利用MAXWELL分析电机中的瞬态电场磁场

1、 摘要在日常生活中，对于电机的应用无处不在， 几乎所有用电设备都涉及到电机的应用。而Ansoft Maxwell是一个款很强大的物理渲染器，用来分析电机十分方便。在此，为了研究电机中磁场和电流的瞬态场情况，我们利用Ansoft Maxwell14.0分析了电机定子转子中的磁场和电流。分析过程中按照建模、设置材料、设置激励、设置部分规则、设置求解规则等步骤最终成功模拟了电机中的瞬态场，并得到了磁体中的磁场强度矢量图等图。目录1 建模11.1 创建定子模型11.2 创建转子模型21.3 创建转子线圈21.4创建激励电流加载面31.5 创建Region区域31.6 旋转转子32 设置材料43.设置激

2、励43.1 定义绕组43.2 设置外部激励电路53.3 在Maxwell 3D下设置外部激励54 设置剖分规则55 设置涡流效应56 设置求解规则57 CHECK & RUN68 后处理68.1 绘制模型中间对称面上磁体中的磁场强度矢量图68.2 绘制模型中间对称面上磁体中的电流强度幅值图78.3 绘出激励电流随时间变化的曲线71 建模打开maxwell 14.0 创建一个新的3D设计项目并将求解器设定为Transient 类型，然后将几何尺寸单位设定为mm。1.1 创建定子模型如图1-1所示，在坐标原点处创建两个同轴圆柱，然后将内部的圆柱体设置为空白部分，剩余的部分作为定子的外磁路。

3、结果如图1-2所示。图1-2图1-1两圆柱体的参数如下图1-3，图1-4所示。图1-3图1-4再利用镜像复制两个小长方体，使其贴近定子外磁路的内侧，并将朝向远点一侧的裁成弧形，作为定子的俩个磁极。如图1-5，图1-6所示。最后将定子组合到一起。图1-6图1-51.2 创建转子模型仿照创建定子外磁路的方法，以原点为圆心创建一个空心圆柱作为转子。再在对应定子磁极的地方贴近转子创建两个方块做为转子磁极。同样将转子磁极的表面裁成弧形。如图1-7所示。图1-71.3 创建转子线圈图1-8先创建一个矩形框和一个矩形，然后利用Uncover Faces 的到一个闭合的矩形框线，将其边圆化后移动到定子的磁极上

4、并利用镜像复制得到另一侧的矩形框线，将绘图平面设定为YZ，使用Rectangle得到导线的截面。如图1-8所示。1.4创建激励电流加载面选中两线圈后按操作Modeler > Surface>Section > XY，Modeler > Boolean>Separate Bodies得到激励电流加载面。如图1-9所示。图1-91.5 创建Region区域设为250%1.6 旋转转子将转子以Z轴为轴旋转29.5°。如图1-10所示。图1-102 设置材料选择Assign Material > Add Material 创建新材料材料，并设置新材料的参数

5、如下图2-1所示，并将定子和转子的材料都设定为arm steel。将线圈材料设定为Copper（铜）。将电导率Bulk Conductivity设为1000000S/m图2-13.设置激励3.1 定义绕组在Sheets栏下选中1个电流加载面，Assign Excitation > Coil Terminal >350，在Number of Conductors栏输入350。在Sheets栏下选中另1个电流加载面，Assign Excitation > Coil Terminal，在Number of Conductors栏输入350。定义新的绕组Winding1，将之前得到的

6、线圈截面归于其中。3.2 设置外部激励电路打开Maxwell Circuit Editor，按图3-1绘制电路图并设置电压脉冲源的参数如图3-2所示，电阻值为3.09欧姆。导出网络连接表，将文件命名为：“trans_circ”，将工程保存为“rot_ext_circuit”，保存目录不能含有中文。完成后退出Maxwell Circuit Editor。图3-2图3-13.3 在Maxwell 3D下设置外部激励在Import Circuit中导入“trans_circ.sph”文件。4 设置剖分规则将元素最大长度设定为10mm。5 设置涡流效应打开Set Eddy Effects，在Eddy Effects一栏中勾选定子和转子。6 设置求解规则打开Add Solution Setup，将求解规则设定为如图6-1所示。、图6-17 CHECK & RUN8 后处理8.1 绘制模型中间对称面上磁体中的磁场强度矢量图选中定子和转子创建列表并将处理结果的时间间隔设定为0.01s。将坐标系设定为XY后绘制模型中间对称面上磁体中的磁场强度矢量图。得到图8-1，可以看出磁场强度在定子和转子内的情况。图8-18.2 绘制模型中间对称面上磁体中的电流强度幅值图同样选中定子和转子后，绘制模型中间对称面上磁体中的电流强度幅值图。得到图8-2，可看出电流的集肤效