abaqus電磁仿真電機的案例
電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
圖61 A記權聲壓級
4.結論
本操作案例僅介紹了如何在ANSYS Workbench平臺上，通過Maxwell電磁模塊與Mechanical模塊進行電機的電磁結構噪聲仿真的操作流程，對電機實際結構進行仿真計算時需要充分考慮電機的結構特點。
文章來源：西莫電機論壇
新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
圖12 Simcenter3D 聲學及結構動力學高級NVH后處理功能
5 工程應用案例
近幾年來，國內各大整車廠和汽車零部件公司都對電機電磁噪聲進行了研究，并且有多篇論文投稿到我們每年的用戶大會上，需要相關文獻的可以找我們技術支持團隊索取。
6 小結
通過西門子Simcenter工具組合可以協助客戶實現整個電機電磁噪聲的仿真流程，如圖12所示。
l Simcenter Magnet 電磁仿真獲取電磁力；
l Simcenter3D Structure 結構動力學求解器計算電機結構振動；
l Simcenter3D Acoustics 聲學求解器計算電機外場輻射噪聲。
圖13 通過Simcenter工具組合實現電機電磁噪聲仿真流程
7 展望
源-傳遞路徑-接收體（Source Transfer-Receiver）模型一直是西門子STS團隊解決NVH問題用到的一個模型，上述案例中，對于電機電磁噪聲，是通過修改電機結構來避免共振，抑制電機殼體振動降低電機電磁噪聲的，相當于是在傳遞路徑上進行優化。另外一方面，我們也可以從激勵源來進行優化，例如通過我們的Simcenter Amesim進行控制策略的優化，在保證輸出扭矩的情況下，減小電磁力的波動，從而優化電機電磁噪聲。
圖14 電機噪聲優化案例
另外，現在的電驅系統的高度集成是一個發展方向，會將電機和減速器集成到一起，對于這類應用，我們會在后續內容中再進行相應的介紹。
文章來源Simcenter ECS 工程咨詢服務
展開 新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
圖11 Simcenter3D聲學及結構動力學高級NVH后處理功能
5、工程應用案例
近幾年來，國內各大整車廠和汽車零部件公司都對電機電磁噪聲進行了研究，并且有多篇論文投稿到我們每年的用戶大會上，需要相關文獻的可以找我們技術支持團隊索取。
6、小結
通過西門子Simcenter工具組合可以協助客戶實現整個電機電磁噪聲的仿真流程，如圖所示。
Simcenter Magnet 電磁仿真獲取電磁力；
Simcenter3D Structure 結構動力學求解器計算電機結構振動；
Simcenter3D Acoustics 聲學求解器計算電機外場輻射噪聲。
圖12 通過Simcenter工具組合實現電機電磁噪聲仿真流程
7、展望
源-傳遞路徑-接收體（Source Transfer-Receiver）模型一直是西門子仿真與測試解決方案解決NVH問題用到的一個模型，上述案例中，對于電機電磁噪聲，是通過修改電機結構來避免共振，抑制電機殼體振動降低電機電磁噪聲的，相當于是在傳遞路徑上進行優化。另外一方面，我們也可以從激勵源來進行優化，例如通過我們的Simcenter Amesim進行控制策略的優化，在保證輸出扭矩的情況下，減小電磁力的波動，從而優化電機電磁噪聲。
另外，現在的電驅系統的高度集成是一個發展方向，會將電機和減速器集成到一起，對于這類應用，我們會在后續內容中再進行相應的介紹。
有人說汽車NVH是一門“玄學”，因為它是一個十分復雜且難搞的問題。但是，在解決NVH問題的道路上你不會感到孤單，西門子Simcenter仿真與測試解決方案會伴你前行。
展開 求解技巧 | 永磁電機的電磁仿真常見問題
白增程
沈陽安世亞太公司
本文以永磁電機為例，簡單介紹了Maxwell如何快速計算電機仿真中比較關心的問題和參數。Maxwell自帶的一些功能插件大大減少了用戶處理數據的難度和時間，方便了用戶的使用，減小了產品研發的周期，使得電機設計的效率在一定程度上得到提升。
隨著新能源汽車的不斷發展，永磁電機的設計要求也在不斷的提高。
對設計需求有以下幾個方面：
在電磁，電氣，熱和機械極限運行條件下進行設計，滿足變化的性能需求；
電機通常在較寬的轉矩-速度范圍內運行；
