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基于Ansoft的直线永磁电机瞬态磁场分析
文章主要介绍了圆筒直线永磁电机结构和工作原理，应用ANSOFT公司的Maxwell2D的仿真环境建立圆筒直线永磁电机的仿真模型。在所建立的模型基础上，对圆筒直线永磁电机的瞬态磁场进行了分析。
Abstract：
This paper introduces the cylinder linear permanent magnet motor structure and working principle, the ap-plication of the company's Maxwell2D ANSOFT establish the simulation environment cylinder linear permanent magnet motor simulation model. In the established model, based on the cylinder linear permanent magnet motor transient magnetic field is analyzed.
RU Xiao-yan
作者单位：
齐齐哈尔工程学院 机电工程系,黑龙江 齐齐哈尔,161005
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万方数据电子出版社基于ANSOFT电动汽车用永磁同步电机电磁设计及性能研究--《西南交通大学》2012年硕士论文
基于ANSOFT电动汽车用永磁同步电机电磁设计及性能研究
【摘要】：本课题以本人实习项目“电动汽车用爪极式交流发电机电磁计算”为基础,对电动汽车用永磁同步电机进行电磁研究,实习项目用三维有限元分析方法分析电动汽车用爪极式发电机的空载、负载磁路特性,并对磁场、漏磁系数、影响效率的因素等作详细的研究,提出优化设计方案。此次实习项目为本课题奠定了一定的理论和实践基础,保障了本课题的顺利完成。
本课题主要借助有限元电磁场仿真软件ANSOFT对电动汽车用永磁同步电机进行详细的电磁仿真计算。重点分析了空载和负载磁路特性,气隙磁密谐波含量,计算了重要电磁参数、转矩、损耗、输出功率、效率等。并以此为基础,改变永磁体宽度、定子每相绕组匝数、气隙长度等,分析其对永磁同步电机特性产生的影响。
首先建立电机简化模型,借助有限元的方法间接计算影响永磁同步电机电磁性能的几个关键参数,避免了传统的磁路计算法由于无法考虑铁芯的饱和情况而造成的计算不准确。同时建立了永磁同步电机数学模型,将参数对电磁性能的影响作了具体说明,并阐述其优化设计方法。
根据电动汽车用永磁同步电机的技术指标,以经验值为依托,选取电磁设计参数,用传统计算和改进计算两种方式估算电机主要尺寸,确定电机的绕组型式、定子槽型、转子结构、永磁体尺寸、电磁材料等,并采用磁路计算法对其进行初步验证,反复计算确定初步电磁方案。第四章详细叙述了该电磁方案的电磁计算程序及温升估算,然后利用有限元电磁场仿真分析软件对此方案进行仿真校核,最终得到一个合理的设计方案和仿真分析数据。
第六章研究了在其他参数基本不变的情况下,改变其中一个参数给整个电机电磁性能带来的影响,为电机的优化设计提供理论依据。永磁同步电机参数甚多,由于篇幅有限本文只简单研究了几个参数,对这方面的研究有待进一步加深。
【关键词】：
【学位授予单位】：西南交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TM341【目录】：
摘要6-7Abstract7-11第1章 绪论11-20 1.1 选题背景及意义11 1.2 国内外研究现状11-17
1.2.1 电动汽车分类12-13
1.2.2 电动汽车技术研究领域13
1.2.3 电动汽车电驱动系统研究现状13-15
1.2.4 电动汽车用永磁同步电机研究概况15-17 1.3 永磁同步电机用于电动汽车的优越性17-18 1.4 本文主要研究内容及论文结构18-20
1.4.1 本文主要研究内容18-19
1.4.2 论文结构19-20第2章 永磁同步电机参数计算与分析20-26 2.1 引言20 2.2 永磁同步电机的参数计算原理20-22 2.3 永磁同步电机参数优化22-25
2.3.1 永磁同步电机数学模型22-23
2.3.2 参数对性能的影响23-25 2.4 本章小结25-26第3章 永磁同步电机电磁设计26-41 3.1 引言26 3.2 本文研制电机的技术指标及技术难点26-28
3.2.1 技术指标26-27
3.2.2 技术难点27-28 3.3 永磁同步电机电磁设计28-40
3.3.1 电磁负荷的选取29
3.3.2 定子冲片的设计29-30
3.3.3 电机主要尺寸的研究30-35
3.3.4 气隙长度δ的选择35
3.3.5 极数P选择35
3.3.6 永磁体尺寸及结构设计35-37
3.3.7 定子绕组分布37-38
3.3.8 绕组温升计算38-40 3.4 本章小结40-41第4章 永磁同步电机电磁计算程序41-49 4.1 电磁设计总体指标41 4.2 电机主要尺寸41-42 4.3 永磁体计算42-43 4.4 定子冲片43-44 4.5 绕组计算44-47 4.6 磁路计算47-48 4.7 绕组温升计算48-49第5章 永磁同步电机电磁建模及仿真49-64 5.1 引言49 5.2 电磁场基本理论和有限元算法49-51
5.2.1 电磁场基本理论49-51
5.2.2 有限元计算方法51 5.3 永磁同步电机的建模仿真51-63
5.3.1 永磁同步电机模型及网格剖分51-54
5.3.2 空载磁场分析54-59
5.3.3 负载磁场分析59-62
