用于高性能永磁电动机设计和制造的ANSYS Maxwell 2D求解齿

ANSYS Maxwell 2D方法用于设计和制造高性能永磁电机以解决齿槽转矩

槽转矩是永磁电动机的独特问题之一，是高性能永磁电动机设计与制造中必须考虑和解决的关键问题.

性能是当永磁电动机的绕组不通电时，由永磁体和定子铁心之间的相互作用产生的转矩. 它是由永磁体和电枢齿之间相互作用力的切向分量引起的.

Maxwell 2D可以有效地模拟永磁电动机电磁方案的齿槽转矩，并且有很多方法. 本文介绍了以R17.2 RMxprt中的独立外壳4极24插槽“ assm-1”为模板的三种方法.

打开案例后，首先将案例保存在系统中的工作目录中，然后在“设计设置”中设置“分形1”以计算并生成Maxwell 2D瞬态现场算例.

复制研究，将新研究修改为静态磁场研究，然后再次复制静态磁场和瞬态研究，删除RMxprt研究，并根据图1重命名每个研究.

图1重命名示例

静磁场扫描转子旋转角

首先选择转子磁轭和4个永磁体，进行旋转操作，然后在弹出窗口中将旋转角度设置为变量“ my_ang”，并将变量初始值定义为“ 0 deg”，如图所示. 图2.

图2旋转转子

然后选择模型“ Band”，并在“ Parameters”中定义求解扭矩，如图3所示.

图3必须用扭矩解决

在“ Analysis”中添加1个“ Setup”，将迭代精度误差设置为0.1％，最后在“ Optimetrics”中将变量“ my_ang”的扫描范围设置为线性步长[0度，20度]，步长为0.2度，如图4所示.

图4 Optimetrics扫描范围设置

设置完成后，即可解决. 解决方案完成后，请根据图5中的设置查看静磁场分析报告.

由于实验电动机的轴向长度为65mm，并且Maxwell二维XY平面静磁场的对象默认为1m，因此需要在解结果中添加“ / 1000 * 65”运算.

图5结果调用界面

将结果报告重命名为“ Cogging_Torque”，齿槽转矩结果如图6所示.

图6通过扫描转子旋转角获得的齿槽转矩曲线

值得注意的是，由RMxprt一键有限元产生的表面安装永磁体的磁化方向为径向磁化，磁化方向由极坐标定义，即N极磁化方向为R的正方向，S极的磁化方向是R的负方向，参考坐标系是“全局”坐标.

在实际工程中，经常遇到具有平行磁化的电动机. 平行磁化最常用的处理方法是建立参考坐标系. 永磁体的磁化方向是特定参考坐标系的X轴正方向.

在上述操作中，参考坐标系无法跟随转子的旋转. 用这种方法分析平行磁化结果是错误的2d瞬态仿真，因此可以用第二种方法来分析齿槽转矩.

静磁场扫描定子旋转角

打开“ 2_Cogging_Torque_MS_Stator”示例，首先选择“ Stator”和所有线圈，进行旋转操作，将旋转角度设置为变量“ my_Stator_ang”，变量的初始值为“ 0 deg”，如图所示在图7中.

图7旋转定子

根据示例“ 1_Cogging_Torque_MS_Rotor”的方法设置“ Torque1”和“ Setup1”，并在“ Optimetrics”中设置图8所示的扫描范围.

图8 Optimetrics扫描范围设置

在解决方案完成之后检查齿槽转矩结果，如图9和10所示.

图9齿槽转矩调用界面

图10通过扫描转子旋转角获得的齿槽转矩曲线

该方法中，永磁体不旋转，磁化方向不变，分析结果对于以任何方式定义的磁化方向均有效.

空载低速旋转转矩的瞬态解

多周期仿真

打开瞬态现场算例“ 3_Cogging_Torque_TR_2Period”，首先将模型速度修改为“ 1 deg_per_sec”，然后将初始角度修改为“ -20 deg”，然后在网格中设置合理的划分规则，然后删除“ Excitations” （右键单击全部删除）2d瞬态仿真，然后修改解决方案设置，如图11所示.

图11解决方案设置

在此计算示例中，当求解两个以上的循环时，在上半部分中将“ 1s”用作模拟步骤以快速稳定；在后半部分，将“ 0.2s”用作模拟步骤以获得更高的精度. 结果如图12所示.

图12 2周期瞬变场齿槽转矩的仿真结果

单周期模拟

打开瞬变场计算示例“ 4_Cogging_Torque_TR_1Period”，将初始角度设置为“ 0度”，并将旋转速度设置为“ 1deg_per_sec”，解决方案设置如图13所示

图13 1周期解决方案设置

此示例的求解持续时间包括1个齿槽转矩周期，结果如图14所示.

图14 1周期瞬变场齿槽转矩的仿真结果

结果分析

静磁场仿真结果的比较

导出静磁场仿真结果并进行简单的数据编辑，然后将其导入到相同的结果窗口中，如图15所示，结果吻合良好.

图15静磁场仿真结果比较

瞬态场模拟结果的比较

导出瞬态场仿真结果并进行简单的数据编辑后，将它们导入到相同的结果窗口中，如图16所示，两条曲线完全重合.

图16瞬变场仿真结果的比较

静磁场和瞬态磁场仿真结果的比较

四个模拟结果完全导入到同一结果窗口中. 瞬态磁场和静磁场的结果基本上是相同的趋势，误差很小.

图17静磁场与瞬态磁场仿真结果的比较

摘要

在上述静磁场计算中，必须在计算的每个步骤中重新网格，这比较慢，并且需要获得“光学许可”的支持.

静态磁场解决方案的对象模型的默认长度为1m，并且在后处理中需要进行特殊处理. 平行磁化和径向磁化需要区别对待.

瞬态场的1个周期和2个周期的计算结果相同；经额外测试，1deg / sec和1min / sec的速度计算结果相同. 网格在计算中只需要划分一次，并且Optimizertrics不需要许可证支持.

比较结果时，将结果文件导出到csv文件，修改标题和数字单位，然后将其导入结果显示窗口以进行直接比较.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-193853-1.html