日益激烈的競爭需要更短的開發周期；
實現高度優化的設計方案；
效率高、轉速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、噪聲低、成本低。
對設計工具的要求：
兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業的前、后處理功能；
電磁和熱的耦合分析必須快速高效以滿足產品研發周期的需求；
電機機械強度的分析需要在電磁設計階段同時進行，以減少設計迭代；
集成控制算法，在全運行范圍內實現電磁-熱-機械快速耦合計算。
本文以一臺永磁電機為例，重點描述永磁電機設計中比較關注的技術問題和解決方案。用簡單明了的語言和精簡關鍵的圖片展示關注問題解決步驟和結果。
展開 
方案 | 高性能電機電磁仿真方案
常見的永磁同步發電機具有結構簡單、體積小、質量輕、運行可靠、效率高等優點，隨著永磁材料性能的不斷提升、價格的逐步降低，以及電力電子的發展，永磁同步電機在各行各業應用越來越廣泛，不管國防、工農業還是日常生活，永磁同步發電及都不失為一種好的選擇。
傳統電機設計中通常分為電路和磁路計算，但實際上電和磁均是由電磁場能量所得，再加之材料的非線性特性，傳統算法很難得到精確磁路結果，嚴重影響電機性能。隨著數值計算和計算機技術的發展，有限元仿真可獲得更精準的電機計算結果，提高研發效率，提升產品性能。
ANSYS高性能電機電磁仿真方案，經歷了旋轉電機設計專家RMxprt與通用電頻電磁場仿真軟件Maxwell獨立計算，RMxprt一鍵生成Maxwell有限元仿真模型等多次理論算法與操作上的完善，在電機仿真領域地位不可動搖。
圖1為ANSYS Maxwell 2D永磁電機仿真模型，利用邊界條件，仿真對象為1/8模型，大大縮短了仿真時間，提高了研發效率。
圖1 Maxwell 2D電機仿真（1/8）模型
圖2 Maxwell 2D電機仿真場強云圖
圖2為Maxwell
2D仿真的場強云圖，通用的maxwell結果中包含電機的轉矩、轉速、三相電感、損耗等量。基于提升工程師研發效率、節省研發成本，同時也為了更方便的利用軟件處理電機設計中面臨的復雜的后處理問題，ANSYS提供了針對電機后處理開發的腳本程序UDO。
1、UDO的Average &RMS Solutions在發電機中的應用
UDO全名User
Defined Outputs，即用戶自定義輸出。是基于開放式的Python語言，用于Maxwell2D和Maxwell
3D瞬態磁場求解器，為電機（電動機和發電機均可）仿真應用開發的專業后處理腳本程序。
展開 [經驗分享]CST電磁兼容性仿真---電機堵轉
本文摘自微信公眾號：CST電磁兼容性仿真
如果對CST電磁兼容性仿真感興趣的朋友可以關注或者掃描我的微信公眾號二維碼
在我們做電機系統EMC測試的時候經常或者不可避免的會遇到電機堵轉測試的測試工況。其實堵轉測試是電驅系統性能考核指標之一。
什么是堵轉？
電機堵轉是電機在轉速為0轉時仍然輸出扭矩的一種情況。電機堵轉時電機功率因數極低，電機就像接在電源中的一個電感元件，只有其自身的電阻和電感，自然電流會大大增加。電機運行時會產生反電動勢，這是消耗電壓的主要部分。堵轉時反電勢為零，所有電壓都加載在繞組上，所以電流很大。根據電機容量的大小和加工工藝不同，電機堵轉電流一般為電機額定電流的5-12倍。因此，電機的一般性試驗就包括堵轉試驗這一項。
為什么要測堵轉？
因為堵轉工況是純電動汽車常見工況之一，堵轉特性又是電驅動系統關鍵性能考核指標之一。
其描述的主要是：
（1）在一定坡度路面啟動、停靠。
（2）駕駛員拉手剎踩油門。
（3）車輪被馬路牙子等卡死。
（4）變速器由于換擋系統或齒輪膠合導致的卡滯等工況。此時驅動電機系統輸出軸被抱死無法正常運轉而處于堵轉狀態。
堵轉測試
測試方法參考GBT 18488.2：2015中的定義，如下圖：
電機堵轉的機理
以SVPWM技術為例。SVPWM是由三相功率逆變器的六個功率開關元件組成的特定開關模式產生的脈寬調制波，能夠使輸出電流波形盡可能接近于理想的正弦波形，目前無刷電機控制常采用7段式SVPWM，三相定子電流矢量相位之間互差120°，三相電流如下式所示：
其中I為三相定子電流幅值；θ為轉子位置，即定子電流矢量與參考軸（A相電流方向）之間的夾角。由此可見，正常工作時三相電流為對稱的正弦交流電流，如圖所示。
