線圈模板創(chuàng)建分布式繞組線圈的方法

在分析電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)時(shí)，也可以將線圈端部創(chuàng)建為3D幾何形狀，以解決諸如由線圈產(chǎn)生的磁通量影響之類的現(xiàn)象。在日本電磁場(chǎng)軟件JMAG中，只需設(shè)置參數(shù)即可創(chuàng)建包括線圈端部在內(nèi)的3D線圈幾何形狀。

本文描述了使用線圈模板創(chuàng)建分布式繞組線圈的方法。

圖1 創(chuàng)建了線圈端幾何結(jié)構(gòu)的電機(jī)

1 功能說(shuō)明

[Coil Template]功能用于通過(guò)指定數(shù)值參數(shù)來(lái)創(chuàng)建包含線圈端部的幾何形狀的目的。它們用于諸如電機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中。

表1-1列出了本文檔中介紹的線圈模板的功能。

表1-1 線圈模板功能

· 考慮繞線方向

·考慮線圈啟動(dòng)角度

·考慮線圈折痕

·用固體連接線圈折疊

·消除線圈焊接處表面的扭曲

2 操作流程

在該文件中，分布式繞組線圈的幾何形狀被添加到電動(dòng)機(jī)的定子中。描述了通過(guò)使用線圈模板功能指定參數(shù)來(lái)創(chuàng)建具有焊接端的3D線圈幾何形狀（圖2-1的上部）和不具有焊接部分（皇冠端）的3D線圈幾何形狀（圖2-1的下部）的過(guò)程。

圖2-2顯示了運(yùn)行該過(guò)程的流程圖。

圖2-1 定子和分布式繞組線圈幾何結(jié)構(gòu)

圖2-2 程序運(yùn)行流程圖

2.1 啟動(dòng)JMAG-Designer

啟動(dòng) JMAG-Designer。

1.啟動(dòng)JMAG-Designer。

2.2 啟動(dòng)幾何編輯器

啟動(dòng)幾何編輯器。

1.右鍵單擊[Project Manager]樹(shù)中的[Project]。

2.從上下文菜單中，選擇[Geometry Editor]> [Create Geometry]（圖2-2-1）。

3.如果出現(xiàn)警告消息框，請(qǐng)單擊 [Yes]（圖2-2-2）。

出現(xiàn)[Save As]對(duì)話框。

4.指定名稱并保存位置。

輸入“JFT018GeometryCreationUsingCoilTemplate”作為此示例的標(biāo)題。

5.單擊 [Save]按鈕。

幾何編輯器打開(kāi)（圖2-2-3）。

圖2-2-1 [Create Geometry] 上下文菜單

圖2-2-2 警告信息框

圖2-2-3 幾何編輯器

2.3 加載幾何體

將JMAG幾何體文件A加載

1.從菜單欄中選擇[File]>[Open]。

此時(shí)會(huì)出現(xiàn)[Open File] 對(duì)話框。

2.選擇JMAG幾何圖形文件A（.jmdl）。

3.單擊[Open]。

打開(kāi)JMAG幾何文件A（圖2-3-1）。

圖2-3-1 JMAG幾何文件A

2.4 啟動(dòng)線圈模板

設(shè)置零件并啟動(dòng)線圈模板以創(chuàng)建線圈幾何圖形。

1.在[Model Manager]樹(shù)中右鍵單擊[Assembly]。

2.從關(guān)聯(lián)菜單中選擇 [CreatePart]。

[Part.2]在[ModelManager]樹(shù)中創(chuàng)建。

3.右鍵單擊[Part.2]。

4.從關(guān)聯(lián)菜單中選擇[Properties]。

此時(shí)會(huì)出現(xiàn)[Properties]對(duì)話框。

5.設(shè)置參數(shù)（表2-4-1）。

6.單擊[OK]。

[Properties]對(duì)話框關(guān)閉。

7.在工具欄中點(diǎn)擊 [Coil Template]（圖2-4-1）。

顯示[CoilTemplate]設(shè)置面板。

圖2-4-1 線圈模板

表2-4-1 線圈模板[Geometry]面板設(shè)置值

（*注意）如果所需顏色在[Color]按鈕列表中不可用，則通過(guò)單擊按鈕選擇任意顏色。此處使用自定義顏色（#aa5500）。

2.5 設(shè)置線圈幾何形狀

線圈模板功能確定線圈幾何圖形。

1.請(qǐng)參閱表2-5-1在[Coil Template]設(shè)置面板的[Geometry]面板中配置設(shè)置值。

當(dāng)前正在創(chuàng)建的線圈幾何以黃色顯示。

2.確認(rèn)創(chuàng)建的幾何。

到目前為止，在整個(gè)過(guò)程中創(chuàng)建的幾何形狀均如圖2-5-1所示。

選中[Fillet]復(fù)選框?qū)⑹罐D(zhuǎn)角平滑，而清除[Fillet]復(fù)選框?qū)?chuàng)建規(guī)則的正方形（圖2-5-2）。

