摘 要：以一個具體實例較為深入地對．Ansys軟件用于無軸承異步電動機電磁分析中進行了說明，給出了樣機的磁力線分布圖和無軸承異步電機的電磁力計算結果。
關鍵詞：Ansys；無軸承異步電動機；有限元分析；軟件
0 引 言
無軸承異步電機是在普通電機的定子中嵌入懸浮控制繞組，通過懸浮繞組磁場對原有繞組磁場的作用，改變了氣隙磁場的對稱分布，在轉子上產生可控磁懸浮力，實現轉子的懸浮運行。因此，討論無軸承電機的運行機理，必須從分析電機中的電磁力著手。無軸承異步電機中轉子受到了兩種不同的電磁力：洛侖茲力和麥克斯韋力。
計算的方法通常有等效磁路法、近似解析法、位勢磁通法和有限元法。在磁場分布和變化比較復雜且非線性嚴重的情況下，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，又大大降低了計算量。
1 AHSys軟件簡介
Ansys程序提供了豐富的線性和非線性材料的表達方式，包括各向同性或正交各向異性的線性磁導率，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、磁通密度和磁場強度并進行力、力矩、源輸入能量、端電壓和其他參數的計算。應用．Ansys軟件分析計算步驟為：
(1)創建無軸承異步電機有限元分析模型；(2)定義和分配材料，網格剖分；(3)施加邊界條件和載荷，并求解；(4)查看并保存計算結果。
2 AHSys分析無軸承異步電機實例
為了進一步詳細說明．Ansys軟件在電機電磁分析中的應用，無軸承異步電機采用48齒、三相、2對極結構，集中式繞組，以額定功率為：120 W、額定電壓380 V、額定轉速為30 008 r／min的無軸承異步電機為例：定子外半徑475 mm，氣隙O．5 mm，定子內半徑260 mm，定子槽數48，轉子外半徑295．5 mm，轉子槽數40，轉子內半徑：140 mm，轉矩繞組極對數2，懸浮繞組極對數1。
2．1 無軸承異步電機模型
包括創建定子模型、轉子模型和勵磁繞組。
由于電機結構的對稱性，所以在繪圖過程中，只需要畫出它的一部分，然后對它進行相應的拷貝操作就可以得到完整的電機圖形。
創建轉子：首先建一個45。的扇行環面，在彈出的菜單中輸入相應的半徑和度數。菜單路徑為：
MainMenu→Preprocessor→Create→C ircle→Partial．Annulus；其次畫阻尼槽。具體操作如下：
①確定槽底的圓心坐標利用Create命令創建一個O°一1 80°的半圓；②分別在半圓內和45。圓弧外各創建一個關鍵點，它們的橫坐標為槽口寬 度的一半；③將兩點連成線；④將該線分別和圓弧的外圈弧線及半圓用Overlap搭接；⑤再利用線創建出半個槽面；⑥再將其關于x軸映射，將兩個半槽面相加就得到了一個完整的槽面，利用Copy命令將其復制到所需的位置，再利用Subtract命令進行挖槽面，并刪除多余的面。至此，轉子的八分之一就完成了，接著利用Reflect命令將其關于x軸映射，再利用Copy命令旋轉角度復制出剩下的部分。
創建定子：創建定子的方法與創建轉子的操作基本相同。
創建勵磁繞組：先根據菜單路徑Main Menu→Preprocessor→Create→Keypoint創建關鍵點，再將關鍵點連成線，最后通過線連成面即可。
到此，無軸承異步電機的有限元分析模型就已經創建好了，如圖1所示。
2．2定義和分配材料，劃分網格
定義材料：采用．Ansys軟件分析電機電磁場時，可以將電機定義為由定子、轉子、勵磁繞組、氣隙和轉軸5個面組成，然后分別對每一個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來實現。
單擊Define下的Pick Areas，然后利用鼠標左鍵選擇要分配材料的面，單擊OK按鈕，系統將給出對話框，選擇所需材料，再單擊OK按鈕即可。
網格剖分：先通過菜單路徑Main Menu→Pre一。processor→Meshing-→Size Ctrl-→Basic選擇網格剖分的精度，再在主菜單Main Menu里單擊Preproces—sor菜單項，在彈出的子菜單里選擇MeshT001．，…，菜單項，則彈出MeshTool，…，的子菜單；單擊Mesh按鈕，彈出對話框，單擊Pick A11．按鈕，將對整個電機開始進行剖分。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；再單擊鼠標左鍵選擇邊界。
加勵磁電密：選擇菜單路徑，Main Menu--+So—lution~Excitation用鼠標左鍵選擇需要加勵磁電密的繞組(注意電流方向)，單擊“OK’按鈕，在彈出對話框中輸入電密值，再單擊“OK"按鈕。
求解：選擇菜單路徑，Main Menu-→Solution>
→Electromagnet-→Opt&Solv。在彈出的對話框中，單擊OK按鈕o
2．4查看計算結果
當完成了以上操作后，可以得到矢量磁位、磁場強度、磁感應強度、磁力線、等磁位線等結果和曲線。圖3是無軸承異步電機磁力線分布圖。
用FM．AGBC宏能自動給要計算力和力矩的部分加標志，因此在程序中使用該宏：FMAGBC，‘name’；該宏自動加虛位移和Maxwell面標志，name為轉子(力作用部分)所設定的組元。
加了MXWF’標志的面，可計算麥克斯韋力。
先選擇單元，再對麥克斯韋力進行列表，命令：
PRNSOL，fmag；可將這些力求和以得到合力。
以下是根據上述方法求得的數據列表，NODE為節點系列號，FM．AGX、FM．AGY、FMAGZ為X、y、Z方向上的電磁力分量，FM．AGSUM為總的電磁力和。
3 結 論
本文根據有限元原理，利用Ansys軟件對無軸承異步電機建模、加載、求解和后處理，說明利用Ansys軟件對無軸承異步電機進行研究具有較強的現實意義。
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