Ansoft Maxwell 2D 工程电磁场有限元分析

1.3.1Maxwell 2D 的边界条件
静磁场有以下几种边界条件： 矢量磁位边界条件 对称边界条件 气球边界条件 主边界条件 从边界条件 • 1.3.1.1 Default Boundary Conditions 自然边界条件，也称纽曼边界条件，可以用来描 述两个相接触的物体，在接触面上，磁场强度H 的切向分量和磁感应强度B 的法向分 量保持连续。
Maxwell 2D 基础
1.3 Maxwell 2D 的边界条件和激励源
边界条件和激励源方式按照不同的求解器来设定。 按照计算模型所需的求解器不同，主要可以分为以下 6 大类： 求解器 可计算的执行参数 静磁场 矩阵（电容）、力、转矩 涡流场 矩阵（电感）、力、转矩、磁通量 瞬态磁场 矩阵（阻抗）、力、转矩、磁通量 静电场 导纳、电流 交变电场 电导、电流 直流传导电场 注： 瞬态磁场是指被求解问题随时间做一定有规则的运动， 以及所加载激励是时间、位置、或者速度的函数关系，
软件默认的参数变量为_t，在X、Y、Z 三个方向上都可以设置为_t的函数，而在 Start_t 和End_t 中设置参数_t 的起始和终止范围，通过Points 项可以设置由多少个点 组成该参数曲线，若设置为0 则表示由软件默认的点数组成，此时的曲线较为光滑 ，若该项设置过少则曲线将有多段直线组成。
Maxwell 2D 基础
1.2 Maxwell 2D 的材料管理
1.2.2 常用硅钢片50W600的添加
以硅钢片50W600材料为例，先要了解该材料的特性，找到相应的相对磁化曲线 表，它的磁化曲线是非线性的；电导率在2e+6 S/m 左右。 添加步骤： 1、材料命名：50W600 2、选定坐标系：Cartesian 3、设置相关参数 Relative Permeability --相对磁导率设为 非线性曲线，点击右侧“Bh Curve”，进入 磁化曲线表， 输入相应的数据，点击OK 。 Bulk Conductivity --电导率设为2000000。 后两项默认即可。
AnSoft软件工作界面
AnSoft软件工作界面
Maxwell V12 2D 主要操作按钮: (1) 计算类型快捷按钮 (2) 常用快捷按钮 (3) 视图操作快捷按钮 (4) 模型绘制快捷按钮 (5) 模型材料快捷按钮 (6) 相对坐标系快捷按钮 (7) 模型检测和注释快捷按钮
《Pro/ENGINEER Wildfire3.0基础 设计》周四新 和青芳编著
Ansoft maxwell
软件用途: 电磁场分析软件 英文名: Ansoft maxwell 别名: Ansoft Maxwell EM 版本: V15 发行时间: 2012年 制作发行: ANSOFT (现已被ANSYS收购)
总部官方网：/Products/Simulation+Technology/Electromagnetics/Electromechanical+Design/ANSYS+Maxwell 中国官方网：/zh_cn/产品/仿真技术/电磁自动化设计/ANSYS+13.0+电磁设计解决方案
maxwell2d基础15生成解152观察力及力矩信息选择对话框顶部的force和toque选项可观察参数设置时所设定电机的力及力矩信息包括由xy两方向分力及总的合力ansoft软件中力矩信息正方向为逆时针方向图中力矩数值前的负号代表电机所受力矩为顺时针方向其单位可由单位选项进行选择
课题：
Ansoft Maxwell 工程电磁场有限元分析基础 及在电推剪线圈设计中的应用
1.2 Maxwell 2D 的材料管理
1.2.1 常用硅Байду номын сангаас片材料的添加
硅钢片材料是一种经常使用的原材料，它的磁化曲线是非线性的，电导率在2e+6 S/m 左右，硅钢片间一般涂有绝缘漆阻碍片间涡流的流动，以此减少硅钢片的铁心损 耗。同时硅钢片的磁化曲线还有各向同性和各向异性之分。 添加步骤： 1、材料命名 2、选定坐标系 3、设置相关参数 右侧对话框中对应的中文解释是： Relative Permeability --相对磁导率 Bulk Conductivity --电导率 Magnetic Coercivity --矫顽力 Magnitude--设置材料构成 （）
没有被选择，表示仅从椭圆面中减掉一个正四边形面，则剩余了3/4 的椭圆面积；如果该选 项被选择上，表示在从椭圆面减掉正四边形面的同时，还保留了作为减数的正四边形面。
减法运算的对话框
布尔操作减运算后的结果曲面
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1.2 Maxwell 2D 的材料管理