展開 基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
圖61 A記權聲壓級
4.結論
本操作案例僅介紹了如何在ANSYS Workbench平臺上，通過Maxwell電磁模塊與Mechanical模塊進行電機的電磁結構噪聲仿真的操作流程，對電機實際結構進行仿真計算時需要充分考慮電機的結構特點。
以上文章來源于ANSYS，作者ANSYS中國
新能源汽車電機低頻電磁場仿真應用
一、背景介紹
隨著新能源汽車的普及，電機作為新能源汽車驅動系統的核心組成部分，其重要性不言而喻。電機使電能轉化為機械能，通過傳動系統將機械能傳遞到車輪，驅動汽車行駛。新能源汽車電機的發展經歷了從初步探索到技術成熟的多個階段。早期，新能源汽車電機技術相對落后，存在效率低、功率密度低、可靠性差等問題。然而，隨著科技的進步和市場的推動，新能源汽車電機技術不斷取得突破。
通過低頻電磁場仿真可以分析得出電機的磁場分布、電磁力、轉矩、功率等性能指標，從而優化電機的設計方案，提升電機性能。不僅如此，仿真分析還可實現在電機打樣前多次調整設計參數，能夠有效降低電機廠家打樣成本，提高研發生產效率和樣機出廠質量，逐漸成為電機設計制造過程中的重要環節。
二、云道智造仿真平臺
云道智造通用多物理場仿真PaaS平臺伏圖(Simdroid)具備完備的低頻電磁場分析功能，支持多物理場耦合仿真，為仿真工作者提供前處理、求解分析和后處理工具。功能特點：
電場、電流場和磁場的靜態、瞬態和時諧分析，通電導體的運動和場路耦合分析等分析類型；
電荷、電流、電壓、電路和外加電磁場等激勵；
懸浮電位、周期邊界、開放邊界和滑動邊界等邊界條件；
電容、電導、電感、損耗、電磁力等后處理計算功能。
作為仿真PaaS平臺，伏圖內置的APP開發器支持用戶以無代碼化的方式便捷封裝參數化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經驗轉化為可復用的仿真APP。封裝好的仿真APP可通過工業仿真APP商店Simapps，實現云端部署與在線應用，為用戶提供在線仿真工具。
三、電機仿真APP
1. 同步磁阻電機仿真APP
同步磁阻電機具有結構簡單、堅固耐用、效率高、調速范圍廣、成本較低等優勢。
展開 新能源汽車驅動電機NVH仿真中的電磁力處理
電機NVH是一個多物理場耦合的問題，其中涉及到的電磁、機構運動、熱流等領域，對應仿真也需要采用多個不同領域的求解器聯合求解。目前，對于由于電磁載荷引起的電機噪聲仿真一般采取先進行電磁仿真提取電磁力，然后將提取的電磁力加載到結構有限元模型上進行結構振動噪聲仿真的流程。
電磁仿真需要采用考慮運動的時域求解器，因此往往采用2D模型提高仿真分析效率。結構有限元模型往往為三維網格，求解采用頻域算法。電磁仿真的模型和結構仿真模型是兩套不同的模型網格。如何快速高效的建立電磁仿真和結構振動噪聲仿真模型之間的數據傳遞是目前大多數電機NVH仿真工程師所關心的。西門子Simcenter 3D技術團隊針對這個問題，開發了針對性的程序，可以快速方便的解決從電磁仿真到振動噪聲仿真之間電磁力處理的問題。程序功能主要應用可以概況為以下幾點：
1. 任意定子結構加載位置選擇
為了實現低噪音設計，在電機結構設計中定子齒的齒頂往往不再是圓弧形。出現了平齒、內凹、外凸等多種形狀。針對這些新的結構型式，如何能夠快速高效的提取齒頂的載荷？
在我們的程序中，只需要設置關注的區域范圍，軟件會基于實際的2D電磁網格及電磁力自動提取齒頂的電磁力，并將2D的電磁仿真計算出的電磁力拉伸為用于有限元網格加載的電磁力。通過該程序，我們可以實現：
精確考慮外凸和內凹齒面效果
精確切向力引起定子齒變形
減小電磁力文件大小
2. 基于多個穩態轉速的電磁階次力提取
在計算電機加速噪聲時的電機轉速是變化的，在電磁仿真時的工況為恒定轉速工況。電機實際的振動噪聲問題往往體現為階次的特征，所以采用階次計算的方式計算振動噪聲可以更好的對電機振動噪聲進行分析。
展開 案例分享 | 基于PERA SIM的電機電磁場仿真計算
電機作為工業中最重要的執行器件，其設計合理性對性能的影響至關重要。目前，有限元數值分析在電機前期設計階段得到了廣泛應用，一定程度上可以代替電機的樣機性能測試，并可模擬電機內電磁場的瞬變過程。
本文基于安世亞太自主研發的PERA SIM.Emag電磁仿真軟件，對IEEE Team30問題電機電磁場進行了數值模擬計算，得到了電機磁力線、磁密、損耗等分布。
