激励源是以电流形式给的。这时候我们不需要建立每匝线圈的模型，因此我们只需要输入每项总电流就行了。匝数和电气拓扑结构只在进行电感计算时考虑。l转换

29、选模式到择facel给PhaseA2输入激励：l 1、在XZ平面选中PhaseA2的底面十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l 2、右击选择菜单项Apply ExcitationCurrentl 3、重新命名激励为PhaseA2_Inl 4、输入1500Al 5、正如我们模仿绞合导线一样选择Strandedl 6、如图红色箭头为默认电流方向，不要改变方向l 7、确认激励设置十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l 8、在XZ平面选中PhaseA2的上面十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l 9、右击选择菜单项Apply ExcitationCurrentl 10、重新命名激励为Pha

30、seA2_Outl 11、输入1500Al 12、正如我们模仿绞合导线一样选择Strandedl 13、如图红色箭头为默认电流为反方向，改变方向l 14、确认激励设置l十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l为线圈PhaseB2输入激励，使用以上相同的方法：l 1、在XZ平面选中PhaseB2的底面，输入激励-750A到PhaseB2_In。l 2、在XZ平面选中PhaseB2的上面，输入激励-750A到PhaseB2_Out。（改变系统默认方向）十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l为线圈PhaseC2输入激励，使用以上相同的方法：l 1、在XZ平面选中PhaseC2的上面，输入激励-

31、750A到PhaseC2_In。l 2、在XZ平面选中PhaseC2的底面，输入激励-750A到PhaseC2_Out。（改变系统默认方向）十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l我们现在在相反的平面上添加端部激励，涉及到PhaseA1，PhaseB1，PhaseC1。l为线圈PhaseA1输入激励：十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l为线圈PhaseB1输入激励：十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l为线圈PhaseC1输入激励：十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l电感计算l我们比较关注电感值的计算。选择项目树种的Parameters，右击选择AssignMatrixl在矩

32、阵计算值包含6相绕组。这是电感值是按照线圈为1匝计算的。十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l选中后处理栏。在这个面板定义每个线圈的匝数。这六个线圈匝数输入9.l同时我们需要把同相的所有线圈划为一组。这样我们可以得到整个绕组的电感值。l选中PhaseA_1和PhaseA_2,然后点击group按钮l命名线圈组名为PhaseA十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l对全部三相重复这些操作l2、剖分操作l大电流将导致饱和与电机中场域的改变，因此为了提高收敛速度，在适合的线圈pass1中我们想要不太平坦的元素事件。我们已经限制了Stator的长径比。选择Rotor项目，右击选择菜单项Apply

33、 Mesh OperationsSurface Approximation.限制长径比为5.十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l3、分析设置l打开Setup1，选择tab convergence，改变每通过一次精化从15%到10%。减少百分比将会稍微增加通路的数目来达到收敛，但是也会提高钢和磁铁饱和的地方的精度。l4、分析l右击setup选择Analyze或者点击按钮十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l5、后期处理l11步计算后可以实现收敛。右击Setup1，选择菜单项中的Convergence即可看见收敛信息面板l转矩值。选择solution按钮，从下拉菜单选择Torque1.对

34、整个电机来说转矩还需要乘8（周期系数），这样得到结果大约为45N.m。此时，我们没有使转子磁极的位置与绕组电流同步，所以还得不到能够获得最大转矩的优化激励值。定转子之间相差不同的角度可以得到不同的值。十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）l把鼠标移到画图区域，右击选择菜单栏FieldsHH_vectorl确认设置lXY平面上绘制磁场强度H的分布图。在模型的树型菜单中属于全局坐标系的子栏里选择XY平面。十一、负载分析（续）十一、负载分析（续）lMaxwell使用一个合适的网格剖分程序。网格不断提高每一步知道收敛完成。绘制网格为了看见哪里Maxwell放置元素这是个好主意。l选择项目Rotor，

35、右击选择菜单项Plot Meshl最终的网格如下，有趣地看到网格在气隙周围及其精制，当场域变化的快，Rotor的外围场域由于场域变化慢而精制。十二、动态分析十二、动态分析l我们将分析电机的瞬态特性。l保存项目。电机Maxwell设计中2_Partial_motor,右击选择Copyl点击项目名，右击选择Paste。把复制过来的项目重命名为5_Partial_motor_TR.l从项目管理结构树种选择设计名字，右击把解算类型从Magnetostator改为Transient。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l瞬态计算与静磁计算表现不同主要是因为：l 没有进行自适应的网格剖分。因为在每步瞬

