基于ANSYS的永磁同步电机的设计与仿真
第37卷第6期2017年12月
湖北科技学院学报
Journal of Hubei University of Science and Technology
Vol.37,No.6
Dec.2017
文章编号:2095 -4654(2017)06 -0146 -05
基于ANSYS的永磁同步电机的设计与仿真侯鹏1>2，周国鹏2，万仁卓1，周芳2，周智2
(1.武汉纺织大学电子与电气工程学院，湖北武汉430200;
2.湖北科技学院工程技术研究院，湖北咸宁437100)
摘要：为了简化研发永磁电动机的设计周期，本文提出了一种基于Ansys Maxwell软件RMxprt电磁计算模块的建模与仿真方法。# 550w永磁同步电机（PMSM)为例，首先利用基于磁路法对电机进行电磁计算，用RMxprt模块对电机本体建立几何模型，然后利用Maxwell2D进行瞬态和负载稳态运行有限元计算与分析，验证了电磁设计的合理性，同时比较了基于磁路法RMxprt的计算和Maxwell2D有限元分析相结合的电机设计过程Q结果表明，有限元分析法的精度优于磁路法，该分析方法能够为永磁同步电机设计提供一种有效途径，同时也为永磁同步电机的进一步优化提供了理论依据。
关键词：永磁同步电机;Ansys Maxwell;磁路法;有限元分析；瞬态仿真
中图分类号:T351 文献标识码:A
永磁同步电动机（Perm anent M agnet Synchronous Motor，PMSM)运行时，在它的内部存在着电磁场，这个电磁场由定子电流、永磁体所产生，电机内电磁 场的分布决定了电机性能的好坏，因此计算和仿真 分析电机内部的电磁场对设计电机本体具有重要的 意义[1]。
对电机内部电磁场的传统分析方法是建立在磁 路法的基础上，通过经验参数和实验修正进行数值 计算，计算精度不能满足现代电机设计的要求。文 献[2]应用了磁路法外加各种系数修正对异步电机 的结构设计进行了仿真与分析。文献[3]采用等效 磁路法与数值解法相结合的计算方法对多种永磁电 机的原理进行了深入的研究。有限元数值解法实质 是将连续磁场变为离散磁场来研究，把所求电磁场 区域剖分成有限多的网格，将电机模型离散化，有 限元分析法精度高，适用面广。文献[4]采用了有限 元法对单相永磁同步电机进行了仿真研究。在国 外，Li P〇等在文献[5]中应用场路耦合有限元法仿真 了永磁同步电机的稳态运行性能，Gieras等在文献[6]中用有限元法计算了同步电动机的参数和性 能，文中参数仿真能真实地反映负载时磁场的饱和 程度。总之，国内外学者对各种电机电磁场性能仿 真分析取得了一些成果，很明显利用有限元法分析 电机磁场更精确，但利用有限元法分析各种电机模 型还有待完善。
本文将采用有限元法对永磁同步电机（PMSM)内部电磁场进行数值计算与仿真分析。首先基于 RMxprt模块建立永磁电机的数学模型，然后将RMxprt模块生成的几何模型导入Maxwell2D模块，利用Maxwell2D模块对电机进行有限元仿真与分析，验证电机设计的合理性，并为进一步优化打下 基础。
一、永磁同步电机主要尺寸的确定
电机电磁设计需要确定很多尺寸，而最重要的 是电机的电枢铁心直径D和长度L。永磁同步电机 主要尺寸的确定与非永磁电机的方法相似，主要根
*收稿日期:2017 -09-19
基金项目：N SF C -浙江两化融合联合基金项目（U1509217);湖北省科技支撑计划项目（2015BAA001);湖北省中小企业科技创新基金(2015DAL069);湖北省教育厅科技计划项目（Q 20142803)