感應電機二維結構如下圖所示：
基于PERA SIM.Emag電磁仿真軟件，具體仿真工況條件為：
電源頻率60Hz
轉速1200rad/s
電流有效值2892.3A
電機模型中包含定子、轉子、軸、定子繞組和轉子導條，定轉子鐵芯采用導磁材料，相對磁導率為30，定子鐵芯電導率0，轉子鐵芯磁導率1.6e6Ω/m，定子繞組為銅，轉子導條為鋁電導率3.72e7Ω/m，軸為非導磁。電機軸向長度1m。
展開 從電機優化到性能飛升！ANSYS Maxwell 低頻電磁場仿真全解析
一、軟件概述
ANSYS Maxwell 是 ANSYS 公司旗下一款功能強大的低頻電磁場仿真軟件，在電力、電子、機電等多個行業有著廣泛的應用。它基于有限元分析（FEA）、有限積分法（FIM）等先進算法，能夠精確模擬各種復雜的電磁現象，為工程師和科研人員提供可靠的設計分析工具。
二、核心功能
（一）電磁建模與分析
Maxwell 具備豐富的建模工具，可快速創建二維和三維電磁模型。用戶既可以通過軟件自帶的建模模塊繪制簡單的幾何形狀，也能導入由其他 CAD 軟件創建的復雜模型。針對不同的應用場景，它能進行靜磁場、低頻交流磁場、瞬態磁場等多種類型的分析，準確計算磁場強度、磁通密度、電磁力等關鍵電磁參數。
（二）電路與系統集成
軟件支持與電路設計工具集成，實現電磁 - 電路聯合仿真。這意味著工程師可以在一個環境中同時考慮電磁元件和電路系統的相互作用，例如在設計電機控制器時，不僅能分析電機內部的電磁場，還能模擬控制電路對電機性能的影響，從而優化整個系統的設計。
（三）材料特性定義
Maxwell 提供了廣泛的材料庫，涵蓋了各種常見的磁性材料、導電材料等。用戶可以根據實際需求自定義材料的電磁特性，如磁導率、電導率、相對介電常數等，確保模型能夠準確反映真實的物理特性。
（四）后處理與可視化
強大的后處理功能能夠將仿真結果以直觀的方式呈現出來。通過云圖、矢量圖、等值線圖等多種可視化方式，用戶可以清晰地觀察到電磁場的分布情況、電磁力的作用方向等。同時，還能提取關鍵數據進行進一步的分析和對比，幫助工程師評估設計方案的優劣。
三、具體案例分析：三相感應電動機的優化設計
（一）案例背景
某電機制造企業希望對一款三相感應電動機進行優化設計，以提高其效率和性能。
展開 
【9月7-10日 廣州】“電機設計及電磁仿真、優化” 專題
“電機設計及電磁仿真、優化” 專題
一、課程背景：
電機電磁方案設計是電機設計中的重要組成部分，特別是現在原材料成本壓力越來越大，企業對電機的成本控制更加嚴格，對于電機工程師來說需要更高電機的設計要求。以前我們進行電機設計主要通過手算結果加上經驗修正，而手算加經驗往往需要多年積累和龐大的計算量，從而造成時間成本高、產品成本高、公司競爭力下降。為縮短產品設計時間，提高產品性能，全面掌握電機電磁場情況，特舉辦“電機設計及電磁仿真、優化”專題培訓。
本次培訓針對電機行業的路算模塊，2D和3D模型有限元模塊，UDO、Toolkit插件、內置電路編輯器等方面展開，是新一代電機工程師掌握電磁仿真的必要技能。
二、增值服務：
1、贈送定制U盤一個；
2、同一單位2人報名享受9折優惠；同一單位3人以上（含）報名享受8.5折優惠；
3、課程結束后贈送10套學習資料；
4、參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
三、授課專家：
主講老師均來自著名高校、科研機構及企業的高級專家和高級工程師，長期從事CAE仿真領域的教學科研工作，從事多項國家重點研發計劃項目，具有資深的技術底蘊和專業背景，擁有豐富的科研及工程技術經驗。
四、時間地點：
2018年9月7日-9月10日 廣州
(第一天報到，授課3天)
五、課程大綱：
六、培訓費用：
1、標準費用：3800元/人（含培訓費、資料費、培訓期間午餐費、結業證書費），住宿可統一安排，費用自理。
2、定制內訓：根據企業實際問題和產品模型，結合人員水平設計課程由專家上門授課。
展開 【5月24-27日 北京】Maxwell電機電磁設計及參數優化仿真
背景
