氣隙的案例
基于Ansoft Maxwell 的電機氣隙徑向磁密求取
基于Ansoft Maxwell 的電機氣隙徑向磁密求取
氣隙徑向磁密求取是最基本的軟件操作，官方文檔上本有這部分的講解，但因為這個問題依舊被不斷問起，故本人寫了一個粗糙的文檔，希望能對大家有所幫助，寫的時間倉促，本人水平亦平平，定有許多不當乃至錯誤，歡迎您的指正與指導。
基于Ansoft Maxwell 的電機氣隙徑向磁密求取_y1949b編寫.part4.rar
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展開 DTAS 國產三維尺寸公差分析軟件&尺寸鏈計算-電機氣隙公差分析報告
電機氣隙公差分析報告
DTAS 3D軟件幫助解決尺寸公差分析與尺寸鏈計算的問題
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模型準備
問題描述：
氣隙對電機的各種性能，均有一定的影響。在電機設計和制造過程中，都被視為關鍵尺寸控制指標之一。在當前公差和制造工藝下，電機氣隙滿足什么樣的分布規律？
零件尺寸
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模型創建
裝配建立
Step1：定子安裝到機座
裝配方式：單孔單銷
注：定子外徑與基座內徑通常是過盈配合，將孔銷浮動方式設置為無浮動，可以模擬過盈配合。
Step2：后端蓋安裝到機座
裝配方式：321
注：后端蓋徑向止口作為主定位面，后端蓋軸向止口作為主定位銷，選擇一個后端蓋緊固孔作為次定位孔。
Step3：前端蓋安裝到機座
裝配方式：321
注：前端蓋徑向止口作為主定位面， 前端蓋軸向止口作為主定位銷， 選擇一個前端蓋緊固孔作為次定位孔。
Step4：轉子總成安裝到前后端蓋機座總成
裝配方式：三點裝配
注：轉子需要轉動，轉子總成裝配后需要放開轉軸的轉動自由度，可以利用三點裝配約束轉子軸與前后端蓋軸承室中心連線同軸。
裝配測量
測量目標：轉子與定子徑向間隙
測量方式：兩點測量
注：轉子與定子為軸對稱圖形，取轉軸中心為中心點，做一條通過中心點的直線，直線與定子內徑、轉子外徑的較大作為測量點。
展開 尺寸公差分析軟件如何計算【電機氣隙案例】？
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DTAS 3D軟件幫助解決尺寸公差分析與尺寸鏈計算的問題——電機案例
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問題描述：
氣隙對電機的各種性能，均有一定的影響。在電機設計和制造過程中，都被視為關鍵尺寸控制指標之一。在當前公差和制造工藝下，電機氣隙滿足什么樣的分布規律？
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裝配建立
Step1：定子安裝到機座
裝配方式：單孔單銷
注：定子外徑與基座內徑通常是過盈配合，將孔銷浮動方式設置為無浮動，可以模擬過盈配合。
Step2：后端蓋安裝到機座
裝配方式：321
注：后端蓋徑向止口作為主定位面，后端蓋軸向止口作為主定位銷，選擇一個后端蓋緊固孔作為次定位孔。
Step3：前端蓋安裝到機座
裝配方式：321
注：前端蓋徑向止口作為主定位面， 前端蓋軸向止口作為主定位銷， 選擇一個前端蓋緊固孔作為次定位孔。
