基于ANSYS有限元电磁仿真的菱形磁介质感应磁场分布特性研究
ANSYS电磁场分析指南 第六章 3-D静态磁场分析(棱边元方法
第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法）6.1何时使用棱边元方法在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位A来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可通过使用棱边元方法予以消除。
这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。
在大多数实际3-D 分析中，推荐使用这种方法。
在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。
另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。
用棱边元方法分析的典型使用情况有：·电机·变压器·感应加热·螺线管电磁铁·强场磁体·非破坏性试验·磁搅动·电解装置·粒子加速器·医疗和地球物理仪器《ANSYS理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。
这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法型函数的信息。
对于ANSYS的SOLID117棱边单元，自由度是矢量位A沿单元边切向分量的积分。
物理解释为：沿闭合环路对边自由度（通量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。
正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。
磁通量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。
在ANSYS中，AZ表示边通量自由度，它在MKS单位制中的单位是韦伯（Volt·Secs），SOLID117是20节点六面体单元，它的12个边节点（每条边的中间节点）上持有边通量自由度AZ。
单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。
在动态问题中，8个角节点上持有时间积分电势自由度VOLT。
ANSYS程序可用棱边元方法分析3-D静态、谐波和瞬态磁场问题。
（实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同），具体参见第7章，第8章。
6.2单元边方法中用到的单元表 1三维实体单元6.3物理模型区域的特性与设置对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。
基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析解读
基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析发表时间：2007-9-11 作者: 黄劭刚夏永洪张景明来源: 万方数据关键字: APDL语言同步发电机电磁场有限元介绍了应用ANSYS自带的APDL编程语言进行软件开发，将该软件应用于同步发电机空载磁场分析中，在电机的电磁场计算中实现了电机的自动旋转、自动施加载荷的功能，使用、修改方便，并且计算速度快。
通过对电磁场计算结果的后处理，得出了同步发电机的旋转磁场波形和电压波形。
样机测试结果验证了分析结果的正确。
1 前言ANSYS软件是一个功能强大、灵活的，融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。
广泛用于核工业、石油化工、航空航天、机械制造、土木工程等一般工业及科学研究领域的设计分析。
在实际的电机电磁场分析中，电机的转子磁极形状、定子齿槽形状、气隙大小以及铁磁材料均已确定，但是当转子相对十定子齿槽的位置不同时一，其计算结果也不相同。
为了分析电机电磁场问题，若把定、转子相对位置固定不变进行求解，再对电磁场计算结果进行傅立叶级数分解来计算电机绕组的电势则误差太大。
为此，需要对定、转子不同位置时一分别进行计算，然后通过电磁场的计算结果求出电机何个定子齿部磁通随转角变化的关系，然后根据磁通的变化率求出电机基波绕组的电势。
ANSYS软件是目前应用最为广泛、使用最方便的通用有限元分析软件之一，应用ANSYS软件来分析电机电磁场是非常有效的。
但是当采用ANSYS软件的图形用户界面( GUI)操作方式时，每次定、转子之间的旋转、网格剖分、施加载荷进行求解、查看计算结果等都需要人工进行重复操作，使用起来非常繁琐，并且效率低。
为此，木文采用ANSYS软件的APDL语言编写的软件对同步发电机的空载磁场进行研究，实现了电机定、转子之间的自动旋转，自动网格剖分，自动施加载荷以及自动求解的功能。
整个电磁场分析过程无需人工进行干预，使用方便，便于修改，并且大大提高了计算速度。
ANSYS电磁场分析指南第七章3-D谐波磁场分析棱边单元法19页word文档
第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元方法）7.1 用棱边元方法进行谐波分析3-D谐波磁场分析（棱边元方法）与静态分析的特点基本相同，但前者只支持线性材料特性分析。
电阻和相对磁导率可以是正交各向异性，也可以与温度相关。
谐波分析仍使用SOLID117单元。
详见《ANSYS单元手册》和《ANSYS理论手册》。
7.1.1 物理模型区域的设置和特性ANSYS程序提供了几个选择用于处理3-D磁场分析中的不同的终端条件，以下图示导体的不同的终端条件：7.1.2 速度效应在交流（AC）激励下，运动导体的某些特殊情况是可以求解电磁场的。
速度效应在静态、谐波和瞬态分析中都有效。
第2章“二维静态磁场分析”中讨论了运动导体分析的应用情况和限制条件。
对于3D问题，设置单元KEYOPT选项和实常数的过程相似于2D谐波分析。
在谐波分析中，所加速度为常数，不作正弦变化（线圈或场激励为正弦变化），且垂直于运动方向的运动体截面应保持常数。
通过设置单元的KEYOPT（2）=1来激活速度效应，带运动导体的3D谐波分析同样需要运动导体区域具有时间积分电势自由度（VOLT），这通过设置单元的KEYOPT（1）=1（AZ和VOLT自由度）来实现。
运动导体分析中能设置的实常数如下表所示：可用谐波分析来仿真静场激励下的运动导体，为了表示静场，需将谐波的频率设置得很低，通常，谐波频率小于0.0001HZ就能产生准静态解，准静态解的结果是存放在实部里的。
如果使用波前法求解，谐波的频率可以低到10-8HZ，而对于迭代解法，过低的频率会导致求解不收敛。
