ANSYSMaxwell2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法

1、ANSYS Maxwell 2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)特有的問題之一，是高性能永磁電機(jī)設(shè)計(jì)和制造中必須考慮 和解決的關(guān)鍵問題。其表現(xiàn)是當(dāng)永磁電機(jī)繞組不通電時(shí)，永磁體和定子鐵芯之間 相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(jī)電磁方案的齒槽轉(zhuǎn)矩，且方法較多。本文 以R17.2 RMxprt中的自帶案例4極24槽“assm-1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Desig nSetti ngS中設(shè)置“ Fractions 1” 計(jì)算并生成Maxwell 2D瞬態(tài)場算

2、例。復(fù)制該算例，將新算例 修改為靜磁場算例，并分別再復(fù)制一次靜磁場和瞬態(tài)場算例，刪除RMxprt算例，按照?qǐng)D1重命名各個(gè)算例。風(fēng) assm lFl 訓(xùn) l_CoggingL_Torque_MS_Rotor (Magnetostatic XY)1+1 !D 2_Cogging_Torque_MS_Stator (Magnetostatic, XY)1+訓(xùn) 3_COgging_TquE_rR_2Piod (Transient, XY)E 阿 4_Cogging_Torque_TR_lPeriod (Transient, XY) 畝 口 Definitions圖1算例重命名1靜磁場掃描轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度首

3、先選中轉(zhuǎn)子軛和4個(gè)永磁體，做旋轉(zhuǎn)操作，在彈出窗口中設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為變量“ my_ang，并定義變量初始值為“ 0 deg，如圖2所示。Atis.Angle:OKCancel圖2旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子然后選中模型“ Band,在“ Parameters中定義求解轉(zhuǎn)矩，如圖3所示圖3定以轉(zhuǎn)矩求解在“AnalysiS中添加1個(gè)“ Setup，設(shè)置迭代精度誤差為0.1%,最后在“Optimetrics” 中設(shè)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。 Report; 4m-1弘Mlfsrtjpl LastWIM! *葉斤町 fiRp- ip ng*J 剖Fy-

4、nnielBT |llnie|TWiguftE?r&-QaB1,ii3WS5FuIilDui.hrWCl11叭WKhdrfV.卜 HIM#LtatAoat 冥便 aiiq_ESaq 叫Gil 網(wǎng)MA as nAMin 也直ml odi nm_ tftg irwmild 吃inralErOii|u WmuNMu, J Ofuirtt_|towRiipflnTrio- | WTraoaCioru圖4 Optimetrics掃描范圍設(shè)置設(shè)置完成后即可求解，求解完成后按照?qǐng)D5的設(shè)置，查看靜磁場分析報(bào)告。因?yàn)楸倦姍C(jī)的軸向長度為65mm,而Maxwell 2D XY平面靜磁場求解的對(duì)象默認(rèn)長度為 1m,因

5、此需要在求解結(jié)果中加入“ /1000*65 ”的運(yùn)算。圖5結(jié)果調(diào)用界面重命名該結(jié)果報(bào)告為“ Cogging_ Torque，齒槽轉(zhuǎn)矩結(jié)果如圖6所示DO頌曲 rtr廠-r-1tr1rl r- -r111r it r1 rj1r I tfrozb57個(gè) 0012wT5OT17.W20 WIJW_9 晦 I世臨15WWOO圖6掃描轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度所得齒槽轉(zhuǎn)矩曲線值得注意的是，RMxprt 鍵有限元生成的表貼式永磁體充磁方向?yàn)閺较虺浯?，?充磁方向由極坐標(biāo)定義，即N極充磁方向?yàn)镽的正方向，S極充磁方向?yàn)镽的負(fù)方向，參考坐標(biāo)系為“ Global”坐標(biāo)。而實(shí)際工程中常常會(huì)遇到平行充磁的電機(jī)，對(duì)于平行充磁最常用

6、的處理方式是建 立參考坐標(biāo)系，永磁體的充磁方向參考特定參考坐標(biāo)系的X軸正方向。而在上述操作中，參考坐標(biāo)系無法跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使用本方法分析平行充磁時(shí)的結(jié)果將是 錯(cuò)誤的，因此可以利用第2種方法分析齒槽轉(zhuǎn)矩。2靜磁場掃描定子旋轉(zhuǎn)角度打開“ 2_Cogging_Torque_MS_StatOr算例，首先選擇“ Stator”和所有的線圈，做 旋轉(zhuǎn)操作，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為變量“ my_Stator_a n，變量初始值為“ 0 deg,如 圖7所示。圖7旋轉(zhuǎn)定子按照算例“ 1_Cogging_Torque_MS_Rotc” 的方法設(shè)置“ Torquel” 和“ SetupY,在“ Optimetrics”中設(shè)

