Simulace BLDC motoru v ANSOFT Maxwell 3D

Abstract

Tato práce pojednává o simulaci Brush-less stejnosměrný proud stroj v ANSYS Maxwell - životní prostředí. Stroj je vybrán pro vysoce výkonné elektrického kole jako motor nad (Program OSN pro životní prostředí UNEP) metropolitní jízdního cyklu. Analytická studie sil ovlivňujících stroj spolu s průmyslovými odkazy a literatury vedly k odhadu jmenovitých provozních parametrů. Čtyři modely s 1,500Watt, 380Rpm, 40nm & 48Volt Motor BLDC jsou navrženy a simulovány v modulu RMxprt Maxwell [24 Slot, 36 slot, slot 48, 72 Slot] Tento software umožnil řešení a simulace magneto-statických a přechodových oblastech založené na Maxwellovy rovnice ve 2D a 3D. Řešení sada každého stroje je popsána, a je uvedena v příloze této práce. 2D a 3D analýza odhalí nesrovnalosti ve tvaru vlny vinutí proudů, indukovaných napětí a ztráty 24 Slot a 36 hracích automatů kvůli chybě ve vnitřní konverzní software z 2D na 3D v RMxprt, i polní grafy ukazují abnormálně nízké hustotě magnetického pole ve statoru zubů a vysoký proud ve vinutí velikosti těchto dvou strojů. Mezi 48 a 72 Slot Hrací automaty měly v souladu 2D a 3D křivek vlastnosti, i když překryvy v terénu ukazují, lokalizované horké skvrny magnetické hustoty pole v sekcích statoru. Celkově 72 Automatu nejlépe hodí pro danou aplikaci.

This thesis is about the simulation of a Brush-Less Direct Current Machine in the ANSYS - Maxwell Environment. The machine is selected for a high-performance electric-bike as a motor over the UNEP (United Nations Environment Program) metropolitan drive cycle. Analytical study of the forces influencing the machine along with industry references and literature review led to estimation of rated operating parameters. Four models of a 1,500Watt, 380Rpm, 40Nm & 48Volt BLDC Motor are designed and simulated in the RMxprt module of Maxwell [24 Slot, 36 Slot, 48 Slot, 72 Slot] The software enabled solving and simulation of magneto-static and transient fields based on Maxwell's equations in 2D & 3D. The solution set of each machine is described and tabulated in the appendix of this thesis. 2D and 3D analysis reveals inconsistencies in the waveform of winding currents, induced voltages and losses of 24 Slot and 36 Slot Machines due to an error in the internal software conversion from 2D to 3D in RMxprt, also the field plots show abnormally low magnetic field density in stator teeth and high current magnitude in the winding of these two machines. The 48 Slot and 72 Slot machines had consistent 2D and 3D waveform characteristics although field overlays show localized hot spots of magnetic field density in the stator sections. Overall the 72 Slot machine suits best for the given application.