ANSYS Maxwell 2D求解齿槽转矩的几种方法精编版
永磁电机齿槽转矩及其计算方法探究
永磁电机齿槽转矩及其计算方法探究随着环保意识和节能理念的普及，永磁电机作为一种高效、可靠、节能的电机，被广泛应用于工业和民用领域。
永磁电机不仅拥有优良的速度控制性能和负载响应性能，还能在补偿系统和传动系统中发挥非常重要的作用。
但是，在永磁电机的性能设计和有效应用中，齿槽转矩的计算是至关重要的。
一、永磁电机的齿槽转矩齿槽转矩是永磁电机的一种特殊转矩，是由于永磁体和锯齿型铁芯之间的相互作用所引起的。
在同步运行电机中，锯齿型铁芯中的齿槽产生磁场，而永磁体中的磁场被磁通链裹着，如果有些磁通链与锯齿型铁芯中的齿槽产生剪切，则会发生永磁体的转动。
这个现象就是齿槽转矩。
二、齿槽转矩计算方法1、永磁电机的齿槽转矩计算可以通过齿槽系数来实现。
齿槽系数是指永磁电机中锯齿型铁芯的齿槽数目与角度之比。
齿槽系数越大，齿槽转矩就越大。
可以通过调整永磁电机的齿槽系数提高转矩的质量和性能。
2、永磁电机的齿槽转矩还可以通过计算磁场分布来估算。
磁场分布是模拟器得到的理论计算值，可以提供永磁电机转矩的数值。
通常情况下，计算磁场分布需要使用有限元分析方法，因此需要使用各种软件进行计算。
3、另外一种方法是使用电机参数来计算永磁电机的齿槽转矩。
这种方式根据公式：T=K×Bp×Imax×A；其中，T是电机的齿槽转矩，K是系数，Bp是永磁体磁场密度，Imax是电机的电流峰值，A是永磁体和铁芯之间的面积。
这种方法可以快速计算永磁电机的齿槽转矩，但是需要知道有关永磁体参数和电路参数。
三、永磁电机齿槽转矩的影响因素1、永磁体的磁场强度和形状。
永磁体的磁场密度和形状对齿槽转矩的大小和效果有很大影响。
磁场强度越大，齿槽转矩越大。
2、永磁体和铁芯之间的面积。
面积越大，齿槽转矩越大。
3、电流峰值大小。
电流峰值越大，齿槽转矩越大。
四、结论永磁电机齿槽转矩的计算是永磁电机性能设计的一个重要步骤。
齿槽转矩的大小直接影响永磁电机的转矩质量和性能。
ANSYS如何施加转矩
ANSYS如何施加转矩方法一：施加边界条件第一种方法是通过施加边界条件来模拟物体受到的转矩。
在ANSYS中，可以通过选择合适的节点或边界来施加边界条件。
以下是一般性的步骤：1.导入几何模型：首先，需要导入您要分析的几何模型。
这可以通过导入CAD文件或创建几何模型进行实现。
2.网格划分：将几何模型转换为有限元网格。
可以使用ANSYS的网格划分功能来生成高质量的网格。
3.添加约束：选择几何模型上的一些节点或边界来施加边界条件。
通常情况下，这涉及到在相应节点上施加转矩。
您可以通过选择约束类型为转矩，并指定转矩的大小和方向来实现。
4.应用载荷：在模拟中，您还可以添加其他载荷，如力、压力等。
您可以通过选择合适的载荷类型和参数来应用您需要的转矩。
5.求解分析：一旦所有约束和载荷都定义好了，您可以运行求解器来执行分析。
ANSYS将计算出结构的响应，包括所施加转矩引起的变形和应力等。
方法二：施加矩阵和面力另一种方法在ANSYS中模拟转矩是通过施加矩阵和面力。
这种方法更适用于特定的应用，如旋转机械部件等。
1.导入几何模型和网格划分：与第一种方法相同，首先要导入几何模型并生成网格。
2.定义矩阵和面力：在ANSYS中，可以通过在几何模型上定义矩阵和面力来施加转矩。
您可以在合适的表面或体素上定义转矩大小、方向和施加点。
还可以选择施加转矩的方法，比如直接施加力矩或通过表面载荷。
3.求解分析：确定转矩施加点和大小后，可以运行求解器来执行分析。
求解器将计算出结构的响应，包括需要施加的转矩引起的变形和应力等。
方法三：使用APDL命令1.使用NROT命令旋转参考坐标系，以便与所需转矩方向相匹配。
2.使用FORCE命令施加转矩。
这需要定义转矩的大小和方向，以及施加转矩的节点。
3.求解分析：运行求解器来执行分析。
ANYS将计算出结构的响应，包括所施加转矩引起的变形和应力等。
总结：在ANSYS中施加转矩可以通过施加边界条件、矩阵和面力或使用APDL命令来实现。
ANSYS Maxwell 2D求解齿槽转矩的几种方法精编版
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。
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。
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。
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。
图2 旋转转子然后选中模型“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”，齿槽转矩结果如图6所示。
图6 扫描转子旋转角度所得齿槽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”坐标。
齿槽转矩计算
齿槽转矩，也称为空载转矩，指的是在电动机无负载的情况下，转动系统所需要克服的阻力矩。
齿槽转矩的计算公式为：T0 = 2 × π × (E/h + c × n × H) × Db。
其中，E表示弹性模量，h表示铁心有效长度，c表示系数，n表示气隙，H表示磁场强度，Db表示计算截面处的齿顶圆直径。
此外，也可以使用实测的方法进行计算，即将电机在静态状态下的负载逐步减小至零，在此过程中所测得的负载转矩即为齿槽转矩。
以上信息仅供参考，如需获取更多详细信息，建议查阅相关专业技术文献或咨询专业技术工程师。
