ANSYSMawell2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法

1、ANSYS Mawell 2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法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。aoihkoz mXOIjiM。GCQjxmD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Desi

2、g nSett in gs中設(shè)置“ Fractions 1 ”，計(jì)算并生成Maxwell 2D瞬態(tài)場算例。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RMx prt算例，按照?qǐng)D1重命名各個(gè)算例。PG3z2Zu VAY8dQ。Wyt3k7x。-B J: B-t-E:-Br:- E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。pz4EOlT。Y0US14Y rS3jYMp。YRotate/ocis:Angle;r X C V

3、iff 2I 鞅二JLOKCancel廠r1然后選中模型“ Band'I圖2 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，在“ Parameters ”中定義求解轉(zhuǎn)矩，如圖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個(gè) “Optimetrics ”中設(shè)置變量 步長0.2 deg，如圖4所示。圖3定以轉(zhuǎn)矩求解“Setup ”，設(shè)置迭代精度誤差為0.1%，最后在“ my_ang的掃描范圍為線性步長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*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/1000*65 ”的運(yùn)算。5UZz1XP i0gZET2。hHbVkhQ1m因此需要在求解結(jié)

5、果中加入“咿9驢風(fēng)”F的渤機(jī)勵(lì) Trace |FarnSK| F>TndKiDkp4a|丹Ertupl LdAW険 牙 1FijTsnwfer ：i(mFr?昕 5R#p I3 HCJfli 護(hù)丫.vjlIlBhl kijpuj ummh事準(zhǔn)hf.-Ejpn 圧nn 心 chi'*RiiiL口OfuirtLFifHtnpTrdoi- I AddlTbcai3au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。ANSYS Mawell 2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法Coggiing_TorqueI0帕n L 1"T -71&q

6、uot; I I ' r!2M5 加7.WlowiKwl&m17.1W',ravK 剛 I*13.MwieoM o 一皤2 rjj20100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，RMx prt 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)。 ncQY7Bb urnB5Pg。KVWkt8l。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

7、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SVqvS7b 9a7L9r4。PeGehIC打開“ 2_Cogging_Torque_MS_Stator”算例，首先選擇“做旋轉(zhuǎn)操作，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為變量“Stator ”和所有的線圈，my_Stator_a ng ”，變量初始值為“ 0 deg”，如圖7所示。 x4Yc P9IIAyi3OKCftTKS*圖7 旋轉(zhuǎn)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求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法按照算例“ 1_Cogging_Torque_MS_Roto” 的方法設(shè)置“ Torque1 ”和“ Setup1”， 在“ Optimetrics ”中設(shè)置圖 8 所示掃描范圍。PHRDEI。X37a75u Z1JyhzGAJd/Fdtt SweepVariaLlE irr.S'cln.-.ong廣 £ inc E vbIlls- LinrILinuol LUUrlDec&de izount廠COLnfDeleieSlDfTSlopeZDr qi 曲 nLlpcnte &g

9、t;>CancelQ*q jJI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。圖 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，永磁體不旋轉(zhuǎn)，

10、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ANSYS Mawell 2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法打開瞬態(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(shè)置合理劃分規(guī) 則，再將“ Excitations ”刪除（右鍵Delete All ），將求解設(shè)置修改為圖11所 示。csl6Ecf。epfDpYl。WiPTgGUGeneralI Save Fields | Advflnced | Sohr er | Expr

11、ession Cflche | pfaiiHsfName:SeiuplN bnjbledTrariiicnt SetupAdaptive rme tEpStop time: rime step: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)打開瞬態(tài)場算例“一轉(zhuǎn)速為“ 1deg_ per_sec” ，求解設(shè)置如圖 13 所示 HXypubn riMQ7SJ。CXh9D7Z4_Cogging_Torque_TR_1 Period”，設(shè)置初始角為“ 0 deg ”定；后面一半時(shí)間以“ 0.2s ”為仿真步長，得到較高精度。結(jié)果如圖12所示YxKIbfv。 z5

12、fB7Um MciEKcQfipnc胡 Save Fields | Advanced | Soivtr | Dcpreiion 匚旺ht | D«faulu |Ndimc：Setupi疋 EnabledTrnrfiienT SeTiip廠 Adaptive I ime StspStop time:Time step：1周期求解設(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。13XYPIol 1J n4 n w B m -jaa 總 |>豆 ted*/ lit 吧紂littG 1?周期瞬態(tài)場齒槽轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果'FM.DOIk止1 37圖1414結(jié)果分析靜磁場仿真結(jié)

13、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，女口 圖15所示，二者結(jié)果吻合度較高。i3KAPDW EhgMzBc mev9z15瞬態(tài)場仿真結(jié)果對(duì)比將瞬態(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。ANSYS Mawell 2D求解齒槽轉(zhuǎn)矩的幾種方法XYPfciaUaDD -IrjiMi nfc!U； B-nn' TdoupHa蟲時(shí)2MW-aDD -伽H - U-flI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)比將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)果趨勢基本相同,有較小誤差。XYPIOlltrjy_TO<qi»_T R_1Pft Bd *并且需要1m在后處理中4X3K2rl。EyTkCwF nxmXT9K5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，Op timetrics Lice nse支持。靜磁場求解的對(duì)象模型默認(rèn)長度是需要做特殊處理。平行充磁和徑向充磁需要區(qū)別對(duì)待。Srtipl Yr丑1引前-hJanql Ten 1 HttpIZlWJJJnql Tb 叭而瞬態(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，轉(zhuǎn)速 1deg/sec和 1min/sec的計(jì)算結(jié)果相同；計(jì)算中網(wǎng)格只需要?jiǎng)澐忠淮?，?/p>