圖2-5-1 在[geometry]面板中配置設(shè)置后的線圈幾何形狀

圖2-5-2 圓角幾何比較（左：帶圓角，右：不帶圓角）

表2-5-1 線圈模板[Geometry]面板設(shè)置值

2.6 設(shè)置極數(shù)，槽數(shù)，層數(shù)和節(jié)距

設(shè)置線圈模板的極數(shù)，槽數(shù)，層數(shù)和節(jié)距。

1.請(qǐng)參閱表2-6-1在[Coil Template]設(shè)置面板的[Winding]面板中配置設(shè)置值。

當(dāng)前正在創(chuàng)建的線圈幾何以黃色顯示。

2.確認(rèn)創(chuàng)建的幾何。

到目前為止，在整個(gè)過(guò)程中創(chuàng)建的幾何圖形均如圖2-6-1所示。

圖2-6-1在 [Winding]面板中配置設(shè)置后的線圈幾何結(jié)構(gòu)

表2-6-1線圈模板 [Winding]面板設(shè)定值

2.7 設(shè)置路徑（焊接端）

在此處定義路徑以使用考慮將線圈與焊點(diǎn)連接的焊接零件來(lái)創(chuàng)建線圈幾何形狀。

如果用戶希望創(chuàng)建沒(méi)有焊接零件的幾何體，請(qǐng)參閱2.8。

1.在[Coil Template]設(shè)置面板的[Path Dimension]面板中，將[Winding Direction]設(shè)置為[Counterclockwise FromOutside]。

線圈的繞線方向從內(nèi)部改變?yōu)閺耐獠磕鏁r(shí)針（圖2-7-1）。

2.在[Path Dimension]面板上將纏繞方向設(shè)置為[CounterclockwiseFrom Inside]。

3.如果在[Path Dimension] 面板的 [BendingAngle]中輸入“ 10.0”。線圈啟動(dòng)角度發(fā)生變化（圖2-7-2）。

[Use Bending Angle To Folded]項(xiàng)目同時(shí)添加到設(shè)置面板。

4.選中 [Use Bending Angle To Folded復(fù)選框。

線圈的折疊部分具有一定角度，從而改變了線圈的形狀（圖2-7-3）。

請(qǐng)注意本案例將[BendingAngle]設(shè)置為0。

5.請(qǐng)參閱表2-7-1，在 [Path Dimension]面板中配置設(shè)置值。到目前為止，在整個(gè)過(guò)程中創(chuàng)建的幾何圖形均如圖2-7-4所示。

6.勾選[Use BendMiter]，[Max BendRadius]設(shè)置為2，同時(shí)勾選[Eliminate Twist With Loft]復(fù)選框。

如果清除[Eliminate TwistWith Loft]復(fù)選框則線圈端上表面扭曲成V形。選中此復(fù)選框后，將消除扭曲（圖2-7-6）。

7.選中 [Option]面板中的 [Use Folded Solid]復(fù)選框。[Width]為焊接體的寬度，設(shè)置為2，[Height]為焊接體的高度，設(shè)置為5。

線圈端部通過(guò)實(shí)心以H形彼此連接而不直接折疊。清除此復(fù)選框后，將顯示直接折疊的幾何，圖2-7-5）。

8.請(qǐng)參閱表2-7-2在[Option]面板中配置設(shè)置值。

9.請(qǐng)參閱表2-7-3在[Tool]面板中配置設(shè)置值。

10.確認(rèn)創(chuàng)建的幾何。

到目前為止，在整個(gè)過(guò)程中創(chuàng)建的幾何圖形均如圖2-7-7所示。

11.單擊[OK]。

[CoilTemplate]設(shè)置面板關(guān)閉。

圖2-7-1 纏繞方向（左：從內(nèi)側(cè)逆時(shí)針，右：從外側(cè)逆時(shí)針）

圖2-7-2 使用啟動(dòng)角度的線圈組

圖2-7-3 線圈設(shè)置為在折疊部分也使用啟動(dòng)角度

圖2-7-4 在[Path Dimension]面板中配置設(shè)置后的線圈幾何結(jié)構(gòu)

圖2-7-5 考慮了線圈折疊實(shí)體的線圈端部幾何形狀（左：未選擇，右：選擇）

當(dāng)設(shè)置[Use Folded Solid]時(shí)，線圈上表面輪廓也會(huì)從方形變?yōu)镠形。

圖2-7-6 考慮線圈端上表面扭轉(zhuǎn)的線圈端幾何形狀（左：勾選[Eliminate Twist With Loft]，右：清除[Eliminate Twist With Loft]）

圖2-7-7 在[Path Dimension]、[Option]和[Tool]面板中配置設(shè)置后的線圈幾何結(jié)構(gòu)

