基于ansoft的电机磁场强度有限元计算

基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析发表时间：2007-9-11 作者: 黄劭刚夏永洪张景明来源: 万方数据关键字: APDL语言同步发电机电磁场有限元介绍了应用ANSYS自带的APDL编程语言进行软件开发，将该软件应用于同步发电机空载磁场分析中，在电机的电磁场计算中实现了电机的自动旋转、自动施加载荷的功能，使用、修改方便，并且计算速度快。

通过对电磁场计算结果的后处理，得出了同步发电机的旋转磁场波形和电压波形。

样机测试结果验证了分析结果的正确。

1 前言ANSYS软件是一个功能强大、灵活的，融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。

广泛用于核工业、石油化工、航空航天、机械制造、土木工程等一般工业及科学研究领域的设计分析。

在实际的电机电磁场分析中，电机的转子磁极形状、定子齿槽形状、气隙大小以及铁磁材料均已确定，但是当转子相对十定子齿槽的位置不同时一，其计算结果也不相同。

为了分析电机电磁场问题，若把定、转子相对位置固定不变进行求解，再对电磁场计算结果进行傅立叶级数分解来计算电机绕组的电势则误差太大。

为此，需要对定、转子不同位置时一分别进行计算，然后通过电磁场的计算结果求出电机何个定子齿部磁通随转角变化的关系，然后根据磁通的变化率求出电机基波绕组的电势。

ANSYS软件是目前应用最为广泛、使用最方便的通用有限元分析软件之一，应用ANSYS软件来分析电机电磁场是非常有效的。

但是当采用ANSYS软件的图形用户界面( GUI)操作方式时，每次定、转子之间的旋转、网格剖分、施加载荷进行求解、查看计算结果等都需要人工进行重复操作，使用起来非常繁琐，并且效率低。

为此，木文采用ANSYS软件的APDL语言编写的软件对同步发电机的空载磁场进行研究，实现了电机定、转子之间的自动旋转，自动网格剖分，自动施加载荷以及自动求解的功能。

整个电磁场分析过程无需人工进行干预，使用方便，便于修改，并且大大提高了计算速度。

基于Ansoft Maxwell的鼠笼型三相异步电机有限元分析季翔宇【摘要】鼠笼型异步电机是三相异步电机的一种,结构简单、坚固耐用、运行效率高、价格低廉,在日常生活、工业生产、石油矿石开采、港口码头等众多领域得到广泛应用.以鼠笼型三相异步电机为模型,运用Ansoft Maxwell软件搭建仿真模型,进行网格剖分、赋予材料与激励源等设置,求解并分析模型在静稳态以及瞬态不同时刻的磁场分布,为电机的设计与优化提供参考依据.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2019(048)003【总页数】4页(P98-101)【关键词】鼠笼型异步电机;Ansoft Maxwell;有限元分析【作者】季翔宇【作者单位】常州国际机场集团有限公司,江苏常州 213000【正文语种】中文【中图分类】TM343+.2;TP391.90 引言鼠笼型异步电机是三相异步电机的一种，它结构简单、坚固耐用、运行效率高、价格低廉，在庞大的电机家族中居于重要地位。

据有关部门统计显示，在采用电机拖动的机械设备中，有将近90%的机械设备是采用鼠笼型三相异步电机拖动的。

这种类型的异步电机社会拥有量大，其用电量占总动力负载用电量的比重达85%以上，因而在我国工农业生产中得到广泛的应用。

该文介绍了鼠笼型三相异步电机的工作原理，基于Ansoft Maxwell软件对三相四极鼠笼型异步电机进行建模、网格剖分，赋予材料与激励源等设置，对其电磁场机型仿真与分析，确定通电后磁场强度、感应磁场、气隙磁密度等分布情况。

1 鼠笼型三相异步电机的结构与原理鼠笼型三相异步电机的定子绕组为分布式绕组，镶嵌于定子铁心上。

转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等构成。

转子铁心由外圆周上冲有均匀线槽的硅钢片叠压而成，并固定于转轴上，线槽用于放置转子绕组。

转子绕组是由铝条或铜条与短路环焊接铸造而成，而非由绝缘导线绕制，其外观形似鼠笼而得名[1]。

当定子绕组通以三相交流电压后，便形成旋转磁场，同时转子上的闭合导条则切割定子旋转磁场的磁力线而感生出感应电动势与感应电流，从而带电导体在磁场中收到电磁力的作用而产生运动，转子便在定子铁心环的内部做旋转运动[2]。

河北工业大学硕士学位论文基于Ansoft的开关磁阻电机有限元分析与研究姓名：高洁申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孙鹤旭20081101河北工业大学硕士学位论文基于Ansoft 的开关磁阻电机有限元分析与研究摘要开关磁阻电机是近年来随着电力电子技术和控制技术的发展而诞生的一种特种电机，并以其结构简单、坚固、成本低廉、起动转矩大、效率高等优点，在许多领域得到了广泛的应用。

利用电机电磁场理论和有限元法进行开关磁阻电机磁场分析与计算，在其研究中占据至关重要的地位，它是整个电机设计和运行性能分析的基础。

由于开关磁阻电机结构与传统的交直流电机具有很大的差别，加之其显著边缘效应及高度的过饱和特性，以路的观点进行电机性能的理论分析便显出很大的局限性；相反地，以场的观点，全面、系统地分析电机性能，以便进行电机设计、性能分析及仿真计算，便显示出极大的优越性。

