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Topic–MotorApplicationNote基于MAXWELL2D的永磁电机研究：以丰田公司2004年推出的普锐斯混合动力车用内置永磁驱动电机为例进行阐述AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote对研究对象电机的说明对研究对象电机的说明Ansoft公司推出的机电系统仿真软件包Maxwel2D是一款功能强大的电机仿真软件,本文档将详细阐述了Maxwel2D在电机稳态、暂态仿真中的应用。本应用文档将以丰田公司2004年推出的普锐斯混合动力车用驱动电机为例进行阐述。该永磁电机为8极内置式转子磁路结构，定子为48槽，绕组为三相单层结构。由于该电机是对外公布的，我们可以获得电机的整套参数。同时在本应用文档中我们引用该电机在OkRid国家实验室的测试数据中我们引用该电机在OakRidge国家实验室的测试数据。注:该应用实例并非与丰田公司合作完成参考文献:参考文献:ReportonToyota/PriusMotorTorqueCapability,TorqueProperty,No-LoadBackEMF,andMechanicalLosses,J.S.Hsu,Ph.D.,C.W.Ayers,C.L.Coomer,R.H.WilesOakRidgeNationalLaboratoryReportonToyota/PriusMotorDesignandmanufacturingAssessmentJ.S.Hsu,C.W.Ayers,C.L.CoomerOakRidgeNationalLaboratoryEvaluationof2004ToyotaPriusHybridElectricDriveSystemInterimReportAnsoftMaxwellFieldSimulatorEvaluationof2004ToyotaPriusHybridElectricDriveSystemInterimReportC.W.Ayers,J.S.Hsu,L.D.Marlino,C.W.Miller,G.W.Ott,Jr.,C.B.OlandOakRidgeNationalLaboratoryTopic–MotorApplicationNote分析内容概述分析内容概述:一般步骤创建3D模型改变3D模型的尺寸指定电机所用材料的属性指定主/从边界条件稳态分析稳态分析瞬态分析齿槽转矩求解齿槽转矩求解AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote入门步骤启动Maxwell1.启动Maxwell,单击Microsoft的开始按钮,选择ProgramsAnsoftMaxwell12.设置工具栏选项设置工具栏选项:注:为与本例中的所列步骤保持一致，检查工具栏选项是否按如下设置：选中菜单栏ToolsOptionsMaxwell2DOptions选中菜单栏ToolsOptionsMaxwell2DOptions1.Maxwell选项窗口：1.左键单击GeneralOptions对话框UseWizardsfordataentrywhencreatingnewboundaries:;CheckedDuplicateboundarieswithgeometry:;Checked2.左键单击OK键2.左键单击OK键2.选中菜单项ToolsOptionsModelerOptions.3.3D模型选项窗口：1.左键单击Operation对话框Automaticallycoverclosedpolylines:;Checked2.左键单击Drawing对话框Editpropertyofnewprimitives:;CheckedEditpropertyofnewprimitives:;Checked3.左键单击OK键AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建个新程创建一个新工程创建一个新工程:1.在Maxwell窗口中,左键单击工具栏图标,或选中菜单栏FileNew.2.右键单击工程名,然后选择弹出的快捷菜单栏rename项，改变工程名为Prius3.选中菜单栏ProjectInsertMaxwellDesign,或单击图标4.右键单击Maxwelldesign1，然后选择弹出的快捷菜单栏Rename项，重命名为1_Whole_Motor设置模型单位选中菜单栏3DModelerUnits.选择单位:mm(millimeters)AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型电机所有主要部件均可由Maxwell中的UserDefinedPrimitives来生成。创建电机的定子:使用一个用户预先定义的模型（UDP）来创建定子使用一个用户预先定义的模型（UDP）来创建定子。选中菜单栏DrawUserDefinedPrimitiveSyslibRmxprtSlotCore采用下表所列数据来创建电机的定子AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型(续)右键单击在绘图窗口中刚刚创建的物体并重命名为Stator注:稍后再指定材料属性创建电机的转子使用一个用户预先定义的模型来创建转子选中菜单栏DrawUserDefinedPrimitiveSyslibRmxprtIPMCore采用下表所给定的数据来创建转子AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型(续)右键单击在绘图窗口中刚刚创建的物体并重命名为Rotor。创建电机永磁体修改UDP参数，生成永磁体。可通过计算UDPs来生成不同的拓扑结构。