系统主要包括三个材料库：第一个是System Libraries 材料库，即系统材料库；第 二个是User Libraries 材料库，即用户材料库；最后一个是Personal Libraries材料库， 即个人材料库。在此，推荐读者不要擅自更改系统材料库，如果需要生成新的模型， 不妨放置的个人材料库中以方便日后的加载。
材料库设置选项对话框
Maxwell 2D 基础
1.2 Maxwell 2D 的材料管理
点击菜单栏中的 Tools/Edit Configured Libraries/Materials 项，系统会自动弹出如下图 所示的材料编辑界面，在对话框中就可以添加新材料或编辑已有材料库中的材料。
Maxwell 2D 基础
软件简介
MAXWELL 2D：工业应用中的电磁元件，如传感器，调节器，电动机， 变压器，以及其他工业控制系统比以往任何时候都使用得更加广泛。由于 设计者对性能与体积设计封装的希望，因而先进而便于使用的数字场仿真 技术的需求也显著的增长。在工程人员所关心的实用性及数字化功能方面 ，Maxwell 的产品遥遥领先其他的一流公司。Maxwell 2D 包括交流/ 直流磁 场、静电场以及瞬态电磁场、温度场分析，参数化分极，以及优化功能。 MAXWELL 3D： 向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大 的后处理器时的Maxwell 3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。可 以分析涡流、位移电流、集肤效应和邻近效应具有不可忽视作用的系统， 得到电机、母线、变压器、线圈等电磁部件的整体特性。功率损耗、线圈 损耗、某一频率下的阻抗（R和L）、力、转矩、电感、储能等参数可以自 动计算。同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H分布图、能量密度、温 度分布等图形结果。
(1)封闭的三叶玫瑰线的效果 (2)由封闭曲线形成的三叶玫瑰面域 生成曲面的步骤： Tools/Options/Modeler Options/Operation-Polyline-Autimatically cover closed polyline 项前的对号去掉，
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1.1Maxwell 2D的模型绘制
第 1 篇 Ansoft 2D 基础
Ansoft 2D分析的基本步骤:
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1.1Maxwell 2D的模型绘制
1.1.1 曲线模型的绘制
在讲解模型绘制前，需要事先介绍软件的默认坐标系和模型绘制方式。图 1-6 所示的是在屏幕右下角的模型绘制坐标系，无论绘制线段还是圆弧，都可以在此对话 框中输入所给定的坐标，因为软件采用的是2D 和3D 在同一个绘图区，所以在绘制 2D 模型时Z 方向上的量可以恒定为0，仅输入X 和Y 方向上的坐标数据即可。在三个 方向上数据栏后有两个下拉菜单，第一个为绘制模型时的坐标，默认是采用Absolut 绝对坐标，也可以通过下拉菜单将其更换为相对坐标，则后一个操作会认为前一个绘 图操作的结束点为新相对坐标点起点。后一个下拉菜单是坐标系统的选择，共有三种 常用坐标系统，分别是Cartesiar 直角坐标系，Cylindrical 柱坐标系和Spherical 球坐标 系。当绘制的模型形状不一时，可以根据其需要更换不同的坐标系。软件默认的是直 角坐标系。 在图 1-5 所示的绘图菜单栏中，自上而下分别为绘制线段、绘 制曲线、绘制圆弧和绘制函数曲线；绘制矩形面、绘制椭圆面、绘制 圆面和绘制正多边形面域；沿路径扫描，插入已有模型；绘制面、绘 制点；插入多段线等操作选项，最后灰色的按钮是创建域，多用来绘 制求解域等。
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1.1Maxwell 2D的模型绘制
1.1.1 曲线模型的绘制
例 1-1：在2D 中的XOY 平面内绘制正四边形，边长等于10 mm，起点坐标为原点(0，0 ，0)，正四边形位于第一象限内。
(1) 不选择自动生成面时的效果 (2) 选择自动生成面时的效果 设置选项在 ： Tools/Options/Modeler Options/Operation-Polyline-Autimatically cover closed polyline 项前的对号去掉，
主讲：徐堂文
前言