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。
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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。
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。
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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。
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图2 旋转转子然后选中模型“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。
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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1m，因此需要在求解结果中加入“/1000*65”的运算。
斜槽分析maxwell2D斜槽设置
斜槽分析maxwell2D斜槽设置
斜槽系数的分析和绕组系数分析是一样的，可以放在圆周内去计算。
可以参考电机学第四章
齿谐波频率：
v = k*（Z/P）+/- 1
Z为槽数，也是齿数，P是极对数。
一齿加一槽，形成一个齿谐波。
而一对极对应一个基波，所以如果在一对极中有两个槽，那就有两个齿谐波。
+/-1 目前不知道为啥
斜槽系数 = 0.5个齿距？？
这句话怎么理解？
上述基波齿谐波齿数理解：转子转一圈，基波转了P（极对数）圈，再考虑有12个槽，所以齿谐波转了12*P（12*5=60圈），从机械角度来看。
360/60 = 6° 也就是一个齿谐波占据了机械角度6°而一个齿槽360/12 = 30°，所以为了消除齿谐波，斜槽不需要斜一个齿，只需要 6/30=0.2个齿即可
maxwell 2D中等效斜槽操作
注：通过上面理论分析可以求出齿槽谐波的机械角度为theta 则start和stop = -theta/2 ， theta/2 ；count一般为10以上这样计算更准确。
ANSYS转矩施加三种方法
转矩一般有三种施加的方法:第一种,将矩转换成一对一对的力偶,直接施加在对应的节点上面.第二种,在构件中心部位建立一个节点,定义为MASS21单元,然后跟其他受力节点耦合,形成刚性区域,就是用CERIG命令.然后直接加转矩到主节点,即中心节点上面第三种,使用MPC184单元.是在构件中心部位建立一个节点,跟其他受力节点分别形成多根刚性梁,,从而形成刚性面.最后也是直接加载荷到中心节点上面,通过刚性梁来传递载荷.上面三种方法计算的结果基本一致,我做过实验的.只不过是后两种情况都是形成刚性区域,但是CERIG命令是要在小变形或者小旋转才能用,只支持静力,线形分析.而第三种方法适用多种情况,不仅支持大应变,还支持非线形情况。
前言做一个总结意义！！！原因：最近网上有较多的朋友在咨询关于实体加载的方法目的：希望这个问题不再成为大家的疑惑的一部分！！！！！！！！！！！！！！！！一、说说施加方法思路1：矩或扭矩说白了就是矩，所谓矩就是力和力臂的乘积。
施加矩可以等效为施加力；思路2：直接施加弯矩或扭矩，此时需要引入一个具有旋转自由度的节点；二、在ANSYS中实现的方法这里说说3个基本方法，当然可以使用这3个方法的组合方法，组合方法就是对3个基本方法的延伸，但原理仍不变。
方法1：引入mass21，利用cerig命令Ex1:/prep7block,0,1,0,1,0,2k,9,0.5,0.5,2.5mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3r,2,1e-6et,1,45et,2,21keyopt,2,3,0lesize,all,0.2vmesh,allksel,s,,,9type,2real,2kmesh,allallselnsel,s,loc,z,2,3NPLOTCERIG,node(0.5,0.5,2.5),ALL,ALL, , , , allsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve方法2：利用mpc184单元/prep7block,0,1,0,1,0,2mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3et,2,184keyopt,2,1,1lesize,all,0.2vmesh,alln,1000,0.5,0.5,2.5type,2mat,2*do,i,1,36e,1000,36+i*enddoallselallsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3 FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve方法3：使用rbe3命令/prep7block,0,1,0,1,0,2k,9,0.5,0.5,2.5mp,ex,1,2e10mp,prxy,1,0.2mp,prxy,1,0.3r,2,1e-6et,1,45keyopt,2,3,0lesize,all,0.2vmesh,allksel,s,,,9type,2real,2kmesh,allallsel*dim,sla,array,36*do,i,1,36sla(i)=i+36*enddo*dim,sla2,array,36*do,i,1,36sla2(i)=i+36*enddoallselrbe3,node(0.5,0.5,2.5),all,sla,sla2allsel/SOLUf,node(0.5,0.5,2.5),my,100e3FINISH/SOLnsel,s,loc,z,0d,all,allallselsolve三、使用结论方法1和方法2的结果一致，方法3偏大。
