AnsoftmaxwellV12Prius2D

2023年11月23日发(作者：2016海马福美来价格表)

AnsoftmaxwellV12Prius2D

Topic – Motor Application Note

基于MAXWELL 2D 的永磁电机研究： 以丰?公司2004年推出的普锐斯混合动? 车?内置永磁驱动电机为例进?阐述

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Topic – Motor Application Note

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?款功能强?的电机仿真软 件, 本?档将详细阐述了Maxwel2D在电机稳

态、暂态仿真中的应?。 本应??档将以丰?公司2004年推出的普锐斯混合动?车?驱动电机为例进?阐 述。该永磁电机为

8极内置式转?磁路结构，定?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??档 O k Ridge Rid 国家实验室的测试数据。 国家实验室的测试数据 中我们引?该电机在Oak

注: 该应?实例并?与丰?公司合作完成

参考?献:

Report on Toyota/Prius Motor Torque Capability, Torque Property, No-Load Back EMF, and Mechanical Losses, J. S. Hsu,

Ph.D., C. W. Ayers, C. L. Coomer, R. H. Wiles Oak Ridge National Laboratory Report on Toyota/Prius Motor Design and

manufacturing Assessment J. S. Hsu, C. W. Ayers, C. L. Coomer Oak Ridge National Laboratory Evaluation of 2004 Toyota

Prius Hybrid Electric Drive System Interim Report C. W. Ayers, J. S. Hsu, L. D. Marlino, C. W. Miller,G. W. Ott, Jr.,C. B. Oland

Oak Ridge National Laboratory

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分析内容概述:

?般步骤 创建3D模型 改变3D模型的尺? 指定电机所?材料的属性 指定主/从边界条件

稳态分析

瞬态分析

齿槽转矩求解

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?门步骤

启动 Maxwell

1.

启动Maxwell, 单击 Microsoft 的开始 按钮, 选择 Programs>Ansoft>Maxwell 12.

设置?具栏选项

设置?具栏选项: 注: 为与本例中的所列步骤保持?致，检查?具栏选项是否按如下设置： 选中菜单栏 Tools > Options >

Maxwell 2D Options 1. Maxwell 选项窗?： 1. 左键单击 General Options 对话框 Use Wizards for data entry when creating

new boundaries: ; Checked Duplicate boundaries with geometry: ; Checked 2. 左键单击 OK 键 2. 选中菜单项 Tools >

Options > Modeler Options. 3. 3D 模型选项窗?： 1. 左键单击 Operation 对话框 Automatically cover closed polylines: ;

Checked 2. 左键单击 Drawing 对话框 Edit property of new primitives: ; Checked 3. 左键单击 OK 键

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创建 个新 程 创建?个新?程

创建?个新?程: 1. 在Maxwell窗?中, 左键单击 ?具栏 图标, 或选中菜单栏 File > New. 2. 右键单击?程名, 然后选择弹出的快

捷菜单栏rename项， 改变?程名 为 Prius 3. 选中菜单栏 Project > Insert Maxwell Design, 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 3D Modeler > Units. 选择单位: mm (millimeters)

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创建2D模型

电机所有主要部件均可由Maxwell中的User Defined Primitives来?成。

创建电机的定?:

）来创建定? 使??个?户预先定义的模型（UDP）来创建定?。 选中菜单栏 Draw > User Defined Primitive > Syslib >

Rmxprt > SlotCore 采?下表所列数据来创建电机的定?

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创建 2D 模型 (续)

右键单击在绘图窗?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?

使??个?户预先定义的模型来创建转? 选中菜单栏 Draw > User Defined Primitive > Syslib > Rmxprt > IPMCore 采?下表

所给定的数据来创建转?

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创建2D模型 (续)

右键单击在绘图窗?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，?成永磁体。可通过计算UDPs 来?成不同的拓扑结构。 选中转?，并使? Ctrl+C, Ctrl+V 等复制、粘贴命

令，?成?个新的物体 Rotor1 。

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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?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?由默认?改为浅红?。

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创建2D模型 (续)

创建定?绕组

我们同样可使?预定义的模型来创建定?绕组。 选中菜单栏 Draw > User Defined Primitive > Syslib > Rmxprt > LapCoil 使?

下?所给出数据来创建定?绕组

将材料的属性由 vacuum 更改为 Copper。 选中 LapCoil1并将其颜?改为 yellow。

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创建 2D模型 (续)

选中物体 LapCoil1, 并将其沿Z轴?向旋转 7.5 度, 右键单击选中菜单项 Edit > Arrange > Rotate 或使??具栏图标 。

选中物体 LapCoil1，这个线圈为A相的第?个绕组. 现在我们复制这个绕组来?成 B相和C相的第?个绕组。 右键单击并选中

菜单栏 Edit > Duplicate > Around Axis 或使??具栏图标 。

重命名 LapCoil1_1 为PhaseC，并更改其颜?为深绿?；重命名 LapCoil1_2 为 PhaseB，并更改其颜?为淡蓝?；重命名

Lapcoil1 为 PhaseA.