Step4：轉子總成安裝到前后端蓋機座總成
裝配方式：三點裝配
注：轉子需要轉動，轉子總成裝配后需要放開轉軸的轉動自由度，可以利用三點裝配約束轉子軸與前后端蓋軸承室中心連線同軸。
裝配測量
測量目標：轉子與定子徑向間隙
測量方式：兩點測量
注：轉子與定子為軸對稱圖形，取轉軸中心為中心點，做一條通過中心點的直線，直線與定子內徑、轉子外徑的較大作為測量點。
公差仿真模型
仿真計算
仿真計算結果分析
展開 
DTAS 國產三維尺寸公差分析軟件&尺寸鏈計算電機氣隙分析報告
以下分享的是電機的案例報告分析
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模型準備
問題描述：氣隙對電機的各種性能，均有一定的影響。在電機設計和制造過程中，都被視為關鍵尺寸控制指標之一。在當前公差和制造工藝下，電機氣隙滿足什么樣的分布規律？
零件尺寸
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?裝配建立
Step1：定子安裝到機座
裝配方式：單孔單銷
注：定子外徑與基座內徑通常是過盈配合，將孔銷浮動方式設置為無浮動，可以模擬過盈配合。
Step2：后端蓋安裝到機座
裝配方式：321
注：后端蓋徑向止口作為主定位面，后端蓋軸向止口作為主定位銷，選擇一個后端蓋緊固孔作為次定位孔。
Step3：前端蓋安裝到機座
裝配方式：321
注：前端蓋徑向止口作為主定位面，前端蓋軸向止口作為主定位銷，選擇一個前端蓋緊固孔作為次定位孔。
Step4：轉子總成安裝到前后端蓋機座總成
裝配方式：三點裝配
注：轉子需要轉動，轉子總成裝配后需要放開轉軸的轉動自由度，可以利用三點裝配約束轉子軸與前后端蓋軸承室中心連線同軸。
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氣隙徑向磁密求取是最基本的軟件操作，官方文檔上本有這部分的講解，但因為這個問題依舊被不斷問起，故本人寫了一個粗糙的文檔，希望能對大家有所幫助，寫的時間倉促，本人水平亦平平，定有許多不當乃至錯誤，歡迎您的指正與指導。
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新能源驅動電機NVH設計與優化
4 仿真分析結果
基于Maxwell對兩種氣隙的電機二維模型，并進行了電磁仿真，為了建立電機內部磁場，做以下假定條件：
（1）忽略電機端部效應，電機磁場沿軸向均勻分布；
（2）鐵心沖片材料各向同性；
（3）電機殼體外部和電機軸磁場忽略不計；
（4）磁鋼被均勻磁化；
（5）電機不采用斜級結構（忽略斜級對氣隙的影響，但扭矩波動較大）；
經過電磁仿真計算，得到了兩種氣隙電機的扭矩仿真結果，如下圖圖3和圖4所示。仿真分析結果說明，0.6mm氣隙電機最大扭矩為360Nm、波動為23%，0.9mm氣隙電機電磁激勵為336Nm、波動為18%，隨著氣隙的增大，電機的輸出扭矩變小，同時扭矩波動減少。扭矩減小主要原因有兩方面：1）氣隙增加，空氣磁導率低，磁路磁阻增大，磁力線通過能力減弱；2）在切向結構的永磁同步電機中，轉軸側永磁體端部存在較大漏磁，氣隙長度增加，漏磁也增加。因此，單從輸出扭矩角度考慮，更傾向設計小氣隙電機。扭矩波動減少這是因為減小氣隙后，氣隙磁場諧波分量減小，也同時降低扭矩諧波分量，降低扭矩波動，這有利于改善車輛抖動。
