Maxwell 2D 永磁电机的参数化建模和分析(齿槽转矩优化)

sduee

《Maxwell 2D 永磁电机的参数化建模和分析》

几年前的老文档，最近才商业脱密，献给生我养我的西莫电机论坛。想必跟不上时代了，大家将就下。

热爱开源，反对保密。大家多讨论。


补充内容 (2016-4-5 12:29):
补充，这应该属于Maxwell 2D新手和菜鸟入门级的材料。不喜勿喷，不喜勿下。

补充内容 (2016-4-5 12:30):
过程上还是很详细的，基本的操作过程没有什么遗漏，没有基础的人都能看懂。

YSHL

学习下看看，没有什么新鲜观点。还是保密的。图为附件的标题，没什么意义的内容

sduee

YSHL 发表于 2016-3-14 19:51
学习下看看，没有什么新鲜观点。还是保密的。图为附件的标题，没什么意义的内容

那么不好意思，纯粹是私人分享，旧资料也有分享的。

YSHL

不好意思，我没讲明白。不是针对楼主，只是这个还保密资料这一点感到奇怪。

sduee

YSHL 发表于 2016-3-14 20:16
不好意思，我没讲明白。不是针对楼主，只是这个还保密资料这一点感到奇怪。

谢谢参与讨论，这是菜鸟级资料。当时是数据保密。方法当然是没什么值得保密。鉴于过程是完整的，适合逐渐入门。

Pluto1208

sduee 发表于 2016-3-14 20:32
谢谢参与讨论，这是菜鸟级资料。当时是数据保密。方法当然是没什么值得保密。鉴于过程是完整的，适合逐渐 ...

有点夸张，这样的文章就不要写联系方式了吧。

sduee

Pluto1208 发表于 2016-3-15 11:48
有点夸张，这样的文章就不要写联系方式了吧。

是我错了好吧，我不该忽悠大家的

cchjy

楼主你好，初学MAXWELL，请问2D能分析异步起动永磁同步电机吗？因为我看到2D没有添加电机这一项，还有，是不是只能通过RMxprt建立模型然后导入2D里才能分析？

sduee

cchjy 发表于 2016-4-4 12:34
楼主你好，初学MAXWELL，请问2D能分析异步起动永磁同步电机吗？因为我看到2D没有添加电机这一项，还有，是 ...

分析范围上，大体有  3D>2D>RMxprt。
具体的：
a) RMxprt可以分析磁路计算很成熟并且结构设计很固定的电机;
b) 2D可以分析磁场在xy平面分布的电机以及电磁仪器，结构设计是自由的非固定的;
c) 3D可以在2D的xy平面基础上，进一步分析带轴向（z向）磁通的 电磁仪器，或电机端部漏磁。

但是，此外要提及一点，因为轴向(z向)磁通电机（盘式电机）的结构设计和磁路计算较为成熟，RMxprt中已经集成了这个模型。因此这一点上3D,RMxprt都能完成的分析，2D却不行。

对于你说的异步启动永磁电机，RMxprt和2D，3D应该都能够分析。

sduee

cchjy 发表于 2016-4-4 12:34
楼主你好，初学MAXWELL，请问2D能分析异步起动永磁同步电机吗？因为我看到2D没有添加电机这一项，还有，是 ...

另外，2D不需要添加电机这一项，只要你能用自带的CAD界面，或外部的CAD，自建或导入电机的冲片图和绕组与激励，就可以分析了，相对来说是比较自由的。

RMxprt生成的2D，是基于UDP的，即User Defined Primitives，即“用户预置模型”，即由槽型尺寸数据和极槽数、永磁体尺寸等等，自动生成的冲片模型等。但实际上这些模型不是用户预置的，而是软件自带的，包括定子转子冲片等等，你慢慢就会熟悉了。如果没有，你就要自己画图建立了。布尔运算和多边形的绘制，是你绘图时要经常使用的操作。

254339861

首先感谢楼主的分享精神，很详实的操作教程，不错！
其次：关于定子齿部开辅助槽的原理是：齿部开槽相当于增加定子槽数，从而改变电机的槽极配合，改变齿槽转矩的周期从而减少齿槽转矩幅值。12s8p齿部开一槽这种做法是错误的，如果开得不好反正引起齿部饱和增加齿槽转矩，降低电机反电势。12s8p开了一槽相当于24s8p的电机，12s8p和12s8p的最大公约数是一样的，所以降低齿槽转矩效果不明显，反而消弱电机反电势。

gdjc0507

我现在有一个疑问，为什么一个齿开一个辅助槽，不开两个辅助槽呢？？？ 还有最好再做个辅助槽对反电势的影响。

sduee

254339861 发表于 2016-4-5 12:57
首先感谢楼主的分享精神，很详实的操作教程，不错！
其次：关于定子齿部开辅助槽的原理是：齿部开槽相当于 ...

