ANSYS-Maxwell-2D求解齒槽轉矩的幾種方法

1、ANSYS-Maxwell-2D 求解齒槽轉 矩的幾種方法ANSYS Maxwell 2D求解齒槽轉矩的幾種方法齒槽轉矩是永磁電機特有的問題之一，是高性能永磁電機設計和制造中必須考慮 和解決的關鍵問題。其表現(xiàn)是當永磁電機繞組不通電時，永磁體和定子鐵芯之間 相互作用產生的轉矩，它是永磁體與電樞齒之間相互作用力的切向分量引起的。Maxwell 2D可以有效仿真得出永磁電機電磁方案的齒槽轉矩，且方法較多。本文 以R17.2 RMxprt中的自帶案例4極24槽“assnrl”為模板，介紹3種方法。打開該案例后，首先將系統(tǒng)中的案例另存到工作目錄下，然后在DesignSettings 中設置“Fracti

2、ons 1”，計算并生成Maxwell 2D瞬態(tài)場算例。復制該算例，將新算例修改為靜磁場算例，并分別再復制一次靜磁場和瞬態(tài)場算例，刪除RMxprt算例，按照圖1重命名各個算例。I 03 assm-1E- §0 l_Cogging_Tbrque_MS_Rotor (Magnetostatic, XY)由 Sil 2_Cogging_Torque_MS_Stator (Magnetostatic, XY)電 SU 3_Cogging_Torque_TR_2Period (Transient, XY)電 dU 4_Cogging_Torque_TR_lPeriod (Transient,

3、XY) 由因 Definitions圖1 算例重命名1靜磁場掃描轉子旋轉角度首先選中轉子匏和4個永磁體，做旋轉操作，在彈出窗口中設置旋轉角度為變量 “my_ang"，并定義變量初始值為“0 deg”，如圖2所示。Y圖2旋轉轉子圖3定以轉矩求解在“Analysis”中添加1個"Setup” ，設置迭代精度誤差為0.1%,最后在u Optime tries w中設置變量“my_ang”的掃描范圍為線性步長0 deg , 20 deg, 步長 0. 2 deg,如圖4所示。設置完成后即可求解，求解完成后按照圖5的設置，查看靜磁場分析報告。因為本電機的軸向長度為65mm,而Maxw

4、ell 2D XY平面靜磁場求解的對象默認長度為 1m,因此需要在求解結果中加入“/1000*65”的運算。© Report: dssm-1 - l Coggii>g T<xque M$Rotor Coggg.Tccqs - Torquel.T<xque/iOOO*65CentraSd9k 5mpl：SMepge 二JP-srameter： HoneTrace | Famiies | FamAes DisplayFnnery S»wp： |nry_ar»j 3 A,3t44(Vupd 必 lupcn、'"28匕maE>re

5、55wn CacheEnrewwn ConvergeHew fUpot I ”勒 Tracfi I Add Tf&ca心中 FwiOMO-Ogiut vanabtet. 0網仁 j圖5結果調用界面-5300500 00重命名該結果報告為“Cogging. Torque",齒槽轉矩結果如圖6所示。Cogging_Torquei_cooo«x),To(que Ms R(xor obo J2 %5 007.W10'0012*5015W!17150my_ardegUM15.00【6T5WS 苫 Mu】 8ooo-83l -gbjol20 bo圖6 掃描轉子旋轉角度所

6、得齒槽轉矩曲獲值得注意的是，RMxprt一鍵有限元生成的表貼式永磁體充磁方向為徑向充磁，其充磁方向由極坐標定義，即N極充磁方向為R的正方向，S極充磁方向為R的負方向，參考坐標系為“Global”坐標。而實際工程中常常會遇到平行充磁的電機，對于平行充磁最常用的處理方式是建立參考坐標系，永磁體的充磁方向參考特定參考坐標系的X軸正方向。而在上述操作中，參考坐標系無法跟隨轉子旋轉，使用本方法分析平行充磁時的結果將是錯誤的，因此可以利用第2種方法分析齒槽轉矩。2靜磁場掃描定子旋轉角度 打開u2_Cogging_Torque_MS_Stator算例，首先選擇"Stator”和所有的線圈,做旋轉操

7、作，設置旋轉角度為變量“my_Statojang”，變量初始值為"0 deg", 如圖7所示。圖7旋轉定子按照算例 “l(fā)_Cogging_Torque_MS_Rotor” 的方法設置 “Torquel”和 "Setupl” , 在"Optimetrics”比設置圖8所示掃描茗圍。Add/Edit SweepXVonoble |rrry_Statur_8ng 三C Single wJue府 LiriQsr siepLinser countC Decode countC courdr" ExponentioloDuntV&riaHeD&am

8、p;scnplionUpd8l© »口 Bl8t9Concei氣LSUtoLTC Uny Step liorriOJegto 加切,ep-Siart |°|degJSwp: 1-20lde9Slep:卜0 2|degd圖8Optimetrics掃描范圍設置求解完成后查看齒槽轉矩結果，如圖9、10所示。 RepE： ee-IM$ <og9<g TQ»que - Tprquc1,T«xqi*/i000*65UKkUK14KH F R«>l tmcTrace korrilig： fdmilici DipltySvw； |嘰

9、33，* Xir" °<rwt 加-，8»>一"9v：向前而*T而說修Jj4 ，代 I *pp*y Trace I Ml Trjce I齒槽轉矩調用界面本方法中，永磁體不旋轉，因此充磁方向不改變，分析結果對于任意方式定義的充磁方向均有效。3瞬態(tài)場求解空載低速旋轉轉矩多周期仿真打開瞬態(tài)場算例"3_Cogging_Torque_TR_2Period”，首先修改模型轉速為“1 deg_per_secw ,初始角修改為“-20 deg”，然后在網格劃分中設置合理劃分規(guī) 則，再將“Excitations”刪除（右鍵Delete All）,將求

10、解設置修改為圖11所zj OSolve SetupGeneral I Save Fields | Advanced | Solver | Expression Cache | Defaults |Name:7 EnabledTransient Setup Adaptive Time StepStop time:Time step:1Zl圖11 求解設置本算例中求解2個以上周期，在前面一半時間以“1s”為仿真步長，快速達到穩(wěn)General | save打開瞬態(tài)場算例a4_Cogging_Torque_TR_lPeriodw ,設置初始角為“0 deg”， 轉速為aldeg_per_sec&quo

11、t;,求解設置如圖13所示Fields | Advanced | Solver | Expression Cache DefaultsName:|setup1F EnabledTransient Setup Adaptive Time StepStop time:20|s|Time step:阿|s三圖131周期求解設置4結果分析靜磁場仿真結果對比將靜磁場仿真結果導出，并做簡單的數據編輯后，導入到同一個結果窗口下，如瞬態(tài)場仿真結果對比將瞬態(tài)場仿真結果導出，并做簡單的數據編輯后，導入到同一個結果窗口下，如 圖16所示，2條曲線完全重合。靜磁場和瞬態(tài)場仿真結果對比將4個仿真結果完全導入到同一個結果窗口，瞬態(tài)場和靜磁場結果趨勢基本相同,有較小誤差。XY Plot 14_Cogging_Tofque TR lPo(iod Movnql Tcrqja 1 I«n)cned引 S-2-3-250 00-500.0012150 'IWO1T5020W圖17靜磁場和瞬態(tài)場仿真結果對比5總結在上述的靜磁場計算中，每一步計算都要重新迭代網格，速度較慢，并且需要Optimetrics License支持。靜磁場求解的對象模型默認長度