36、态计算时几何形状都不同，很明显Maxwell不会再每步计算时都相应地重做网格剖分。在动态分析中，我们将为所有的转子位子进行一次尽可能合理的网格剖分。l 激励源设置不同。在静磁计算中，我们仅关注流入导体的总电流。而在瞬态计算中，由于电流时任意的时间函数，我们使用绞线导体（需要明确每个绕组的准确导体数）。我们需要创建专用的线圈和绕组。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l1、创建线圈l点击f改变选择的模型或者使用工具栏菜单l导体Phase A2。在XZ平面，我们定义属于线圈Phase A2（黄色）的两个矩形线圈。选择底部线圈（看图片的下面），右击选择菜单栏Assign Excitation C

37、oil Terminal。输入名字PhaseA2_In和导体数为9。l导体Phase A2。在XZ平面，选择导体Phase A2的顶部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseA2_Outl 导体数为9十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase B2。在XZ平面，选择线导体Phase B2底部（蓝色，看图片的下面）。右击选择菜单栏Assign Excitation Coil Terminal。l输入名字PhaseB2_Inl导体数为9十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase B2。在XZ平面，选择导体Ph

38、ase B2的顶部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseB2_Outl 导体数为9l 改变电流方向像电流方向指向由导体向外l导体Phase C2。在XZ平面，选择导体Phase C2（绿色）的顶部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseC2_Inl 导体数为9l 十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase C2。在XZ平面，选择导体Phase C2（绿色）的底部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字Ph

39、aseC2_Outl 导体数为9l 改变电流方向像电流方向指向由导体向外十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase A1。在从平面，选择导体Phase A1（黄色）的底部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseA1_Inl 导体数为9十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase A1。在从平面，选择导体Phase A1（黄色）的顶部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseA1_Inl 导体数为9l 改变电流方向像电流方向指向由导体向外十二、动态分

40、析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase B1。在从平面，选择导体Phase B1（蓝色）的底部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseB1_Inl 导体数为9l导体Phase C1。在从平面，选择导体Phase C1（绿色）的底部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseC1_Outl 导体数为9l 改变电流方向像电流方向指向由导体向外十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase B1。在从平面，选择导体Phase B1（蓝色）的顶部，右击选择菜单项Ass

41、ign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseB1_Outl 导体数为9l 改变电流方向像电流方向指向由导体向外十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l导体Phase C1。在从平面，选择导体Phase C1（绿色）的底部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。l 输入名字PhaseC1_Inl 导体数为9十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l2、电机激励l IPM永磁电机的转子是与定子磁场是同步的。这种与转子旋转同步的激励使永磁体产生的磁通是最大的。l通入激励使三相对称电流，相序为A+C-B+l在t=0时刻，A相

42、处于要处于对应于d轴的轴线上。因此我们需要把转子的初始位置移动30度以使转子磁极与A+A-中心线对应起来。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l3、创建激励参数l需要定义将被用于定义激励的参数l选择菜单按钮Maxwell 2DDesign Propertiesl参数窗口弹出l点击添加按钮来增加电动机的极速l 在名称区域输入Polesl 在数值区域输入8l 点击OK来确认参数设置十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l用同样的方法输入：l PolePair，极对数：它的值为Poles/2lSpeed_rmp,以rmp为单位的转速；数值为3000lOmega，以degrees/s为单位的激励

43、变化率；数值为360*Speed_rpm*Polepair/60lOmega_rad以rad/s为单位的变化率；数值为Omega*pi/180lThet_deg电动机的功率角；例如，在此研究中我们使用20degrees；那么输入20deg。lThet是以弧度表示的功率角，所以它的数值为Thet_deg*pi/180lImax是电动机绕组电流的峰值；数值为250A十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l设计选项面板最后显示如下：十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l4、创建绕组l线圈意味着定义模型里和外的激励路径，实际激励是通过绕组的定义来定义的。绕组需要被定义成电机的每个电激励。l电机的

44、绕组是三相对称连接的，输入激励为正弦波。在每个时间点上，各相之间相差120度，其中负载角也是加在其中的。lA相绕组.在项目树中，右击Excitations，然后选择菜单栏Add Widding十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l1、名称为输入PhaseAl2、因为每个端面有9匝，故选上Strandedl3、输入绕组电流：Imax*sin（Omega_rad*Time+Thet）。Time是系统变量，表示当前时间。l4、点击OKl5、在项目树中右击PhaseA，选择菜单项Add Terminals6、结合Ctrl按钮选上PhaseA的4个线圈并点击OK十二、动态分析（续）十二、动态分析（续

