Simulation

Ansys Maxwell: 자기 커플러 – 토크 대 각도 분석

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이 블로그에서는 마그네틱 커플러를 마그네토스태틱 솔버를 사용하여 Ansys Maxwell에서 모델링하고 분석하여 기계적 각도에 따라 토크 및 자속 밀도 분포가 어떻게 변하는지를 보여줍니다. “비시간 변화” 입력 파라미터를 변경하고 스윕하여 자력 솔버에서 기계적 각도에 따라 토크 또는 힘이 어떻게 변화하는지를 분석할 수 있습니다. 이 모델은 고정자 영구 자석을 전자석으로 대체하여 축 자속 모터로 쉽게 변환할 수 있습니다.

전력 성능을 분석하려면 “시간”이 필요하며 이는 자기 과도 솔버를 통해 달성할 수 있습니다.

지오메트리

RMxprt를 사용하여 3D 축 자속 모터 모델을 자동으로 생성하고 이 모델을 몇 가지 간단한 수정을 통해 수정하여 이 자기 커플러 모델을 만들었습니다. 로터를 선택하고 “회전” 작업을 할당하고 정의에 각도 변수 “$Theta”를 사용했습니다.

파라미터

로터를 선택하고 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 다음 “매개변수 할당”으로 이동하여 “토크”를 선택한 다음 영구 자석의 토크를 계산하므로 가상 토크를 선택합니다. 전자석에는 로렌츠 토크가 사용됩니다.

변수 및 옵티메트리

“옵티메트릭스”를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 “파라메트릭”을 추가한 다음 “스윕”을 추가합니다. “$Theta”의 정의는 아래와 같습니다. 솔버는 스윕의 모든 각도에서 풀고 이 각도에 따라 토크 매개변수가 어떻게 변하는지를 허용합니다.

자석

이 모델에서 자석의 B자장은 양의 z 방향 또는 음의 z 방향을 가리킵니다. 영구 자석에는 두 가지 재료가 사용되며 한 재료에서는 z 성분이 양수이고 다른 재료에서는 z 성분이 음수입니다. 서로 다른 자석은 코어 주위의 로터와 고정자에 번갈아 가며 배치됩니다.

B 양수 z 방향을 가리키는 필드.

음의 z 방향을 가리키는 B 필드.

MESH

자기 과도 모델의 메시에는 모션 및 전력 성능을 모델링하기 위해 원통형 갭 처리 및 밴드 할당이 필요합니다. 그러나 자기 정전기 솔버는 모션을 모델링하지 않기 때문에 이러한 할당이 필요하지 않습니다. 각도 파라미터를 사용하여 기계적 각도에 따라 토크가 어떻게 변하는지를 분석할 뿐입니다.

결과

아래는 각도 변수와 스윕 정의로 정의된 로터 토크 대 기계적 각도의 플롯과 B 필드 분포의 애니메이션입니다. 회전자 및 고정자에 같은 자석이 정렬되어 있으면 자석의 북쪽과 남쪽이 서로 마주보고 인력이 발생합니다. 반대쪽 자석이 정렬되면 그 반대입니다. 토크는 한 방향의 한 영역(끌어당기는 자석을 서로 멀리 끌어당기고 밀어내는 자석을 서로 밀어낼 때)에서 발생하고, 다른 방향의 다른 영역(밀어내는 자석을 서로 멀리 끌어당기고 끌어당기는 자석을 서로 밀어낼 때)에서는 토크가 발생합니다. 이러한 영역은 고정자 주변의 고정자 사이에서 주기적으로 변화합니다.