摘 要：以一個(gè)具體實(shí)例較為深入地對(duì)．Ansys軟件用于無(wú)軸承異步電動(dòng)機(jī)電磁分析中進(jìn)行了說(shuō)明，給出了樣機(jī)的磁力線分布圖和無(wú)軸承異步電機(jī)的電磁力計(jì)算結(jié)果。
關(guān)鍵詞：Ansys；無(wú)軸承異步電動(dòng)機(jī)；有限元分析；軟件
0 引 言
無(wú)軸承異步電機(jī)是在普通電機(jī)的定子中嵌入懸浮控制繞組，通過(guò)懸浮繞組磁場(chǎng)對(duì)原有繞組磁場(chǎng)的作用，改變了氣隙磁場(chǎng)的對(duì)稱分布，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生可控磁懸浮力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮運(yùn)行。因此，討論無(wú)軸承電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，必須從分析電機(jī)中的電磁力著手。無(wú)軸承異步電機(jī)中轉(zhuǎn)子受到了兩種不同的電磁力：洛侖茲力和麥克斯韋力。
計(jì)算的方法通常有等效磁路法、近似解析法、位勢(shì)磁通法和有限元法。在磁場(chǎng)分布和變化比較復(fù)雜且非線性嚴(yán)重的情況下，有限元法精度****，而使用．Ansys軟件既保證了有限元分析的高精度，又大大降低了計(jì)算量。
1 AHSys軟件簡(jiǎn)介
Ansys程序提供了豐富的線性和非線性材料的表達(dá)方式，包括各向同性或正交各向異性的線性磁導(dǎo)率，材料的B—H曲線和永磁體的退磁曲線。
后處理功能允許用戶顯示磁力線、磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度并進(jìn)行力、力矩、源輸入能量、端電壓和其他參數(shù)的計(jì)算。應(yīng)用．Ansys軟件分析計(jì)算步驟為：
(1)創(chuàng)建無(wú)軸承異步電機(jī)有限元分析模型；(2)定義和分配材料，網(wǎng)格剖分；(3)施加邊界條件和載荷，并求解；(4)查看并保存計(jì)算結(jié)果。
2 AHSys分析無(wú)軸承異步電機(jī)實(shí)例
為了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明．Ansys軟件在電機(jī)電磁分析中的應(yīng)用，無(wú)軸承異步電機(jī)采用48齒、三相、2對(duì)極結(jié)構(gòu)，集中式繞組，以額定功率為：120 W、額定電壓380 V、額定轉(zhuǎn)速為30 008 r／min的無(wú)軸承異步電機(jī)為例：定子外半徑475 mm，氣隙O．5 mm，定子內(nèi)半徑260 mm，定子槽數(shù)48，轉(zhuǎn)子外半徑295．5 mm，轉(zhuǎn)子槽數(shù)40，轉(zhuǎn)子內(nèi)半徑：140 mm，轉(zhuǎn)矩繞組極對(duì)數(shù)2，懸浮繞組極對(duì)數(shù)1。
2．1 無(wú)軸承異步電機(jī)模型
包括創(chuàng)建定子模型、轉(zhuǎn)子模型和勵(lì)磁繞組。
由于電機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，所以在繪圖過(guò)程中，只需要畫(huà)出它的一部分，然后對(duì)它進(jìn)行相應(yīng)的拷貝操作就可以得到完整的電機(jī)圖形。
創(chuàng)建轉(zhuǎn)子：首先建一個(gè)45。的扇行環(huán)面，在彈出的菜單中輸入相應(yīng)的半徑和度數(shù)。菜單路徑為：
MainMenu→Preprocessor→Create→C ircle→Partial．Annulus；其次畫(huà)阻尼槽。具體操作如下：
�、俅_定槽底的圓心坐標(biāo)利用Create命令創(chuàng)建一個(gè)O°一1 80°的半圓；②分別在半圓內(nèi)和45。圓弧外各創(chuàng)建一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，它們的橫坐標(biāo)為槽口寬 度的一半；③將兩點(diǎn)連成線；④將該線分別和圓弧的外圈弧線及半圓用Overlap搭接；⑤再利用線創(chuàng)建出半個(gè)槽面；⑥再將其關(guān)于x軸映射，將兩個(gè)半槽面相加就得到了一個(gè)完整的槽面，利用Copy命令將其復(fù)制到所需的位置，再利用Subtract命令進(jìn)行挖槽面，并刪除多余的面。至此，轉(zhuǎn)子的八分之一就完成了，接著利用Reflect命令將其關(guān)于x軸映射，再利用Copy命令旋轉(zhuǎn)角度復(fù)制出剩下的部分。