表1 電機參數介紹
圖1 0.6mm氣隙值電機扭矩仿真值
圖2 0.9mm氣隙值電機扭矩仿真值
圖3 0.6mm氣隙值電機氣隙磁密
圖4 0.9mm氣隙值電機氣隙磁密
圖5 0.6mm氣隙電機氣隙磁密FFT分析
圖6 0.9mm氣隙電機氣隙磁密FFT分析
進一步對電機氣隙磁密進行了分析，仿真分析結果如下圖3和圖4所示，分析表明：0.9mm氣隙電機的氣隙磁密較0.6mm氣隙電機諧波分量小，有利于降低電機徑向力波動，減少電機徑向振動，從而改善電機NVH表現。
展開 大方坯連鑄結晶器內初凝坯殼角部氣隙形成過程-MSC.Marc仿真模擬
上圖為大方坯凝固過程角部氣隙形成過程及溫度場演變，模擬采用的cae軟件為MSC公司的非線性分析產品Marc
計算過程中耦合分析了渣層厚度的演變
此外，還包含了凝固坯殼的蠕變行為分析
有需要的朋友可以隨時找我交流
詳解軸向磁通盤式電機
簡介：軸向磁場電機的氣隙是平面型的，氣隙磁場是軸向的，所以又稱為盤式電機，也叫圓盤電機。軸向磁場電機結構緊湊、體積小、重量輕、轉矩密度高。世界上第一臺電機就是法拉第的圓盤發電機。
盤式電機特點
1）外形扁平、軸向尺寸短，特別適用于安裝空間有嚴格限制的場合。
2）氣隙是平面型的，氣隙磁場是軸向的，所以又稱為軸向磁場電機(axial filed machines)。
3）盤式電機的工作原理與柱式電機相同。
★盤式電機結構 ★
盤式電機有單盤、雙盤、復合盤等多種構型。
在傳統電機結構中，定子在外圍，轉子在中間旋轉，見下右圖，定子與轉子之間的間隙為柱面，見下左圖，圖中半透明的柱面即為氣隙面，磁力線垂直于氣隙面，與所在點直徑方向平行，稱為徑向氣隙磁通。
在多數盤式結構電機中，定子與轉子都呈盤型結構，兩者間的氣隙是與電機轉軸垂直的平面，下左圖是該氣隙平面，用半透明表示該氣隙面。磁力線垂直于氣隙面，與轉軸方向平行，稱為軸向氣隙磁通。
1
單一盤式結構
單一盤式結構簡單，要解決軸向力不平衡問題，轉矩密度不是很大，應用場合多用于發電機。
2
中間轉子-雙定子結構(S-R-S)
中間轉子結構是帶磁鋼的轉子盤，安裝在正中間，兩端設置定子繞組鐵芯。轉矩密度上升了，左右兩側鐵芯的磁拉力可以相互抵消的，解決了不平衡軸向力的問題，中間轉子結構的另一個優點是繞組和鐵芯的散熱效率非常高。
展開 三相永磁同步電機故障診斷與分析
同時，通過對輸出轉矩的分析，匝間短路故障導致了轉矩波動的增加，這表明了氣隙磁場發生了畸變。if產生了一個脈振磁場，它會引起氣隙磁場的畸變，產生不同于正常運行時的電磁力波，進而導致電機的電磁轉矩發生變化。這不但會影響電機的機械性能，還會增大電機定轉子徑向振動，發出異常的機械噪聲。而振動的增大又會導致定子繞組匝間短路故障的進一步惡化，同時短路電流還可以形成去磁磁動勢，使電機永磁體發生不可逆失磁。因此，對于永磁同步電機定子繞組匝間短路故障的早期診斷，是非常有必要的。
3.2 轉子偏心故障分析
轉子偏心故障可分為靜態偏心故障、動態偏心故障二種類型。產生靜態偏心的主要原因是即定轉子不同軸心，造成動態偏心的原因是轉軸彎曲或軸承損壞等。靜偏心故障是電機普遍存在的故障，靜偏心相當于轉子旋轉中心從定子中心向某個方向偏移，使轉子在此方向相對于定子偏心，定、轉子間氣隙發生變化，這種氣隙偏心固定在某一位置，它不隨轉子旋轉而改變位置。動偏心故障也屬于電機常見的故障類型，動偏心相當于轉子中心從定子中心向某個方向偏移，但轉子旋轉中心沒有偏移，這種氣隙偏心隨轉子轉動而轉動。
