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MARS-12S10P SSSR 轴向磁拉力仿真结果
模型: MARS-12S10P_SSSR_D76-C150_V5.0-0819.mot (Axial Flux BPM, 12槽10极
单定子单转子, 气隙 1mm, 磁钢轴向厚 3mm/径向深 13mm/极弧 67.2%, 5000rpm,
RMS 相电流 21A; 注意 .mot 中 Magnet_Length=3 才是轴向厚度,
Magnet_Thickness=13 是径向深度, 磁钢温度默认 100°C)
工具: Motor-CAD 2026R1 (v261) E-Magnetic, 2.5D 多切片 FEA (2 个径向切片,
截面中心半径 28.25 / 34.75 mm), PyMotorCAD 前台驱动
运行: 2026-08-25 21:25 (commit deb6b65, results/axialforce_final_0825_212518)
结论
| 工况 | 转子净轴向力 (均值) | 纹波 (峰峰) |
|---|---|---|
| 空载 (开路) | 342.9 N | 3.5 N (~1.0%) |
| 负载 (RMS 21A, 相位角 0°) | 343.2 N | 3.9 N (~1.1%) |
- 方向: 转子被吸向定子 (SSSR 单边结构的固有不平衡磁拉力)。
- 负载电流对轴向力几乎无影响 (+0.35 N, +0.1%): 该力由磁钢-铁芯吸力主导, q 轴电流主要产生切向力。轴承选型按 ~345 N 静态轴向预载 考虑即可, 纹波仅 ~4 N (12/10 齿槽配合, 波动频率高但幅值小)。
校核 (全部通过)
- 作用-反作用: 定子净轴向力 -337.4 N vs 转子 +343.2 N, 偏差 1.7% (定转子节点离散不同: 10 vs 12 节点, 数值误差范围内)。
- 转矩交叉核对: Σ(Ft×r) = 0.505 Nm vs 电磁转矩图均值 0.522 Nm (3%)。
- 解析量级: F ≈ A·mean(B²)/(2μ0) = 485 N, 与 FEA 343 N 同量级 (解析式按全环面积+气隙 B² 均值, 系统性偏大, 比值 0.71 合理)。 等效气隙磁压 343N/25.7cm² ≈ 133 kPa → B_eff ≈ 0.58 T, 物理自洽。
数据文件 (output_motorcad/, 不入库)
axialforce_final_0825_212518.json— 全部波形+校核数据axial_force_0825_212518.csv— 净轴向力时间序列 (31 时间步/电周期)MARS_SSSR_axialF_0825_212518.mot— 求解工作副本 (原模型未动)
复现运行 (2026-08-26 13:03, 第二台机器, commit b448fc6)
另一台机器按 REPRODUCE.md 原样重跑 (Motor-CAD 2026R1 @ D: 盘, 自带 Python
pymotorcad 0.8.4, 求解 150.9 s; 数据 axialforce_final_0826_130316.json):
| 工况 | 转子净轴向力 (均值) | 纹波 (峰峰) | 对比 08-25 定版 |
|---|---|---|---|
| 空载 (开路) | 342.9 N | 3.53 N | 一致 |
| 负载 (RMS 21A) | 343.2 N | 3.87 N | 一致 |
三判据全过 (作用-反作用 1.70%/1.69%, 转矩交叉 3.2%, 解析 485 N 同量级)。 跨机复现成功, 数值与定版完全一致。
复现机新增环境要点 (详见 KNOWLEDGE_BASE.md §1):
- AI 工具 shell 不继承机器级环境变量, 需 inline export
MOTORCAD_ACTIVEX(=%APPDATA%\Ansys\v261\motorcad\activex.bat) 与ANSYSLMD_LICENSE_FILE(=1055@localhost); - ansyslmd vendor daemon 未运行时 Motor-CAD ~30s 静默退出, 表现为 psutil.NoSuchProcess, 需先在 ANSYS License Management Center 启动许可;
- pymotorcad 0.8.4 无 MOTORCAD_ACTIVEX 时直接报错, 脚本已加
set_motorcad_exe()回退。
方法要点 (5 轮探测得出, 供复用)
- Motor-CAD 对 AFM 的轴向力无输出变量、无 2D 图、无文档 (chm 全文无
"Axial Force"); 数据在 3D lumped 力图:
get_magnetic_3d_graph_point("Fr_{Rotor|Stator}_{OL|OC}_Lumped", 切片, 节点, 时间步) - AFM 2.5D 展开模型沿用径向机命名: Fr(法向) 即轴向力, Ft 为切向力。
- 需先开
ElectromagneticForcesCalc_Load/OC再求解; 一次求解 OC/OL 全出。 - 节点: 转子 10 (36°步), 定子 12 (30°步), 首尾 (0°/360°) 重复需去重; 单位 N/节点/切片, 对节点+切片求和得净力。
- 该模型
CurrentDefinition=1(RMS 口径): 改电流要设RMSCurrent, 改PeakCurrent无效 (首跑踩坑)。 - 图名探测法:
get_magnetic_graph_point(名, 0)报错文案区分 "Graph name does not exist" (不存在) vs "No points exist" (存在未求解)。