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軸向磁通永磁同步電機仿真分析 01 案例背景 軸向磁通永磁同步電機也稱盤式永磁電機，因其圓盤式的結構，加大了磁場作用面積，使得效率更高，大多呈現直徑較大，軸向尺寸很薄的特點，應用在電梯領域、商用車公交車領域、工程機械領域、發電機組領域、增程器領域、軍工及航空航天領域等等。

但兩種拓撲結構電機的磁通路徑方向卻不同，AFPM電機整個磁通路徑的方向為先軸向、后經定子軛部周向閉合，隨后軸向方向向S極閉合，最終經轉子盤周向進行閉合構成整個回路；RFPM電機的磁通路徑方向為先徑向、后經定子軛部周向閉合，隨后徑向方向向S極閉合，最終經轉子鐵心周向進行閉合構成整個回路。

下圖所示電機的Motor-CAD模型圖及電磁計算磁場分布圖。 圖1 樣機軸向及軸向結構圖 圖2 磁密云圖2.2 Motor-CAD 分析E-NVH前準備2.2.1 在應用Motor-CAD 分析電機電磁噪聲時，需要對氣隙磁密進計算。并需要對氣隙進行加密處理，如下圖所示為電機氣隙加密操作。

1 軸向磁通電機結構介紹 軸向磁通永磁同步電機因其具有軸向的磁通方向，從而決定了其結構不同于普通的徑向電機，軸向磁通電機具有小體積、低噪音、高轉速、高功率密度、優良的散熱性能等諸多優點。軸向磁通電機結構簡圖如圖1所示。

軸向磁通電機仿真APP可軸向磁通電機仿真計算，得到電機的磁密云圖、磁密矢量、磁鏈、反電動勢、齒槽轉矩等結果。

磁力線垂直于氣隙面，與轉軸方向平行，稱為軸向氣隙磁通。1單一盤式結構單一盤式結構簡單，要解決軸向力不平衡問題，轉矩密度不是很大，應用場合多用于發電機。

Motor-CAD結合了磁路法與電磁場有限元法，兼顧了理論深度與計算精度，豐富的結果后處理幫助用戶深入、全面的分析和理解電機各種電磁性能參數 Motor-CAD集成的熱分析模塊實現了電機電磁-熱雙向快速耦合分析，其內置20 年積累的豐富電磁熱計算經驗數據為計算精度提供了有力保證 Motor-CAD與optiSLang之間可以借助于集成的向導插件或Python腳本進行耦合，實現電機多學科

一、軸向磁通電機：引領電機技術的“扁平革命” 在電機技術領域，一場靜悄悄的“扁平化革命”正在興起，軸向磁通電機以其獨特的磁場路徑設計，正成為新能源汽車、高端機器人等領域的顛覆性技術。1、軸向磁通電機的顛覆性優勢軸向磁通電機將傳統圓柱形電機“壓扁”成圓盤狀，磁通方向平行于旋轉軸，沿軸向穿越定子和轉子構成的平面氣隙。

通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續的降噪方案提供思路。

1 軸向磁通電機結構介紹軸向磁通永磁同步電機因其具有軸向的磁通方向，從而決定了其結構不同于普通的徑向電機，軸向磁通電機具有小體積、低噪音、高轉速、高功率密度、優良的散熱性能等諸多優點。軸向磁通電機結構簡圖如圖1所示。

Motor-CAD概述Motor-CAD是全球唯一的電機電磁、熱及磁熱互耦設計軟件，用于電機的電磁特性和熱特性進行優化設計。開發至今，已被全球主要的電機生產商、科研機構及高校廣泛使用。Motor-CAD開發者MDL公司是全球領先的電機設計軟件開發商，1998年成立至今，一直致力于先進電機設計軟件的開發。

Motor-CAD作為一款專業的電機設計驗證工具，有著豐富的專業的電機模型庫，能夠輔助工程師實現電機快速參數化設計、多場耦合仿真性能評估與設計參數優化。

電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。Ansys Motor-CAD電機設計工具是一款專用解決方案，可用于在整個扭矩-速度范圍內對電機進行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個用戶界面中評估電磁、熱和機械性能。

Motor-CAD EMag? 大量參數化設計模板和幾何模型? 結合2D有限元和解析法? 計算轉矩、功率、損耗、電壓、電流、電感、磁通、電磁力等參數? 自動設置不同性能和工況計算。

因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。Ansys Motor-CAD電機設計工具是一款專用解決方案，可用于在整個扭矩-速度范圍內對電機進行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個用戶界面中評估電磁、熱和機械性能。將電磁和機械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實現快速NVH分析，從而促進電機設計的迭代優化。

對比兩者磁化曲線可知，硅鋼材料的飽和磁通密度（簡稱“磁密”）約為1.80 T，非晶合金的飽和磁通密度約為1.44 T，在相同磁場強度情況下，非晶合金對應的磁通密度小于硅鋼材料的磁通密度。

軸向磁通電機具有以下幾個優勢：1、高效率：軸向磁通電機具有高效率，因為它可以直接產生軸向力，無需再進行轉換；2、高功率密度：軸向磁通電機具有高功率密度，在同等體積、重量的傳統電機下軸向磁通電機具有的功率較高。3、低噪聲：軸向磁通電機因為其結構簡單，噪聲低。