當電機發生偏心故障時，會影響到氣隙磁場，所以對氣隙磁場加以監測，將是電機故障檢測的一個可行的方法。如在氣隙中安放探測線圈，通過線圈中的感應電動勢就可以知道氣隙磁場的變化情況。
提出一種在電機電樞繞組槽內設置三組探測線圈（三組探測線圈在空間位置互差120度）的方式來檢測電機偏心故障的發生。這樣做可以減小故障診斷系統的成本，減少相應的電壓傳感器數量。該方法的檢測原理為：當電機旋轉時，旋轉的氣隙磁場會在三個探測線圈中產生電壓，通過檢測各個線圈電壓的幅值和波形，可以得知氣隙磁場的變化，進而達到檢測電機故障的目的。
展開 車用永磁同步電機的電磁噪聲分析與抑制
電磁力波與氣隙磁密關系密切，只要電機通電或旋轉就會產生電磁噪聲。徑向電磁力波會通過定子齒部傳遞到輒部,引起定子覘部圓周方向的形變,是電機電磁噪聲的主要激勵源。本文采用的6極36槽電機的非零最小電磁力波階數為6,6階電磁力波對電磁噪聲貢獻較小，可以選擇在轉子側開輔助槽來優化氣隙磁密。同時對比分析轉子開輔助槽以及針對一階齒諧波的轉子分段斜極方法對齒槽轉矩和電磁力波的影響。
2.1氣隙磁密優化分析
2.1.1轉子開輔助槽
降低氣隙磁密諧波、提高氣隙磁密的正弦度是抑制電磁力波的關鍵因素。由于電樞槽的影響，內置式PMSM的氣隙磁密會存在一個不飽和區域，改變不飽和區域的寬度，可以提高氣隙磁密正弦度。轉子無輔助槽、〃軸位置開1個輔助槽和d軸對稱位置開2個輔助槽的示意圖如圖4所示，圖5為不同位置輔助槽下的空載氣隙磁密。由圖5可以看出d軸位置開槽會使位置a處氣隙磁密出現更嚴重的下降，惡化氣隙磁密的正弦度,通過對氣隙磁密進行FFT,氣隙磁密的總諧波失真(THD)由19.61%上升到25.1% 而在d軸對稱位置開槽會使位置b處氣隙磁密下降，改善氣隙磁密的正弦性，氣隙磁密THD值由19.6%下降為16.2% .
選擇在d軸對稱位置開2個輔助槽可以改善氣隙磁密的正弦性，同時降低氣隙磁密的THD,輔助槽尺寸示意如圖6所示。為了防止輔助槽和磁鋼槽過于接近,影響電機轉子的強度，初步確定輔助槽位置角αU ( 7。，14。)、深度hC(0.6 mm,1.6 mm）、張角θU （110。160。），根據這3個參數對齒槽轉矩和氣隙磁密的影響，確認輔助槽尺寸。
表2為轉子輔助槽的位置角a在7。~ 14。
展開 
變頻空調壓縮機電機的振動噪聲優化研究
電機氣隙磁場調制行為及其轉矩分析[J]. 電工技術學報, 2020, 35(05): 921-930.
（責任編輯：張蕊）
文章來源：家電科技期刊
商用電動車用永磁同步電機電磁振動噪聲削弱方法
2 電機電磁分析
2.1 電磁力計算
由麥克斯韋應力張量法可知，施加到定子鐵心的徑向電磁力密度的解析式為
式中，fr為徑向電磁力密度，單位為N/m2 ；Br為電機氣隙磁通密度的徑向分量，單位為T；Bt為電機氣隙磁通密度的切向分量，單位為T；μ0為真空磁導率，其值為4πX10-7H/m。
由于磁力線在進入定轉子鐵心時，主要沿垂直于定轉子鐵心方向進入。而且定子鐵心所用的硅鋼片的磁導率一般在2000'?6000'之間，遠大于空氣磁導率。因此，徑向氣隙磁密所造成的影響遠遠超過切向氣隙磁密，切向氣隙磁密可忽略不計，定子鐵心的徑向電磁力可近似為以下解析式
Brδ和Bsδ分別表示此電機雙U型轉子永磁磁動勢作用于電機氣隙處所產生的磁密、定子電樞反應磁動勢作用于電機氣隙處產生的磁密，單位均為T；λδ為等效氣隙磁導 單位為H-1.
