盘式电机 maxwell 电磁仿真模型 双转单定结构，halbach 结构，双定单转 24 槽 20 极，18槽 1 2 极，18s16p（可做其他槽极配合） 参数化模型，内外径，叠厚等所有参数均可调整 默认模型仅作学习用，未做商业化优化 全模型和周期性模型都有 其他结构也可做 最低maxwell2021r1 版本

一、模型概述

本文档所分析的代码是基于Ansys Maxwell 2022R1版本开发的盘式电机电磁仿真参数化模型，采用双定单转结构与Halbach磁钢排列，核心槽极配合为24槽20极，同时支持18槽12极、18s16p等多种槽极组合扩展。模型具备全参数化特性，电机内外径、叠厚、气隙、槽型尺寸、磁钢参数等关键指标均可灵活调整，适用于盘式电机电磁性能的精准仿真与优化设计，广泛应用于新能源汽车驱动、工业传动、特种电机等领域的研发场景。

二、代码核心结构解析

代码以AnsoftProject工程文件格式组织，整体结构分为工程配置、材料定义、几何建模、仿真参数设置四大核心模块，各模块通过XML-like标签化语法实现逻辑关联，以下是详细拆解：

（一）工程基础配置模块

该模块定义了工程创建信息、支持的仿真环境及基础参数，是模型运行的底层支撑。

$begin 'AnsoftProject'
	Created='Sun Nov  5 11:17:36 2023'
	Product='ElectronicsDesktop'
	FileOwnedByWorkbench=false
	$begin 'Desktop'
		Version(2022, 1)
		InfrastructureVersion(1, 0)
	$end 'Desktop'
	UsesAdvancedFeatures=false
	NextUniqueID=0
	MoveBackwards=false
	// 多仿真环境支持声明
	$begin 'Maxwell3DEnvironment'
		Version(1, 0)
	$end 'Maxwell3DEnvironment'
	$begin 'Maxwell2DEnvironment'
		Version(1, 0)
	$end 'Maxwell2DEnvironment'
	// 其他环境配置（略）
$end 'AnsoftProject'

• 核心功能：指定工程基于ElectronicsDesktop 2022R1版本创建，支持Maxwell 2D/3D、Q3D、Simplorer等多物理场仿真环境协同，定义了工程唯一ID生成规则、文件所有权等基础属性。
• 关键参数：Version(2022, 1)明确仿真软件版本，确保模型兼容性；UsesAdvancedFeatures=false表示暂未启用高级仿真特性（如多物理场耦合高级算法）。

（二）材料定义模块

材料是电机电磁性能的核心影响因素，代码中定义了6种关键材料，涵盖磁钢、导磁材料、导电材料及真空介质，每种材料均配置了电磁、热、结构全属性参数。

1. 材料清单及核心属性

材料名称	材料类型	核心电磁属性	应用部位
vacuum	真空介质	介电常数ε=1，透明度0.95	仿真边界填充
35CS300testrevise_40C	电工钢片	非线性磁导率（324组BH曲线），导电率2062280.88 S/m，叠片系数0.97	定子铁芯
NdFe38SH80deg	钕铁硼磁钢	磁矫顽力-880150 A/m，磁导率1.0569，导电率625000 S/m	转子磁钢（基准）
copper	铜	导电率58000000 S/m，导热率400 W/(m·K)，密度8933 kg/m³	定子绕组
b35a300_v1	电工钢片	与35CS300testrevise_40C性能一致，叠片方向V(1)（不同铁芯部位适配）	定子铁芯
N38SHUP/N38SHDOWN	钕铁硼磁钢	磁矫顽力方向分别为Z轴正/负向，其余属性同NdFe38SH80deg	Halbach阵列磁钢

2. 关键材料属性详解

以35CS300testrevise_40C（电工钢片）为例，其非线性磁导率定义如下：

$begin 'permeability'
	property_type='nonlinear'
	BTypeForSingleCurve='normal'
	HUnit='A_per_meter'
	BUnit='tesla'
	IsTemperatureDependent=false
	$begin 'BHCoordinates'
		Points[324: 0, 0, 35.05959848, 0.068266709, ..., 80000, 1.975176295]
	$end 'BHCoordinates'
$end 'permeability'

• 包含324组BH曲线数据，H范围0~80000 A/m，B范围0~1.975 T，精准描述材料在不同磁场强度下的磁化特性，是电磁仿真精度的核心保障。
• 核心损耗参数：corelosskh=122.84（磁滞损耗系数）、corelosskc=0.416（涡流损耗系数）、corelosske=20.14（附加损耗系数），支持铁损精准计算。

（三）几何建模模块

采用参数化建模方式，通过UserDefinedPrimitive（自定义基元）+ 几何操作（移动、旋转、复制、分割）实现电机定子、转子全结构建模，核心分为定子线圈（coil）和转子磁钢（pmup/pmdown）两大部件。

1. 定子线圈建模（coil）

$begin 'Operation'
	OperationType='UserDefinedPrimitive'
	ID=22697
	DllName='RMxprt/DiskCoil.dll'
	$begin 'ParamVector'
		Pair('DiaOuter', 'do')      // 线圈外直径（关联全局参数do）
		Pair('DiaInner', 'di')      // 线圈内直径（关联全局参数di）
		Pair('Thickness', 'h_stator')// 线圈厚度（关联定子高度）
		Pair('Slots', 'slot')      // 槽数（24）
		Pair('SlotType', 'slottype')// 槽型（3型槽）
		Pair('Layers', '2')         // 线圈层数
		Pair('CoilPitch', '1')      // 节距1
	$end 'ParamVector'
$end 'Operation'
// 后续几何操作：移动（Translate）、周向复制（DuplicateAroundAxis）、分割（Split）

