轴向磁拉力仿真方案 (Motor-CAD)

背景

模型: MARS-12S10P_SSSR_D76-C150_V5.0-0819.mot — Axial Flux BPM (YASA 模板), 12槽10极, 单定子单转子 (SSSR), Airgap=1mm, 磁体厚 13mm, 5000rpm, 峰值电流 29.7A。
SSSR 拓扑定转子间存在固有的不平衡轴向磁拉力 (双转子结构才对消), 该力决定轴承选型与结构刚度, 是本次仿真目标。

用系统 Python 3.12 + PyMotorCAD 驱动 Motor-CAD 前台运行 (参照 pss\maxcalculator\motorcad_export.py 的做法: 候选变量名逐个尝试、结果如实入 JSON)。

脚本 axial_force_run.py, 步骤:

载入原 .mot, 立即另存带时间戳副本到 output_motorcad/ (不污染原模型)。
探测并确认 E-Mag 计算设置: TorqueCalculation 已开; 探测轴向力相关开关 (候选: ElectromagneticForcesCalc_Load / ForceCalculation / AxialForceCalculation)。
两个工况分别 do_magnetic_calculation():
- 空载 (电流=0): 磁钢对定子铁芯的静态轴向吸力, SSSR 主要成分;
- 负载 (模型自带 29.7A 峰值): 看电枢反应对轴向力的影响。
读取轴向力: 输出变量候选 [AxialForce, ForceAxial, NetAxialForce, Axial_Force, AFMAxialForce]; 波形用 get_magnetic_graph 系列读 (均值 + 峰峰值纹波)。若候选全失败 → 在前台 GUI 的 Output Data 人工确认变量名后回填脚本。
交叉校核: 解析估算 F ≈ B_g²·A_gap/(2μ₀), B_g 取 Motor-CAD 气隙磁密结果; 与 FEA 值量级对比, 偏差 >2x 标记 uncertain 并排查口径。
输出: output_motorcad/results_<时间戳>.json + 波形 CSV; 结论写入对话记录。

Motor-CAD 对 AFM 的轴向力输出变量名未实测, 步骤 4 是探测式的; 若该版本根本不输出轴向力, 备选: (a) 导出气隙磁密自行做 Maxwell 应力张量积分; (b) 转 Maxwell 3D。先探测再定, 不预设。
.mot 中 NumAxialSlices=1 — AFM 用多切片 2.5D FEA, 切片数影响径向分辨率与力的精度, 首跑后在 GUI 核对切片设置, 必要时加密复跑对比。