本论文以开关磁阻电机电磁场的有限元分析为主题开展研究工作，在系统总结电机电磁场以及工程电磁场数值计算理论的基础上，基于工程电磁场有限元分析软件Ansoft ，采用全场域的分析方法，对开关磁阻电机的磁场分布、静态特性等进行了大量的仿真分析与研究。

一方面得出了开关磁阻电机在几个典型转子位置下的磁场分布图，并据此总结了电机内磁场的分布规律；另一方面绘制出了开关磁阻电机的非线性磁化曲线族，即ψ-θ-i 关系曲线、电感曲线和静态转矩曲线等静态特性曲线。

此外，本论文还分析了开关磁阻电机的稳态温升，建立了其等效磁网络模型，并对开关磁阻电机的稳态特性进行了仿真研究，计算出了电机在稳态运行情况下的相电流、磁链以及动态转矩等曲线。

同时，针对开关磁阻电机运行过程中存在转矩脉动的缺点，本论文还讨论了其减振降躁的一些具体措施。

由仿真结果可知，本论文所建立的开关磁阻电机二维有限元分析模型计算出的性能参数是比较准确可靠的，同时也说明本论文所提出的等效磁网络模型对SRM 稳态特性的研究具有较高的精度，从而为对开关磁阻电机的工作原理和内部电磁关系作系统而详细的分析，研究其工作特点和内在规律，对开关磁阻电机性能校核与稳态特性研究以及进行有效的电机电磁设计工作提供了可靠的依据。

有限元的分析软件Ansys在电机领域中应用有限元分析是现代工程和科学领域中最强大的工具之一。

它是一种仿真技术，可用于预测复杂结构的加载和行为。

此技术已经在各种领域得到了广泛的应用，包括航空航天、汽车、建筑、医学设备等，也在电机领域中广泛应用。

Ansys是一家专业的机械仿真软件公司，推出了Ansys Maxwell、Ansys Q3D Extractor、Ansys Icepak等多款电磁仿真软件。

本文将重点介绍Ansys最著名的电机仿真软件Ansys Maxwell在电机设计中的应用。

Ansys Maxwell介绍Ansys Maxwell是Ansys专为电力电子、电机、传感器设计等行业推出的电磁仿真软件。

Ansys Maxwell提供了各种电机部件和材料的建模，通过有限元解算技术实现了对电机运行性能的全面分析。

Ansys Maxwell在电机领域的具体应用包括：电机的磁场仿真在电机部件上施加预定义的电源电压波形或电流波形，Ansys Maxwell可计算它们所产生的电磁力和涡流、磁通密度和磁力线等参数。

与他平面上的分析方法相比，有限元分析技术能够更好地解决非线性、非均匀和几何较复杂的问题。

电机的热老化仿真Ansys Maxwell不仅可以分析电机的电磁性能，还可以通过Ansys Icepak模块进行热仿真，分析磁场作用下电机的温度分布和热点位置等运行状况，从而设计出更加稳定的电机。

电机的噪声与振动仿真电机在工作时往往会产生噪声和振动。

在电机设计阶段，利用Ansys Maxwell 可进行噪声和振动仿真。

通过识别和测试电机的激励源和耦合过程，可以预测电机的声功率级和振动特性，从而优化电机设计。

Ansys在电机领域的应用实例应用Ansys Maxwell，企业可以快速准确地设计和验证新的电机概念和产品，预测其性能和优化设计，降低设计成本和提高设计效率。

以下列举了Ansys在电机领域的应用实例。

无刷直流电机的磁场和振动分析以无刷直流电机为例，Ansys Maxwell在电机的建模、噪音和振动分析方面做出了贡献。

喏名L 乃农别名阄2018,45 (2)研究与设计I EMCA基于Ansoft 的电力机器人永磁吸附单元有限元分析#袁硕，刘天羽(上海电机学院电气学院，上海201306)摘要：为满足爬壁机器人在狭窄的发电机定子气隙中能可靠地运行，设计了一种基于Halbach 阵列的 永磁吸附单元。

使用Ansoft Maxwell 软件建立二维磁场模型，采用元新型吸附单元的磁行， 了磁力磁感应强度的分布;通过与传统永磁吸附单元磁场的比较，新吸附单元永磁磁能利用 、单磁场的特点， 了新型吸附单元在发电机定子气隙中吸附的可靠性；了的吸附 能的， 为吸附单元 设计了。

关键词：Ansoft;爬壁机器人；永磁吸附单元"有限元分析中图分类号：TP 24文献标志码：A文章编号：1673-6540(2018)02-0071-04FiniteElementAnalysisofPermanentMagnetAdsorption UnitforElectricRobotBasedonAnsoft*YUAN Shuo ， LIU Tianyu(School of Electrical Engineering，Shanghai Dianji University，Shanghai 201306，China )Abstract : I norder to meet the flexible and reliable operation of the wall climbmagnetic wall ， a permanent magnetic adhesion element based on Halbach array was designed. A two-dimensional physical model be founded by Ansoft Maxwell software ，analyzed by the way of finite element analysis ，obtained t distribution of magnetic field and magnetic induction intensity ，and analyze the effect of structure par ameters on adsorption properties. By c omparing with the traditional permanent magnetic adhesion element of magnetic field ，the new permanent magnetic a dhesion element witli the highly permanent magnet utilization rate and unilateral magnetic field ，it could be flexible and reliable walking in generator stator gap. The influence of structural parameters on the adsorption performance was a nalyzed by using the method of parameter variation. It provided reference data for the design of permanent magnetic adhesion element.Key words : Ansoft ; wall climbing robot ; permanent magnetic adhesion element ; finite element analysis0引言爬壁机器人了吸附、作.能，能 在 壁作业，是一种新型的特种作业机器人。