ANSYSMaxwell2D求解齿槽转矩的几种方法

1、ANSYS Maxwell 2D求解齿槽转矩的几种方法齿梢转矩是永磁电机特有的问题之一，是高性能永磁电机设计和制造中必须考虑 和解决的关键问题。其表现是当永磁电机绕组不通电时，永磁体和定子铁芯之间 相互作用产生的转矩，它是永磁体与电枢齿之间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电机电磁方案的齿梢转矩，且方法较多。本文 以R17.2 RMxprt中的自带案例4极24梢“assm-1”为模板，介绍3种方法。打开该案例后，首先将系统中的案例另存到工作目录下，然后在 DesignSettings 中设置“Fractions 1 : 计算并生成Maxwell 2D瞬态场算例

2、。复制该算例，将 新算例修改为静磁场算例，并分别再复制一次静磁场和瞬态场算例，删除 RMxprt 算例，按照图1重命名各个算例。assmlJQ l_CDgging_Torque_MS_RQtor (Magneto写匕tic, XY)!Q 2_Cogging_Torque_MS_Stetor (Magnetostatic, XY)!Q 3_Cogging_Torque_TR_2Period (Transient, XY)4_Cogging_Torque_TR_lPenod (Transient, XY)Definitions图1算例重命名1静磁场扫描转子旋转角度首先选中转子钝和4个永磁体，做旋转

3、操作，在弹出窗口中设置旋转角度为变量 “my_ang'，并定义变量初始值为“ 0 deg ”，如图2所示。图2 旋转转子O然后选中模型“ Band',在"Parameters”中定义求解转矩，如图3所示图3定以转矩求解在“Analysis ”中添加1个"Setup”，设置迭代精度误差为0.1%,最后在 “Optimetrics ”中设置变量“ my_ang'的扫描范围为线性步长0 deg ,20 deg, 步长0.2 deg ,如图4所示。图4 Optimetrics 扫描范围设置设置完成后即可求解，求解完成后按照图 5的设置，查看静磁场分析报告。因

4、为 本电机的轴向长度为65mm而Maxwell 2D XY平面静磁场求解的对象默认长度为 1m,因此需要在求解结果中加入“ /1000*65 ”的运算。图5 结果调用界面重命名该结果报告为“ Cogging_ Torque”，齿梢转矩结果如图6所示joggingcirque5D0 OO描口 2%57.W1OW12!m17.feo20 VO2K= M -.5D0 DO -图6 扫描转子旋转角度所得齿梢转矩曲线值得注意的是，RMxprt一键有限元生成的表贴式永磁体充磁方向为径向充磁，其 充磁方向由极坐标定义，即N极充磁方向为R的正方向，S极充磁方向为R的负方 向，参考坐标系为“ Global ”坐

5、标。而实际工程中常常会遇到平行充磁的电机，对于平行充磁最常用的处理方式是建立参考坐标系，永磁体的充磁方向参考特定参考坐标系的X轴正方向。而在上述操作中，参考坐标系无法跟随转子旋转，使用本方法分析平行充磁时的结果将是错误的，因此可以利用第2种方法分析齿梢转矩。2静磁场扫描定子旋转角度打开“ 2_Cogging_Torque_MS_Stator”算例，首先选择“ Stator ”和所有的线圈， 做旋转操作，设置旋转角度为变量“ my_Stator_ang "，变量初始值为“ 0 deg”， 如图7所示。图7旋转定子按照算例 " 1_Cogging_Torque_MS_Rotor

6、 的方法设置 “ Torquel” 和 “Setupl”，在a Optimetrics ”中I置图8所示扫描范围。图8 Optimetrics扫描范围设置求解完成后查看齿梢转矩结果，如图图9齿梢转矩调用界面9、10所示。图10 扫描转子旋转角度所得齿梢转矩曲线本方法中，永磁体不旋转，因此充磁方向不改变，分析结果对于任意方式定义的 充磁方向均有效。3瞬态场求解空载低速旋转转矩多周期仿真打开瞬态场算例" 3_Cogging_Torque_TR_2Period”，首先修改模型转速为“ 1 deg_per_sec"，初始角修改为“ -20 deg ”，然后在网格划分中设置合理划分规

7、 则，再将“ Excitations ”删除（右键Delete All ）,将求解设置修改为图11所3 心 SetupGenera ISave Fields | Advanced | SoWer | Expression Cache | DefaultsN<ame:Semp ,* tnabliedTran m m SetupAdaptive TEme StepS top time:Time step:if(ti me <20,1.0.2)图11求解设置本算例中求解2个以上周期，在前面一半时间以“ 1s”为仿真步长，快速达到稳 定；后面一半时间以“ 0.2s”为仿真步长，得到较高精度

8、。结果如图12所示图12 2周期瞬态场齿梢转矩仿真结果单周期仿真 打开瞬态场算例" 4_Cogging_Torque_TR_1Period”，设置初始角为“ 0 deg”， 转速为“ 1deg_per_sec”，求解设置如图13所示Save Field* Advancwl Solver | Cxpreiiion Cach# D«fjulUNn me:SetuplP, Enabledamimnt SetupAdaptive Time StepStop rim ptTime step;图13 1周期求解设置本算例求解时长包含1个齿梢转矩周期，结果如图14所示。ICFRSTTHq

9、KJ附*WQ-flOq& Qm hto-|JdlidLlJjQOrttitjtosta> '如. ”如i内aitmsowTw时图14 1周期瞬态场齿梢转矩仿真结果4结果分析静磁场仿真结果对比将静磁场仿真结果导出，并做简单的数据编辑后，导入到同一个结果窗口下，如 图15所示，二者结果吻合度较高。瞬态场仿真结果对比将瞬态场仿真结果导出，并做简单的数据编辑后，导入到同一个结果窗口下，如 图16所示，2条曲线完全重合。静磁场和瞬态场仿真结果对比将4个仿真结果完全导入到同一个结果窗口， 瞬态场和静磁场结果趋势基本相同, 有较小误差。图17 静磁场和瞬态场仿真结果对比5总结在上述的静磁场计算中，每一步计算都要重新迭代网格，速度较慢，并且需要Optimetrics License 支持。静磁场求解的对象模型默认长度是 1m,在后处理中 需要做特殊处理。平行充磁和径向充磁需要区别对待。而瞬态场的1个周期和2个周期的计算结果相同；另外测试过，转速 1deg/sec和 1min/sec的计算结果相同；计算中网格只需要划分