7.2 3-D谐波磁场分析（棱边元方法）的步骤1.在GUI菜单过滤中选定Magnetic-Edge项2.定义任务名和题目命令：/FILNAME和/TITLEGUI:Utility Menu>File>Change JobnameUtility Menu>File>Change Title3.进入ANSYS前处理器命令：/PREP7GUI:Main Menu>Preprocessor4.选择SOLID117单元命令：ET,,solid117GUI: Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete5.选择SOLID117单元选项对导电区用AZ-VOLT自由度，对不导电区用AZ自由度．命令：KEYOPTGUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete6.定义材料特性对涡流区必须说明电阻值RSVX，其它详见“二维静态磁场分析”一章7.建立模型对建立几何模型和划分网格的描述，详见“ANSYS建模与分网指南”8.赋予特性命令：VATTGUI: Main menu>Preprocessor>-Attributes-Define9.划分网格（用Mapped网格）命令：VMESHGUI:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped 10.进入求解器命令：/SOLUGUI:Main Menu>Solution11.给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件命令：DAGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary用AZ=0来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件自然发生，无需说明。
基于ANSYS的电磁感应加热系统仿真与实验
实 验 方 案 将 理 论 分 析 、数 值 仿 真 和 实 验 测 量 三 者 相 结 合 ，能 够 帮 助 学 生 更 好 地 构 建 该 课 程 系 统 全 面 的 思 维 框 架 。
关 键 词 ： 电 磁 感 应 ；涡 流 ；感 应 加 热 ；工程电磁场
中 图 分 类 号 ：TM154
文 献 标 识 码 ：A
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实验技术与管理
1 电磁感应加热原理
1831年 ，法拉第发现电磁感应定律[7]:导体回路
中感应电动势e 的大小与穿过回路的磁通随时间的变
化率成正比。当频率为/ 的交流电流流过匝数为W 的
线 圈时，感应电动势e 为
e = - N -d <f i / d t
( 1)
感应加热技术是在法拉第电磁感应定律的基础上
基 于 ANSYS的电磁感应加热系统仿真与实验
房 紫 路 ，龚 直 ，李 玉 玲 ，姚缨英 ( 浙 江 大 学 电 气 工 程 学 院 ，浙 江 杭 州 310027 )
摘 要 ：将 电 子 工 程 专 业 基 础 课 “工 程 电 磁 场 ” 中 的 电 磁 感 应 定 律 和 涡 流 理 论 与 实 际 应 用 相 结 合 ，提 出 了 基 于 电 磁
(8 )
其 中 ：c r 为材料的电导率；~ 为 角 频 率 ， ffl = 2ir/ ，/ 为
电磁炉T .作频率。
涡流的焦耳热效应表达式为
Q = I 2R i
(9)
其中：/ 为感应电流，•/?为负载电阻值，/ 为加热时间。 1.3.2 锅 具 与 线 圈 的 距 离
电磁炉的感应线圈与锅具之间放置陶瓷玻璃板与
Z eq = ^ e q + j ^ e q
ANSYS有限元案例分析之磁场分布仿真案例
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
二，前处理
•3 创建模型
2）生成四分之一圆，圆心（0,0）半径20： Main Menu:Preprocessor>Modeling>Create
>Areas>Circle>Partial Annulus。Rad-1 输入20 ；Theta-2输入90；点击OK。
中选择Axisymmetric；同理选择type2做如上操作。
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理
• 2定义材料特性
1）相对磁导率 Main Menu: Preprocessor > Material Props >Relative Permeability>Constant
ANSYS有限元案例分析之磁场 分布仿真-两平行圆环电产生
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理前的操作
•1 文件路径，工作名称和工作标题的设定。
1）文件路径：Utility Menu：File>Change Directory 2）工作名称：Utility Menu：File>Change Jobname 3）工作标题：Utility Menu：File>Change Title
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
四，求解
• 7 往路径上映射变量的数值： Main Menu>General Postproc>Path Operation>Map onto Path。左边一栏选择Flux&gradient，右边选择 MagFluxDens BSUM，点击OK。
ANSYS电磁场分析指南第八章3-D瞬态磁场分析（棱边单元法
第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）8.1 用棱边元方法进行3-D瞬态分析用棱边元方法进行3-D瞬态分析的步骤与下一章的用MVP方法进行瞬态分析的步骤大体一样，只不过它们使用不同的自由度和运算法则，棱边元方法使用Frontal、sparse、JCG和ICCG求解器。
参见《ANSYS基本过程手册》中求解器的详细介绍。
ANSYS支持3D静态、时谐、瞬态棱边单元分析。
前面两章讨论的是静态和时谐分析，本章讨论瞬态分析。
8.2 3-D瞬态磁场分析（棱边元方法）的步骤1. 在GUI菜单过滤中选定Magnetic-Edge项2. 定义任务名和题目 命令：/FILNAME和/TITLEGUI:Utility Menu>File>Change JobnameUtility Menu>File>Change Title3. 进入ANSYS前处理器 命令：/PREP7GUI:Main Menu>Preprocessor4. 选择SOLID117单元 命令：ET,solid117GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete5. 定义SOLID117单元选项 对导电区用AZ-VOLT自由度，对不导电区用AZ自由度。
命令：KEYOPTGUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete与第七章“谐波分析”描述的类似6．定义材料特性 对涡流区必须说明电阻值RSVX，材料定义的过程详见第二章。
7．建立模型 用Main Menu>Preprocessor>-Modeling-界面。
8. 赋予特性 命令：VATT GUI: Main menu>Preprocessor>-Attributes-Define9. 划分网格（用Mapped网格） 命令：VMESH GUI:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped10. 进入求解器 命令：/SOLUGUI:Main Menu>Solution11．给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件 命令：DAGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary用AZ=0来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件是自然边界条件，无需说明。
基于 ANSYS 的电磁铁仿真分析及其实验验证
