ANSYSMaxwell2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法

1、ANSYS Maxwell 2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法齒梢轉(zhuǎn)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(guān)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(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電磁方案的齒梢轉(zhuǎn)矩，且方法較多。本文 以R17.2 RMxprt中的自帶案例4極24梢“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 DesignSettings 中設置“Fractions 1 ”，計算并生成Maxwell 2D瞬態(tài)場算例

2、。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。圖1?算例重命名1靜磁場掃描轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度首先選中轉(zhuǎn)子鈍和4個永磁體，做旋轉(zhuǎn)操作，在彈出窗口中設置旋轉(zhuǎn)角度為變量 “my_ang，并定義變量初始值為“ 0 deg ”，如圖2所示。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Setup”，設置迭代精度誤差為0.1%,最后在 “Optimetrics ”中設置變量“ my_ang的掃描范圍為線性步長0 deg ,20 deg

3、, 步長0.2 deg ,如圖4所示。圖4? Optimetrics 掃描范圍設置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Maxwell 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(jié)果中加入“ /1000*65 ”的運算。圖5?結(jié)果調(diào)用界面重命名該結(jié)果報告為“ Cogging_ Torque”，齒梢轉(zhuǎn)矩結(jié)果如圖6所示。 圖6?掃描指子旋轉(zhuǎn)角度所得齒梢轉(zhuǎn)矩曲線值得注意的是，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

4、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(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使用本方法分析平行充磁時的結(jié)果將是 錯誤的，因此可以利用第2種方法分析齒梢轉(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，設置旋轉(zhuǎn)角度為變量“ my_Stator_ang ，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_Ro

5、tor 的方法設置 “Torque1” 和 “Setup1”， 在“Optimetrics ”中設置圖8所示掃描范圍。圖8? Optimetrics 掃描范圍設置求解完成后查看齒梢轉(zhuǎn)矩結(jié)果，如圖 9、10所示。圖9?齒梢轉(zhuǎn)矩調(diào)用界面圖10?掃描轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度所得齒梢轉(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_2Period”，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)格劃分中設置合理劃分規(guī) 則，再將“

6、 Excitations ”刪除（右鍵Delete All ）,將求解設置修改為圖11所 不。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)定；后面一半時間以“ 0.2s”為仿真步長，得到較高精度。結(jié)果如圖 12所示圖12? 2周期瞬態(tài)場齒梢轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果單周期仿真打開瞬態(tài)場算例 4_Cogging_Torque_TR_1Period”，設置初始角為“ 0 deg”，轉(zhuǎn)速為“ 1deg_per_sec”，求解設置如圖13所示圖13? 1周期求解設置本算例求解時長包含1個齒梢轉(zhuǎn)矩周期，結(jié)果如圖14所示。圖14? 1周期瞬態(tài)場齒梢轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果4結(jié)果分析靜磁

7、場仿真結(jié)果對比將靜磁場仿真結(jié)果導出，并做簡單的數(shù)據(jù)編輯后，導入到同一個結(jié)果窗口下，如圖15所示，二者結(jié)果吻合度較高。圖15?靜磁場仿真結(jié)果對比瞬態(tài)場仿真結(jié)果對比將瞬態(tài)場仿真結(jié)果導出，并做簡單的數(shù)據(jù)編輯后，導入到同一個結(jié)果窗口下，如圖16所示，2條曲線完全重合。圖16?瞬態(tài)場仿真結(jié)果對比靜磁場和瞬態(tài)場仿真結(jié)果對比將4個仿真結(jié)果完全導入到同一個結(jié)果窗口，瞬態(tài)場和靜磁場結(jié)果趨勢基本相同， 有較小誤差。圖17?靜磁場和瞬態(tài)場仿真結(jié)果對比5總結(jié)在上述的靜磁場計算中，每一步計算都要重新迭代網(wǎng)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)別對待。而瞬態(tài)場的1個周期和2個周期的計算結(jié)果相同；另外測試過，轉(zhuǎn)速 1deg/sec和