汽車零部件供應商率先將數(shù)值分析納入其設計流程，從而縮短開發(fā)周期并降低生產(chǎn)成本。CST EM STUDIO (CST EMS) 等靜電場仿真工具也可用于產(chǎn)品開發(fā)。

本文檔介紹了使用 CST EMS 的步進電機仿真示例。

圖1：步進電機CAD導入模型

考慮在開發(fā)過程中使用模擬時，導入 CAD 數(shù)據(jù)是必不可少的。CST STUDIO SUITE 的 CAD 數(shù)據(jù)導入功能具有自動修復功能。這可用于修改形狀數(shù)據(jù)和參數(shù)化數(shù)據(jù)。

對于本例中的步進電機模型，從 Pro/Engineer? 導入的數(shù)據(jù)無需修改即可用于仿真。該模擬的主要目的是確認不同轉(zhuǎn)子位置的扭矩和角度之間的關系以及鐵質(zhì)材料的非線性磁導率分布。

我們還研究了由線圈中的正弦電流引起的渦流對系統(tǒng)的影響。

圖 2：磁通密度圖

從非線性靜磁場模擬中獲得的磁通密度圖如圖 3 所示。該圖顯示了磁鏈的位置。您還可以看到一些磁通量通過磁路的第二個支架。

圖 3：相對滲透率分布

圖 3 顯示了相對滲透率分布。在圖中，您可以看到已達到飽和的區(qū)域。

圖 4：扭矩隨轉(zhuǎn)子角度的變化

圖 4 所示的扭矩-角度相關性很容易通過參數(shù)掃描獲得。導入的 CAD 模型中的轉(zhuǎn)子角度可以在 CST EMS 中通過兩次鼠標點擊進行參數(shù)化。由于磁力的作用，蝸輪減速比為1:50，指針位置的扭矩約為4 mNm。

圖 5：線圈電感隨轉(zhuǎn)子位置的變化

同樣的計算也給出了線圈的電感。在設計控制電子設備時，線圈電感是非常重要的信息。

圖 6：定子板上的渦流分布

本例中的系統(tǒng)由 kHz 波段脈寬調(diào)制器控制。因此，還進行了頻域模擬以研究定子板上的感應渦流。此外，通過觀察氣隙中的磁通密度，發(fā)現(xiàn)渦流對轉(zhuǎn)矩的影響可以忽略不計。

概括

在上文中，我們介紹了一個使用復雜 CAD 模型通過 3D 電磁場模擬獲得步進電機電磁特性數(shù)據(jù)的示例。執(zhí)行具有不同轉(zhuǎn)子位置的參數(shù)掃描以計算扭矩和電感。我們還從頻域中的靜磁場模擬中獲得了渦流數(shù)據(jù)。所有任務都可以在 CST EMST 圖形用戶界面中執(zhí)行。CAD 導入、參數(shù)化、源定義和后處理都可以輕松配置和執(zhí)行。