Ansys Maxwell: Magnetkupplung – Analyse von Drehmoment und Winkel

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In diesem Blog zeige ich, wie ein magnetischer Koppler in Ansys Maxwell modelliert und analysiert werden kann, indem man den Magnetostatik-Solver verwendet, um zu sehen, wie sich das Drehmoment und die Verteilung der magnetischen Flussdichte mit dem mechanischen Winkel ändert. Wir können jeden beliebigen „nicht zeitlich veränderlichen“ Eingangsparameter variieren und abtasten, um zu analysieren, wie sich das Drehmoment oder die Kraft in Abhängigkeit vom mechanischen Winkel im Magnetostatic Solver verändert. Dieses Modell kann leicht in einen Axialflussmotor umgewandelt werden, indem die Permanentmagneten des Stators durch Elektromagneten ersetzt werden.

Für die Analyse der Leistung ist „Zeit“ erforderlich, und dies wird mit dem Solver Magnetic Transient erreicht.

GEOMETRIE

RMxprt wurde verwendet, um automatisch ein Modell eines 3D-Axialflussmotors zu erstellen. Dieses Modell wurde mit ein paar einfachen Änderungen modifiziert, um dieses Magnetic Coupler Modell zu erstellen. Der Rotor wurde ausgewählt und eine „Rotate“-Operation wurde zugewiesen und eine Winkelvariable „$Theta“ wurde in der Definition verwendet.

PARAMETER

Wählen Sie den Rotor, klicken Sie mit der rechten Maustaste, gehen Sie zu „Parameter zuweisen“, wählen Sie „Drehmoment“ und wählen Sie virtuelles Drehmoment, da wir das Drehmoment für Permanentmagnete berechnen. Für Elektromagnete wird das Lorentz-Drehmoment verwendet.

VARIABLES & OPTIMETRICS

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf „Optimetrics“, fügen Sie eine „Parametrik“ hinzu und fügen Sie einen „Sweep“ hinzu. Die Definition für „$Theta“ wird unten angezeigt. Der Solver löst jeden Winkel des Sweeps und zeigt an, wie sich der Parameter Drehmoment mit diesem Winkel verändert.

MAGNETE

In diesem Modell zeigt das B-Feld der Magnete entweder in die positive z-Richtung oder in die negative z-Richtung. Es werden zwei Materialien für die Dauermagnete verwendet und bei einem Material ist die z-Komponente positiv und bei dem anderen Material ist die z-Komponente negativ. Die verschiedenen Magnete sind im Rotor und im Stator abwechselnd um ihren Kern herum angeordnet.

B Feld, das in die positive z-Richtung zeigt.

B Feld, das in die negative z-Richtung zeigt.

MESH

Das Netz in einem Magnetic Transient Modell erfordert zylindrische Spaltbehandlung und Bandzuweisungen, um Bewegung und Leistung zu modellieren. Der magnetostatische Solver benötigt diese Zuweisungen jedoch nicht, da die Bewegung nicht modelliert wird. Wir analysieren lediglich, wie das Drehmoment mit dem mechanischen Winkel variiert, indem wir einen Winkelparameter verwenden.

ERGEBNISSE

Unten sehen Sie eine Animation der B-Feld-Verteilung und eine Darstellung des Rotordrehmoments im Vergleich zum mechanischen Winkel, der mit der Winkelvariablen und der Sweep-Definition definiert wurde. Wenn gleiche Magnete im Rotor und im Stator ausgerichtet sind, stehen sich Nord und Süd der Magnete gegenüber und erfahren eine anziehende Kraft. Das Gegenteil ist der Fall, wenn entgegengesetzte Magnete ausgerichtet sind. Das Drehmoment geht in einer Region in eine Richtung (wenn angezogene Magnete voneinander weggezogen und abstoßende Magnete aufeinander zu geschoben werden) und in einer anderen Region in eine andere Richtung (wenn abstoßende Magnete voneinander weggezogen und anziehende Magnete aufeinander zu geschoben werden). Diese Bereiche variieren periodisch zwischen den Statormagneten rund um den Stator.

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