表2-7-1 線圈模板[Path Dimension]面板設(shè)置值

表2-7-2 線圈模板[Option]面板設(shè)置值

表2-7-3 線圈模板 [Tool]面板設(shè)置值

2.8 設(shè)置路徑（皇冠端）

在此處定義路徑以創(chuàng)建沒(méi)有焊接零件的線圈幾何形狀，該零件不考慮如何在線圈端部配置折彎。

如果用戶希望使用焊接零件創(chuàng)建幾何圖形，請(qǐng)參閱2.7。

1.請(qǐng)參閱表2-8-1在[Coil Template]設(shè)置面板的[Path Dimension]面板中配置設(shè)置值。

當(dāng)前正在創(chuàng)建的線圈幾何以黃色顯示。

在設(shè)置過(guò)程中，消息（警告）將出現(xiàn)在模型顯示屏的左上方，并且不會(huì)顯示線圈形狀預(yù)覽，但是下一步可以解決此問(wèn)題。

2.選中[Option]面板中[Use Bend Miter]，并將[Max Bend Radius]設(shè)置為2，如圖2-8-1的右圖為使用最大彎曲半徑為2的彎曲斜接。

3.選中[Option]面板中的[Specify Folded Bend Type]復(fù)選框。

同時(shí)顯示[Bend Type]項(xiàng)目和 [Max Fillet Radius]項(xiàng)目。圖形窗口左上方的消息將不再顯示，并且將應(yīng)用適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。

4.將[BendType]設(shè)置為[Loft]。

[Specify FoldedAngle]項(xiàng)目同時(shí)添加到設(shè)置面板。

5.選中[Specify Folded Angle]復(fù)選框。

同時(shí)顯示[Folded Angle]項(xiàng)目。

線圈的折疊部分具有規(guī)定值的角度彎曲。清除此復(fù)選框后，線圈將以相同的角度向后折疊。（圖2-8-2）。

此處，折疊角設(shè)置為默認(rèn)的10度角。

6.請(qǐng)參閱表2-8-2在[Option]面板中配置設(shè)置值。

7.請(qǐng)參閱表2-8-3在[Tool]面板中配置設(shè)置值。

8.確認(rèn)創(chuàng)建的幾何。

到目前為止，在整個(gè)過(guò)程中創(chuàng)建的幾何圖形均如圖2-8-3所示。

9.單擊[OK]。

[Coil Template]設(shè)置面板關(guān)閉。

圖2-8-1 使用彎曲斜接（左：未使用，右：使用）

圖2-8-2 指定折疊角度的線圈幾何結(jié)構(gòu)（左：未指定，右：以10度的角度指定）

圖2-8-3 在[PathDimension]、[Option]和[Tool]面板中配置設(shè)置后的線圈幾何結(jié)構(gòu)

表2-8-1 線圈模板[Path Dimension]面板設(shè)置值

表2-8-2 線圈模板[Option]面板設(shè)置值

表2-8-3 線圈模板[Tool]面板設(shè)置值

2.9 設(shè)置第二個(gè)及以后線圈的位置

通過(guò)復(fù)制使用線圈模板創(chuàng)建的第一個(gè)線圈來(lái)添加第二個(gè)及以后的線圈。

1.在[Model Manager]樹(shù)的[Assembly]> [Coil]下選擇[Coil Template]。

2.按住鍵盤上的[Ctrl]鍵的同時(shí)按[C]鍵，創(chuàng)建線圈模板的副本。

3.按住鍵盤上的[Ctrl]鍵的同時(shí)按[V]鍵七次，粘貼線圈模板的副本。

現(xiàn)在，總共有8個(gè)線圈模板位于[Coil]部分的下方（圖2-9-1）。

4.右鍵單擊副本[Coil Template.2]。

5.從上下文菜單中選擇[Edit]。

顯示[Coil Template]設(shè)置面板。

6.設(shè)置參數(shù)（表2-9-1）。

7.單擊[OK]。

[Coil Template]設(shè)置面板關(guān)閉。

8.重復(fù)步驟4至7的相同操作，并將[Coil Template.3]至[Coil Template.8]的表（表2-9-2至表2-9-7）中顯示的參數(shù)設(shè)置。

9.右鍵單擊[Coil]。

10.從上下文菜單中選擇[End Part]。

在圖2-9-2中顯示使用2.7中描述的設(shè)置創(chuàng)建的線圈幾何形狀（帶焊接零件），在圖2.9.3中類似地顯示使用2.8中描述的設(shè)置創(chuàng)建的線圈幾何形狀（無(wú)焊接零件）。

圖2-9-1 復(fù)制線圈模板

圖2-9-2 2.7中設(shè)置的線圈幾何形狀

圖2-9-3 2.8中設(shè)置的線圈幾何形狀

表2-9-1 [Coil Template.2]設(shè)置

表2-9-2 [Coil Template.3] 設(shè)置

表2-9-3 [CoilTemplate.4]設(shè)置

表2-9-4[Coil Template.5] 設(shè)置

表2-9-5[Coil Template.6]設(shè)置

表2-9-6[Coil Template.7]設(shè)置

表2-9-7[Coil Template.8] 設(shè)置

3小結(jié)

扁線繞組廣泛用于新能源汽車電機(jī)的設(shè)計(jì)中，采用JMAG線圈模板能夠快速創(chuàng)建扁線3D的繞組結(jié)構(gòu)，使得仿真3D扁線AC損耗的效率大大提高。