基于 ANSYS 的电磁铁仿真分析及其实验验证刘灿辉;黄丽容【摘要】The electromagnetic properties of electromagnet was simulated with ANSYS software based on the finite element method, in which the intensity of electromagnetic induction, lines of magnetic force distribution, surface induction vector of the electromagnet and the magnetic field intensity were calculated. Then the electromagnet structure was optimized and the optimized structure was analyzed by ANSYS by using the same parameters.It was found that the optimized structure of electromagnet has improved in electromagnetic properties.Finally, the simu-lation results of electromagnet were further compared with experimental results of this optimized sample and it was proved the theory of electromagnetic simulation analysis for the structural design of the electromagnet was effective and feasible.%在保证电磁铁安装及外形尺寸不发生改变的情况下，对电磁铁内部的铁心结构进行修改优化，以增强电磁铁铁心表面的磁感应强度；通过利用大型通用有限元软件ANSYS对电磁铁各部分进行二维建模，输入相关参数及设定约束后进行有限元静态磁场仿真分析，经计算分析得到电磁铁铁心的磁力线分布、表面的磁感应强度、表面磁感应矢量等电磁性能参数，然后对该电磁铁结构进行优化修改，结构修改后对修改模型在相同的条件下再一次进行建模分析，把得到的电磁性能参数与原结构的进行对比，发现经过结构优化后的电磁铁铁心的表面磁感应强度有一定程度的提高；为了更加明确电磁仿真分析的可行性，最后把所制作出来的电磁铁样品的实验结果与仿真结果进行对比，验证仿真分析的有效性，为电磁铁的结构设计提供理论依据。
ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述
第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS 可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。
有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。
根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。
1.3静态、谐波、瞬态磁场分析利用ANSYS可以完成下列磁场分析：·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维静态磁场分析”·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维谐波磁场分析”·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。
参见本书“二维瞬态磁场分析”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。
参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。
ANSYS电磁场分析指南磁宏
ANSYS电磁场分析指南磁宏磁宏分析是ANSYS中的一种电磁场分析方法，用于模拟磁场中的行为。
它基于麦克斯韦方程组和磁性材料的本质特性，可以用来研究磁场的分布、场强和磁通量等。
以下是使用ANSYS进行磁宏分析的一般步骤：1.创建几何模型：使用ANSYS的几何建模工具创建您要分析的几何体。
您可以使用ANSYS的二维或三维建模功能，根据您的需求选择适当的几何形状。
2.设置材料属性：在进行磁宏分析之前，您需要为模型中的材料定义磁性属性。
这包括磁导率、磁饱和和磁滞等。
可以通过库中的材料属性进行选择，或者根据实际材料的特性手动输入。
如果您使用的是标准材料，可以轻松从ANSYS材料库中选择。
3.设置边界条件：确定分析的边界条件非常重要。
根据您的应用场景，您可以设置边界条件为固定零磁场、非磁性条件或具有特定磁场分布的条件。
对于二维问题，您可以设置边界上的磁通量。
这些边界条件将在后续计算中起作用。
4.生成网格：ANSYS使用有限元方法进行分析，因此需要生成适当的网格。
您可以选择不同的网格生成技术，例如自动网格细化、手动加密和剖面网格。
网格的质量对分析结果的准确性和计算时间都有重要影响。
5.定义分析类型和求解器：在ANSYS中，您可以选择不同的分析类型和求解器来求解磁场问题。
例如，您可以选择求解静态磁场、谐振频率或非线性磁场等。
根据您的需求选择适当的求解器，以获得准确的结果。
6.运行计算：在设置了适当的材料属性、边界条件和网格后，您可以运行计算。
ANSYS将使用选择的求解器进行计算，并在计算结束后生成结果。
7.分析结果：计算完成后，您可以查看和分析生成的结果。
这包括磁场分布图、场强、感应电流和磁通量等。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以帮助您更好地理解分析结果。
除了这些基本步骤，在进行磁宏分析时还有一些注意事项和技巧：1.材料特性选择：选择适当的磁性材料特性对分析结果至关重要。
根据实际材料数据进行选择，并注意磁导率的非线性特性。
基于ANSYS的永磁直线同步电机的电磁仿真与分析
基于ANSYS的永磁直线同步电机的电磁仿真与分析金晓华【摘要】Analysis and calculation of electromagnetic fields are regarded as a central premise of electrical machinery design. This paper attempts to analyze the magnetic Helds of permanent magnet linear synchronous motor （PMLSM） by using ANASYS, a finite element analysis software tool. The simulation and analysis of the ANASYS provide distribution characteristics and law of electromagnetic fields of the inner side of PMLSM. And then force analysis of PMLSM is conducted by adopting Maxwell stress tensor method and virtual work method, aimed at providing a theoretical basis for impreving the force ripple of PMLSM.%电磁场分析计算是电机设计的重要前提，应用ANSYS有限元分析软件对一台永磁直线同步电机电磁场进行分析．