JMAG電機電磁仿真分析與實例解析

第1章電磁場模擬基礎
1.1電磁場模擬的背景
1.2電磁學基礎
1.3電磁場模擬方法
1.4構築模擬模型的方法
1.5結果檢查方法
1.6本章小結
 
第2章低頻電磁場模擬軟體JMAG概述
2.1軟體功能介紹
2.2軟體介面簡介
2.3軟體模擬流程介紹
2.4説明與自學系統
 
第3章JMAG-Designer重要模擬設置詳解
3.1Study的種類
3.2網格
3.3求解器
3.4本章小結
 
第4章JMAG永磁同步電機模擬
4.1創建幾何模型
4.2新建Study
4.3材料設置
4.4搭建電路
4.5設置條件
4.6生成網格
4.7分析計算
4.8顯示計算結果
4.9修改電路
4.10運行計算
4.11顯示計算結果
 
第5章永磁同步電機動態數學模型
5.1PMSM的物理模型
5.2三相靜止坐標系的PMSM動態數學模型
5.3座標變換
5.4dq轉子坐標系的PMSM動態數學模型
5.5電機參數解釋
 
第6章永磁同步電機參數化建模及模擬分析
6.1功能介紹
6.2參數化的流程
6.3參數化的類型和操作步驟
6.4參數化案例完整流程操作步驟
 
第7章永磁同步電機優化分析
7.1JMAG中永磁同步電機的優化分析流程
7.2永磁同步電機優化分析的參數設置說明
7.3永磁同步電機優化案例分析
7.4JMAG與modeFRONTIER的聯合優化模擬流程
7.5本章小結
 
第8章永磁同步電機結構振動分析
8.1導入專案檔案
8.2修改條件
8.3運行分析
8.4顯示計算結果
8.5將幾何導入項目
8.6新建Study
8.7材料設置
8.8條件設置
8.9網格生成
8.10運行分析
8.11結果顯示
8.12複製Study
8.13條件設置
8.14運行分析
8.15結果顯示
 
第9章JMAG軟體在環模擬及分析
9.1JMAG-RT支援模型
9.2JMAG-RT模型創建
9.3JMAG-RT模型與Simulink的聯合模擬分析
9.4JMAG-RTViewer
參考文獻

在新能源汽車發展的大背景下，國內和國際的整車廠和電機廠對電機進行了深入的研究和探討。電機工程師對電機性能評估、損耗精確計算、電機的參數化和優化計算等需求越來越高。
 
JMAG軟體自1983年商業化以來，在日本的市場佔有率始終保持第一，它分析了大量的、各種類型的電機，經受住了時間和實踐的檢驗。軟體在每年至少2次的升級中不斷吸收日本電機廠家的先進經驗，並在平時加強與眾多客戶的緊密聯繫，通過定期的技術交流與用戶共同進步。目前，JMAG在國內的市場佔有率也越來越高。JMAG被廣泛應用於電機、變壓器、電磁閥、感測器、電磁制動、無線電力傳輸等領域，在業界取得了較高的知名度。本書的編寫目的，是説明電機電磁設計、模擬工程師能夠全面、快速地掌握 JMAG的電磁場模擬。
 
第1章闡述了電磁場模擬中基礎的物理學知識及電磁場模擬的基本概念。在此基礎上，本章介紹了JMAG軟體中建模的思路、要點以及相關的設定知識，並在最後提出了常用的模擬結果檢查方法。
 
第2章主要對JMAG的模組、介面、模擬流程、説明與自學系統進行了介紹。本章能夠讓讀者對JMAG有一個初步的認識，並為後續的學習打好基礎。
 
第3章介紹了JMAG模擬的重要設置及相關概念。針對求解目標不同，JMAG劃分了Study的種類。使用者可以根據需求選擇合適的Study類型。本章還將對網格設置的一些重要功能進行詳解，合理地使用這些功能可以在減少計算量的同時提升計算精度。最後，本章介紹了JMAG中的求解器設置。
 
