大家好，我是创景科技负责电磁仿真方向的应用工程师，也是咱们创景科技的小编。今天，我将为大家分享如何在 Maxwell 中创建可参数化的 SPOKE 转子模型。

图示1  SPOKE结构

应用背景

当前，随着技术的飞速发展与市场的不断升级，市场对电机性能及其各项关键指标的要求正日趋严苛。在这种背景下，电机转子的结构拓扑也随之变得愈发复杂。这种复杂性为广大设计人员在开展电磁建模工作时带来了较大的技术挑战，使得电机的深入研究与性能优化工作受到显著影响。

以电机 Spoke 转子为例；市面上常见的电机设计软件，其自带的 Spoke 模型库存在明显的局限性。一方面，模型形状与实际设计需求存在较大偏差，难以满足复杂多变的设计场景；另一方面，模型难以进行有效的参数化操作，这在很大程度上限制了设计人员根据实际需求对模型进行灵活调整和优化。

为突破这些技术瓶颈，重新搭建 Spoke 可参数化模型就显得尤为重要，可参数模型见图示1。通过重新搭建该模型，能够有效解决现有模型库存在的问题，不仅能使模型形状与实际设计需求高度契合，还能实现高效的参数化，为电机的设计优化提供有力支持，进而满足市场对高性能电机的需求，提升产品在市场中的竞争力。

• 参数化建模流程

• 初步建模

以助力自行车的中置电机为例，采用 12 槽 14 极的集中式绕组，转子为 SPOKE 结构。初步模型可以借助 Rmxprt 或者 Motor-CAD 来搭建，在这里小编选用 Motor-CAD 进行初步模型搭建。

利用 Motor-CAD 的无刷永磁电机模块搭建初步模型，相关参数见图示2。搭建完成后，导出 Vbs 脚本，用于在 Maxwell 中进行初步建模，见图示3。进而对转子结构拓扑开展相关操作。

• 模型整理

在Maxwell软件中，删除转子部分里除 Rotating_Band 和 Shaft 之外的所有部件，然后，使用圆命令重新构建转子区域，整理示意见图示4。以便在后续步骤中基于此区域进行布尔运算操作。

• 建立区域

使用矩形、线段、圆心画弧等绘图命令，分别创建以下几何形状用于等效，详见图9。

• n 矩形+Slot2 三角形+MagSlot矩形组合用于等效表示磁钢槽；
• n MagSlot 矩形用于表示磁钢；
• n Slot3 三角形：用于等效表示减重孔。

通过输入点坐标并关联变量，实现几何形状的参数化设计，见图示8。

该步骤中需要特别注意的是，以磁钢建模环节为例，若直接于其实际所处位置开展画图建模工作，受限于复杂的几何形状与位置关系，仅能运用线段命令进行绘制，其间，操作人员需精准无误地输入 (a,b,c,d) 四个点的坐标，见图示6。整个过程不仅繁琐易错，建模难度大；更为关键的是，这种常规建模方式在参数关联上存在严重短板，无法便捷地将转子外径与磁钢的长度、宽度尺寸建立起有效关联，这无疑给后续的模型优化与性能分析带来极大阻碍。

与之形成鲜明对比的是，转换建模思路，选择在 X 轴上进行磁钢建模，采用矩形建模方式，操作人员仅需输入 (a,b) 两个点的坐标，见图示7。就能快速建立磁钢模型，整个过程操作简便、高效精准；尤为重要的是，这种建模方法能够直接且顺畅地关联转子外径、磁钢长度和宽度这几个关键参数，极大地提升了建模效率与模型的参数化设计能力。

同样地，在处理减重孔与磁钢槽的建模过程中，也能够沿用这一方法。

最终形成的磁钢、减重孔区域的变量情况见下图及表1。

 表1

• 模型设置

完成相关的几何参数化之后，就可以在maxwell进行设置。选中磁钢、磁钢槽和减重孔，通过旋转命令将其调整至设计要求的合适位置；对磁钢、磁钢槽和减重孔进行圆周阵列复制，用于布尔切除操作，完成完整转子冲片的建模；选取所有磁钢槽、减重孔以及新建立的转子模型，通过布尔切除操作，最终保留转子冲片部分；为磁钢和转子冲片分别选取对应的坐标系，并赋予相应的材料牌号。操作见图示10。

• 参数化模型

参数见建模的优势在于，当完成了几何的参数化后，后续在进行产品优化的过程中，就可以直接在参数中，对不同的电磁参数进行修改和调整，从而实现快速建模的效果。结合参数化优化工具如optislang等，可以完成自动的参数化优化。

本例中对磁钢长度（Magnet_Length）和磁钢宽度（Magwidth）进行参数化处理，参数值详见图示11，对二者进行多参数计算，计算完成，能够直观地展示不同磁钢长度（Magnet_Length）和磁钢宽度（Magwidth）下转矩值与转矩脉动值的分布状况。工程师可以根据实际需求，直接筛选出合适的取值点与尺寸。例如，将 0.05 的 pkavg（转矩脉动）设为上限，以 avg（转矩值）越大越好作为目标；如此一来，只需在图示12红线左侧选取最大值即可。

结语

构建可参数化的 SPOKE 转子模型，使设计人员能够灵活调控磁钢等核心部件的参数，直观洞察这些参数变动对电机转矩、转矩脉动等关键性能指标的影响。这一技术的应用，能显著提升设计的实用性与高效性，有效降低研发成本，为电机产品的优化提供有力支撑。

期望本文阐述的内容，能够助力广大从业者在电机设计工作中取得更好成果。若各位对 Ansys 系列仿真软件感兴趣，欢迎关注我司公众号，小编与其他专业同事将持续为大家分享更多实用技巧。