永磁电机电磁计算
传统的电机学和电机设计中，习惯地把电机的分析和计算归结为电路和磁路的计算问题。实际上，电路和磁路中的各个参数是由电机电磁场的场量得来，由于数值计算和仿真技术的不断发展，我们可以直接使用有限元对电机的电磁场进行分析和计算。
本文将应用ANSYS软件，对大型永磁电机的电磁场进行分析和计算。这里只研究平行平面场问题，即二维电磁场，因而只有一个自由度即矢量磁势Az。电机的对称周期取一对磁极范围。考虑漏磁的影响，把转轴和机座作为模型的内外边界。
定义电机材料特性
首先，定义硅钢片的材料属性与磁化曲线，如图1：
永磁体的材料特性需要说明的是，永磁体的退磁曲线是指剩磁密度Br
与矫顽力Hcb的曲线，以下简称BH曲线。退磁曲线通常在第二象限，但ANSYS 程序中需按第一象限输入。此外还需要知道永磁体的工作温度，即电机内部温度分布，Br的可逆温度系数，Hcb的可逆温度系数。
参数化建模
参数化建模具有很多优点，各个变量物理意义明确，便于查找和修改。而且可以通过对话框快速对电机尺寸参数进行调整，缩短调试程序和优化设计的时间。这里采用ANSYS内部的对话框进行交互，可以方便其他设计人员对程序的调试，提高程序的通用性，如图2：
有限元模型的建立和边界条件
定、转子应分别建模，这样两部分模型不会相互干扰。定、转子之间的气隙，可定义两层或更多层，再经过径向拼接得到整个求解区域。分网时应注意疏密结合，气隙部分网格要足够稠密，而且沿径向应均匀分网。其它部分网格可稀疏些。模型尽量使用四边形网格，并保证节点连续。
这里只研究电机转速恒定情况，用有限元法进行电机的电磁场分析，要模拟电机定、转子之间的相对运动。这里使用运动边界法，即假设定子模型静止不动，让转子部分旋转，和真实情况一样。具体如下：气隙模型中有一条定、转子网格重合的公共运动边界，分别为定、转子的运动边界上的节点编号，并且保证相邻节点径向间距相等，这样能保证转子旋转后运动边界上的节点重合，压缩重合的关键点（KP）、节点（node），保持网格的连续性。如图3
图3 运动边界示意图
后处理
考虑到硅钢片的各向异性，沿轧制方向和垂直于轧制方向的单位损耗曲线是不同的，因而分别计算径向磁密和切向磁密的损耗值。
电机在进行能量转换时，无论是从机械能变成电能，或是从电能变成机械能，能量都是以电磁能的形式通过定、转子之间的气隙进行传递的，气隙磁密是电机电磁场计算中重要的物理量。气隙磁密波形和计算区域内磁力线分布如图6和图7所示。后处理中还可以进行协波分析，电感的计算等。
结论
ANSYS有限元软件为电机的仿真和电机参数的计算提供了非常好的数值计算方法，相信随着对有限元认识的加深，我们可以更加深入、细致、精确的对电机进行分析和计算，大大加快电机设计、生产的研发周期。