創(chuàng)建定子：創(chuàng)建定子的方法與創(chuàng)建轉(zhuǎn)子的操作基本相同。
創(chuàng)建勵(lì)磁繞組：先根據(jù)菜單路徑Main Menu→Preprocessor→Create→Keypoint創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)，再將關(guān)鍵點(diǎn)連成線，最后通過(guò)線連成面即可。
到此，無(wú)軸承異步電機(jī)的有限元分析模型就已經(jīng)創(chuàng)建好了，如圖1所示。
2．2定義和分配材料，劃分網(wǎng)格
定義材料：采用．Ansys軟件分析電機(jī)電磁場(chǎng)時(shí)，可以將電機(jī)定義為由定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁繞組、氣隙和轉(zhuǎn)軸5個(gè)面組成，然后分別對(duì)每一個(gè)面輸入它的磁化曲線．菜單路徑為：Main Menu~Prepro—cesso→Material PrOps→Material Models， …。
分配材料：用Preprocessor下的Define來(lái)實(shí)現(xiàn)。
單擊Define下的Pick Areas，然后利用鼠標(biāo)左鍵選擇要分配材料的面，單擊OK按鈕，系統(tǒng)將給出對(duì)話框，選擇所需材料，再單擊OK按鈕即可。
網(wǎng)格剖分：先通過(guò)菜單路徑Main Menu→Pre一。processor→Meshing-→Size Ctrl-→Basic選擇網(wǎng)格剖分的精度，再在主菜單Main Menu里單擊Preproces—sor菜單項(xiàng)，在彈出的子菜單里選擇MeshT001．，…，菜單項(xiàng)，則彈出MeshTool，…，的子菜單；單擊Mesh按鈕，彈出對(duì)話框，單擊Pick A11．按鈕，將對(duì)整個(gè)電機(jī)開(kāi)始進(jìn)行剖分。如圖2所示。
2．3加邊界條件和載荷并求解
邊界條件：本文采用的是平行邊界條件，選擇菜單路徑：Main Menu→Solution→Apply→Boundary→Par1 on lines；再單擊鼠標(biāo)左鍵選擇邊界。
加勵(lì)磁電密：選擇菜單路徑，Main Menu--+So—lution~Excitation用鼠標(biāo)左鍵選擇需要加勵(lì)磁電密的繞組(注意電流方向)，單擊“OK’按鈕，在彈出對(duì)話框中輸入電密值，再單擊“OK"按鈕。
求解：選擇菜單路徑，Main Menu-→Solution>
→Electromagnet-→Opt&Solv。在彈出的對(duì)話框中，單擊OK按鈕o
2．4查看計(jì)算結(jié)果
當(dāng)完成了以上操作后，可以得到矢量磁位、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁力線、等磁位線等結(jié)果和曲線。圖3是無(wú)軸承異步電機(jī)磁力線分布圖。
用FM．AGBC宏能自動(dòng)給要計(jì)算力和力矩的部分加標(biāo)志，因此在程序中使用該宏：FMAGBC，‘name’；該宏自動(dòng)加虛位移和Maxwell面標(biāo)志，name為轉(zhuǎn)子(力作用部分)所設(shè)定的組元。
加了MXWF’標(biāo)志的面，可計(jì)算麥克斯韋力。
先選擇單元，再對(duì)麥克斯韋力進(jìn)行列表，命令：
PRNSOL，fmag；可將這些力求和以得到合力。
以下是根據(jù)上述方法求得的數(shù)據(jù)列表，NODE為節(jié)點(diǎn)系列號(hào)，F(xiàn)M．AGX、FM．AGY、FMAGZ為X、y、Z方向上的電磁力分量，F(xiàn)M．AGSUM為總的電磁力和。
3 結(jié) 論
本文根據(jù)有限元原理，利用Ansys軟件對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)建模、加載、求解和后處理，說(shuō)明利用Ansys軟件對(duì)無(wú)軸承異步電機(jī)進(jìn)行研究具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
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