En este blog muestro cómo se puede modelar y analizar un Acoplador Magnético en Ansys Maxwell utilizando el solver Magnetostático para ver cómo varía el par y la distribución de la densidad de flujo magnético con el ángulo mecánico. Podemos variar y barrer cualquier parámetro de entrada «no variable en el tiempo» para analizar cómo varía el par o la fuerza frente al ángulo mecánico en el solver Magnetostático. Este modelo podría convertirse fácilmente en un motor de flujo axial sustituyendo los imanes permanentes del estator por electroimanes.
Analizar el rendimiento de la potencia requeriría «Tiempo» y esto se consigue con el solver de Transitorios Magnéticos.
GEOMETRÍA
Se utilizó RMxprt para crear automáticamente un modelo de un motor 3D de flujo axial y este modelo se modificó utilizando unas pocas modificaciones sencillas para crear este modelo de Acoplador Magnético. Se seleccionó el rotor y se le asignó una operación «Rotar» y se utilizó una variable angular «$Theta» en la definición.
PARÁMETROS
Seleccione el rotor, haga clic con el botón derecho, vaya a «Asignar parámetros», seleccione «Par» y elija par virtual, ya que estamos calculando el par en imanes permanentes. El par Lorentz se utiliza para los electroimanes.
VARIABLES & OPTIMETRÍA
Haga clic con el botón derecho en «Optimétricas», añada una «Paramétrica» y añada un «Barrido». La definición de «$Theta» se muestra a continuación. El solucionador resolverá en cada ángulo del barrido y permitirá ver cómo cambia el parámetro «Torque» con este ángulo.
IMANES
En este modelo el campo B de los imanes apunta a lo largo de la dirección z positiva o en la dirección z negativa. Se utilizan dos materiales para los imanes permanentes y en uno de ellos la componente z es positiva y en el otro material la componente z es negativa. Los diferentes imanes se colocan en el rotor y el estator alrededor de su núcleo de forma alterna.
B Campo apuntando a lo largo de la dirección z positiva.
Campo B apuntando a lo largo de la dirección z negativa.
MESH
La malla en un modelo Magnético Transitorio requiere el Tratamiento de la Brecha Cilíndrica y asignaciones de Banda para modelar el movimiento y el rendimiento de la energía. Sin embargo, el solver Magnetostático no requiere estas asignaciones ya que no se está modelando el movimiento. Sólo estamos analizando cómo varía el par con el ángulo mecánico utilizando un parámetro de ángulo.
RESULTADOS
A continuación se muestra una animación de la distribución del campo B y un gráfico del par del rotor frente al ángulo mecánico definido con la variable de ángulo y la definición de barrido. Cuando los imanes semejantes están alineados en el rotor y el estator, el norte y el sur de los imanes están enfrentados y experimentan una fuerza de atracción. Lo contrario ocurre cuando los imanes opuestos están alineados. El par es en una dirección en una región (al alejar los imanes atraídos entre sí y empujar hacia los imanes repulsores entre sí), y el par es en otra dirección en otra región (al alejar los imanes repulsores entre sí y empujar hacia los imanes atractores entre sí. Estas regiones varían periódicamente entre los imanes alrededor del estator.
