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軸向磁通永磁同步電機(jī)仿真分析 01 案例背景 軸向磁通永磁同步電機(jī)也稱盤式永磁電機(jī)，因其圓盤式的結(jié)構(gòu)，加大了磁場作用面積，使得效率更高，大多呈現(xiàn)直徑較大，軸向尺寸很薄的特點(diǎn)，應(yīng)用在電梯領(lǐng)域、商用車公交車領(lǐng)域、工程機(jī)械領(lǐng)域、發(fā)電機(jī)組領(lǐng)域、增程器領(lǐng)域、軍工及航空航天領(lǐng)域等等。

參數(shù)設(shè)置 仿真APP計(jì)算結(jié)果展示（部分）立即體驗(yàn)高速永磁同步電機(jī)仿真APP：高速永磁同步電機(jī)仿真 - Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店更多仿真APP，盡在仿真APP商店Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店，歡迎體驗(yàn)！

關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)文章的內(nèi)容請參考第一篇文章： 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真系列文章——永磁同步電機(jī)模型（1） 這一篇主要討論多速率仿真、同步和異步、永磁同步電機(jī)控制器模型概述。

本文基于Motor-CAD對永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動(dòng)噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機(jī)的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機(jī)的E-NVH提供優(yōu)化途徑。

摘要針對航天永磁同步電機(jī)方案初步設(shè)計(jì)耗時(shí)長、過度依賴商業(yè)軟件的問題，基于磁路法和熱網(wǎng)絡(luò)法，提出了一套方案設(shè)計(jì)階段航天永磁同步電機(jī)磁熱性能快速預(yù)估與仿真方法。給出了定子內(nèi)徑、定子外徑、鐵芯長度、匝數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的取值準(zhǔn)則，建立了包含36個(gè)節(jié)點(diǎn)集總參數(shù)熱網(wǎng)絡(luò)模型，并以端部繞組為例給出了熱平衡方程的詳細(xì)推導(dǎo)過程。

1 前言 目前，新源汽車電機(jī)的噪聲問題變得越來越突出，電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲是設(shè)計(jì)人員研究的熱點(diǎn)問題，而電磁振動(dòng)噪聲的激勵(lì)源電磁力波至關(guān)重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動(dòng)噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機(jī)的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機(jī)的E-NVH提供優(yōu)化途徑。

Prius2004永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告：： 磁路法、maxwell有限元法、MotorCAD溫仿真、應(yīng)力分析。(內(nèi)容比較完善，用于很需要的朋友，不支持講解，等額外服務(wù)哈。)內(nèi)容：1.Excell設(shè)計(jì)程序，可以了解這個(gè)電機(jī)是怎么設(shè)計(jì)出來的，已知功率轉(zhuǎn)矩等，計(jì)算電機(jī)的體積，疊厚，匝數(shù)等。2.Maxwell參數(shù)化仿真模型：可以學(xué)習(xí)參數(shù)化仿真模型，有限元結(jié)果可查看。3.

電機(jī)模型降階后通過*.sml file形式得到ECE降階模型，在控制系統(tǒng)中參與矢量控制算法仿真，永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型如下圖所示。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型7 總結(jié) 通過對永磁同步電機(jī)降階模型抽取得到數(shù)據(jù)表，等效抽取的結(jié)果是基于有限元計(jì)算得到的，在控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過程中只需通過查表的方法就能快速得到電機(jī)得性能，既保證了精度又保證了速度。

永磁電機(jī)的主動(dòng)短路（Active Short Circuit，ASC）是一種控制策略，用于在特定情況下快速制動(dòng)電機(jī)，并限制電機(jī)的回饋電壓。ASC通過將電機(jī)的三相繞組短路來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)操作。本文介紹了如何在Ansys Maxwell中實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)ASC主動(dòng)短路仿真。