通过ANSYS软件的仿真与分析，获得永磁直线同步电机内部电磁场分布特点和规律，再结合麦克斯韦应力张量法和虚功法对永磁直线同步电机进行推力分析，为改善永磁直线同步电机的推力波动提供重要的理论基础．【期刊名称】《南京工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(010)002【总页数】5页(P1-5)【关键词】永磁直线同步电机;ANSYS;有限元;推力波动【作者】金晓华【作者单位】南京工程学院电力工程学院,江苏南京211167【正文语种】中文【中图分类】TM359.4永磁直线同步电机是直接产生直线运动的电磁装置，它可以看成是从旋转电机演化而来，设想把旋转电机沿径向剖开，并将圆周展开成直线，就得到了直线电机［1］，具有高速、高加速度、定位精度高和行程不受限制等优点，广泛应用于数控机床进给系统.但是永磁直线同步电机自身独有结构特点，其空载反电动势波形、端部效应、齿槽效应等，较易产生推力波动.推力波动问题是直线同步电机在实际应用中的关键点，传统的磁路法、图解法等很难精确计算直线电机电磁场量的分布，更不能精确求得其推力［2］.为从源头解决永磁直线同步电机的推力波动问题，本文将借助于有限元法求得电磁场的近似解.以永磁直线同步电机为模型计算电机的电磁场，其具体参数为:电机永磁体部分采用钕铁硼，其磁感应矫顽力Hc为870 kA/m;电机槽数为12槽;相数3;气隙0.8 mm;槽宽8 mm;槽深25 mm;齿间距15 mm;极距14 mm;永磁体高4 mm;永磁铁宽14 mm;永磁铁长120 mm;铁心高度42 mm;铁心长度180 mm.1 永磁直线同步电机电磁场计算为了建立合适的电磁场分析模型，根据永磁直线同步电机的特点和实际计算需要，将其作一定的假设［3-4］:1)磁路为线性，不考虑磁饱和效应;2)初级铁芯表面光滑;3)动子轭和定子轭部分各向磁导率同性，分别为μ1和μ2;4)永磁体X方向和Y方向上的磁导率等于空气隙磁导率μ0，且所有部分电导率为0;5)忽略Z轴方向磁场变化，各电流仅在Z轴方向流动，即只有Z向分量，因此，将电机实际三维场转化为平面二维场的问题进行分析．应用ANSYS软件计算电机的电磁场，首先用命令流形式编写了永磁直线同步电机的电磁场计算程序，程序分为前处理、求解、后处理三个部分.1.1 前处理选择单元类型为二维实体单元PLANE53，选择国际单位制(MKS)作为电磁场分析的单位制，定义空气\初级铁心\次级铁心\永磁体\线圈的材料属性，其中初级铁心为非线性材料(硅钢片DW310-35)，定义电机模型尺寸的相关参数.在直线电机中，由于纵向端部的存在，磁路不再呈现周期对称性，要准确计算直线电机的磁场分布，必须对整个初级和次级进行建模.此外，由于直线电机的敞开式结构，除气隙外，模型中还应该包括适当的介质——空气，先建立直线电机的几何模型，实现智能剖分网格，然后选择需要精细剖分的区域进行网格细剖，这样，就形成了直线电机的有限元分析模型，如图1所示.图2是局部剖分图，从中可以看出，电机模型的初级扼靠近空气部分划分比较均匀，越靠近线圈部分，划分的越细密，这样有利于进行更细致的求解.1.2 求解首先在有限元分析模型的边界节点处加载边界条件.在图1所示的直线同步电机模型中，将长端边界设置为一类边界条件，Az=0;将短端边界设置为周期性边界条件，且两端相等.通过将短边设置为周期性边界条件，可减小计算的工作量.然后为绕组加载电流源密度，考虑到永磁同步直线电机作为数控机床的精密伺服元件，在对电机进行矢量控制策略时，加载的电流源密度要符合控制策略.求解时需选择合适的求解直线电磁场问题的求解器，进行电磁场求解.1.3 后处理绘出二维磁力线分布图，如图3所示.由图可知，入端磁力线比出端磁力线稀疏，这正是边端效应的真实反映.磁力线经过电机扼部、电机齿部进入空气隙，并穿入次级导轨，再从另一个电机齿部进入电机扼部，最终完成一个极的磁通线闭合，这个过程是与普通旋转电机理论相符合的.通过选择查看磁场密度的矢量图后，可看到模型中的磁密矢量的大小和方向，如图4所示，图中颜色强度的变化代表模型中不同部位磁感应强度的大小，本文研究的永磁直线同步电机的大部分气隙磁密值约在0.61 T左右.2 推力分析推力是永磁直线同步电机非常重要的性能参数指标.在电磁场理论中，计算电磁力的基本方法有麦克斯韦应力张量法(Maxwell stress tensor，简称 MX)和虚功法(virtual work method，简称 VM)［4-6］.2.1 麦克斯韦应力张量法［7］根据麦克斯韦的观点，可以把作用在媒质任意区域上的体积力归结为这个区域表面S所受到的张力．如果两种媒质的磁导率为μa和μb，则在磁场中作用于物体表面上的力［4］为式中:Bn为磁通密度在S平面的法向量;Ht为磁场强度在S平面的的切向量，力的方向由磁导率大的介质指向磁导率小的介质．当两种介质分别是铁磁材料与空气时，力的表达式变为且F的方向总是由铁芯指向空气．2.2 虚功法虚功法是基于能量守恒原理与虚位移原理的一种计算电磁力的方法．当电磁装置的某一部分发生微小位移时(既可以是真位移，也可以是虚位移)，如在恒电流或恒磁链的条件下，整个系统的磁能会随之变化，则该部分就会受到电磁力作用．电磁力的大小等于单位微增位移时磁共能的增量(电流约束为常量)或单位微增位移时磁能的增量(磁链约束为常量)．当用有限元方法计算并假设磁链约束为常量时，用矢量磁势计算比较方便．磁场中物体所受力可表示为式中:Wm为磁场储能;ψ为磁链;x为位移;xk为虚位移．2.3 推力分析ANSYS软件包可方便地自动应用麦克斯韦应力张量法和虚功法计算得出电机模型的推力.在软件中定义定子电流的初始相位角和动子位移均为0，可得到两种计算方法下的推力仿真计算结果，如图5、图6所示，是所仿真分析的直线电机在气隙从0.5 mm变化到1.0 mm时的推力比较结果.通过图5和图6的仿真结果可以看出，麦克斯韦应力张量法和虚功法直线电机的推力计算的结果一致，当电机气隙从0.5 mm逐步增加到1.0 mm时，定位力也逐步增加.由于工艺要求和推力优化的角度考虑，选择气隙0.8 mm为最佳参数.通过获取不同气隙时的定位力，合理改变电流，这样可改善直线电机因气隙发生变化而导致的稳定性.在优化电机尺寸下获取电机的磁链数据，如图7所示，三相磁链为正弦波，且对称，这与永磁直线同步电机的工作原理一致.当电机工作电流增加至10 A时［8］，计算此时的永磁直线电机的推力，如图8所示，推力约为300 N左右，且波动比较小，可保证直线同步电机的稳定运行.此外，由图还可知，推力波动是位置的周期函数，推力波动的幅值随初级电流的增加而增加.由此可见，永磁直线同步电机的端部效应所引起的推力波动特性是一种周期性时变函数.另外，从图8还可知，采用虚功法仿真分析比麦克斯韦应力张量法分析得出的推力计算结果大致多10 N的力，且随着电角度的变化始终保持比较稳定的差值，这是与建模时电机模型的网格划分精度相关的，在提高网格划分精度后，两者的差值将会进一步缩小.3 结语本文利用ANSYS软件，首先建立永磁直线同步电机的有限元仿真模型，采用ANSYS软件分析了永磁直线同步电机内的磁场分布，并用麦克斯韦应力张量法和虚功法优化了定位力，计算有载时推力，为永磁直线同步电机的设计、优化以及推力控制和改善提供了有益参考.参考文献:【相关文献】［1］叶云岳.直线电机原理与应用［M］.北京:机械工业出版社，2000.［2］林健，左健民，汪木兰.直线电机应用于高速加工的关键技术［J］.现代制造工程，2007(4):114-118.［3］许智斌，方进，赵佳.直线感应电机的有限元仿真与分析［J］.微电机，2010，43(5):6-9. ［4］汤蕴缪.电机电磁场的分析与计算［M］.北京:机械工业出版社，2010.［5］戴魏，余海涛，胡敏强.基于虚功法的直线同步电机电磁力计算［J］.中国电机工程学报，2006，26(22):110-114.［6］黄明星，叶云岳.永磁电励混合励磁直线同步电机磁场的有限元分析［J］.机电工程，2004，21(11):34-38.［7］李庆雷，王先逵，吴丹.永磁同步直线电机推力及垂直力的有限元计算［J］.清华大学学报，2000，40(5):20-23.［8］戴魏，余海涛，胡敏强.直线同步电机运行分析［J］.电机与控制学报，2007，11(3):240-243.。