你说的开槽方案我已经了解过了。但是这种理论上不合适的开槽方案却在本田电机中使用了，其它电机厂去仿制这款电机的工程师和我讨论过，认为这种看似不合适的开槽方法，其实是利用齿部饱和产生的附加齿槽转矩来降低原来的8P12S齿槽转矩。具体的参考我的毕业论文《直驱式交流永磁伺服电机设计》中相关内容。

sduee

gdjc0507 发表于 2016-4-5 13:50
我现在有一个疑问，为什么一个齿开一个辅助槽，不开两个辅助槽呢？？？ 还有最好再做个辅助槽对反电势的影 ...

是这样的，理论上是两个好。但是实际上，因为齿冠饱和，一个槽反而比两个槽好。一个槽饱和后会产生一个幅值和原来相当，相位和原来差不多相反（差180°）的附加齿槽转矩。两个转矩可以有一定的抵消。而两个槽因饱和而产生的附加齿槽转矩，反而会增加总齿槽转矩。

此外，使用过u=10000的现行材料做硅钢片，就发现两个槽比一个槽好。但是非线性硅钢片，就是1个槽比两个槽好。请注意到，辅助槽和真槽是不一样宽度的。

254339861

日本本田的电机有可能是十几年前做的方案，未必是最优的，可能当时并没有做过参数化扫描。国人抄其电机要取其精华去其糟粕。

254339861

利用齿部饱和抵消原来的齿槽转矩是有限的，我做过一个槽的参数化扫描，减少的非常小，反之消弱反电势明显。我觉得这种做法不可取，丢了西瓜捡了芝麻。何况电机局部齿部饱和很容易导致电机振动噪音。

sduee

254339861 发表于 2016-4-5 17:21
利用齿部饱和抵消原来的齿槽转矩是有限的，我做过一个槽的参数化扫描，减少的非常小，反之消弱反电势明显。 ...

谢谢你的意见，很有道理。这款的应用，可能和特殊的结构有关系，比如我的这个电机的齿冠的比较厚吧。即使是同样极槽数的其它电机，我的方法也可能无效的。其实本电机的饱和度也不高，开槽后略微有点局部饱和，说非线性影响比说饱和影响更确切吧。

cchjy

sduee 发表于 2016-4-5 12:42
另外，2D不需要添加电机这一项，只要你能用自带的CAD界面，或外部的CAD，自建或导入电机的冲片图和绕组与 ...

楼主，因为我对电机了解不多也就不清楚异步起动永磁同步电机到底长什么样，所以我想参考一下你的材料，还有能说下材料中的电机模型与异步起动永磁同步电机差别在哪？另外齿槽转矩是指瞬态的Moving.torque吗？我用论坛里的4极36槽异步起动永磁同步电机（通过RMXPRT导入2D）仿真，把定子槽口宽Br0参数化，得到的时间与Moving.torque曲线基本是一致的，我看了下别人的论文，改变槽口宽是可以改变齿槽转矩，这是为什么？

sduee

cchjy 发表于 2016-4-5 21:10
楼主，因为我对电机了解不多也就不清楚异步起动永磁同步电机到底长什么样，所以我想参考一下你的材料，还 ...

说实话，我没做过异步起动永磁同步电机的分析，只是上课学过。自己不懂当然不敢乱说了。

Ansys EM 中的RMxprt例子文件夹中，lssm电机就是异步起动永磁同步电机。对齿槽转矩的理解，我是基于“一个槽与一个磁极”之间的齿槽力，用叠加法理解的。即总齿槽转矩是各个槽与各个极之间的小齿槽转矩叠加得到的大齿槽转矩。因小齿槽转矩也是周期性的，因此，叠加时也有部分互相抵消的情况。槽口的改变，就是小齿槽转矩的波形未变，但相位变了，因此可以影响叠加效果，导致总转矩变化。具体情况可参考附件里的论文。

254339861

sduee 发表于 2016-4-5 21:25
说实话，我没做过异步起动永磁同步电机的分析，只是上课学过。自己不懂当然不敢乱说了。

Ansys EM  ...

叠加法理解齿槽转矩很正确的，准确的来说是齿谐波电势相位叠加。对于整数槽，因为每极每相槽数q为整数，磁极和齿槽一一对应，所以各磁极对于齿槽的齿谐波电势相位都是一样的，就可以直接叠加起来，这也是整数槽电机齿槽转矩大的原因。对于分数槽，每极每相槽数q为分数，磁极和齿槽不对应。N磁极对于齿槽的空间几何位置不是S磁极对应齿槽的空间几何位置的重复，则不同磁极对下面的齿槽就不会一一对应重合，各个磁极对于齿谐波电势相位不一致，有的是正，有的是负，就存在抵消。