基于Ansoft分析无轴承永磁电机中永磁体厚度对径向力大小的影响

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基于Ansoft分析无轴承永磁电机中永磁体厚度对径向力大小的影响
本次有限元分析实验中模型参数如下：
定子外径：90mm（无特别说明，均指半径）
定子内径：55mm ，定子材料标号为M19_24G，一种电机常用的非线性铁磁材料
转子外径：54mm
转子内径：15mm，转子材料标号为M19_24G，一种电机常用的非线性铁磁材料
气隙长度：1mm
环扇形永磁体材料标号为NdFe35,永磁体外径：54mm，保持不变，其内径为变参数L1，大小由43mm∽53.5mm之间，以步长λ=0.25mm逐渐增加。
Ansoft有限元分析整体模型如下：

Ansoft有限元分析整体模型

分解模型分别如下图所示：
（1）定子模型：

定子模型

设计具体参数如下：

定子模型设计具体参数

（2）转子及永磁磁极模型：

转子及永磁磁极模型

转字采用内插式转子结构，永磁磁极内插嵌于转子铁心表面，当永磁磁极的厚度作减小变化时，转子横截面积将随之增加，以添补由于永磁磁极厚度减小形成的空隙。
（3）永磁磁极模型：

永磁磁极模型

永磁磁极采用环扇形永磁极，其内径为变参数L1，大小由43mm∽53.5mm之间，以步长λ=0.25mm逐渐增加。永磁体厚度为Λ=(54-L1)mm逐渐减小。
L1的数值变化（单位：mm）

L1的数值变化（单位：mm）
43	43.25	43.5	43.75	44	44.25	44.5	44.75	45	45.25	45.5	45.75	46	46.25	46.5
46.75	47	47.25	47.5	47.75	48	48.25	48.5	48.75	49	49.25	49.5	49.75	50	50.25
50.5	50.75	51	51.25	51.5	51.75	52	52.25	52.5	52.75	53	53.25	53.5

永磁体厚度Λ变化（单位：mm）

永磁体厚度Λ变化（单位：mm）
11	10.75	10.5	10.25	10	9.75	9.5	9.25	9	8.75	8.5	8.25	8	7.75	7.5
7.25	7	6.75	6.5	6.25	6	5.75	5.5	5.25	5	4.75	4.5	4.25	4	3.75
3.5	3.25	3	2.75	2.5	2.25	2	1.75	1.5	1.25	1	0.75	0.5

（4）径向力绕组模型：

径向力绕组模型

定子采用36槽，三相交流电压，径向力绕组为2极，每相12槽，图中红色和浅红色线圈分别代表+A相，-A相；绿色和浅绿色线圈分别代表+B相，-B相；黄色和浅黄色线圈分别代表+C相，-C相。绕组排列（逆时针）为+A,-C,+B,-A,+C,-B。
（5）转矩绕组模型：

转矩绕组模型

由于本次分析是基于空载情况下，所以转矩绕组中的电流很小，接近于零。故转矩绕组可不分相，且将其中的激励电流都设为0A，以接近模拟实际情况。

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二，分析参数设置
（1），边界设置
选中定子外边界和转子内边界，设置边界类型为Vector Potantial=0,其表示为磁力线平行于所给定边界，即理想磁绝缘的情况。具体设置如下：

（2），激励设置：
转矩绕组根据空载的实际情况设置为0A，具体设置如下：

径向力绕组各相分别设置如下（参数Amp=150A）：
+A (注意各图中的极性选择：Postive or Negative,其表示电流的流向，表示电流流出纸面，Postive设为正相，Negative与其相反)

-A

+B

-B

+C

-C

（3）网格剖分设置：
转子和绕组剖分的多一点，具体设置如下：

背景空气面剖分的更细点，这样可以跟准确的分析气隙磁场,具体设置如下：

定子和磁极作如下设置：

（4）分析计算参数设置：
考虑到计算的数据量非常巨大，计算设置就采用默认参数进行计算，具体设置如下：

（5）变参数计算设置：
本次分析中的变参数为L1，其变化范围为43-53mm，步长为0.25mm。具体设置如下：

完成模型建立和分析设置后，接下来就可以分析了。首先检查设置：

检查通过，就可以点击分析计算了。花费时间大概3个小时。
三，分析结果
（1）磁力线Flux_Lines分布如下：

观察发现，磁场的四个磁极发生了变化，不在是等距离分布，其中X-轴正方向上的磁力线明显比X-轴负方向上的磁力线密些，这和理论分析的结果是一致的。
（2）磁通密度B的分布如下（一个为密度云图，；另一个为方向矢量图）：


