丰田prius的中文文Ansoft-Maxwell-3D操作流程

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Ansoft 3D,电机设计流程,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,选择菜单项目,ModelerUnits,。选择,Units,：,mm,（,millimeters,）,三、创建,3D,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 Rmxprt SlotCore,如右图填入数据，创建定子,三、创建,3D,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,3D,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,3D,模型（续）,三、创建,3D,模型（续）,点击创建的窗口，双击,IP,M,Core1,并把,IP,M,Core1,改为,Rotor,3,、创建磁体,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,3D,模型（续）,三、创建,3D,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,3D,模型（续）,4、创建绕组,使用,User Defined Primitive,创建绕组,选择菜单项目,Draw User Defined Primitive Syslib Rmxprt ,LapCoil,用下面的值创建定子,三、创建,3D,模型（续）,Inforcoil=1,三、创建,3D,模型（续）,双击LapCoil，将材料由vacuum改为Copper,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,将,LapCoil1,的颜色改为黄色,三、创建,3D,模型（续）,选择,LapCoil1，,沿着Z轴旋转7.5deg，右击选择菜单项,Edit,Arrange,R,otate,或者使用图标,三、创建,3D,模型（续）,选择,LapCoil1。,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,Edit,Duplicate,A,round Axis,或者使用图标,三、创建,3D,模型（续）,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。,选择,PhaseA，PhaseB,和,PhaseC，,右击选择菜单项目,Edit,Duplicate,A,round Axis,或者使用图标,输入45度和总数为8，这将创建所有的需要绕组。,三、创建,3D,模型（续）,电机几何模型完成了，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,3D,模型（续）,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）。,保存项目，点击Maxwell design1_Whole_Motor，右击选择Copy。,点击项目名字，右击选择Paste，改变复制的项目名为2_Partial_motor.,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，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。,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。,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,选择,XZ,平面，保持,positive,面,四、减小,3D,模型尺寸（续）,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。,我们得到电机半个区域的模型。继续选定所有选定的物体，右击选择,Edit,Arrange,R,otate,或者使用图标,沿着Z轴旋转方向输入-45deg。,四、减小,3D,模型尺寸（续）,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,选择XZ平面，保持negative面,被选中的物体继续进行操作，右击选择,Edit,Arrange,R,otate,或者使用图标,沿着Z轴旋转方向输入45deg，。,3D模型如右图所示,。,四、减小,3D,模型尺寸（续）,四、减小,3D,模型尺寸（续）,选择DrawRectangle,1.在坐标输入窗口，输入方体的位置,X：0.0，Y：0.0，Z：-100.0，按Entry键输入,2.在坐标输入窗口，输入方体的相对尺寸,dX：200.2，dY:0.0，dZ:200.0,按Entry键输入,(,先选择,XZ,坐标平面,),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,3D,模型尺寸（续）,将PhaseA改名为PhaseA1，PhaseA_7改名为Phase2，将PhaseB，PhaseB_7,PhaseC和PhaseC_7分别改名为PhaseB1，PhaseB2，PhaseC1和PhaseC2。,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。,使用工具栏图标如图所示在XZ平面创建表格,四、减小,3D,模型尺寸（续）,选择菜单栏DrawRectangle,1、在坐标输入窗口，输入方体的位置,X:0.0，Y:0.0，Z：-100.0，按Enter键输入,2、在坐标输入窗口，输入方体的相对尺寸,dX：200.0，dY:0.0,dZ:200.0,按Enter键输入,检查ToolsOptions3D Modeler(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.,（未操作）,四、减小,3D,模型尺寸（续）,设置2D 平面为Rectangle1，右击选择Edit,-,Draw,SweepAround Axis,注意：选择的模型需要设置 这个操作,按指定窗口中的参数输入。,四、减小,3D,模型尺寸（续）,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渲染效果。,五、电机的材料特性（续）,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,选择永磁体PM的表面的如右图所示,五、电机的材料特性,1.永磁材料特性,Prius永磁体（PMs）是高强度的永磁体。,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.,重命名Magnets为PM1和重命名Magnets_1为PM2.,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。当物体旋转时，体坐标系随之旋转。