45、）lB相绕组.在项目树中，右击Excitations，然后选择菜单栏Add Widding。重复操作如下：l 给PhaseB命名l 绕组电流为Imax*sin（Omega_rad*Time-2*pi/3+Thet）。它比A相电流偏移-120degrees。l 选上PhaseB的4个线圈lC相绕组.在项目树中，右击Excitations，然后选择菜单栏Add Widding。重复操作如下：l 给PhaseC命名l 绕组电流为Imax*sin（Omega_rad*Time+2*pi/3+Thet）。它比A相电流偏移+120degrees。l 选上PhaseC的4个线圈十二、动态分析（续）十二、动态

46、分析（续）l5、添加Bandl运动部件（转子和永磁体）需要包围在空气部件Band中。这样可以把运动部件和项目中固定的部分分割离开。以下是一些设置电动机Band部件时要遵守的规则：l Band必须比任何方向的转动部件（边界线除外）稍大。l Band应该是一个具有圆弧边界的扇形。l 强烈建议设置一个空气部件把所有运动部件包含在Band中。这将有利 于沿着气隙的网格剖分。l为了创建Band，在XZ平面用个矩形，这将会在Z轴扫除来创建”Camembert“形式风格。l在画图域选择XZ平面十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l选择菜单项DrawRectangle或者在工具栏里选择按钮l转子半径为80

47、.2mm，定子内径为80.95mm。我们选择Band的中间l 1、在位置上输入80.575,0，-43mml 2、输入dx为-80.575，dy为0，dz为86mml 3、命名项目为Band十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l选择Band，右击选择菜单项EditSweepAround Axis.l 如下输入参数，选择沿着Z轴每个角度有个平面l l让材料为Vacuum。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l我们现在已经创建了一个把所有运动部件包围在Band中的的部件。选择Band，右击选择E菜单ditCopy或者是Ctrl-C.l通过右击选择EditPaste或者使用Ctrl-V粘贴另

48、外一个Band。一个新的项目Band1就被添加到部件行列中了。打开它的结构树，然后双击CreateRectangle。 十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l编辑矩形尺寸：l 1、输入位置为80.4,0，-83.82/2mml 2、输入X的大小-80.4mml 3、输入Z的大小83.82mml 4、点击OKl这个操作把部件的大小调整为紧紧覆盖住转子及永磁体l把Band1从命名为Band_inl注意：因为我们要添加用于对运动部分进行网格剖分的部件，所以我们将在网格剖分过后进行运动属性设置。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l6、网格剖分l瞬态计算没有使用自适应网格剖分是因为这样做就会要

49、求在每步计算都重新剖分网格，导致计算时间过长。通过网格剖分设置，我们将为所有瞬态仿真提供一个合理并符合要求的网格剖分。l转子靠近气隙并包围永磁体的部分被设计为高度饱和。在这些区域的网格要求高些。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l为满足这个要求，我们在转子内部创建了一些部件，然后进行针对这些部件的部分设置来在永磁体槽周围获得精细的网格剖分。l确保XZ平面被选择l选择菜单项DrawRectangle或者在工具栏中选择按钮l 1、输入78.72,0，-41.91mm作为Point1的位置并点击Enterl 2、输入14.8mm为dx，0为dy，83.82mm为dzl 3、把项目命名为Roto

50、r2l矩形如图所示：十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l选中Rotor2，右击选择菜单项EditSweepAround Axis.l 按下图所示输入参数。注意Rotor是利用UDP模块创建的，UDP会自动产生实际表面，因此气隙部件Rotor2也必须是实际表面。所以要在其分段数栏输入0。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l把Rotor2的属性改为M19_29G。同样，还需要对颜色和透明度做相应的设置。l注意：由于Rotor2是完全包含在Rotor中，我们不需要再实施布尔操作。l注意：由于电脑显示器的像素有限，实际表面被描绘成了多面体表面。同样的原因，导致Rotor2看起来像是和永磁体

51、槽相交了但实际情况并非如此。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l重复同样的操作创建Rotor3l 1、在XZ平面用以下尺寸画一个矩形：l 2、线绕Z轴旋转成矩形l 3、设置材料属性为M19_29G十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l选中6个线圈PhaseA1，PhaseA2，PhaseB1，PhaseB2，PhaseC1，PhaseC2，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.l 1、操作命名Coilsl 2、取消选中Restrict Length of Elements选项l 3、选中Restrict Num

52、ber of Elements选项l 4、输入6000l 5、确认设置十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l选择永磁体PM1和PM2，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.l 1、操作命名Magnetsl 2、取消选中Restrict Length of Elements选项l 3、选中Restrict Number of Elements选项l 4、输入5000l 5、确认设置十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l选择Rotor，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selectio

