基于3相6极永磁电机的齿槽转矩分析模型

3 参数化静磁场分析

接下来进行参数化静磁场分析。首先创建第二个Design，通过Ctrl+C复制第一个Design，选择Project之后通过Ctrl+V粘贴得到新的Design，将新得到的Design命名为02_Parametric。

创建新的Design并命名为02_Parametric

接下来设置边界条件。首先选择实体Region，执行RMB>>All Object Edges操作，再执行RMB>>Assign Boundary>>VectorPotential操作，在Vector Potential Boundary窗口，保留0作为数值，并点击OK。

设置边界条件

接下来定义材料。通过历史树中的名字选择名字包含“North”的三个实体，执行RMB>>Assign Material操作，在搜索窗口中输入nd，选择NdFe30材料，并且点击View/Edit Materials…按钮，将该材料的名字重命名为NdFe30_North，并且修改坐标系系统为Cylindrical，同时将R分量的场数值设置为1，并且点击两次OK。

定义North材料属性

重复上述操作，通过历史树中的名字选择名字包含“South”的三个实体，执行RMB>>Assign Material操作，在搜索窗口中输入nd，选择NdFe30_North材料，点击CloneMaterial(s)按钮，重命名材料名称为NdFe30_South，并且将R分量的数值修改为-1，点击两次OK。

定义South材料属性

接下来定义Rotor和Stator的材料属性，类似的，通过历史树中的名字选择选择Rotor和Stator实体，执行RMB>>Assign Material操作，在搜索窗口中输入st，选择材料steel_1008，并且点击OK。

定义Rotor和Stator材料属性

最终所有object的排列将会按照材料类型分组，如下图所示。

object排列

接下来定义转矩参数AssignTorque Parameter。选择Stator实体，执行RMB>>Assign Parameters>>Torque…操作。 在Torque窗口，直接点击OK。

定义转矩参数Assign Torque Parameter

接下来插入求解Setup。在工程管理窗口中选择“Analysis”分支，执行RMB>>Add Solution Setup…操作，在General选项卡，设置迭代误差Percent Error为0.1，在Solver选项卡，设置非线性残差Nonlinear Residual为1e-6，然后点击OK。

求解Setup设置

接下来运行仿真分析。在工程管理窗口，展开Analysis分支，选择Setup1，执行RMB>>Analyze操作，进行求解计算。

执行求解计算操作

接下来检查网格结果。一旦仿真分析结束，用户可使用Ctrl+A快捷键以选择所有的实体，然后执行RMB>>Plot Mesh操作，显示网格结果，在Create Mesh Plot窗口中点击Done即可。

显示网格操作

网格结果如下图所示，可以发现，气隙附近的自动网格加密，在气隙附近的能量比较集中。

网格结果

接下来显示磁力线。用户可再次Ctrl+A，然后执行RMB>>Fields>>A>>Flux Lines操作，在Create Field Plot窗口点击Done即可。

显示磁力线操作

磁力线结果如下图所示。

磁力线结果

接下来创建模型旋转的本地变量。选择6个永磁体和转子的模型，然后在菜单栏中执行Edit>>Arrange>>Rotate操作，在弹出的对话框中，输入angle，然后点击OK。在弹出的Add Variable窗口中，设置Value为0，点击OK。

创建模型旋转的本地变量

接下来创建参数化扫描Createthe Parametric Sweep。在ProjectManager中选择Optimetrics分支，执行RMB>>Add>>Parametric操作。 在Setup Sweep Analysis窗口，点击Add…按钮，在Add/Edit Sweep窗口，选择angle变量。

创建参数化扫描Create the Parametric Sweep

接下来设置扫描起点Start为0deg，扫描终点Stop为40deg，扫描步长Step为0.5deg，然后点击Add>>按钮在Options选项卡中，勾选Save Fields and Mesh，以便未来后处理中需要查看场数据，然后在Sweep Definition选项卡，点击HPC andAnalysis Options…按钮。

参数化分析设置

然后在HPC配置Configurations选项卡中，点击编辑Edit按钮，如果用户的计算机CPU有4个核心，在选项卡中设置任务数和核心数都是3，如下图所示。然后在任务分配Job Distribution选项卡中，确保Optimetrics Variations被勾选。最后点击2次OK。

HPC配置

接下来运行参数化扫描。展开ProjectManager中的Optimetrics分支，并且在ParametricSetup1上执行RMB>>Analyze操作，进行仿真计算。一旦仿真结束，右键点击ParametricSetup1，选择View Analysis Results，在Profile选项卡，我们可以看到计算的全部过程用了17分钟10秒。

运行参数化扫描

接下来进行结果查看。右键点击Results分支，执行Create Magnetostatic Report>>Rectangular Plot操作，选择Families选项卡，点击省略号按钮，并且勾选angle变量的Use all values，在Trace选项卡，在primary sweep中选择angle，在Quantity中选择Torque1.Torque，并点击New Report。

结果查看

两个连续齿之间的齿槽转矩结果如下图所示。

两个连续齿之间的齿槽转矩结果

为了显示齿槽转矩的峰峰值，用户需要在图形显示区点击右键，执行Marker>>Add Marker操作，可以对峰值点进行取点。

标记峰值点

4 总结

本文以一3相6极永磁电机为例，首先介绍了其几何创建的方法，然后建立了一个2D静磁场永磁电机的齿槽转矩分析模型，这个过程是相对简单的，Maxwell的几何建模器可使用户通过简单的步骤创建参数化模型。如用户使用UDPs建模，这个建模过程将会更加方便和快速。最后在静磁场求解器当中，对该电机的齿槽转矩进行了求解计算并得到了相应结果。

通过静磁场的求解器，对其进行齿槽转矩求解计算。为了更加方便及快速计算得到齿槽转矩结果，用户需要使用额外的Optimetrics additional license以实现参数化分析。同时为了减少求解时间，用户需要额外的HPC/DSO additional license。对于每一步扫描，几何模型都会发生改变，Maxwell也将会创建不同的网格，这些网格的计算误差也会有所不同(可查看齿槽转矩结果图中15deg附近的结果)。

由于齿槽转矩的计算通常是电机设计的一个初始步骤，而进一步的分析需要使用瞬态求解器，我们建议用户可使用瞬态分析来计算齿槽转矩。

审核编辑：黄飞