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布作者：王妍来源：《科技资讯》 2011年第28期王妍(山东省电力学校山东泰安 271000)摘要:在有限元技术日趋完善的今天,随着计算机技术的普及和计算机速度的不断提高,有限元在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,已经成为解决复杂的工程分析问题的有效途径。
作为有限元的技术载体的有限元软件也逐步成熟。
本文主要介绍了有限元软件ANSYS的特点及在工程电磁场中的使用方法。
本论文利用有限元软件ANSYS计算了变压器电磁场。
经过本次分析验证,有限元软件ANSYS是计算电磁场的可靠软件,大大提高了计算速度,并可以进行可视化图形的显示。
关键词:软件ANSYS 特点变压器有限元有限元软件ANSYS 变压器电磁场中图分类号:TM4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0133-01电场和磁场计算是计算电磁学的两个分支。
通常认为电场计算比磁场计算容易,主要原因是:第一,至少在低频情况下,电场的描述只用一个标量位即可;第二,电场计算一般均为线性问题。
与电场数值计算相比,磁场的数值计算[2]要复杂得多,主要原因是由于控制方程复杂,材料各向异性和非线性。
磁场数值计算方法可以从多种角度予以分类。
从磁场控制方程出发,有微分方程法、积分方程法及微分积分方程法,从数值离散方法出发,有边界元法、有限元法及有限差分法等;从求解变量的类型出发,有标量位、矢量位和高阶矢量位。
1 有限元法的概念有限元法亦称为有限单元法或有限元素法,是数值计算中一种重要近似方法,其基本思想是:运用离散化的概念,将连续介质或结构划分成许多有限大小的字区域的集合,把每一个字区域称作单元和元素,将单元的集合称为网络,则实际的连续介质(或实际结构)可以看作这些单元在他们的节点上相互连接而组成的有效集合体,这是求解的基本方程将是一个代数方程组,从而将求解描述真实连续场变量的微分方程组简化为求解代数方程组,得到近似的数值解[3]。
ANSYS-3维电磁分析棱边法
Quad MAG, TEMP Brick MAG, AX, AY, AZ, VOLT, TEMP Brick UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG; TEMP-VOLT-MAG UX-UY-UZ; VOLT, MAG Brick UX-UY-UZ-AX-AY-AZ-VOLT Tet UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG; TEMP-VOLT-MAG UX-UY-UZ; VOLT, MAG TEMP, TEMP,
Table 1.1 Formulation Comparison Formulation Conductor Model MSP SOURC36 current-fed conductor - coil not underlying region meshed Dim. Applications stranded 3-D meshed, Element Types Analysis Type Static
Magnetostatic SOLID5, without eddy current. SOLID96, SOLID98 Magnetostatic, current. eddy SOLID97, PLANE53, PLANE13, PLANE233
Nodal MVP Current, voltage, or circuit-fed solid 2-D, conductor - Coil meshed as part of 3-D model Edge-Based Both stranded and solid conductor 3-D permitted. Supports current, circuit, and voltage fed, and direct current specification Table 1.2 3-D Edge Formulation
ANSYS有限元分析在电磁学仿真实验中的应用
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎｅ ｉｃ ｔ ｅ ｘｐ ｅ ｉｍ ｅ ｒ ｎ ｔ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ＡＮＳＹＳ ｉｎｉ ｆ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ － ｗａ ｒ ｅ ｔ ｏ ｃ ａ ｒ ｒ ｙ ｏ ｕ ｔ ａ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｌ ｉ ｎｅ ｓ ａ ｎｄ ｌｕ ｆ ｘ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｇ ｒ ａ ｄｉ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ — ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ｕ ｐ ｌ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｏ — ｄｉ ｍｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｌ ｏ ｓ ｓ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
０ 引言
电磁场 实验 是基 于 电磁场 理论 以研 究 电气 与
杂， 因此 ， 传 统 的 电磁 学 实验教 学 方法无 法使 学 生
深刻理解电磁场 中的许多概念， 从 而影 响整个课 程 的学 习 ， 对 后续 课 程 的学 习也 造成 了一 定 的影 响。利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有限元分析软件可模 拟出电磁 场 中的物理量 ， 以图形化方式显示其分布及其计
ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｔ ａ ｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＡＮＳ ＹＳ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｒｏ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ａ ｌ ｍ ｆ ａ ｃ ｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｅ ｎ ｔ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｔ ｎｄ ａ ｉ ｎ ｇ ｎｄ ａ ｇ ｒ ａ ｓ ｐｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ａ ｂ ｓ ｒａ ｔ ｃ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐｔ ｎｄ ａ ｈｅ ｔ ｏ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎｃ ｅ ｎｅ ｒ ｄ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｈ ｎｃ ａ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ｉ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｐ ｒ ａ ｃ ｉｃ ｔ ｅ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｔ ｃ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｐｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ； ＡＮＳ ＹＳ； ｔ ｗｏ — ｄ ｉ ｍｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｓ ｔ ａ ｉｃ ｔ ｍａ ｇｎ ｅ ｉｃ ｔ
ansys有限元电磁场仿真分析教程
衔铁 线圈
1-8
性质
柱体: μr = 1000 线圈: μr = 1
匝数:
2000
(整个线圈)
空激气 励:
μr = 1
线圈励磁为直流电流: 2 安 培
模型 轴对称
Y
材料号 2
衔铁 长度=35
材料号3
单位 (mm)
Coil X
1-9
• 建模 – 设置电磁学预选项（过滤器） – 对各物理区定义单元类型 – 定义材料性质 – 对每个物理区定义实体模型 • 铁芯 • 线圈 • 空气 – 给各物理区赋材料属性 – 加边界条件
2.1-1 2.2-1 2.3-1 2.4-1 2.5-1
二维谐波和瞬态分析
第四章
第1节…………………………………………………………………………….…. 3.1-1 第2节…………………………………………………………………...………….. 3.2-1
三维电磁场分析
第五章
第1节…………………………………………………………………………...….… 4.1-1 第2节…………………………………………………………………….……….... 4.2-1 第3节………………………………………………………………….…..…….…. 4.3-1 第4节………………………………………………………………….……...……. 4.4-1 第5节…………………………………………………………………….…...……. 4.5-1
A
（1/2）对称模型
1-41
• 半对称模型与全模型比较： – 磁通量密度是相同的 – 线圈上Lorentz 力是相同的 – 贮能为 1/2 – 极面上力为 1/2 – 加载电流密度与全模型相同
ansys有限元法电磁分析
低频应用-复杂电机
低频应用-复杂电机(续)
低频应用-高压开关
低频应用-高压开关(续)
Part II
ANSYS
高频电磁场分析
高频电磁场分析
一,ANSYS高频电磁分析功能 二,应用实例
高频器件 天线设计 电磁散射 电磁兼容
高频-功能特点
优点: 对任意几何形状和复杂材料构成的复杂高频电磁场问题仿真, 如空气,无耗介质,有耗介质等均匀或者非均匀介质等. 分析方法: –模态分析(如本征值求解) –时谐分析
感应窗波导滤波器
WR-75 (.75x.375in) 5 窗口 4 腔体
高频-高频器件(续)
感应窗波导滤波器
通过改变窗口数目切换通带...
E场 (Y) 12.6GHz
插入损耗与场分布
高频-高频器件(续)
移相器
WR-62 (.6x.3in) 4 段介质 通过改变介质位置 实现相移
Ku-Band (12 - 18 GHz)
电场计算
高频-高频器件(续)
同轴线-圆波导变换器
1.7m m 1.7m m .2" .73m m
- EF @ 18GHz
f (GHz) 18 20 22 S21 0.5511 0.7429 0.8487
50输入
S 参数计算
高频-高频器件(续)
同轴线-圆波导变换器
Hz @ 20GHz
TE11 输入
多场耦合分析
自然界所有物理现象实际上都是多耦合的,电子产品尤如此. 对电子产品而言,最重要的耦合设计是电/热/结构耦合 多物理场模拟是在一次模拟中耦合入多种物理现象 多物理场耦合分析的前提条件: – 软件本身具有多种场的分析功能 – 统一的数据库下 ANSYS各种物理场分析之间可进行任意多物理场模拟
ANSYS有限元分析在电磁学仿真实验中的应用
ANSYS有限元分析在电磁学仿真实验中的应用胡晶晶;李娟【摘要】利用 ANSYS 有限元分析软件仿真电磁学实验，对二维静磁场中四极磁钢的磁力线、磁通密度梯度磁化特性，以及交变场中的三维杆导体的功率损耗密度进行了模拟分析，实现了对电磁场中场图的可视化。
结果表明，ANSYS 有限元分析应用于电磁学领域对学生理解和掌握电磁场中的抽象概念和理论有所帮助，提高了学生的实际应用能力。
%Electromagnetic experiment is simulated by using the ANSYS finite element analysis soft-ware to carry out an analysis of the magnetic field lines and flux density gradient magnetization characteris-tics of quadruple magnet in the two-dimensional static magnetic field as well as the power loss density of three-dimensional rod conductor in the alternating field.And the visualization of electromagnetic field is thus achieved,and the results show that the application of ANSYS finite element analysis in electromagnetic realm facilitates students′understanding and grasping of the abstract concept and theory concerned and enhances their ability in practice.【期刊名称】《常州工学院学报》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】5页(P23-27)【关键词】电磁学仿真实验;ANSYS;二维静磁场【作者】胡晶晶;李娟【作者单位】淮南联合大学机电系，安徽淮南 232038;淮南联合大学机电系，安徽淮南 232038【正文语种】中文【中图分类】O412.30 引言电磁场实验是基于电磁场理论以研究电气与电子工程中各类电磁场问题的实验科学。
基于ANSYS的开关磁阻电动机磁场有限元分析_全星慧
1 SRM 磁场有限元分析模型
1. 1 SRM 的结构和设计尺寸
SRM 运行时, 在定子和转子铁心中存在着整体 饱和及严重的局部饱和, 计算这种非线性磁场, 可以 采用有限元法通过计算磁场中的矢量磁位 A 来完 成。本文所分析的 SRM 样机的结构参数如表 1 所 示。
表 1 样机 的结构参数
定子极数
域分析的方法, 边界条件较难确定, 因此本文采用全 场域分析的方法。为了建立 SRM 内部磁场的微分
收稿日期: 2007 - 03- 13