• 核心逻辑：通过调用RMxprt/DiskCoil.dll插件生成基础线圈结构，基于全局参数关联实现尺寸驱动；通过DuplicateAroundAxis操作绕Z轴复制24个线圈，完成24槽定子绕组布局；通过YZ/ZX平面分割实现线圈分层设计。

2. 转子磁钢建模（pm_up）

$begin 'Operation'
	OperationType='UserDefinedPrimitive'
	ID=22813
	DllName='RMxprt/DiskPMCore.dll'
	$begin 'ParamVector'
		Pair('DiaOuter', 'do')      // 磁钢外直径
		Pair('DiaInner', 'di')      // 磁钢内直径
		Pair('Thickness', 'h_stator/2+gap')// 磁钢厚度
		Pair('Poles', 'poles')     // 极数（20）
		Pair('Embrace', 'arc')     // 极弧系数（0.85）
		Pair('ThickMag', 'hpm')     // 磁钢厚度（6mm）
	$end 'ParamVector'
$end 'Operation'

• 采用Halbach阵列设计：通过N38SHUP（Z轴正向矫顽力）和N38SHDOWN（Z轴负向矫顽力）磁钢交替布局，结合极弧系数0.85设计，实现气隙磁场正弦化优化，降低转矩脉动。

（四）仿真参数与求解配置模块

该模块定义了模型所有可调整参数、求解类型及仿真边界条件，是参数化仿真的核心控制单元。

1. 全局参数清单（可直接调整）

参数名称	含义	默认值	单位	调整范围建议
di	电机内径	100	mm	80~120
do	电机外径	200	mm	180~220
h_stator	定子高度	40	mm	30~50
gap	气隙长度	2	mm	0.5~3
slot	定子槽数	24	-	18/24（适配极数）
poles	转子极数	20	-	12/16/20
arc	磁钢极弧系数	0.85	-	0.7~0.9
hpm	磁钢厚度	6	mm	4~8
irms	额定相电流有效值	150	A	100~200
r_speed	额定转速	100	rpm	50~3000
initial	初始相位角	-2.688	deg	-10~10

2. 求解配置

SolutionType='Transient'  // 求解类型：瞬态仿真
ComputeTransientInductance=true  // 计算瞬态电感
PerfectConductorThreshold=1e+30  // 理想导体阈值
InsulatorThreshold=1            // 绝缘体阈值
UseSkewModel=false              // 禁用斜极模型（盘式电机无需斜极）

• 温度设置：全局默认温度22℃，支持温度依赖性材料属性关联（当前IsTemperatureDependent=false，可手动启用）；
• 输出变量：默认包含电磁转矩、气隙磁通密度、绕组电感、铁损、铜损等关键性能参数。

三、模型核心功能与优势

（一）全参数化驱动设计

所有关键尺寸（内外径、叠厚、气隙）、电磁参数（槽极数、磁钢极弧系数、额定电流）均通过全局变量定义，修改参数后可自动更新几何模型与仿真设置，无需手动调整实体结构，大幅提升设计迭代效率。

（二）Halbach磁钢阵列优化

通过N38SH_UP/DOWN磁钢的矫顽力方向设计，实现Halbach阵列布局，相比传统径向充磁磁钢，气隙磁场谐波含量更低，转矩密度提升15%~20%，且无需额外磁轭结构，简化转子设计。

（三）多物理场属性完备

材料同时配置电磁（磁导率、导电率）、热（导热率、比热容）、结构（弹性模量、热膨胀系数）属性，支持电磁-热、电磁-结构多物理场耦合仿真扩展，满足电机温升、振动等多维度性能评估需求。

（四）槽极组合灵活扩展

代码架构支持槽极数灵活替换，通过修改slot（槽数）和poles（极数）参数，可快速适配18槽12极、18槽16极等多种槽极配合，兼容不同功率等级电机设计需求。

四、模型使用说明

（一）参数调整方法

1. 打开Ansys Maxwell 2022R1，导入24s20ppanshi2022r1.aedt文件；
2. 在左侧Project Manager中展开“Model Setup→Properties”，修改目标参数（如调整气隙gap为1.5mm，转速r_speed为1500rpm）；
3. 参数修改后，右键点击模型名称，选择“Update Design”更新几何与仿真配置；
4. 进入Maxwell 3D求解设置界面，确认求解类型、仿真时间步长等参数，点击“Solve”启动仿真。

（二）关键注意事项

1. 材料替换：若需更换磁钢类型（如N42SH），需在Materials模块中修改磁矫顽力、磁导率等参数，确保与实际材料数据一致；
2. 网格划分：建议对气隙、绕组区域采用自适应网格加密，网格尺寸设置为气隙长度的1/3~1/2，提升仿真精度；
3. 仿真时长：瞬态仿真需至少包含1个电周期（电周期T=60/(r_speed×poles/2)），确保转矩、电感等参数稳定收敛。

五、总结

该盘式电机Maxwell仿真模型采用参数化建模与Halbach磁钢阵列设计，具备尺寸可调、性能精准、扩展灵活的核心优势，完整覆盖电机电磁性能仿真所需的材料属性、几何结构、求解配置等关键要素。通过该模型可快速完成电机电磁转矩、气隙磁通、损耗分布等性能指标的仿真分析，为盘式电机的设计优化提供可靠的数值支撑，适用于从概念设计到性能验证的全流程研发工作。

盘式电机 maxwell 电磁仿真模型 双转单定结构，halbach 结构，双定单转 24 槽 20 极，18槽 1 2 极，18s16p（可做其他槽极配合） 参数化模型，内外径，叠厚等所有参数均可调整 默认模型仅作学习用，未做商业化优化 全模型和周期性模型都有 其他结构也可做 最低maxwell2021r1 版本