圖2 電機(jī)空載反電動(dòng)勢波形圖3 空載氣隙磁密分布及其諧波含量 2.2 負(fù)載特性分析 進(jìn)一步，對永磁同步電機(jī)額定負(fù)載下的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行了仿真，求取了其輸出轉(zhuǎn)矩的波形以及定子繞組銅損、鐵芯損耗（包括鐵芯磁滯損耗與渦流損耗）；另外求解分析了電機(jī)從半載到滿載的動(dòng)態(tài)過程，證明了電機(jī)具有較好的帶載能力和動(dòng)態(tài)性能。為接下來進(jìn)一步的仿真分析建立了基礎(chǔ)。

永磁同步電機(jī)，準(zhǔn)確的講，應(yīng)該叫異步起動(dòng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的永磁電機(jī)。這種電機(jī)，使用中可以同尺寸代替原來的Y,Y2,Y3等電機(jī)。減少了更換過程的麻煩。與普通電機(jī)相比，永磁電機(jī)有其自己的特點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)速恒定，為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速較普通電機(jī)稍高，比如普通電機(jī)4極轉(zhuǎn)速為1400n/min多轉(zhuǎn)，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速就是1500n/min，丟轉(zhuǎn)少。2、功率因數(shù)高。

利用Ansys仿真軟件歸納總結(jié)出電機(jī)的振動(dòng)及噪聲特性，在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上對電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，以抑制振動(dòng)噪聲，結(jié)合Ansys仿真軟件對優(yōu)化前后兩種電機(jī)進(jìn)行電磁仿真、模態(tài)分析、振動(dòng)仿真、噪聲仿真，以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化的合理性。 1永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu) 如圖1所示為本文所研究商用電動(dòng)車用永磁同步電機(jī)徑向示意圖。

高速永磁同步電機(jī)仿真APP可實(shí)現(xiàn)高速永磁同步電機(jī)仿真計(jì)算，得到電機(jī)的磁密云圖、磁鏈、反電動(dòng)勢、電磁轉(zhuǎn)矩、護(hù)套渦流損耗、永磁體渦流損耗、鐵芯損耗等結(jié)果。 APP計(jì)算：高速永磁同步電機(jī)仿真 - Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店2、軸向磁通電機(jī)仿真APP 軸向磁通電機(jī)是一種具有響應(yīng)速度快、精確控制、高效能等優(yōu)點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)。

根據(jù)唐院士編著的《現(xiàn)代永磁同步電機(jī)》，可知永磁同步電機(jī)的輸出扭矩來源于磁鋼扭矩和磁阻扭矩，如下式所示：T= Pn*Φ0*iq+Pn*(Ld-Lq)*id*iq由于內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)（IPM)的交直軸電感具有明顯差異，因此IPM電機(jī)天生具備產(chǎn)生較大磁阻扭矩的條件。因此，目前包括汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)在內(nèi)的永磁同步電機(jī)越來越多的采用了IPM方案。

內(nèi)置式永磁同步電機(jī)仿真APP能夠通過更改幾何參數(shù)、驅(qū)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電磁性能。輸出結(jié)果包括磁力線圖、磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖、繞組電壓、三相磁鏈、輸出轉(zhuǎn)矩等。 內(nèi)置式永磁同步電機(jī)仿真APP 3、表貼式永磁同步電機(jī)仿真APP表貼式永磁同步電機(jī)是一種將永磁體直接粘貼在轉(zhuǎn)子外表面的電動(dòng)機(jī)。

但轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)，反電動(dòng)勢不存在，且低速時(shí)反電動(dòng)勢幅值小，難以與噪聲區(qū)分，因此該方法不適用于低速下電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的確定。 無傳感器啟動(dòng) PMSM 有兩種常用技術(shù)： 從標(biāo)量方法開始 - 從電壓對頻率的預(yù)定特性開始。但是標(biāo)量控制嚴(yán)重限制了控制系統(tǒng)的能力和整個(gè)電驅(qū)動(dòng)的參數(shù)； 高頻信號注入方法 – 僅適用于凸極 PMSM。