7、置圖8所示掃描范圍。VariatolE my_SmiDr_flngAdd/Edi t SweepX血.乳曲部申phom (kl確悼 dsa伏mq： e v&lu =r* LjHKir廠 LinuoiLlpcate C Decade oountC Octay- coiurrtC LApnuiilid countSnortSlap:SWp;旅q DitleeOKLonCe I圖8 Optimetrics掃描范圍設(shè)置 求解完成后查看齒槽轉(zhuǎn)矩結(jié)果，如圖9、10所示。Trace |fffrriiir5 Fn-iiliet Diliy峠Et; fl化R 4ai4 wniMnvairrHWMfiumSFyR

8、qnHanEfeoTLSEEIlrI%叫-匸嚴(yán)QrlpitVHnriHcsiH I 口ftDU |llcw帥PtTfceb | AMTnia jCtas圖9齒槽轉(zhuǎn)矩調(diào)用界面圖10掃描轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度所得齒槽轉(zhuǎn)矩曲線本方法中，永磁體不旋轉(zhuǎn)，因此充磁方向不改變，分析結(jié)果對(duì)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(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩多周期仿真打開瞬態(tài)場算例“ 3_Cogging_Torque_TR_2Perio”，首先修改模型轉(zhuǎn)速為“ 1 deg_per_seC，初始角修改為“ -20 deg，然后在網(wǎng)格劃分中設(shè)置合理劃分規(guī)則, 再將“ Excitatio ns”刪除（右鍵Delete All），將求

9、解設(shè)置修改為圖11所示。圖11求解設(shè)置本算例中求解2個(gè)以上周期，在前面一半時(shí)間以“ 1s”為仿真步長，快速達(dá)到穩(wěn)定;后面一半時(shí)間以“ 0.2/為仿真步長，得到較高精度。結(jié)果如圖12所示Torquv-1門00|1_他1*呷*圖12 2周期瞬態(tài)場齒槽轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果單周期仿真打開瞬態(tài)場算例“ 4_Coggi ng_Torque_TR_1Perio”，設(shè)置初始角為“ 0 deg，轉(zhuǎn) 速為“ 1deg_per_seC，求解設(shè)置如圖13所示Nmr：Seal plF ErtdbkdT ansipnr Se tupAdaptive 1 imt SftpStop time;Time Hep：Zl圖13 1周期求解

10、設(shè)置本算例求解時(shí)長包含1個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩周期，結(jié)果如圖14所示。4.00To|4Mi_TR_iFMnwi! 刊DDXVPlol 1KM1 into iA圖14 1周期瞬態(tài)場齒槽轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果4結(jié)果分析靜磁場仿真結(jié)果對(duì)比將靜磁場仿真結(jié)果導(dǎo)出，并做簡單的數(shù)據(jù)編輯后，導(dǎo)入到同一個(gè)結(jié)果窗口下，如 圖15所示，二者結(jié)果吻合度較高。XY Plot 2L&gfimg.TcrqwTR:時(shí)* ?肚7 40T防匸|Two iTto圖15靜磁場仿真結(jié)果對(duì)比瞬態(tài)場仿真結(jié)果對(duì)比-ZED ODnoEfOdOD-MO c on畑恬罰LA-伽 finSOC.OO -Cue析隔2WDD-圖17靜磁場和瞬態(tài)場仿真結(jié)果對(duì)比Morngi 5

11、Mp1 T* 實(shí)kJanql Terru 1I - i ZKEETU12 50l&OO17so2GW將瞬態(tài)場仿真結(jié)果導(dǎo)出，并做簡單的數(shù)據(jù)編輯后，導(dǎo)入到同一個(gè)結(jié)果窗口下，女口 圖16所示，2條曲線完全重合。XY Plot 34_G&agmig_Twi|_TR_leril 思T5DDD首圖16瞬態(tài)場仿真結(jié)果對(duì)比 靜磁場和瞬態(tài)場仿真結(jié)果對(duì)比4個(gè)仿真結(jié)果完全導(dǎo)入到同一個(gè)結(jié)果窗口，瞬態(tài)場和靜磁場結(jié)果趨勢(shì)基本相同,5總結(jié)在上述的靜磁場計(jì)算中，每一步計(jì)算都要重新迭代網(wǎng)格，速度較慢，并且需要 Optimetrics Lice nse支持。靜磁場求解的對(duì)象模型默認(rèn)長度是1m,在后處理中需要做特殊處理。平行充磁和徑向充磁需要區(qū)別對(duì)待。而瞬態(tài)場的1個(gè)周期和2個(gè)周期的計(jì)算結(jié)果相同；另外測試過