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创建 2D 模型 (续)

选中物体 PhaseA, PhaseB 及 PhaseC， 右键单击并选中菜单栏 Edit > Duplicate > Around Axis 或使??具栏图标 。在

Angle栏中输? 45 ，单位为degrees ， 在 total number栏中输?8。这就?成了我们所需的所有绕组。

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创建 2D 模型 (续)

我们创建的电机的?何模型如下图所?：

根据我们所?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?

到）。 保存?程，右键单击 保存?程 右键单击 ‘1_Whole_motor 1 Whole motor’， 并选择 ‘Copy’。

右键单击?程名并选择 ‘Paste’， 更改所复制的?程名称为 2_Partial_motor. 我们可充分利?电机的拓扑结构来减?所仿真电

机的尺?。电机的极数为8，我们 可只仿真电机的?个周期。这是可?的，因为电机的定?结构为: 48 槽(48被8整除). 三相定

?绕组以４５度为?周期分布. 从现在开始, 我们将使? ‘2_Partial_motor’ 来进?仿真。我们同时还有?个电机 整个区域的备

份以备在其他的研究中使?。

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减?2D模型的尺? (续)

从模型树下选择所有物体 (或者你可使? ctrl-A 命令)。 右键单击并选中菜单栏 Edit > Boolean > Split 或使??具栏图标 。 选

择 XZ plane 并选定 positive side。

注意: 在这些过程中，对话栏中会出现?些信息。这些信息提?我们?些物体由于 完全在所保留的模型之外?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 Edit > Arrange > Rotate 或选择?具栏图标

。沿 或选择 具栏图标 沿Z轴旋转?向 输? -45 deg。

被选中的物体继续进?操作, 右键单击并选中菜单栏 Edit > Boolean > Split 或使? ?具栏图标 。 选择 XZ plane 并选择

negative side。 被选中的物体继续进?操作,右键单击并选中 菜单栏Edit > Arrange > Rotate或使 ??具栏图标 。 选择沿Z轴

?向旋转并输? 45 deg。

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减少 2D 模型的尺? (续)

所创建的2D 模型如下所?

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

PhaseC2. PhaseC2

我们现在可以创建?个包围电机的区域 。由于磁?线分布集中在电机内部，所以 我们不需要创建很?的区域。

选中菜单栏Draw > Line 1. 在坐标输?窗? , 输??体的位置 X 0.0, X: 00 Y Y: 0 0.0, 0 Z Z: 0 0.0, 0 按 Enter E t 键输? 2. 在坐

标输?窗?, 输??体的相对尺? dX: 200.0, dY: 0.0, dZ: 0.0, 按 Enter 键输? 3. 左键单击 Enter两次 结束绘图

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减? 2D 模型的尺? (续)

选择 Polyline1， 右键单击并选中菜单栏 Edit > Sweep > Around Axis. 参数按下?所列出的输?:

重命名区域 Polyline1 P l li 1 为Region R i 。确认我们所选?的材料为真空。同时，你可以通 确认我们所选?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。

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设置电机材料属性

永磁材料特性.

丰?Prius混合动?车驱动电机所?永磁材料 (PMs) 是?种?强度的永磁体。 我们需要为单独的定义每 块永磁体 选择

Magnets M t .右 为定义永磁体磁化?向, 我们需要为单独的定义每?块永磁体。选择 键单击并选中菜单栏Edit > Boolean >

Separate Bodies。重命名 Magnets 为 PM1 以及重命名 Magnets_Separate1 为 PM2. 由于永磁体是不断旋转的，使?固定坐

标系 (CS)对其进?定向是不可能的。所以 我们有必要使??坐标系。?坐标系是?种与物体的表?相关联的坐标系。当物 体

旋转时，?坐标系随之旋转。 丰?普瑞斯混合动?车驱动电机所?永磁体 定向如下图所?。因此我们有必要使 ??坐标系对

每?永磁体进?定向。

切换从物体到表?模式可通过单击 ‘f’按钮或使??具栏图标

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设置电机材料属性 (续)

选择永磁体 PM1 的表?如下图所?

建?与这表?相关联的?坐标系 1. 选中菜单栏3D Modeler > Coordinate System > Create > Face CS 或选中? 具栏图标 。 2.

这时模型处于绘图状态，我们希望?坐标系的坐标原点处于被选中的平?上 。我们??标捕捉?的任?对?点，可使? “snap

to vertex symbol”” 。这 样就确定了?坐标系的中?。

3.

你还需要确定 X轴的?向，?标捕捉?的另?顶点。

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设置电机材料属性 (续)

我们建?了?坐标系。它的默认名为 FaceCS1。我们可重命名 FaceCS1 为 PM1_CS.

重复同样的操作来建?与PM2 关联的?坐标系 PM2_CS PM2 CS 。我们要确认它的 X 轴 正?向指向?隙。

如下所?，可通过单击Global 来重置?作坐标系为全球坐标系。

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