Ansoft简明教程磁场分析实例

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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。

运用Ansoft14分析永磁同步电机的电磁特性

Ansoft Maxwell Field Simulator
Topic – Motor Application Note
创建 2D 模型 (续)
选中物体 PhaseA, PhaseB 及 PhaseC，右键单击并选中菜单栏 Edit > Duplicate > Around Axis 或使用工具栏图标。在Angle栏中输入 45 ，单位为degrees ，在 total number栏中输入8。这就生成了我们所需的所有绕组。
1. Maxwell 选项窗口： 1. 左键单击 General Options 对话框 Use Wizards for data entry when creating new boundaries: Checked Duplicate boundaries with geometry: Checked 2. 左键单击 OK 键
Topic – Motor Application Note
减小 2D 模型的尺寸 (续)
选择 Polyline1，右键单击并选中菜单栏 Edit > Sweep > Around Axis. 参数按下面所列出的输入:
重命名区域 Polyline1 为Region。确认我们所选用的材料为真空。同时，你可以通过增加区域的透明度来改变其渲染效果。
将材料的属性由 vacuum 更改为 Copper。选中 LapCoil1并将其颜色改为 yellow。
Ansoft Maxwell Field Simulator
Topic – Motor Application Note
创建 2D模型 (续)
选中物体 LapCoil1, 并将其沿Z轴方向旋转 7.5 度, 右键单击选中菜单项 Edit > Arrange > Rotate 或使用工具栏图标。

Ansoft在工程电磁场中的应用

• 图12 永磁体模型
14. 创建电机转子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（0，0），半径为49mm和19mm的两个圆，名字分别为 “rotor”和“rotor1”。 15.选择“rotor”和“rotor1”，执行 Modeler/Boolean/Substract命令，得到电机模型，如图13所示。 16.利用图标建立求解区域。
2）选择“Br1”，利用图37所示，将面变为线。
3）由图38-39所示，得到负载气隙磁密分布图。
图37 Br1由面变线
•
图38 显示Br1的磁密曲线
图39 负载气隙磁密分布图
•
7. 极间漏磁因数
1）利用图标
绘制4个点，分别为P1,P2,P3,P4，如图所示;
2）利用图40-41所示，求出各点的AZ值；
图14 绕组属性赋值
•
2.定子和转子的赋值方法与绕组的赋值相同。如图15-17所示。
图15 添加材料属性图
图16 添加材料库 •
图17 材料赋值
•
若是需要一种新材料，可以通过输入其bh曲线进行赋值。如图18所示。
图18 BH曲线编辑器 •
3.永磁体的赋值。进入材料管理器，单击Add material按钮，在Material Name中输入P-Mag。在矫顽力Hc中输入947000，单位为A/Meter；在剩余磁感应强度Br中输入 1.25，单位为tesla，如图19所示。
• 图22 电机绕组分布图
2.加载电流激励源。选择“A_Phase”相六个绕组，执行 Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current命令，如图22所示。
• 图22 电流源的设置
3.加载边界条件。执行Edit/Select/Edge命令，选择定子外圆。执行 Maxwell 2D/Boundaries/Assign/Vector Potential命令。

基于Ansoft的直线永磁电机瞬态磁场分析

和优化提供通过可靠的依据，许多花费巨大的模型试验可以
同数值模拟取而代之，可以节省大量的时间和成本。文章在合
理简化的基础上，以圆筒直线永磁电机为例，运用Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ
易于使用的二维电磁场有限元分析软件。Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ包括电
场、静磁场、涡流场、瞬态场、和温度场分析模块，可以用来分
环境下的Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ求解器对直线永磁电机的瞬态磁场进行仿
真分析，并将仿真的结果与直线感应电机传统等值电路计算
的结果相比较，来验证仿真结果的正确性。
析电机、传感器、永磁设备等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性它所包含的自上而下执行的用户界面、领先的自适应网格剖分技术、用户定义材料库等特点，使得Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ在易用性上遥遥领先。Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ具有高性能矩阵求解器和多ＣＰＵ处理能力，提供了最快的求解速度。其中的瞬态场求解器可方便的求解任意波形电压、电流及包括直线和旋转运动问题，例如电动机、断路器、轴承等，瞬态求解器可同时求解磁场、电路及运动等强耦合的方程，因为可以分析各装置的性能，其优点可以利用线路图绘制器和嵌入式仿真器与外部电路协同仿真，从而支持包括电力电子开关电路和绕组连接方式在内的任意拓扑结构的仿真。易于对直线感
第４０卷第９期・学术
Ｖｏ１．４０Ｓｅｐ．９
湖
南