• Ansoft Maxwell 作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一 ，在各个工程电磁领域都得到了广泛的应用。其使用领域遍及电 器、机械、汽车、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、 冶金、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用做出了 巨大的贡献。 • 我们公司的产品—电推剪、修发器所用的线圈电磁铁、电机马达 也都属于电磁场的范畴，该软件能在很大程度上指导和优化我们 的设计。 • Maxwell 2D能在
（1）圆心坐标输入 （2）长轴尺寸给定 （3）短轴尺寸给定
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1.1Maxwell 2D的模型绘制
1.1.3 曲面模型的布尔运算
操作命令：Modeler/Boolean/……，或点击快捷按钮
例1-5 ：将前面的正四边形面和椭圆面做布尔运算，例如做减法运算。
点击快捷按钮中的按钮 ，或者单击菜单栏中的Modeler/Boolean/Subtract 项，出现对 话框如下图；最下方的Clone tool objects before substracting 选项默认是去掉，如果该选项
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1.1Maxwell 2D的模型绘制
1.1.1 曲线模型的绘制
例 1-2：在2D 中的XOY 平面内绘制三叶玫瑰线，不使封闭曲线生成面域。
x(t)= 10 ⋅sin(3t ) ⋅ cos (t ) y(t)= 10 ⋅sin(3t ) ⋅ sin (t )
0 ≤ t ≤π
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1.2 Maxwell 2D 的材料管理
1.2.3 材料的指定
方法1、选定模型后，点击右键，选取Assign Material…，进入材料管理对话框。 方法2、选定模型后，到工具栏中选中指定材料按钮右侧下拉键，列出已选过的材料， 和可以重新选择新的材料，进入材料管理对话框。 方法3、选定模型后，在工程状态栏中的属性进行设置。
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1.3 Maxwell 2D 的边界条件和激励源
1.3.1.2 Vector Potential Boundary 狄里克莱边界条件 也称矢量磁位边界条件主要施加在求解域或计算模型的边线上，描述的是磁力线 平行于所给定的边界线，这在仿真理想磁绝缘情况时特别有用。 1.3.1.3 Symmetry Boundary 对称边界条件， 如果计算的模型具有对称性，则可以通过使用对称边界条件来达到缩小计算模型 区域的目的。在对称边界条件中又分为奇对称边界条件和偶对称边界条件。 在选中奇边界条件(Odd)时，表示磁力线平行于边界条件，磁场的法向分量为0 仅 有切向分量；偶边界条件(Even)，描述的真好相反，其表示磁力线垂直与边界条件， 磁场的切向分量为0 仅有法向分量。 1.3.1.4 Balloon Boundary 气球边界条件 Maxwell 将无穷远边界条件称之为气球边界条件，引入无穷远边这样在绘制求 解域范围时就可以不必将求解域绘制的过于庞大，从而减小可内存和CPU 等计算资 源的开销。在施加气球边界条件的边线上，磁场既不垂直边线也不平行于边线。当所 计算的模型过于磁饱和或专门要考察模型漏磁性能时，多采用气球边界条件。气球边 界条件是一种非常理想的处理方法。 1.3.1.5 Master/Slave Boundary 主从边界条件 主从边界条件是由两类边界条件配合而成，即主边界条件和从边界条件，对应与 其他商业软件中的周期边界条件。在使用时要先将模型的一条边定义为主边界，然后 再设定另外一条边为从边界。该边界条件的引入可以将类似与旋转电机之类的几何模 型简化，仅计算其中的一个极或一对极，从而减少所计算的数据量。
1.1.2 曲面模型的绘制
前面通过绘制封闭曲线模型，再通过菜单中的 Surface/Cover Lines 操作，可以将其转化曲 面，除此之外还可以通过直接绘制曲面的方式得到所要的二维曲面模型。 例 1-3：在2D 中的XOY 平面内绘制正四边形，边长等于10 mm，起点坐标为原点(0，0，0)， 正四边形位于第一象限内。 在快捷按钮中找到绘制矩形面的按钮，单击该按钮 ，或者在菜单栏中点击 Draw/Rectangle 选项也可以直接绘制矩形面。 （1）正四边形面域的起始点坐标 （2）正四边形面域的边长输入 通过顶点坐标输入和边长输入，所形成的正四边形面域如下左图所示。 例 1-4：在2D 中的XOY 平面内绘制椭圆，要求长轴距离等于10 mm，短轴距离等于5 mm，圆 心点坐标为原点(0，0，0)。