方程, 确定求解区域和有限元求解的边界条件, 作如
下假设 [ 1 ] :
( 1) 忽略电机端部磁场效应, 磁场沿轴向均匀
分布, 矢量磁位 A 和电流密度 J 只有轴向分量 Az 和 Jz, 故磁感应强度只有 B x 和 B y 分量 (以下将 A 简写
入相应的材料特性, 材料特性可以是线性的, 也可以 是非线性的 [ 2] 。具体定义如下:
负值表示电流向 - Z 方向。 1. 4. 5求解
¹ 描述线性材料特性
基 于
a. 相对磁导率 ( MURX, MURY, MURZ) ;
采用波前法求解式 ( 1), 矢量磁位的容差定为 E = 10- 5, 对于 SRM 的非线性分析, 这里采用二步求
K ey word s: fin ite elem ent ana ly sis; sw itched reluc tance m oto r; static charac teristic; AN SY S
0引 言
利用电机电磁场理论和有限元法进行开关磁阻 电动机 (以下简 称 SRM ) 磁 场分析与计算, 在 SRM 的研究中占据十分重要的地位, 它是整个电机设计 和运行性能分析的基础。本文采用 ANSYS 对磁场 分布和变化比较复杂、非线性严重的 SRM 样机进行 分析, 并利用 ANSYS的分析结果对电机的磁化曲线 及静态转矩进行计算。
谢丹!!梅顺齐!基于ANSYS软件的磁力驱动机构的磁场分析
[研究・设计]收稿日期:2009202225;修回日期:2009203203基金项目:国家自然科学基金资助项目(50775165)作者简介:谢丹(1983-),女,湖北荆州人,武汉科技学院机电工程学院硕士研究生,主要研究方向为机电一体化,磁力机械。
基于AN SYS 软件的磁力驱动机构的磁场分析谢 丹,梅顺齐 (武汉科技学院机电工程学院,湖北武汉 430073) 摘 要:磁力驱动机构实现了转矩的无接触传递,是一种新型绿色驱动机构。
其磁场的分布计算是此类机构分析设计的基础。
本文针对高速轴向磁力驱动机构,借助ANSYS 有限元法分析软件,对其磁场分布进行了研究,得出不同节点的磁场强度值,为该机构的设计提供了依据。
关 键 词:磁场;有限元分析;磁力驱动机构中图分类号:O441.4 文献标志码:A 文章编号:100522895(2009)0520042204Ana lysis of the M agneti c F i eld D r i v i n g by M agneti c M echan is m w ith ANS Y S SoftwareX I E Dan,ME I Shun 2qi(Depart m ent of Mechanical and Electr onic Engineering,W uhan University of Science and Engineering,W uhan 430073,China )Abstract:Magnetic drive mechanis m is a kind of trans m issi on mechanis m that can trans m it t orque without contact,and it ’s a ne w kind of green drive mechanis m.The nu merati on of the magnetic field is generally the basic devise of the Magnetic drive mechanis m.Focusing on the high 2speed axial m agnetic drive m echanis m ,the paper studied its m agneticdistribution w ith AN S YS F in ite E le m en t A nalysis soft w are and obta ined the value of M agnetic field for different nodes,thus provide the basic infor m a tion for structure design .Key words:magnetic field;finite ele ment analysis;magnetic drive mechanis m 0 引言磁力驱动机构亦称磁力传动机构、磁力联轴器,是一种磁学与机械工程相结合的新型驱动机构,也是近年来动力传递方式及密封技术领域取得的重要成果[1]。
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基于ANSYS 有限元电磁仿真的菱形磁介质感应磁场分布特性研究周立波1，2李文博1，2，3韩跃新1，2（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819；2.难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁沈阳110819；3.稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东广州510650）摘要采用ANSYS 数值模拟软件对不同特征参数的菱形介质表面感应磁场分布特性进行了研究。
单根菱形介质的感应磁场数值模拟结果表明：磁介质迎磁面方向为磁性颗粒吸附区，垂直于磁场方向为磁性颗粒排斥区；随着磁介质长轴尺寸的增加，感应磁场分布范围增大，介质表面磁感应强度降低，磁介质有效吸附面积减小，当长轴尺寸为2.6mm 时，介质表面磁场梯度和磁场力较高。
多根菱形介质复合体系的感应磁场数值模拟结果表明：随着介质长轴尺寸的增加，磁介质间感应磁场的交互作用增强，介质长轴尺寸越大，磁介质表面的磁感应强度、磁场梯度及磁场力越小；随着介质间隙的减小，磁介质间的交互作用增强，磁介质表面的磁感应强度增大，但感应磁场的磁场梯度和磁场力均降低；磁介质间的交互作用对磁性颗粒排斥区和吸附区大小没有明显影响。
关键词高梯度磁选菱形磁介质单介质多介质磁场分布数值模拟中图分类号TD924文献标志码A文章编号1001-1250（2019）-02-192-08DOI 10.19614/ki.jsks.201902037Research on Distribution Characteristics of Induced Magnetic Field of Rhombic Magnetic MatrixBased on Electromagnetic SimulationZhou Libo 1，2Li Wenbo 1，2，3Han Yuexin 1，2（1.School of Resources &Civil Engineering ，Northeastern University ，Shenyang 110819，China ；2.National -Local Joint Engineering Research Center of Refractory Iron Ore Resources Efficient Utilization Technology ，Shenyang 110819，China ；3.State Key Laboratory of Rare Metals Separation and Comprehensive Utilization ，Guangzhou 510650，China ）Abstract The ANSYS numerical simulation software was used to study the distribution characteristics of the inducedmagnetic field