電機雙U型轉子永磁體產生的永磁磁動勢為
定子通入三相對稱電流時，定子電樞反應磁動勢為
式中，p為電機極對數；t為時間，單位為s ；θ和?μ，3分別為轉子機械角度和磁動勢初相角，單位均為rad；F￡和FR*s分別為vR次氣隙諧波磁勢幅值、 電機定子繞組所通三相正弦電流產生的諧波磁動勢幅值，單位均為A；vR 、μ、vS分別為轉子永磁磁場諧波次數、 電機定子所通入三相正弦電流諧波次數、電樞反應磁場諧波次數，其大小分別為2K+ 1 ( k =0，1，2 ……)、6Kμ +1 ( k y0，±1，±2 ……)、6Kr +1 (k =0，±1，±2……)，其正、負號則分別表示諧波磁場旋轉方向的正負，諧波磁場的次數由其絕對值所代表。
展開 iEmSim電機自動設計仿真軟件介紹(2025版)
自動完成有限單元網格剖分和磁場結果后處理，利用有限單元法分析電機電磁場，并和電路網絡耦合在一起做電磁暫態特性計算，包括線圈電感、繞組電感、繞組磁鏈、繞組電流、繞組電壓、氣隙磁通密度、氣隙磁力密度、電磁轉矩、齒槽轉矩、轉子轉速、轉子加速度、轉子旋轉角度位移等。對不同負載工況、不同運行轉速條件均可計算。可以計算起動、繞組故障和突然短路等電磁暫態問題。利用二維傅里葉法對徑向氣隙磁通密度、切向氣隙磁通密度、徑向氣隙磁力密度、切向氣隙磁力密度進行頻域分析，得到諧波的幅值、階次、頻率、相角和轉向。
從電磁力波到噪聲：工程師如何"扼殺"電機的刺耳聲音？
電機電磁噪聲產生的原因大多如下所述：氣隙中存在各次諧波磁場，它們除產生切向力矩外，還會相互作用產生徑向電磁拉力，這種徑向力是一種行波，特稱之為徑向電磁力密度諧波或者徑向電磁力波，電磁力波作用于定子鐵心，導致定子鐵心徑向振動，定子徑向振動引起周圍空氣振動，從而產生電磁噪聲。
當電磁力波的階次低、幅值高，定子或者定子鐵心中存在該電磁力波相同階次和頻率接近的固有模態，該電磁力波會引起定子或者定子鐵心共振，從而導致高的電磁噪聲。
解決電磁噪聲問題，首先要準確分析和計算電磁力波。通過修改電機結構參數，削弱或者消除引起電磁噪聲的電磁力波是設計低噪聲電機最有效的方法。
iEmSim中“電磁穩態(網絡路法)”可以快速計算電磁力及其諧波，電磁力顯示形式包括：空間圖、時空圖、頻域圖、曲線圖、云圖、柱狀圖、數據表格、理論解析式說明表單、結論表單、動畫等。
氣隙徑向磁力以圖形展現如圖1至圖8所示。
氣隙徑向力波以文表形式展現如圖9、圖10和圖11所示。圖9和圖10中一行數據代表一個氣隙磁力密度諧波，圖9中每個氣隙徑向力波均包含：階次、頻率、幅值、相角、轉向。圖10顯示的是每個徑向力波的階次解析式和頻率解析式。圖11顯示的每行數據代表氣隙徑向磁力密度諧波與氣隙徑向磁密諧波對的對應關系，B(n)代表磁密諧波，n為該磁密諧波在磁密諧波數據表格中的序號。通過如圖9、圖10和圖11所示的數據可以查找分析出電磁力波產生所對應的結構參數和運行工況條件，修改結構參數，比如定子槽數、轉子槽數等，可以削弱或者消除某些電磁力波。
iEmSim幫助文檔中對電機電磁振動噪聲分析基本準則有詳細總結和闡述。
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