选中转子，并使用Ctrl+C,Ctrl+V等复制、粘贴命令，生成一个新的物体Rotor1。AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型(续)在模型树中,左键双击Rotor1的‘CreateUserDefinedPart’并打开命令对话框将InfoCore这一栏中的0(Core)改为1(Magnets)将物体的名称由Rotor1改为Magnets。将永磁体的颜色由默认色改为浅红色。AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型(续)创建定子绕组我们同样可使用预定义的模型来创建定子绕组。选中菜单栏DrawUserDefinedPrimitiveSyslibRmxprtLapCoil使用下面所给出数据来创建定子绕组将材料的属性由vacuum更改为Copper。选中LapCoil1并将其颜色改为yellow。AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型(续)选中物体LapCoil1,并将其沿Z轴方向旋转7.5度,右键单击选中菜单项EditArrangeRotate或使用工具栏图标。选中物体LapCoil1，这个线圈为A相的第一个绕组.现在我们复制这个绕组来生成B相和C相的第一个绕组。右键单击并选中菜单栏EditDuplicateAroundAxis或使用工具栏图标。重命名LapCoil1_1为PhaseC，并更改其颜色为深绿色；重命名LapCoil1_2为PhaseB，并更改其颜色为淡蓝色；重命名Lapcoil1为PhaseA.AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型(续)选中物体PhaseA,PhaseB及PhaseC，右键单击并选中菜单栏EditDuplicateAroundAxis或使用工具栏图标。在Angle栏中输入45，单位为degrees，在totalnumber栏中输入8。这就生成了我们所需的所有绕组。AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote创建2D模型(续)创建2D模型(续)我们创建的电机的几何模型如下图所示：根据我们所用的求解器的不同及我们需要获得的电机的性能参数，有可能会增加新的物体（在设置剖分和运动属性时会用到）。保存工程右键单击‘1Wholemotor’并选择‘Copy’保存工程，右键单击1_Whole_motor，并选择Copy。右键单击工程名并选择‘Paste’，更改所复制的工程名称为2_Partial_motor.我们可充分利用电机的拓扑结构来减小所仿真电机的尺寸。电机的极数为8，我们可只仿真电机的一个周期。这是可行的，因为电机的定子结构为:48槽(48被8整除).三相定子绕组以４５度为一周期分布.从现在开始,我们将使用‘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。AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote减小2D模型的尺寸(续)从模型树下选择所有物体(或者你可使用ctrl-A命令)。右键单击并选中菜单栏EditBooleanSplit或使用工具栏图标。选择XZplane并选定positiveside。注意:在这些过程中，对话栏中会出现一些信息。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。我们获得了电机的半个区域的模型。继续选定所有选中的物体,右键单击并选中菜单栏或选择具栏图标沿轴旋转方向输入单栏EditArrangeRotate或选择工具栏图标。沿Z轴旋转方向输入-45deg。被选中的物体继续进行操作,右键单击并选中菜单栏EditBooleanSplit或使用工具栏图标。选择XZplane并选择negativeside。被选中的物体继续进行操作,右键单击并选中菜单栏EditArrangeRotate或使用工具栏图标。选择沿Z轴方向旋转并输入45deg。AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote减少2D模型的尺寸(续)减少2D模型的尺寸(续)所创建的2D模型如下所示重命名PhaseA为PhaseA1，重命名PhaseA_7为PhaseA2，重命名PhaseB,PhaseB_7,PhaseC及PhaseC_7分别为PhaseB1,PhaseB2,PhaseC1和PhaseC2PhaseC2.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。选中菜单栏DrawLine1.在坐标输入窗口,输入方体的位置X00Y00Z00按Et键输入X:0.0,Y:0.0,Z:0.0,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:0.0,按Enter键输入3.左键单击Enter两次结束绘图AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote减小2D模型的尺寸(续)选择Polyline1，右键单击并选中菜单栏EditSweepAroundAxis.参数按下面所列出的输入:重命名区域Plli1为Ri确认我们所选用的材料为真空同时你可以通重命名区域Polyline1为Region。确认我们所选用的材料为真空。同时，你可以通过增加区域的透明度来改变其渲染效果。AnsoftMaxwellFieldSimulatorTopic–MotorApplicationNote设置电机材料属性永磁材料特性.丰田Prius混合动力车驱动电机所用永磁材料(PMs)是一种高强度的永磁体。为定义永磁体磁化方向我们需要为单独的定义