其结果也是符合无轴承永磁同步电机径向力产生原理的理论结果的。让我们再看一下气隙磁密的分布情况吧，其结果将更加清晰:

图中Distance=50~120mm处为X-轴负方向所在的位置，Distance=230~300mm处为X-轴正方向所在的位置，明显可以看出X-轴正方向所在的位置的气隙磁密增加，而X-轴负方向所在的位置的气隙磁密减小。符合理论分析结果。
接下来的是本次分析重点：永磁磁极的厚度发生变化时，其对径向力的影响。
永磁体外径：54mm，保持不变，其内径为变参数L1，大小由43mm∽53.5mm之间，以步长λ=0.25mm逐渐增加。



可得出结论：当永磁体厚度等于径向力绕组磁通在气隙中所走的长度时，径向力最大。
Ansoft  有限元 无轴承永磁同步电机

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无轴承电机原理的有限元分析.doc (917 KB, 下载次数: 40)

2010-4-1 09:24 上传

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二，分析参数设置
（1），边界设置
选中定子外边界和转子内边界，设置边界类型为Vector Potantial=0,其表示为磁力线平行于所给定边界，即理想磁绝缘的情况。具体设置如下：

（2），激励设置：
转矩绕组根据空载的实际情况设置为0A，具体设置如下：

径向力绕组各相分别设置如下（参数Amp=150A）：
+A (注意各图中的极性选择：Postive or Negative,其表示电流的流向，表示电流流出纸面，Postive设为正相，Negative与其相反)

-A

+B

-B

+C

-C

（3）网格剖分设置：
转子和绕组剖分的多一点，具体设置如下：

背景空气面剖分的更细点，这样可以跟准确的分析气隙磁场,具体设置如下：

定子和磁极作如下设置：

（4）分析计算参数设置：
考虑到计算的数据量非常巨大，计算设置就采用默认参数进行计算，具体设置如下：

（5）变参数计算设置：
本次分析中的变参数为L1，其变化范围为43-53mm，步长为0.25mm。具体设置如下：

完成模型建立和分析设置后，接下来就可以分析了。首先检查设置：

检查通过，就可以点击分析计算了。花费时间大概3个小时。
三，分析结果
（1）磁力线Flux_Lines分布如下：

观察发现，磁场的四个磁极发生了变化，不在是等距离分布，其中X-轴正方向上的磁力线明显比X-轴负方向上的磁力线密些，这和理论分析的结果是一致的。
（2）磁通密度B的分布如下（一个为密度云图，；另一个为方向矢量图）：


其结果也是符合无轴承永磁同步电机径向力产生原理的理论结果的。让我们再看一下气隙磁密的分布情况吧，其结果将更加清晰:

图中Distance=50~120mm处为X-轴负方向所在的位置，Distance=230~300mm处为X-轴正方向所在的位置，明显可以看出X-轴正方向所在的位置的气隙磁密增加，而X-轴负方向所在的位置的气隙磁密减小。符合理论分析结果。
接下来的是本次分析重点：永磁磁极的厚度发生变化时，其对径向力的影响。
永磁体外径：54mm，保持不变，其内径为变参数L1，大小由43mm∽53.5mm之间，以步长λ=0.25mm逐渐增加。



可得出结论：当永磁体厚度等于径向力绕组磁通在气隙中所走的长度时，径向力最大。
Ansoft  有限元 无轴承永磁同步电机

薛广

你好，你把磁钢厚度设为变参L1，能告诉我是怎么设置的吗？
显示具体设计参数的那个界面在哪个菜单下？
多谢指教哦！

噶西莫多

厉害厉害啊，

han111nibal

楼主给力啊！正在研究这方面，根本不知道如何做呢，及时雨啊！

Tbo~20

感谢楼主，学习啦

数二不难

请问设置一个参数化变量如何和查看这个参数变量对径向力的影响变化？