53、n Length Based.l 1、操作命名Rotorl 2、取消选中Restrict Length of Elements选项l 3、选中Restrict Number of Elements选项l 4、输入7500l 5、确认设置十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l选择Stator，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.l 1、操作命名Statorl 2、取消选中Restrict Length of Elements选项l 3、选中Restrict Number of Elements选项l 4、输入7500

54、l 5、确认设置十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l在导体周围主/从边界的网格需要重新被定义为了有更好的数值结果。l通过点击f按钮来改变选择的模型l在主从平面选择线圈的表面的phaseA和phaseB，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.l 1、操作命名TermABl 2、取消选中Restrict Length of Elements选项l 3、选中Restrict Number of Elements选项l 4、输入2000l 5、确认设置十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l7、运动属性设置l选中Band

55、，右击选择菜单项中的Assign Band十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l在Type栏：l 选中Rotate选项l 确认Global：Z轴线已选中l 选中Positive方向l在Date栏：l 输入30deg作为初始位置，这样此同步电机在初始位置时A相轴线对应d轴十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l在Mechanical栏：l 输入3000rpm为速度值l 点击OK确定Band部件的设置l右击项目结构树中的Model，然后选择菜单项Set Symmetry Multiplierl由于我们建立的是电动机的1/8模型（模型跨度为45），输入8.这样转矩计算时就会将整个模型考虑在内。

56、十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l8、添加一个求解设置l右击项目结构树中的Analysis并选择Add Solution Setup：l 1、在General tab中输入计算时间和步长。在转速为3000rpm时，一转用时20ms（3000rpm表示每秒50转或者每转用时1/50秒）。为达到合理的精度，我们希望转动2到3度是计算一步。在这里为了更快地得到结果，我们设置步长为250us，这意味着每转动4.5度计算一次。l 2、总仿真时间设为15ms。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l 3、如果你想在某时保存网格和场域，使用Save Fields栏，输入步长。通过系统默认值，Max

57、well保存最后的仿真步长。l 在Solver栏，设置Non linear residual为5e-3（或更低）。l9、问题求解l设置已完成。使用验证按钮检查项目设置lMaxwell将对几何图形，激励定义，网格剖分等等做检查。模型得到确认但会有以下警告出现在消息栏中：l 边界和激励在我们想要的平面上（线圈和主/从面交叉）l 在我们所做设计中涡流效应没有考虑在内十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l在项目结构树中选中Analysis中的Setup1，右击选择Analyse十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l十、后处理l整个仿真用时大约几小时。l在仿真的profile图中显示有网格的大小

58、。l选择Analysis Setup，右击选择Profile即可显示剖分状态。在相关栏中有网格的统计数据。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l在仿真期间可以显示特性曲线。每一步的结束事更新lTorque versus Time。在项目结构树中选择Results，右击选择菜单栏Creat Report。l报告类型为Transient，显示类型为Rectangle Plot。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l用户可以在这平面上在同一个阵列中输入不同的数量。l包括转矩计算：l 1、选择解答环境Setup1：Motionl 2、选择Torque种类l 3、选择Torque数量l 十二、动

59、态分析（续）十二、动态分析（续）l 4、点击Add Trace按钮l如果你不希望在阵列中其他任何的痕迹，点击Done。l2D阵列出现了。它将会在每步更新完成后更新。l在仿真的最后得到转矩曲线十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l可以看出在转矩曲线中含有许多纹波。l这是由IPM（内嵌式永磁）电动机独特的结构造成的。为了消弱纹波，一些厂家稍微修改永磁体部分的转子形状，也有添加第二层内置磁铁的。lFlux linkage versus Time。选中项目结构树中的菜单项Results，右击选择菜单项Creat Report，是Report类型为Transient，阵列类型为Rectangular

60、 Plot。十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）若要观察每个线圈的磁链的话：l 1、选择解答环境Setup1：PhaseAl 2、选择FluxLinkage种类l 3、选择FluxLinkage数量十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l 4、点击Add Trace按钮l 5、对PhaseB和PhaseC重复操作l如果你不希望在阵列中其他任何的痕迹，点击Done。l2D阵列出现了。它将会在每步更新完成后更新。l在仿真的最后得到磁链曲线如下所示：十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l曲线并不平滑。这是由于步长太大了。减小步长将提高曲线的平滑度。lPlot magnetic flux density.由于最后的步长自动保存，我们可以设置磁通密度t=10ms：l 选择菜单栏ViewSet Solution Contextl 从下拉菜单中选择时间为0.01s十二、动态分析（续）十二、动态分析（续） 选择项目Rotor，Stator，PM1和PM2l 右击选择All Object Facesl 再右击选择FieldsBMag_Bl 接受设置十二、动态分析（续）十二、动态分析（续）l绘图让我们看到的部饱和。结束