ANSYSMawell2D求解齿槽转矩的几种方法

1、ANSYS Mawell 2D求解齿槽转矩的几种方法ANSYS Maxwell 2D求解齿槽转矩的几种方法齿槽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槽转矩，且方法较多。本文 以R17.2 RMxprt中的自带案例4极24槽“assm-1”为模板，介绍3种方法。aoihkoz mXOIjiM。GCQjxmD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Desi

2、g nSett in gs中设置“ Fractions 1 ”，计算并生成Maxwell 2D瞬态场算例。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RMx prt算例，按照图1重命名各个算例。PG3z2Zu VAY8dQ。Wyt3k7x。-B J: B-t-E:-Br:- E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轭和4个永磁体，做旋转操作，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。pz4EOlT。Y0US14Y rS3jYMp。YRotate/ocis:Angle;r X C V

3、iff 2I 鞅二JLOKCancel厂r1然后选中模型“ Band'I图2 旋转转子，在“ Parameters ”中定义求解转矩，如图3所示。hhime砧41心d®2ipDBtiaC NeqaJts'BI,Qy.1CwrfjA/I I =±' TAJ C、y.7：了、:尸'CO在“ Analysis ”中添加1个 “Optimetrics ”中设置变量 步长0.2 deg，如图4所示。图3定以转矩求解“Setup ”，设置迭代精度误差为0.1%，最后在“ my_ang的扫描范围为线性步长0 deg ,20 degW0ppFM8Q5qvbs

4、7。dgJ9Gfx。W1I刨tijrW015 4Q申-EjSCBOfifpE平EkjniiOa 九 (ffcl世口阿何呼'*B.F iaE 巧h jCirfr*Mh uark:n<udi iijrn_rft4 sgmffiHrunruJD 4(rtfii3au昭iirTrdot I AddTru*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/1000*65 ”的运算。5UZz1XP i0gZET2。hHbVkhQ1m因此需要在求解结

5、果中加入“咿9驴風”F的渤机励 Trace |FarnSK| F>TndKiDkp4a|丹Ertupl LdAW険 牙 1FijTsnwfer ：i(mFr?昕 5R#p I3 HCJfli 护丫.vjlIlBhl kijpuj ummh事準hf.-Ejpn 圧nn 心 chi'*RiiiL口OfuirtLFifHtnpTrdoi- I AddlTbcai3au图5 结果调用界面重命名该结果报告为“Cogging_ Torque ”，齿槽转矩结果如图6所示。ANSYS Mawell 2D求解齿槽转矩的几种方法Coggiing_TorqueI0帕n L 1"T -71&q

6、uot; I I ' r!2M5 加7.WlowiKwl&m17.1W',ravK 刚 I*13.MwieoM o 一皤2 rjj20100图6扫描转子旋转角度所得齿槽转矩曲线值得注意的是，RMx prt 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 ”坐标。 ncQY7Bb urnB5Pg。KVWkt8l。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

7、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种方法分析齿槽转矩。2静磁场扫描定子旋转角度SVqvS7b 9a7L9r4。PeGehIC打开“ 2_Cogging_Torque_MS_Stator”算例，首先选择“做旋转操作，设置旋转角度为变量“Stator ”和所有的线圈，my_Stator_a ng ”，变量初始值为“ 0 deg”，如图7所示。 x4Yc P9IIAyi3OKCftTKS*图7 旋转定子8 1r X 二 Y 店 2I nr 'f kf-y t-o conatr»i n t -iL-ve nnvTric-it I ci

8、icn-wg6ybWk yjFk1OE。0ANSYS Mawell 2D求解齿槽转矩的几种方法按照算例“ 1_Cogging_Torque_MS_Roto” 的方法设置“ Torque1 ”和“ Setup1”， 在“ Optimetrics ”中设置图 8 所示扫描范围。PHRDEI。X37a75u Z1JyhzGAJd/Fdtt SweepVariaLlE irr.S'cln.-.ong广 £ inc E vbIlls- LinrILinuol LUUrlDec&de izount厂COLnfDeleieSlDfTSlopeZDr qi 曲 nLlpcnte &g

9、t;>CancelQ*q jJI扫描范围设置 求解完成后查看齿槽转矩结果，如图 9、10所示。图 8 OptimetricsBWWTrace- |Fmrvliri RvriilX Di町layPwinw: '<rr-口nrHl.tmria im"4aJJtJHii ICatalan.|ObgL 巾jJ naiiklb_ u« icm|nfl_rarf 巧 lOTi rilSih lOTiat bMlrillJhurn-nrit rikXnop-nria-JdCkJfMew ibpKt nr Tfkk pWRict口QiIdii I本方法中，永磁体不旋转，

10、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ANSYS Mawell 2D求解齿槽转矩的几种方法打开瞬态场算例“ 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 则，再将“ Excitations ”删除（右键Delete All ），将求解设置修改为图11所 示。csl6Ecf。epfDpYl。WiPTgGUGeneralI Save Fields | Advflnced | Sohr er | Expr

11、ession Cflche | pfaiiHsfName:SeiuplN bnjbledTrariiicnt SetupAdaptive rme tEpStop time: rime step: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，快速达到稳打开瞬态场算例“一转速为“ 1deg_ per_sec” ，求解设置如图 13 所示 HXypubn riMQ7SJ。CXh9D7Z4_Cogging_Torque_TR_1 Period”，设置初始角为“ 0 deg ”定；后面一半时间以“ 0.2s ”为仿真步长，得到较高精度。结果如图12所示YxKIbfv。 z5

12、fB7Um MciEKcQfipnc胡 Save Fields | Advanced | Soivtr | Dcpreiion 匚旺ht | D«faulu |Ndimc：Setupi疋 EnabledTrnrfiienT SeTiip厂 Adaptive I ime StspStop time:Time step：1周期求解设置本算例求解时长包含1个齿槽转矩周期，结果如图14所示。13XYPIol 1J n4 n w B m -jaa 总 |>豆 ted*/ lit 吧紂littG 1?周期瞬态场齿槽转矩仿真结果'FM.DOIk止1 37图1414结果分析静磁场仿真结

13、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，女口 图15所示，二者结果吻合度较高。i3KAPDW EhgMzBc mev9z15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，女口 图16所示，2条曲线完全重合。ANSYS Mawell 2D求解齿槽转矩的几种方法XYPfciaUaDD -IrjiMi nfc!U； B-nn' TdoupHa虫時2MW-aDD -伽H - U-flI图16 瞬态场仿真结果对比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。XYPIOlltrjy_TO<qi»_T R_1Pft Bd *并且需要1m在后处理中4X3K2rl。EyTkCwF nxmXT9K5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，Op timetrics Lice nse支持。静磁场求解的对象模型默认长度是需要做特殊处理。平行充磁和径向充磁需要区别对待。Srtipl Yr丑1引前-hJanql Ten 1 HttpIZlWJJJnql Tb 叭而瞬态场的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一次，且