利用麦克斯韦张量法分析永磁电动机齿槽转矩
共振的现象。由于影响齿槽转矩 的因素很多 ， 如齿槽 的数量 、 齿槽形 状以及磁钢 的极 弧系数 等 ， 因此很 难分 析齿槽
转矩。利用麦克斯韦张量法来分析齿槽转矩 ， 简单明 了， 而可以定性地认识齿槽转矩 ， 从 为电机设计提供理论参考 。 关键词 ： 齿槽转矩 ； 麦克斯韦张量 ； 共振
换 的 电磁装置 。在 电机 内建 立进 行 机 电能量所 必需
利 用 它来形 象地 描述 磁 场 的机械 力 。 由于 影 响齿 槽 转 矩 的因 素非 常 多 ， 齿槽 的形 如
状 、 隙 的大小 、 极 的 形 状 和分 布 等 因素 有 关 ， 气 磁 所 以利 用 解析 函数 的方 法就 显 得非 常复 杂 和 困难 ， 因 此 这里 运 用 麦 克 斯 韦 张 量 法 来 定 性 地 解 释齿 槽 转 矩 。 同时利用 麦 克 斯 韦法 与虚 位 移 法 的 等 价性 ， 运 用虚 位移 法来 计算 齿槽 转 矩 的整体 数值 。
中 图 分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０４ ７ １ （０ ０ １ — ０ ７ ０ １０ — ０ ８ ２ １ ）２ ０ ２ － ４
Ｃｏｇ ｉ ｇ Ｔｏ ｑ ｇ ｎ ｒ ｕｅ Ａｎａｙｓｓ ｆ ｒ ａ ｎｔＭ ａ ｎｅ ｉ ｏ ｏｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｏｒ Ｐｅ ｍ ｎｅ ｇ ｔｃ Ｍ ｔ ｓ Ｕｓｎｇ Ｍ ｘｗｅｌＴｅ ｏ ｌ ｎｓ ｒ ＺＨＡＮＧ － ａ ＳＨＩ Ｋａ Ｅｒ ｐ ｎ，
触持电棚 ２０ 第 ２ ０ 年 １期 １
…
…
一
利 用 麦 克 斯 韦张 量 法分 析 永磁 电动 机 齿 槽 转 矩
张二 攀 ， 卡 石
（ 南京师 范大学 ， 江苏南京 ２０ １ ） １而产生 的 ， 它会引起 转矩脉动 ， 甚至 可能发生 与 电机
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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。
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。
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。
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。
图2 旋转转子
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”，齿槽转矩结果如图6所示。
图6 扫描转子旋转角度所得齿槽转矩曲线
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种方法分析齿槽转矩。
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”的方法设置“Torque1”和“Setup1”，在“Optimetrics”中设置图8所示扫描范围。
图8 Optimetrics扫描范围设置
求解完成后查看齿槽转矩结果，如图9、10所示。
图9 齿槽转矩调用界面
图10 扫描转子旋转角度所得齿槽转矩曲线
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则，再将“Excitations”删除（右键Delete All），将求解设置修改为图11所示。
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。
结果如图12所示
图12 2周期瞬态场齿槽转矩仿真结果
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
图13 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。
图14 1周期瞬态场齿槽转矩仿真结果
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。
图15 静磁场仿真结果对比
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。
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。
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一次，且不需要Optimetrics License支持。
结果对比时将结果文件导出为csv文件，修改题头和数值单位，并导入到一个结果显示窗口中，直接对比。
图18 导出文件。