Motor-CAD 2026R1 · E-Magnetic 2.5D FEA

MARS-12S10P 单定子单转子电机 轴向磁拉力仿真报告

单边轴向磁通结构(SSSR)定转子之间存在固有的不平衡轴向吸力。本报告给出该力的大小、纹波与空间分布,供轴承选型与结构设计使用。

模型 MARS-12S10P_SSSR_D76-C150_V5.0-0819.mot 12槽 / 10极 · 气隙 1 mm · 磁体 13 mm 5000 rpm · 相电流 21 A(RMS) · 相位角 0° 仿真日期 2026-08-25
空载净轴向力(开路)
342.9N
转子被吸向定子
负载净轴向力(21 A RMS)
343.2N
电流影响仅 +0.1%
力纹波(峰峰值)
3.9N
约为均值的 1.1%
等效气隙磁压
133kPa
对应 Beff ≈ 0.58 T,物理自洽

净轴向力随转子位置的变化

一个电周期(31 个时间步)内转子所受净轴向力。空载与负载曲线几乎重合——该力由磁钢对定子铁芯的吸力主导,电枢电流主要产生切向力。

空载(开路) 负载 21 A RMS

注:纵轴为 338–346 N 局部放大以显示纹波;力的绝对量级见上方汇总卡。轴承按 ~345 N 静态轴向预载考虑即可,纹波幅值很小(12/10 齿槽配合)。

节点轴向力分布(t = 0)

力在圆周方向的分布均匀(各极/各齿量级一致、无单边偏载),两径向切片中外侧切片(r = 34.75 mm)承担更大份额——面积更大、线速度更高,符合预期。定子侧为反作用力,方向相反。

切片 1(r = 28.25 mm) 切片 2(r = 34.75 mm)

结果校核(三项全部通过)

校核项数值判据与结论
作用力–反作用力 转子 +343.2 N ↔ 定子 −337.4 N 偏差 1.7%(定/转子节点离散数不同:12 vs 10),通过
转矩交叉核对 Σ(Ft·r) = 0.505 N·m ↔ 转矩图 0.522 N·m 偏差 3%,切向力与转矩输出互洽,通过
解析量级核对 B²A/2μ₀ = 485 N ↔ FEA 343 N 同量级(解析式取全环面积与气隙 B² 均值,系统性偏大,比值 0.71 合理),通过

方法说明(关键结论,供复用)

Motor-CAD 2026R1 对轴向磁通电机(AFM)的轴向力没有输出变量、没有 2D 结果图、帮助文档未收录。数据入口是 3D 集中节点力图:

get_magnetic_3d_graph_point("Fr_{Rotor|Stator}_{OL|OC}_Lumped", 切片号, 节点号, 时间步)

同事复现指南

整个项目由 git 管理,脚本一条命令跑完(约 2 分钟),原始 .mot 不会被修改。

  1. 环境:Windows + Motor-CAD 2026R1(安装器会设好 MOTORCAD_ACTIVEX 环境变量);Python ≥ 3.10,执行 pip install ansys-motorcad-core
  2. 获取项目:复制整个 motionpushpull 目录(含 .git)。
  3. 运行python -X utf8 axial_force_final.py——Motor-CAD 前台弹出,求解约 88 s,结束后保持打开供检查(加 --quit 自动关闭)。
  4. 读结果:控制台 [结论] 两行;波形与校核在 output_motorcad/axialforce_final_*.jsonaxial_force_*.csv
  5. 判定:作用–反作用偏差 <5%、转矩交叉 <10%、解析同量级,三项都过才采信。

换其它 AFM 模型:改脚本顶部 MOT_SRC;若切片数/半径不同,按 .mot 中 AFM_SectionCentreRadius_Array 更新 SEC_RADII_MM。探测脚本 axial_probe*.py 是找数据口的历史过程,复现时无需运行。详见仓库 REPRODUCE.md