,Priuss 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）,创建与这表面相关联的体坐标系：,1、选择菜单项目3D ModelerCoordinate SystemCreatFace CS 或者选择工具栏的图标,2、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。,3、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）,创建了体坐标系，它的默认名是FaceCS1。把它名字改为PM1_CS.,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）,如下所示，通过点击Globle来重置工作坐标系为全球坐标系。,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）,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）,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）,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）,将材料的名字改为N36Z_20,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）,材料定义完成之后关闭窗口之前点击Validate按钮,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。,2、硅钢片定义,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）,由于铁芯材料是非线性的，进入non-linear B-H Characteristic窗口，将其相对磁导率由,“,Simple,”,改为,“,Nonlinear,”,。,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）,用如下给定的值输入B-H特性曲线,五、电机的材料特性（续）,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。,1、硅钢片叠压系数为0.94，意味着有6%的硅钢片片间绝缘,2、输入V(3)（Z轴）为叠压方向,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。,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）,将材料M19_29G赋给Rotor和Stator。,六、设置主从边界条件,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）。,在当前视窗中选择物体Region，右击选择ViewShow In Active below,改变选中的模式为Face,选择Region一条边界线,六、设置主从边界条件（续）,右击选择Assign BoundaryMaster,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）,在面域的选择，敲击面域的底部内角来定义矢量u的顶点,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）,坐标系统（u，v）描绘了；主边界被很好地定义了，点击OK生效。,选择面域的对立垂直面,六、,设置主从边界条件（续）,右击选择AssignBounderSlave,1、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。,2、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。,3、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,我们将对电机稳态下的的不同性能进行研究。,保存工程，点击Maxwell design,2_Partial_motor,右击选择,Copy,。,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。,1、空载研究,我们首先对有永磁体单独产生的磁场进行分析。,在这个模型中，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）,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,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。,选择Rotor，右击选择Assign Mesh OperationInside SelectionLength Based,八、剖分(续),限制剖分单元的长度为15mm。,重命名剖分操作为Rotor。,选择Stator，我们想减少定子槽剖分网格数目，右击选择,Assign Mesh OperationSurface Approximation,Maximum surface deviation一栏输入30deg,Maximum aspect Ratio一栏中输入5,重命名该剖分操作为SA_Stator,八、剖分(续),选择PM1和PM2，右击选择,Assign Mesh OperationInside SelectionLength Based,限制剖分单元的长度为10mm。,重命名剖分操作为PMs。,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(续),右击选择Assign Mesh OperationSurface Approximation,八、剖分(续),在Maximum surface deviation一栏输入2deg,目的是沿着气隙有个好的分割,Maximum aspect Ratio一栏中输入10，沿着这平面上Z方向阻止大元素,重命名该剖分操作,为SA_airgap_Rotor,八、剖分(续),选择项目PM1,PM2和Rotor，右击选择Assign ParametersTorque,九、分析设置,在永磁体中，右击Analysis，选择Add Solution Setup,1、在maximum number of passes中输入15,2、输入2%的错误率,3、在收敛面板，输入15%的纯度,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）,分析,在设置右击，选择Analysis或者点击图标,十、后处理,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）,转矩值求解，选择求解栏，给出的转矩值，整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）,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）,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：,1、绘制一条圆弧，选择菜单项DrawArcCenter Point或者用相应的工具栏图标,2、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,3、输入弧线的中心：0,0,0mm，回车。