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建立Maxwell电机全变量尺寸参数化模型仿真能力从这里出发
仿真圈
2年前
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作者 |
电机设计青年 仿真秀专栏作者
首发 |
仿真秀App
导读:
随着高性能电机的设计理念越来越先进,电机的定子结构、电枢绕组结构、转子铁芯结构、永磁体结构或者是励磁绕组的结构也越来越多样,尤其对于
新能源汽车驱动电机、航空航天起动发电机、工业伺服电机
等应用领域,需要我们全方位研究电机各个尺寸参数对其电磁性能的影响,如对感应电势基波幅值和谐波分量的影响,对转矩平均值和转矩脉动的影响,对凸极率的影响,对低阶电磁力波的影响,对交直流铜耗比的影响,对永磁体涡流损耗和抗退磁能力的影响,对效率MAP的影响等,而电机的全变量尺寸参数化模型是实现全方位电磁研究的前提。
一、电机模型精细化设计初衷
基于电机电磁性能的最优设计需要,我制作了Maxwell全变量尺寸建模精讲视频课程。该课程内容主要在Maxwell 2D/3D环境下,利用其强大的点、线、面、体建模工具以及特征编辑功能来构建电机的全变量尺寸参数化模型,如基于平行齿结构的定子铁芯模型、基于非均匀气隙的转子铁芯模型、基于多层磁障的磁阻铁芯模型、基于六边形的空心杯绕组3D模型、基于V型夹角的多层内置式永磁同步电机模型、轴向磁通电机模型、如何对外部导入几何进行参数化建模等,从而实现对电机模型的精细化设计。
课程的最主要特点就是全变量尺寸参数化建模,只要电机的拓扑结构不变,改变相应尺寸变量的值就可以得到任意大小的模型,相当于创建了一个电机模板,可以对关键变量进行参数化分析和优化分析,因此
全变量尺寸的参数化建模在电机设计中是非常有价值的
!
二、参数化电机模型结构实例演示
课程包含了多种全变量尺寸的参数化电机模型,以余弦型非均匀气隙结构为例,即转子外圆按余弦规律变化,在D轴位置处气隙长度最小,在Q轴处气隙长度最大,余弦幅值决定了最大气隙与最小气隙的比值,可研究不同余弦幅值对齿槽转矩、空载反电势基波幅值及谐波含量、转矩脉动等电磁性能的影响。
设均匀气隙结构时气隙长度为变量gap,余弦幅值为变量A,则气隙长度δ可以表示为:
当cosθ=1时,有最大气隙长度δmax=gap 2A;当cosθ=-1时,有最小气隙长度δmin=gap;最大气隙与最小气隙的比值为δmax/δmin。
设电机的极对数为变量Poles,如图1所示,均匀气隙时转子外圆直径为ODR,余弦型非均匀气隙时的转子外圆直径为变量R,则R可表示为:
图1余弦型气隙结构示意图
Maxwell 2D中以方程曲线绘制余弦型非均匀气隙结构的转子外圆方程为:
设置如图2所示:
图2 Maxwell 2D中方程曲线设置
从而得到余弦型转子外圆曲线,经过生成面域操作,便得到面域模型,如图3所示。
图3 余弦型转子外圆面域
均匀气隙结构的转子结构如图4所示,将该模型与图3所示的面域进行相交操作,便得余弦型非均匀气隙结构的转子结构模型,如图5所示。
图4 均匀转子结构
图5 余弦型非均匀气隙转子结构
至此,余弦型非均匀气隙结构的参数化模型就绘制完成,改变余弦幅值变量A的值,可以得到不同的转子结构。在Maxwell 2D中可以对变量A进行参数化分析,可以得到齿槽转矩、空载反电势基波幅值及谐波含量、转矩脉动等电磁性能随变量A的变化曲线。对变量A进行优化分析,可以得到电磁性能的最优值。
图6 不同余弦幅值下转子结构
以下内容来自我的精品课
《Maxwell全变量尺寸建模精品课42讲》
的
第二十八讲视频教程内容,希望对大家有所启发。
图7为前几次课绘制的8p48s槽永磁(磁阻)同步电机全电磁模型,由于只在横向的的磁钢槽内放置永磁体,在一个磁回路中由一对极的永磁体提供磁动势,而每极气隙磁通由一个极下的永磁体提供,属于串联式磁路结构。
图7串联式磁路结构
图8所示模型本次课主要内容:绘制两侧空气槽内永磁体参数化模型,在一个磁回路中由一个极的永磁体提供磁动势,而每极气隙磁通由一对极下的永磁体并联提供,属于并联式磁路结构。
永磁体放置在两侧空气槽内,其基本形状为矩形,如图9所示,长度PM_W和高度PM_H可以与空气槽的尺寸相关联,并跟随空气槽的变化而变化;也可以不与之关联,永磁体长度PM_W和高度PM_H为独立变量,但其最大尺寸不得超过空气槽尺寸。
图8 并联式磁路结构
图9 永磁体参数
如果在横向磁钢槽和两侧空气槽内均放置永磁体,如图10所示,则可构成串并联混合式磁路结构。
图10串并联混合式磁路结构
三、建立电机全变量尺寸参数化模型仿真能力
2022年6
月
,我在仿真秀平台原创精品课《Maxwell全变量尺寸建模精品课42讲》让你找到电机电磁性能的最优设计。旨在帮助
电机电磁设计工程师
、
在校老师、本科/研究生和
电机从业人员建立
建立电机全变量尺寸参数化模型仿真能力
。推荐大家订阅学习和我进一步技术交流。
以下是我的课程安排
本课程主要Maxwell 2D/3D环境下,利用其强大的点、线、面、体建模工具以及特征编辑功能来构建电机的全变量尺寸参数化模型,从而实现电机性能的精细化设计,本课程为订阅用户提供知识圈答疑和**流服务。
1、用户得到
提升在Maxwell 2D/3D建立电机全变量尺寸参数化模型的能力,掌握建模思路和技
巧;
通过电机全变量尺寸参数化模型,便于对各个尺寸进行参数分析和优化分析,找到设计变量和设计目标之间的内在关系,实现电机的最优设计;
对外部导入模型进行参数
化处理,从而实现参数化分析;
提供课程相关学习资料和模型下载,开具电子发票、为订阅用户提供答疑专栏服务和用户交流群,进群请联系仿真秀任意小助手。
2、适合哪些人学习
电机电磁设计工程师;
在校老师、本科/研究生;
电机从业人员;
3、讲师介绍
电机设计青年老师,现就职于某动力科技有限公司,所在团队为国内、海外知名品牌汽车公司提供驱动动力系统,驱动电机涵盖径向式/轴向式、内/外转子、轮毂/轮边式类型,冷却系统涵盖风冷、水冷、油冷方式,广泛应用于新能源汽车、航空、医疗器械等行业。
在多年工作中,积累了丰富的工作实践经验。熟练掌握ANSYS Maxwell/RMxprt等软件使用技巧,掌握航空起动发电机、新能源汽车驱动电机、工业伺服电机/空心杯电机的设计技术。在与国际业主技术交流、与竞争对手的同台竞技中,掌握了大量最新的第一手前沿资料,时刻保持设计理论精深、设计方法领先、设计手段先进的设计风格。
(完)
作者:电机设计青年
仿真秀专栏作者
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来源:仿真秀App
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首次发布时间:2022-06-24
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幽蓝舞者
老骥伏枥,志在千里
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