电机磁场分析磁场强度、磁感应强度、磁力线分布分析

业务内容:

研发端cae分析、成型端模流分析、成型问题优化、有限元分析软件销售、小批量手板样件加工。


电磁场仿真应用价值:

1.电磁场分析可以分析磁场强度、磁感应强度、磁力线的分布特征,为结构及性能优化提供了参考

2.实现现象可视化,有助于高效生产具有更卓越安全性与连接功能。

3.电磁仿真主要运用于物联网、可穿戴、天线设计、无线电系统/RF、 电路电机分析、变压器、无线充电等多域仿真。在分析EMC相关的问题时,不仅需要分析噪声源的信号波形,还要对传导信号的导体和空间进行分析。简言之,EMC分析不是一种简单的分析,但是电子产品可提供集成型仿真环境,将系统电路仿真信号时域波形和电磁场仿真无缝连接,实现场路协同,从而高效地构建虚拟的EMI、EMS测试。


电磁场仿真分析应用案例:

  电动机原理,转子置于旋转磁场中,在旋转磁场的作用下,获得一个转动力矩,因而转子转动。异步电动机的功率范围从几瓦到上万千瓦,可为多种机械设备和家用电器提供动力。

永磁电动机磁场分析结果图预览

 永磁电动机磁场分析永磁电动机磁场分析(图3)


两设计方案磁密分布对比

分别设计8极9槽和8极48槽的电机,如下是定子通电的情况下,电机磁场的分布情况。

永磁电动机磁场分析永磁电动机磁场分析

 因为两个电机设计时给的匝数不一样的,所以,两者磁密的绝对值存在差异,从这两者的磁密分布情况来看,槽数较少的分数槽电机(8极9槽),由于绕组在空间上对称分布,分别分布在电机的某一区域,通入三相对称电流时会出现在电机某一空间区域磁密大,而剩余区域磁密小的情况,即电机整体磁密分布不均。而对于整数槽电机而言(8极48槽),虽然绕组也呈现出空间上的对称分布,却是均匀地分布在电机整体区域的,所以电机的磁密分布较为均匀。


磁密随空间位置(机械角度)的磁密波形

永磁电动机磁场分析(图5) 永磁电动机磁场分析(图6)

左侧8极9槽,右侧8极48槽

  磁密波形的结果与前面的磁密分布结果是一致的,整数8极48槽磁密分布周期性强,8极9槽槽就差了些。这个结果不应该仅仅盯着定子来看,我们说8极48槽电机磁密正弦性不好,不是因为它定子侧产生的磁密波形没有周期性,而是因为它定子侧的磁动势在空间上是不均匀的,跟转子磁场不是对应的,这样跟转子侧产生的磁势叠加,综合的波形就不好看,这个叠加后的磁场,才是我们分析振动噪声问题真正关心的。


两者叠加后的波形

永磁电动机磁场分析(图7) 永磁电动机磁场分析(图8)

左侧8极9槽,右侧8极48槽

这两张是有限元分析出来的原始数据,没有经过任何数据处理。纵坐标单位不一样的,大家别去看磁密的绝对数值了,主要目的是观察波形,横坐标依然是空间机械角度,这两张图的对比结果就很明显了,同样是8极电机,8极9槽的空间磁密分布,由于定子磁场和转子磁场分布不对应,两者叠加后导致波形周期性很差。而8极48槽的磁场叠加后,每个极下的磁密分布近乎是一模一样的。


对原始数据针对空间角度做了FFT,如下图所示:

永磁电动机磁场分析(图9) 永磁电动机磁场分析(图10)

从两者的FFT结果就可以看出两者的正弦性差异。8极9槽由于波形周期性差,存在一些低阶的谐波,主要谐波集中在8和9的倍数上,有9的倍数是因为定子槽数为9且定子磁场与转子磁场空间分布不一致,所以分解后存在9的倍数次的谐波。与之对比,8极48槽的FFT结果就清爽得多了。定转子磁场分布一致,而磁极数量为8,其谐波都是8的倍数。


电动汽车水冷式永磁同步电机电磁场分析仿真

磁场分析结果依次为电机磁场强度、磁感应强度、磁力线的分布 

磁场强度分布.jpeg     磁感应强度分布.jpeg

磁力线分布.jpeg     永磁同步电机试验样机.jpeg

  基于某型纯电动SUV对其永磁同步驱动电机进行了性能参数、结构参数的匹配计算及本体设计,设计出周向螺旋式水冷结构,分析了电机的主要热源,对冷却系统的热量进行了计算,利用Ansoft有限元软件对电机的电磁特性进行了仿真。试验表明设计的电机能较好地满足车辆驱动要求。驱动电机的选择和匹配需要根据汽车动力性参数来确定,目前主要利用汽车最高车速、汽车最大爬坡度和加速性能这三方面的数据,选配与汽车相协调的驱动电机。


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