of rhombic matrix with different characteristic parameters.The numerical simulation results of the induced mag⁃netic field of a single rhombic matrix indicated that the magnetic flux is the magnetic particle adsorption zone ，and the magnet⁃ic particle exclusion zone is perpendicular to the magnetic field.As the long axis dimension of the magnetic medium increas⁃es ，the range of the induced magnetic field increases ，the magnetic induction intensity decreases ，and the effective adsorp⁃tion area of the magnetic medium decreases.When the long axis dimension is 2.6mm ，the magnetic field gradient and magnet⁃ic field force of the medium surface are higher.Numerical simulation results of induced magnetic fields in multiple rhombicmatrix composite systems indicated that as the long axis dimension of the medium increases ，the interaction of the inducedmagnetic field between the magnetic media increases ，and the larger the long axis dimension of the medium ，the smaller themagnetic induction ，magnetic field gradient and magnetic force of the magnetic medium surface.As the dielectric gap decreas⁃es ，the interaction between the magnetic media increases ，and the magnetic induction intensity of the magnetic medium sur⁃face increases ，but the magnetic field gradient and magnetic field force of the induced magnetic field decrease.The interac⁃tion between the magnetic media has no significant effect on the size of the magnetic particle exclusion zone and the adsorp⁃tion zone.KeywordsHigh gradient magnetic separation ，Rhombicmagnetic matrix ，Single magnetic matrix ，Multiple magneticmatrix ，Magnetic field distribution ，Numerical simulation收稿日期2018-11-12基金项目国家自然科学基金项目（编号：51604064），中央高校基本业务科研费项目（编号：150103003），辽宁省博士启动基金项目（编号：201601027），稀有金属分离与综合利用国家重点实验室开放基金项目（编号：GK-201802）。
作者简介周立波（1993—），男，硕士研究生。
通讯作者韩跃新（1961—），男，教授，博士，博士研究生导师。
总第512期2019年第2期金属矿山METAL MINESeries No.512February 2019·机电与自动化·聚磁介质作为高梯度磁选分离过程的重要载体，其形状、大小、材质以及排布方式等因素对磁介质周围的磁场分布特性具有重要影响，而磁介质周围的磁场分布特性对于实现物料的磁选分离具有重要的影响［1-4］。
由于常规圆棒介质所产生的磁场力较弱，对微细粒弱磁性矿物捕集能力不足，导致大量微细粒弱磁性矿物在选别过程中流失［5-7］。
基于具有尖角的菱形介质表面能够产生较高的磁感应强度和磁场梯度，因而能够强化细粒级弱磁性铁矿物回收的特点，设计了一系列不同结构特征参数的菱形磁介质，利用有限元电磁仿真模拟软件ANSYS Maxwell分别针对不同结构特征参数的单根介质及不同体系特征参数的多介质复合体系，进行了感应磁场分布特性的模拟分析，探究了介质结构特征对感应磁场的调控机制。
1菱形介质ANSYS有限元电磁仿真模拟利用SoildWorks三维建模软件分别搭建了不同结构特征参数的单根介质物理模型以及多介质复合体系模型，结合磁系模型分选空间的尺寸与聚磁介质结构特征以及计算速度的需要，将聚磁介质几何模型进行简化处理，菱形介质几何模型的短轴尺寸均固定为2mm，长轴尺寸分别为2mm、2.6mm、3.2 mm、3.8mm，轴向尺寸统一为20mm。
磁系模型及磁介质模型分别如图1和图2所示。
根据ANSYS Maxwell三维静磁场数值计算结果，分别针对不同结构特征参数的单根磁介质和多介质复合体系，导出了磁介质的磁感应强度分布云图和磁感应强度等值线图，并对距离介质表面0.1mm路径的磁感应强度、远离介质尖端路径的磁场梯度和磁场力以及磁介质有效吸附面积进行了计算。
所选取特定路径示意图分别如图3所示。
2试验结果与讨论2.1单根磁介质感应磁场分布特性研究在背景磁场横向配置时，固定菱形介质短轴尺寸为2.0mm，分别考察了长轴尺寸为2.0、2.6、3.2、3.8 mm的单根菱形介质不同截面的感应磁场分布特性及磁介质的有效吸附面积，并对不同路径的感应磁场分布特性进行了研究。
由于菱形介质长短轴的差异，介质排布方式的变化也会影响感应磁场的分布特性，因此对不同排布方式的单根菱形介质的感应磁场分布特性进行了研究。
2.1.1聚磁介质感应磁场分布及有效吸附面积在背景磁感应强度为0.68T时，分别导出了长轴尺寸为2.0、2.6、3.2、3.8mm的菱形介质的磁感应强度分布云图和磁感应强度分布等值线图，结果分别如图4和图5所示。
由图4可知：在磁介质迎磁面方向，磁介质表面磁感应强度较大，且越靠近磁介质表面，磁感应强度越大，磁位越高，为磁性颗粒吸附区，由于菱形介质尖端的聚磁能力较强，在长轴尖端位置磁感应强度较高；而在垂直于背景磁场方向，磁介质表面磁感应强度较小，且越靠近磁介质表面，磁感应强度越小，磁位越低，为磁性颗粒排斥区。
由于磁介质体内部磁导率较高，所以介质体内部的磁感应强度高于介质体外部。
随着菱形介质长轴尺寸的增加，其感应磁场分布范围更广，磁场作用深度更大。
由图5可知：随着菱形介质长轴尺寸的增加，长轴两端的尖角角度减小，磁感应强度分布等值线更为密集，磁场梯度增大；但是在垂直于磁场方向，即在菱形介质短轴方向，随着菱形介质长轴尺寸的增加，磁介质周围磁感应强度等值线分布逐渐稀疏；随着菱形介质长轴尺寸的增加，在短轴方向磁性颗粒周立波等：基于ANSYS有限元电磁仿真的菱形磁介质感应磁场分布特性研究2019年第2期排斥区域逐渐增加，因此磁介质的有效吸附面积逐渐降低。