5.3.4 其他参数计算结果62-63 5.4 本章小结63-64第6章 电动汽车用永磁同步电机特性分析64-70 6.1 引言64 6.2 永磁体宽度对电机性能的影响64-65 6.3 定子每相绕组匝数对电机性能的影响65-67 6.4 气隙尺寸对永磁同步电机性能的影响67-69 6.5 本章小结69-70总结与展望70-72致谢72-73参考文献73-76攻读硕士学位期间发表论文76
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Ansoft Maxwell 13电机电磁场实例分析 本书目录
第1章　ansoft maxwell 13概述　1.1　ansofi maxwell电磁场分析软件简介　　1.1.1　ansoft maxwell 2d电磁分析模块　　1.1.2　ansoft maxwell 3d电磁分析模块　1.2　ansoft maxwell 13软件快速入门　　1.2.1　maxwell 2d的界面环境　　1.2.2　maxwell 2d的模型绘制　　1.2.3　maxwell 2d的材料管理　　1.2.4　maxwell 2d的边界条件和激励源　　1.2.5　maxwell 2d的网格剖分和求解设置　　1.2.6　maxwell 2d的结果查看第2章　ansoft maxwell 13电机建模流程　2.1　创建项目　2.2　绘制几何模型　2.3　设置各部件材料属性　2.4　设置运动部件和边界条件　2.5　设置绕组和激励条件　2.6　设置剖分参数与剖分操作　2.7　求解设置　2.8　查看求解结果第3章　ansoft maxwell 13二维稳态场分析　3.1　永磁同步电机静态场分析　　3.1.1　创建项目　　3.1.2　绘制几何模型　　3.1.3　设置各部件材料属性　　3.1.4　设置绕组激励与边界条件　　3.1.5　设置剖分参数与剖分操作　　3.1.6　求解设置　　3.1.7　查看求解结果　3.2　变压器静态场分析　　3.2.1　创建项目　　3.2.2　绘制几何模型　　3.2.3　设置各部件材料属性　　3.2.4　设置绕组激励与边界条件　　3.2.5　设置剖分参数与剖分操作　　3.2.6　求解设置　　3.2.7　查看求解结果　3.3　笼型感应电机涡流场分析　　3.3.1　创建项目　　3.3.2　绘制几何模型　　3.3.3　设置各部件材料属性　　3.3.4　设置绕组激励与边界条件　　3.3.5　设置剖分参数与剖分操作　　3.3.6　求解设置　　3.3.7　查看求解结果第4章　ansoft maxwell 13二维瞬态场分析　4.1　三相笼型感应电机瞬态场分析　　4.1.1　创建项目　　4.1.2　绘制几何模型　　4.1.3　设置各部件材料属性　　4.1.4　设置绕组激励与边界条件　　4.1.5　设置运动部件　　4.1.6　设置剖分参数与剖分操作　　4.1.7　求解设置　　4.1.8　查看求解结果　4.2　永磁同步电机瞬态场分析　　4.2.1　创建项目　　4.2.2　绘制几何模型　　4.2.3　设置各部件材料属性　　4.2.4　设置绕组激励与边界条件　　4.2.5　设置运动部件　　4.2.6　设置剖分参数与剖分操作　　4.2.7　求解设置　　4.2.8　查看求解结果　4.3　无刷双馈电机瞬态场分析　　4.3.1　创建项目　　4.3.2　绘制几何模型　　4.3.3　设置各部件材料属性　　4.3.4　设置绕组激励与边界条件　　4.3.5　设置运动部件　　4.3.6　设置剖分参数与剖分操作　　4.3.7　求解设置　　4.3.8　查看求解结果第5章　ansoft maxwell 13三维电磁场分析　5.1　从一般二维模型转换为三维模型　　5.1.1　创建项目　　5.1.2　绘制几何模型　　5.1.3　设置各部件材料属性　　5.1.4　设置绕组激励与边界条件　　5.1.5　设置运动部件　　5.1.6　几何模型剖分　　5.1.7　求解及查看求解结果　5.2　盘式电机三维瞬态场分析　　5.2.1　创建项目　　5.2.2　绘制几何模型　　5.2.3　设置各部件材料属性　　5.2.4　设置绕组激励与边界条件　　5.2.5　设置运动部件　　5.2.6　求解及查看求解结果第6章　ansoft maxwell 13与外电路的耦合应用　6.1　永磁无刷直流电机　　6.1.1　问题描述　　6.1.2　控制电压电路　　6.1.3　电机驱动主电路　　6.1.4　电机电路设置　　6.1.5　电路与有限元模型的耦合　　6.1.6　设置机械运动　　6.1.7　稳态分析及查看结果　　6.1.8　瞬态分析及查看结果　6.2　开关磁阻电机　　6.2.1　问题描述　　6.2.2　控制电压电路　　6.2.3　电机驱动主电路　　6.2.4　电机电路设置　　6.2.5　外电路与有限元模型的耦合　　6.2.6　设置机械运动　　6.2.7　稳态运动分析及查看结果　　6.2.8　瞬态分析及查看结果第7章　ansoft maxwell 13参数化建模与求解　7.1　内嵌式永磁同步电机参数化模型　7.2　设置参数化求解变量　7.3　查看求解结果第8章　ansoft maxwell 13 rmxprt的应用　8.1　rmxprt在感应电机设计中的应用　　8.1.1　工程模型　　8.1.2　创建项目　　8.1.3　设置电机参数　　8.1.4　设置仿真参数　　8.1.5　求解及查看结果　8.2　rmxprt与maxwell 2d／3d有限元模型的转换　　8.2.1　从rmxprt模型转换为maxwell 2d模型　　8.2.2　从rmxprt模型转换为maxwell 3d模型　　8.2.3　rmxprt模型的参数分析参考文献
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