[转帖]ANSYS软件对电机磁场的分析
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<DIV align=center>徐海峰 辛慧源</DIV></TD></TR>
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<DIV align=center>(浙江大学，浙江 杭州 310027)</DIV></TD></TR>
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<TD class=l12>摘要：本文重点介绍了用ANSYS软件分析电机磁场，使ANSYS软件具有"计算和分析"电机磁场的功能，从而进行电机的优化设计。
<P>关键词： ANSYS；电机磁场；优化设计</P>
<P>中图分类号：TP21 文献标识码：A</P>
<P>1 前言</P>
<P>磁路设计是电机设计的主要部分，磁路量对电机的主要性能起决定性的影响，电机的转矩和反电势直接取决于主磁通量。因此磁路法是工程上最适用的电机计算方法。所以从根本上讲，电机问题是一个电磁场的问题，由于永磁材料的引入，使许多传统的分析方法感到力不从心，所以对无刷直流电机进行磁场的研究还是非常必要的。<BR><BR>ANSYS软件是世界上著名的大型通用有限元计算软件，具有强大的求解器和前、后处理功能，为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个有两地工作环境，更使我们从繁琐、单调的常规有限元编程中解脱出来。 </P>
<P>2ANSYS分析电机磁场的基本原理<BR><BR>工程上的磁场分析一般采用数值计算方法。常见的数值计算方法有有限差分法和有限元法。差分法不适合于边界条件复杂、边界不规则(外部或内部)的情况。为了充分发挥永磁材料的磁性能。特别是稀土永磁的优导磁性能，用很少的永磁材料和加工费用制造出高性能的永磁电机，就不能简单套用传统的结构和设计计算方法。必须应用现代设计思想，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度。为此，本文采用有限元分析法。 <BR><BR>使用有限元分析，目前一般有三种作法：<BR><BR>a)用数学关系式建模，用计算机算法语言编制了网格自动剖分程序、有限元分析程序、相关的前后处理程序、电磁计算程序；这是传统的有限元分析方法。<BR><BR>b)采用有限元分析软件对电机内的电磁场进行简单的分析计算，完成电机设计中的磁路部分的设计，利用MATLAB等类似软件编制了电磁计算等其他设计程序。<BR><BR>c)大量工作均用高级的有限元分析软件完成，诸如力矩、电感、磁力线、磁通、磁场强度均一次性得出，使设计真正成为一种优化设计，设计过程即为分析过程。并且编制各步聚命令流，使分析过程模块化，增强其通用性，进行二次开发。 <BR><BR>本文采用上述第三种方式，应用ANSYS软件进行电机磁场的分析，将磁路划分成许多dx范围的小区域--称之为元磁路。<BR><BR>ANSYS磁场分析的有限元公式由磁场的Maxwell方程组导出，通过将标量势或矢量势引入Maxwell方程组中并考虑其电磁性质关系，用户可开列出适合于有限元分析的方程组。使用通用ANSYS程序进行电磁场有限元分析的主要优点之一是耦合场分析功能。磁场分析的耦合场载荷可被自动耦合到结构、流体及热单元上。此外在对电路耦合器件的电磁场分析时，电路可被直接耦合到导体或电源，同时也可计及运动的影响。<BR><BR>首先用ANSYS有限元分析软件建立电机的几何模型，给出材料参数和单元类型，最后划分网络，程序可自动分析网络划分所带来的误差，根据误差自动细划网络，形成电机的有限元模型。并自动对电机磁场进行网络划分，然后进行磁力线、力矩、磁密分布等方面的分析，研讨永磁无刷电流电机的各设计参数对齿槽转矩的影响。</P>
<P>3ANSYS分析电机的实例</P>
<P>3．1基本思想<BR><BR>每运行一次ANSYS生成一段log文件，其命名为Jobname．1og，Jobname是运行ANSYS程序时给定的作业名。log文件在首次运行ANSYS时打开，退出程序时关闭，ANSYS运行中输入的每一个命令都拷贝到log文件，形成ANSYS的完整记录。<BR><BR>利用ANSYS生成的log文件的特点，我们可以先利用ANSYS建立一个通用的有限元模型，并进行计算求解。在建立有限元模型时，先根据模型中所有可变数据定义相应的参数名，在模型中使用参数名来表示相应的数据值。</P>
<P>3．2 log文件的建立<BR><BR>根据无刷直流电机的特性，我们可以编程在ANSYS中建立电机模型，具体的编程思想是：先创建物理模型，根据要求初步选取符合性能要求的电机的结构和尺寸，建立模型，自动剖分网格，赋予特性。再加边界条件和载荷(激励)，进行计算，最后得到电机的运行结果。</P>
<P>3．3 模型的显示<BR><BR>根据上面的编程思想，我们就可以利用ANSYS提供的编程语言，编写电机程序了，然后运行ANSYS就可以得到下面的图形：</P>
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<DIV align=center><IMG src="http://www.chinaecnet.com/cs03/image/cs03341-1.gif"></DIV></TD></TR></TABLE>
<P>3．4分析结果的显示</P>
<P>分析过程中，我们发现，当齿槽的中心线发生相对偏转时。磁力线会发生扭曲，这样就产生了齿槽转矩。<BR><BR>无刷直流电动机性能改进和新品种的开发中，应该进一步改进的问题中首先是转矩脉动，利用计算机进行模拟、计算、比较，研究气隙磁场形状和磁极结构，选择合适的极对数和槽数以及合适的槽口尺寸，来减少定位转矩。通过改变log文件中的参数，可达到分析对比的目的，对电机进行优化设计。这样可大大缩短设计和分析的周期，同时减少设计成本，增强产品和工程的可靠性。</P>
<P>4小结<BR><BR></P>
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<DIV align=center><IMG src="http://www.chinaecnet.com/cs03/image/cs03341-2.gif"></DIV></TD></TR></TABLE>
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<TR>
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<DIV align=center><IMG src="http://www.chinaecnet.com/cs03/image/cs03341-3.gif"></DIV></TD></TR></TABLE>
<P>电机磁场在进行电机优化设计、分析中重点考虑的，作为通用软件来说，ANSYS没有计算和分析电机磁场的现成功能，这使得在ANSYS环境中进行电机磁场的开发显得十分必要。本文最终目的是使ANSYS软件具有计算和分析电机磁场并能进行优化设计分析的功能。随着我们对该软件的不断了解以及运用其他的分析软件，电机的磁场会更清楚地层现在人们面前。 <BR></P></TD></TR></TABLE> 来支持一下，刚来看得不太明白。
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