電機電磁方案設計是電機設計中最重要部分，特別是現在原材料成本壓力越來越大，企業對電機的成本控制更加嚴格，對于電機工程師來說需要更高電機設計的要求，以前我們進行電機設計往往通過手算結果再加上經驗修正，手算加經驗往往需要許多年積累并且計算量大，造成時間成本非常高，從而造成產品成本高，造成公司競爭力下降，特別現在產品設計往往要求時間更短和產品更優，近十年有限元等數值模擬方法計算的成熟，電機電磁方案設計完全可以借用有限元軟件仿真得到更好的方案，時間成本更低，除此之外還有能全面考核電機電磁場情況等優點，新一代電機工程師掌握一種仿真軟件是必要的技能，提升自身競爭力的有力說服力。
ANSYS Maxwell是現下優秀電磁場分析軟件，電機是它的最主要應用領域之一，它針對電機行業推出路算模塊，2D和3D模型有限元模塊，UDO、Toolkit等插件，還有內置電路編輯器等方面，它基本能滿足現下所有電機類型電磁設計工作。為能讓電機工程師提升電機仿真能力，快速設計高性能電機，掌握軟件的各項功能用于電機設計工作去。特舉辦“Maxwell電機電磁設計及參數優化仿真”培訓。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年5月24日-5月27日（第一天報到，授課3天）
地點：北京
主講專家
該課程講師，具有12年電磁工程仿真分析經驗，具備電磁熱等多物理場耦合仿真分析能力，一直對外提供技術咨詢服務，扎實的電磁和數值計算理論基礎；熟練掌握ANSYS EM、Workbench、Matlab等軟件，有變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等項目經驗。培訓40多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 電磁仿真設計RMxprt-6p72s電勵磁凸極同步電機
電機設計青年
仿真xiu專欄作者
電勵磁凸極同步電機即可作為電動機運行，也可作為發電機運行，其應用場合非常廣泛。在定子鐵芯上嵌放有三相電樞繞組，可使用扁導線也可使用圓導線，轉子鐵芯采用凸極結構，每個磁極上放置有勵磁繞組，與內置式永磁同步電機不同，電勵磁凸極同步電機的D軸磁路磁導率大于Q軸磁路磁導率，使得其D軸電感大于Q電感。本文采用RMxprt模塊，詳細說明其設計過程，如有不當歡迎批評指正。
“新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合” 高級設計仿真培訓
“新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合”
高級設計仿真培訓
一、課程背景：
永磁驅動電機是新能源汽車行駛中的主要執行結構，驅動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件之一，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，它是電動汽車的重要部件。電動汽車對驅動電動機主要有起動轉矩要大、恒功率區寬、調速范圍大、效率要高、能量回收率要高、尺寸要小、可靠性高等要求；同時需要電機要小型化、更安全可靠、更高效，成本要降低。因為永磁同步電動機功率密度大、調速性能好、體積更小，效率更高等特點，從而現下新能源汽車使用永磁同步電動機作為驅動電機最多。
我們知道電機內存在多種不同類型的多場耦合系統，涉及電磁、機械、電子、流體、熱場等多個學科相互影響。需要運行多場耦合系統，進行精確仿真，弄清各場的分布規律及其控制技術，在此基礎上對各種參數進行綜合分析比較和優化，這是新的電機研究方向。對現下電機設計工程師們提出更高的要求，原先的理論公式計算加經驗修正已經滿足不了當下的競爭需求，電機工程師們不僅僅需要理論分析能力，還得掌握仿真技能進行電機的電磁場、熱場、振動噪聲等性能分析，這可以說是新一代電機工程師必備技能。
利用Maxwell原理的有限元仿真軟件是工業界領先的電磁仿真軟件，能滿足電機工程師的仿真設計需求，提升高品質電機設計能力；電磁仿真軟件已集成到先進的仿真平臺WB中，WB獨特的項目圖形化界面把整個仿真過程緊密結合在一起，完成復雜的多物理場耦合分析，通過電磁場與電場、電磁場與熱場和電磁場與結構等物理場相互耦合分析驅動電機，得到其電磁場、熱場、振動等結果。為此宏新環宇信息化咨詢中心（http://hxhycae.com）特舉辦“新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合”高級設計仿真培訓。
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