第4章以永磁同步電機為例，描述了基於JMAG的電磁場模擬建模操作過程和分析過程，包括永磁同步電機的幾何建模、約束設置、模型導入、材料設置、條件設置、網格設置、步解析度設置等，幫助讀者掌握JMAG的模擬流程。
 
第5章以第4章為基礎，描述了永磁同步電機的物理模型，然後建立其靜止坐標系下的動態數學模型。為了簡化數學模型，引入了幾種常用的坐標系和座標變換矩陣，得到了dq坐標系下的動態數學模型，最後對電機的參數進行了舉例和簡要說明。第
 
4章和第5章能夠幫助讀者更好地理解電機的物理模型和數學模型的含義和關係，更好地理解電機的原理和特點。
 
第6章以第4章的永磁同步電機為基礎模型，提出了永磁同步電機三種類型的參數化方法和流程，包括模擬設定參數、幾何參數和材料特性參數。本章能夠幫助讀者全面掌握JMAG的參數化步驟和方法，同時為電機的優化打下基礎。
 
第7章在第6章參數化的基礎上介紹了永磁同步電機優化的步驟、設置參數的含義，幫助讀者掌握JMAG中電機優化的思路、方法和操作步驟。此外，本章還提供了modeFRONTIER搭配
 
JMAG的電機自動優化流程。該流程在日本的電機設計中應用廣泛。
 
modeFRONTIER作為一款優化軟體，擁有大量的優化演算法，可以覆蓋各種優化問題並實現高效尋優。該軟體強大的資料採擷功能將優化後的大量資料轉換成設計者的知識及經驗，為後續產品的開發奠定基礎。同時，作為一款電磁場模擬軟體，JMAG精確、高速的計算為優化的精度及速度提供了保障。
 
電機的雜訊、振動與聲振粗糙度（NVH）是在電機研發、設計、測試過程中都需特別關注的指標。本書第 8章詳細介紹了
 
JMAG關於結構振動雜訊的分析方法和操作步驟，為電機工程師提供了NVH的模擬分析方法。
 
近年來，隨著工程師對電機的損耗計算精度要求越來越高，基於模型的設計（MBD）的實現被提上了日程，因此，考慮脈衝寬度調製（PWM）諧波的損耗分析以及實現控制的動態分析顯得尤為重要。第9章介紹了基於JMAG-RT和Simulink的軟體在環模擬流程。JMAG-RT通過有限元計算生成虛擬的電機模型，能夠考慮到槽諧波、磁飽和等數學模型無法考慮的現象，因此模型精度高，可以實現高精度分析電機的動態特性及計算PWM諧
 
波的損耗，比如鐵損、磁鋼渦流損耗和繞組的交流損耗等。
 
本書提供的操作步驟雖然考慮了軟體版本的通用性，不過用戶最好選擇JMAG V16.1之後的版本。
 
本書主要由艾迪捷資訊科技（上海）技術有限公司低頻電磁團隊編寫，由中國區技術總監鐘修林先生和陳天贈先生負責統稿。其中，張侃裕負責編寫第1章、第3章和第7章中JMAG與 modeFRONTIER聯合優化的內容，張志金編寫第2章和第9章中
 
JMAG-RT部分的內容，鐘修林編寫第4章，陳天贈編寫第6章、第8章和第7章中JMAG優化的內容，同濟大學的袁登科老師編寫第5章和第9章中Simulink軟體在環內容，南京航空航太大學的姜文穎老師對本書第1章進行審核，林蘇對全書進行了整理。最後，感謝艾迪捷資訊科技（上海）技術有限公司董事長徐錦胄先生、中國區總經理韓海先生以及JMAG商務負責人姚海蘭女士對本書編寫給予的大力支持。
 
由於作者水準有限，書中難免存在有一些錯誤和不妥之處，望廣大讀者批評指教。