电机结构参数对永磁起动电机性能的影响.doc

第3章电机结构参数对永磁起动电机性能的影响
建立精确的有限元模型，是项目后期分析电机电磁参数对电机性能的影响，以及对电极结构进行优化的基础。由于电机的性能主要通过电机的输出特性曲线反映出来，所以通过有限元模型计算出来的输出特性曲线和样机实验测得的输出特性曲线的对比，是检验电机的有限元模型是否精确的最有效方法。本章首先利用ANSOFT的二次开发能力，实现MATLAB-ANSOFT的联合仿真，并通过联合仿真绘制出有限元模型的输出特性曲线，通过与样机实验测得的输出特性曲线的对比来验证有限元模型的精确性，最后分析电机电磁参数对电机性能的影响。
MATLAB-ANSOFT联合仿真平台
电磁场有限元分析软件ANSOFT是电机设计中最常用的软件之一[38,39]，但是ANSOFT瞬态场仿真分析时，由于仿真条件的设置限制，一次只能获取电机的一个运行状态的输出结果，所以若想获得电机的完整输出特性曲线，必须在每一次仿真运行结束时，人工修改仿真条件并记录仿真结果，不仅仿真计算的不连贯，而且需要大量的人工操作。
针对此问题，本文提出利用在ANSOFT中录制脚本文件的方法，然后利用MATLAB强大的程序编辑能力和数据处理能力，实现MATLAB与ANSOFT的底层调用，即利用ANSOFT的二次开发能力，以程序命令代替人工操作，通过MATLAB以后台形式调用ANSOFT运行并自动保存仿真结果，实现MATLAB与ANSOFT的联合运行。
脚本是实现自动化的一种有用工具，脚本之间的调用也是实现MATLAB-ANSOFT联合仿真的途径。在Maxwell中，从几何建模、材料属性定义与分配、划分网格、设置加载、仿真条件的设定以及设置模型的运动属性，到求解、后处理、导出数据等都可以以脚本文件的形式录制下来，作为Ansoft与其他专业软件的连接接口，其具体脚本录制是在ANSOFT的主界面中进行设置。
在ANSOFT中录制的脚本文件是用VB编写的记录用户的一系列操作步骤的程序，将其转换为MATLAB可以识别的C语言编写的m函数是实现MATLAB与ANSOFT联合运行的关键。从脚本文件到m文件命令的变换见表3-1所示。
在具体的程序转换操作中应遵循以下原则：
1) 用actxserver()替换CreateObject，例如把“Set oAnsoftApp= CreateObject...
("")”变为“iMaxwell = actxserver('...
');”。
2) 在定义的文件句柄前删去Set，例如把“Set oDesktop= ...
AppDesktop()变换成 Desktop = ();”。
3) 用Invoke命令对工程进行操作，如将“”变成“invoke(Editor, 'CreateRegularPolyhedron', ...”。
4) 将矩阵的元素都写进{}，例如“Array("NAME:CylinderParameters,…”写成“{'NAME:CylinderParameters',…”。
5) 在仿真结束时，用“Delete(iMaxwell)”结束Maxwell的操作，此操作只是将Maxwell在Matlab
中关闭，并未在Ansoft中删除。
6) 将变量、命令均放入单引号。
车用永磁起动电机的输出性能曲线
通过有限元模型计算出来的输出特性曲线和样机实验测得的输出特性曲线的对比，是检验电机的有限元模型是否精确的最有效方法。针对起动电机的特点，以及生产厂商部研究人员的经验，在点火转速(起动电机最大输出功率点左侧)下，电机的输出转矩，或者电机的输出功率达到要求规定大小，是衡量起动电机出厂合格的基本标准。
利用MATLAB-ANSOFT联合仿真，有限元模型计算出来的输出特性与样机试验测得的输出特性的对比曲线如图3-1所示。
为避免一台样机测试的偶然性，图3-1中样机的输出特性值是生产流水线上随机抽取20台电机测试结果的平均值，图3-2为车用永磁起动电机的性能测试试验台。需要说明的是，为方便仿真值与实验值的对比，在图3-1中，横坐标所显示的速度值是经变速器6倍减速之后直接作用在输出轴上的速度，第二个图中纵坐标的转矩值是电机直接输出的转矩值，直接作用在输出轴上的转矩是此值的六倍。
图3-1中图1所示的电流为蓄电池输出的电流值，在实际的车载蓄电池供电时，蓄电池的阻是随着温度的变化而变化的，在做起动电机的性能