,十、后处理（续）,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。,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。,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。,7、命名线气隙弧airgap_arc和接受物体,十、后处理（续）,8、在项目数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）,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：,12、用户可修改系统默认设置，如下图所示：,十一、负载分析,保存项目，点击Maxwell 设计,3_Partial_motor_MS,右击选择,Copy,.,点击项目名字，右击选择Paste，把复制的设计重命名为,4_Partial_motor_MS2,在此设计中，我们需要在线圈中通入电流：需要把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。,选择菜单项ViewShow selectionsAll views取消隐藏线圈。,十一、负载分析（续）,1、添加激励,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：,1500A到PhaseA,-750A到PhaseB,-750A到PhaseC,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。,转换选模式到择face,给PhaseA2输入激励：,1、在XZ平面选中PhaseA2的底面,十一、负载分析（续）,2、右击选择菜单项Apply ExcitationCurrent,3、重新命名激励为PhaseA2_In,4、输入1500A,5、正如我们模仿绞合导线一样选择Stranded,6、如图红色箭头为默认电流方向，不要改变方向,7、确认激励设置,十一、负载分析（续）,8、在XZ平面选中PhaseA2的上面,十一、负载分析（续）,9、右击选择菜单项Apply ExcitationCurrent,10、重新命名激励为PhaseA2_Out,11、输入1500A,12、正如我们模仿绞合导线一样选择Stranded,13、如图红色箭头为默认电流为反方向，改变方向,14、确认激励设置,十一、负载分析（续）,为线圈PhaseB2输入激励，使用以上相同的方法：,1、,在XZ平面选中PhaseB2的底面，输入激励-750A到PhaseB2_In。,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）,为线圈PhaseC2输入激励，使用以上相同的方法：,1、,在XZ平面选中PhaseC2的上面，输入激励-750A到PhaseC2_In。,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）,我们现在在相反的平面上添加端部激励，涉及到PhaseA1，PhaseB1，PhaseC1。,为线圈PhaseA1输入激励：,十一、负载分析（续）,为线圈PhaseB1输入激励：,十一、负载分析（续）,为线圈PhaseC1输入激励：,十一、负载分析（续）,电感计算,我们比较关注电感值的计算。选择项目树种的Parameters，右击选择AssignMatrix,在矩阵计算值包含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）,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.,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。,选中PhaseA_1和PhaseA_2,然后点击group按钮,命名线圈组名为PhaseA,十一、负载分析（续）,对全部三相重复这些操作,2、剖分操作,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 Mesh OperationsSurface Approximation.限制长径比为5.,十一、负载分析（续）,3、分析设置,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。,4、分析,右击setup选择Analyze或者点击按钮,十一、负载分析（续）,5、后期处理,11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,转矩值。选择,solution,按钮，从下拉菜单选择Torque1.对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）,把鼠标移到画图区域，右击选择菜单栏FieldsHH_vector,确认设置,XY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）,Maxwell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。,选择项目Rotor，右击选择菜单项Plot Mesh,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,我们将分析电机的瞬态特性。,保存项目。电机Maxwell设计中,2_Partial_motor,右击选择,Copy,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.,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）,瞬态计算与静磁计算表现不同主要是因为：,没有进行自适应的网格剖分。因为在每步瞬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。,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）,1、创建线圈,点击,f,改变选择的模型或者使用工具栏菜单,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 Coil Terminal。输入名字PhaseA2_In和导体数为9。,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。,输入名字PhaseA2_Out,导体数为9,十二、动态分析（续）,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。,输入名字PhaseB2_In,导体数为9,十二、动态分析（续）,导体Phase B2。在XZ平面，选择导体Phase B2的顶部，右击选择菜单项Assign Excitation Coil Terminal。,输入名字PhaseB2_Out,导体数为9,改变电流方向像电流方向指向由导体向外,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。