# Motor-CAD 手动操作指南 — 轴向磁拉力求解与看结果

适用: Motor-CAD 2026R1 (v261), 模型 MARS-12S10P (Axial Flux BPM, SSSR)。
说明: 核心开关与数据位置均经脚本实测 (变量名在括号中注明); 个别 GUI 菜单
措辞可能因版本略有出入, 以实际界面为准。

## 第 1 步 启动与打开模型

1. 启动: 开始菜单 "Ansys Motor-CAD 2026 R1"，或直接运行
   `E:\Program Files\ANSYS Inc\v261\motorcad\MotorCAD.exe`。
2. File → Open，选 `MARS-12S10P_SSSR_D76-C150_V5.0-0819.mot`。
3. **立刻 File → Save As 另存副本** (如 output_motorcad/ 下带日期的文件名)，
   避免污染原模型 —— 项目纪律。
4. 确认左上模型类型为 BPM / Axial Flux (基于 YASA 模板)。

## 第 2 步 核对几何 (Geometry 页)

- Radial / Axial 两个视图切换查看。
- 关键值: 气隙 Airgap=1mm; 磁钢轴向厚 **Magnet Length=3mm**
  (注意 Magnet Thickness=13mm 是磁钢环径向深度, 别改错); 极弧
  Magnet Arc [ED]=121° (=67.2% 覆盖率); 定子内/外径 50/76mm。

## 第 3 步 设置工况 (E-Magnetics 界面 → Input Data)

1. **电流**: 本模型电流定义是 RMS 口径 (CurrentDefinition=1) ——
   改电流填 "RMS Current" 框 (当前 21A)；**填 Peak Current 无效**，这是
   实测踩过的坑。相位角 Phase Advance = 0。转速 5000 rpm。
2. **温度**: Temperatures 页 → Magnet Temperature。模型默认 **100°C**
   (热态, 轴向力 343N)；要对标解析报告的冷态就改 20°C (轴向力 417N)。
   F ∝ Br², Br 温度系数 −0.12%/K。

## 第 4 步 打开力计算 (Calculation 页, 已按 2026R1 实际界面核对)

Calculation 页右侧 **Performance Tests** 栏里, "Electromagnetic Forces"
复选框出现两次, 分别在两个分组里, **两个都要勾**:
- **Open Circuit 分组** → ✅ Electromagnetic Forces
  (=ElectromagneticForcesCalc_OC, 空载力)
- **On Load 分组** → ✅ Electromagnetic Forces
  (=ElectromagneticForcesCalc_Load, 负载力)
- On Load 分组的 Torque 保持勾选。

注意没有单独叫 "Open Circuit" 的选项 —— 是 OC/On Load 两个分组各有一个
同名复选框, 容易只勾到一个。不勾就没有对应工况的力结果; 两个都勾则一次
求解空载/负载力全出。

同页顺带核对: 左侧 Drive 栏 Line Current Definition=RMS、RMS Current=21、
Phase Advance=0、Shaft Speed=5000; 中间 Temperatures 栏 Magnet
Temperature (100=热态基线 / 20=对标解析报告的冷态); Skew 栏 Rotor
slices=2 (即两个径向切片)。

## 第 5 步 求解

点 **Solve E-Magnetic Model**。本机实测约 90~110 秒。底部状态栏会依次
显示: Open Circuit Force Calculation → Back EMF → Transient Torque →
2D FFT (力谐波后处理) → Solving Completed。

## 第 6 步 看结果

| 想看什么 | 位置 | 说明 |
|---|---|---|
| 转矩/电压/损耗汇总 | Output Data 页 (顶部标签) | 平均转矩约 0.52 Nm @21A |
| 转矩/反电动势/气隙磁密波形 | Graphs 页 (顶部标签) | 气隙磁密峰值 ~0.85T (20°C) |
| **轴向力 (本项目主角)** | **Forces 页 (顶部标签, Sensitivity 左边)** | 图名含 "Axial Force"; 按 Rotor/Stator、OL/OC、切片选择 |
| 磁密云图/饱和检查 | FEA 页 | 逐时间步查看 |
| 全部图名清单 (脚本用) | Help → Graph Viewer | 自动化图名从这里查 |
| 全部变量名 (脚本用) | Help → Automation Parameter Names (F2) | |

**Forces 页读图指南 (2026R1 实际界面, 已实测核对)**:
- 左上 Force Type: **Rotor (Axial)** = 转子轴向力 (报告主口径);
  Calculation 下拉切 On Load / Open Circuit; Angle 下拉选圆周位置。
- 子页: Time Harmonics 1D = 单点力密度(N/m²)时间波形+时间谐波;
  Space Harmonics 1D = 空间分布+空间谐波; **Time Domain 2D = 空间×时间
  全矩阵 (脚本读的数据源)**; Frequency Domain 2D = 2D FFT; Polar Plot。
- **GUI 不直接显示净合力标量** (343/416N 这类数), 须对节点求和 —— 用
  `axial_force_final.py`。快速核对: Time Harmonics 的 0 阶(DC)幅值 ≈ 平均
  轴向力密度, ×定子齿面有效面积 (~全环 2573mm²×0.7) ≈ 净力量级。
- 单点力密度的 2 阶(2倍电频)脉动幅值可与 DC 同量级, 但各节点相位沿圆周
  错开、求和后抵消 → 净合力纹波仅 ~1%。轴承看净力 (平稳); 定子盘
  局部振动/NVH 看这里的 2 阶分布激励。

**看轴向力的关键须知**:
1. AFM 的 2.5D 展开模型沿用径向机命名 —— 界面上的 **"Radial/法向" 力
   (Fr) 就是轴向力**, Tangential (Ft) 是切向力。
2. GUI 显示的是**每节点集中力** (Lumped, 单位 N): 转子 10 节点 (36° 步距)、
   定子 12 节点 (30° 步距), 分两个径向切片 (r=28.25 / 34.75 mm)。
3. **GUI 不直接给净合力** —— 净轴向力 = 两切片所有节点求和 (0°/360° 是同
   一节点, 只算一次)。手工核对: 转子切片1 每节点均值 ~14.9N ×10 + 切片2
   ~20.8N ×10 ≈ 357N (t=0 快照); 精确合力用脚本
   `python -X utf8 axial_force_final.py` (自动求和+校核, 见 REPRODUCE.md)。
4. 定子侧数值为负 (反作用力), 与转子合力大小近似相等 (差 ~1.7%, 离散误差)。

## 第 7 步 (可选) 气隙敏感性 / 磁负刚度

改 Geometry 页 Airgap (如 0.6 / 1.0 / 1.5mm) 分别重解, 记录净轴向力:
20°C 实测 513 / 417 / 327 N, 中心差分得 kneg ≈ 207 N/mm @1mm ——
气隙越小吸力越大 (正反馈), 轴承/结构轴向刚度须 >10×kneg。

## 参考结果速查 (本项目已验证)

| 工况 | 净轴向力 (转子, 指向定子) |
|---|---|
| 100°C 热态, 1.0mm, 空载 | 342.9 N (纹波峰峰 3.5N) |
| 100°C 热态, 1.0mm, 负载 21A | 343.2 N (电流影响 +0.1%) |
| 20°C 冷态, 1.0mm, 空载 | 416.5 N |
| 20°C 冷态, 0.6 / 1.5mm | 513.1 / 326.7 N |