,输入名字PhaseC2_In,导体数为9,十二、动态分析（续）,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。,输入名字PhaseC2_Out,导体数为9,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）,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。,输入名字PhaseA1_In,导体数为9,十二、动态分析（续）,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。,输入名字PhaseA1_In,导体数为9,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）,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。,输入名字PhaseB1_In,导体数为9,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。,输入名字PhaseC1_Out,导体数为9,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）,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Assign Excitation Coil Terminal。,输入名字PhaseB1_Out,导体数为9,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）,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。,输入名字PhaseC1_In,导体数为9,十二、动态分析（续）,2、电机激励,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。,通入激励使三相对称电流，相序为A+C-B+,在t=0时刻，A相处于要处于对应于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）,3、创建激励参数,需要定义将被用于定义激励的参数,选择菜单按钮Maxwell 2DDesign Properties,参数窗口弹出,点击添加按钮来增加电动机的极速,在名称区域输入Poles,在数值区域输入8,点击OK来确认参数设置,十二、动态分析（续）,用同样的方法输入：,PolePair，极对数：它的值为Poles/2,Speed_rmp,以rmp为单位的转速；数值为3000,Omega，以degrees/s为单位的激励变化率；数值为360*Speed_rpm*Polepair/60,Omega_rad以rad/s为单位的变化率；数值为Omega*pi/180,Thet_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。,Thet是以弧度表示的功率角，所以它的数值为Thet_deg*pi/180,Imax是电动机绕组电流的峰值；数值为250A,十二、动态分析（续）,设计选项面板最后显示如下：,十二、动态分析（续）,4、创建绕组,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。,电机的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。,A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）,1、名称为输入PhaseA,2、因为每个端面有9匝，故选上Stranded,3、输入绕组电流：Imax*sin（Omega_rad*Time+Thet）。Time是系统变量，表示当前时间。,4、点击OK,5、在项目树中右击PhaseA，选择菜单项Add Terminals,6、结合Ctrl按钮选上PhaseA的4个线圈并点击OK,十二、动态分析（续）,B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：,给PhaseB命名,绕组电流为Imax*sin（Omega_rad*Time-2*pi/3+Thet）。它比A相电流偏移-120degrees。,选上PhaseB的4个线圈,C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：,给PhaseC命名,绕组电流为Imax*sin（Omega_rad*Time+2*pi/3+Thet）。它比A相电流偏移+120degrees。,选上PhaseC的4个线圈,十二、动态分析（续）,5、添加Band,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：,Band必须比任何方向的转动部件（边界线除外）稍大。,Band应该是一个具有圆弧边界的扇形。,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。,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。,在画图域选择XZ平面,十二、动态分析（续）,选择菜单项DrawRectangle或者在工具栏里选择按钮,转子半径为80.2mm，定子内径为80.95mm。我们选择Band的中间,1、在位置上输入80.575,0，-43mm,2、输入dx为-80.575，dy为0，dz为86mm,3、命名项目为Band,十二、动态分析（续）,选择Band，右击选择菜单项EditSweepAround Axis.,如下输入参数，选择沿着Z轴每个角度有个平面,让材料为Vacuum。,十二、动态分析（续）,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.,通过右击选择EditPaste或者使用Ctrl-V粘贴另外一个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）,编辑矩形尺寸：,1、输入位置为80.4,0，-83.82/2mm,2、输入X的大小-80.4mm,3、输入Z的大小83.82mm,4、点击OK,这个操作把部件的大小调整为紧紧覆盖住转子及永磁体,把Band1从命名为Band_in,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）,6、网格剖分,瞬态计算没有使用自适应网格剖分是因为这样做就会要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。,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）,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。,确保XZ平面被选择,选择菜单项DrawRectangle或者在工具栏中选择按钮,1、输入78.72,0，-41.91mm作为Point1的位置并点击Enter,2、输入14.8mm为dx，0为dy，83.82mm为dz,3、把项目命名为Rotor2,矩形如图所示：,十二、动态分析（续）,选中Rotor2，右击选择菜单项EditSweepAround Axis.,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）,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。,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。,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槽相交了但实际情况并非如此。,十二、动态分析（续）,重复同样的操作创建Rotor3,1、在XZ平面用以下尺寸画一个矩形：,2、线绕Z轴旋转成矩形,3、设置材料属性为M19_29G,十二、动态分析（续）,选中6个线圈PhaseA1，PhaseA2，PhaseB1，PhaseB2，PhaseC1，PhaseC2，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.,1、操作命名Coils,2、取消选中Restrict Length of Elements选项,3、选中Restrict Number of Elements选项,4、输入6000,5、确认设置,十二、动态分析（续）,选择永磁体PM1和PM2，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.,1、操作命名Magnets,2、取消选中Restrict Length of Elements选项,3、选中Restrict Number of Elements选项,4、输入5000,5、确认设置,十二、动态分析（续）,选择Rotor，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.,1、操作命名Rotor,2、取消选中Restrict Length of Elements选项,3、选中Restrict Number of Elements选项,4、输入7500,5、确认设置,十二、动态分析（续）,选择Stator，右击选择Assign Mesh OperationsInside Selection Length Based.,1、操作命名Stator,2、取消选中Restrict Length of Elements选项,3、选中Restrict Number of Elements选项,4、输入7500,5、确认设置,十二、动态分析（续）,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。,通过点击,f,按钮来改变选择的模型,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.,1、操作命名TermAB,2、取消选中Restrict Length of Elements选项,3、选中Restrict Number of Elements选项,4、输入2000,5、确认设置,十二、动态分析（续）,7、运动属性设置,选中Band，右击选择菜单项中的Assign Band,十二、动态分析（续）,在Type栏：,选中Rotate选项,确认Global：Z轴线已选中,选中Positive方向,在Date栏：,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）,在Mechanical栏：,输入3000rpm为速度值,点击OK确定Band部件的设置,右击项目结构树中的Model，然后选择菜单项Set Symmetry Multiplier,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。,十二、动态分析（续）,8、添加一个求解设置,右击项目结构树中的Analysis并选择Add Solution Setup：,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。,2、总仿真时间设为15ms。,十二、动态分析（续）,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，Maxwell保存最后的仿真步长。,在Solver栏，设置Non linear residual为5e-3（或更低）。,9、问题求解,设置已完成。使用验证按钮检查项目设置,Maxwell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：,边界和激励在我们想要的平面上（线圈和主/从面交叉）,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）,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、后处理,整个仿真用时大约几小时。,在仿真的profile图中显示有网格的大小。,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）,在仿真期间可以显示特性曲线。每一步的结束事更新,Torque versus Time。在项目结构树中选择Results，右击选择菜单栏Creat Report。,报告类型为Transient，显示类型为Rectangle Plot。,十二、动态分析（续）,用户可以在这平面上在同一个阵列中输入不同的数量。,包括转矩计算：,1、选择解答环境Setup1：Motion,2、选择Torque种类,3、选择Torque数量,十二、动态分析（续）,4、点击Add Trace按钮,如果你不希望在阵列中其他任何的痕迹，点击Done。,2D阵列出现了。它将会在每步更新完成后更新。,在仿真的最后得到转矩曲线,十二、动态分析（续）,可以看出在转矩曲线中含有许多纹波。,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。,Flux 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 Plot。,十二、动态分析（续）,若要观察每个线圈的磁链的话：,1、选择解答环境Setup1：PhaseA,2、选择FluxLinkage种类,3、选择FluxLinkage数量,十二、动态分析（续）,4、点击Add Trace按钮,5、对PhaseB和PhaseC重复操作,如果你不希望在阵列中其他任何的痕迹，点击Done。,2D阵列出现了。它将会在每步更新完成后更新。,在仿真的最后得到磁链曲线如下所示：,十二、动态分析（续）,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。,Plot 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：,选择菜单栏ViewSet Solution Context,从下拉菜单中选择时间为0.01s,十二、动态分析（续）,选择项目Rotor，Stator，PM1和PM2,右击选择All Object Faces,再右击选择FieldsBMag_B,接受设置,十二、动态分析（续）,绘图让我们看到的部饱和。,结束,