ANSOFT_12静磁场分析案例解析

五、求解情况查看
◆执行Maxwell 2D/Results/Solution data命令，或者单击工具栏上按钮，弹出解观察对话框，通过对此对话框的各项操作，可以观察求解的情况
解观察对话框
收敛数据信息
模型剖分统计信息
1、模型剖分图
◆将鼠标移至模型窗口，键盘操作Ctrl+A，选择模型窗口中所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/Plot mesh命令，可以图形显示电机模型剖分情况。剖分图与模型图的显示切换可以通过项目管理菜单完成，只要单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Field/overlays/mesh plot/mesh，选择Plot Visibility，就可以切换到电机模型图
2、观察磁场分布
◆将鼠标移至模型窗口，键盘操作Ctrl+A，选择模型窗口中所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/A/Flux lines命令，在弹出的场图显示设置对话框中设定显示名称，物理量 Quantity中选择磁力线分布Flux lines，选择所有物体allobjects可以图形显示等磁线分布
4、观察气隙磁密 ◆在想要看到气隙磁密的位置画一圆弧，Name改为air_gap
•执行Maxwell 2D/Fields/B/Calculator命令，弹出场计算器对话框
•单击Quantity按钮，选择B，在场计算器的红色区域出现Vec :<Bx,By,0>
•单击Geometry按钮，弹出对话框，选择Line/air_gap，单击Ok按钮
DW470-50的磁通密度和磁场强度值见下表：
◆磁瓦，选择磁瓦把坐标系设定为建立的相对坐标系，便于径向充磁，见下图
◆执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择相应的材料，单击确定按钮，完成材料的分配，如果没有需添加材料。选择其中的一片磁瓦，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器（见右图）磁瓦为永磁铁氧体，选择Y30，单击clone material 复制材料，在先有的材料基础上修改

Ansoft简明教程磁场分析实例解析

然后在弹出右图对话框，在name栏填上材料名称，下来菜单选择Nonlinoar Permanent Magnet,进行各项参数设置，填入Hc ,Br 等参数。单击确定完成，选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的 Value值为1，其余的为0，径向充磁，另一块磁瓦用同样方法添加材料，不同之处：选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的Value值为-1，其余的为0，完成材料设置
图四
◆ 模型打开后就导入到了ANSOFT中，见下图六： ◆模型导入后需重新建立坐标系，便于下面建模设置。选择工具栏中的，把鼠标移至电枢冲片中心，单击，然后结束，参考坐标系建立完成。见图七
图六
图七
三、根据导入的模型构建几何模型
◆ 在构建几何模型之前，需要先确定几何模型的单位系统，执行 Modeler/Units命令，进行几何模型单位选择。 ◆ 列表中默认单位是mm，当选择新单位时，单击要选择的单位并执行Recover to new units命令，将模型窗口的单位转换为要选择的单位
是以面域的形式显示：
◆ 按自己电机模型情况，建立线圈：
◆ 选择已建立的定子槽和线圈，执行
Modeler/Edit/Duplicate/Around Axis命令，出现沿轴复制对话框，在Axis选择沿Z轴复制，相隔30°，进行12次复制，完成电机所有定子槽及线圈的建立.（根据自己模型实际槽数建立）：
前复选框打√ 。最后只剩下电枢冲片图形。
图十
图十一
◆ 槽形描好后，把电枢冲片图形隐藏，见下图只剩下槽形图。 ◆执行Modeler/Edit/Boolean/Unite命令，或者单击工具

基于Ansoft对永磁同步电机静磁场分析

解观察对话框
三角单元与收敛数据关系
分析数据、求解观察
Step 2:将鼠标移至模型窗口，操作Ctrl+A，选择所有物体，执行Maxwell 2D/ Fields/Plot mesh，显示电机模型剖分情况。
模型剖分统计信息
模型剖分图
分析数据、求解观察
Step 3:观察磁场分布。将鼠标移至模型窗口,操作Ctrl+A,选择所有物体，执行
Edit/Duplicate/Mirror
Draw/Arc/Center Point
在Maxwell 2D界面下构建定子槽模型
Step 3：执行Edit/Duplicate/Around Axis，出现沿轴复制，选择Z轴，相隔15度, 进行24次复制。执行Draw/Arc/Center Point，中心原点选择(0,0),用圆弧连接定子槽，进行复制。执行Modeler/Boolean/Unite命令，将所有线段合成一体。
基于Ansoft对永磁同步电机静磁场分析
基于Ansoft对永磁同步电机静磁场分析
问题描述：三相永磁同步电动机，由定子铁心、定子绕组、永磁体磁极、转子铁心组成。电机定子内径、外径分别为74mm和120mm，极数4，定子槽数24。电机为对称结构可以建立四分之一模型，为了更清晰地了解整个电机模型的建立情况，在Ansoft界面下采用整域求解，计算电机的参数及场图分布。
Step 1: 绕组分相。绕组一般采用A、Z、B、X、C、Y表示，A、B、C表示三相正绕组，X、Y、Z分别代表A、B、C相负绕组，各相正绕组用英文Phase表示，负绕组用英文Return表示。例如:A表示为A-Phase，X表示为A-Return，其他表示类似。
B+ C-(Z)

ANSYS电磁场分析例子

• 选择 OK (退出材料数据输入菜单）
• 建立衔铁面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions
• 选择Apply (重复显示和输入) • 建立线圈面
利用TAB 键移动输入窗口
• 选择 Apply
• 选择 OK 衔铁
到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起来.
• 点 OK
• 加通量平行边界条件 Preprocessor>loads>apply>-magnetic-boundary-flux-par’l
• 选On Lines并选取相应的线 • 选 OK
“所选取的线” 注：未划分单元前，加
上这种边界条件
“所选取的线”
• 生成有限元网格 • 利用智能尺寸选项来控制网格大小
• 定义材料 Preprocessor>Material Props>Isotropic
• 定义空气为1号材料(MURX = 1)
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
• 定义衔铁为2号材料 • 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）
• 定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1) • 选择 OK
线圈
• 用Overlap迫使全部平面连接在一起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
• 按Pick All
现在这些平面被连接了，因此当生成单元时，各区域将共享区域边界上节点
这种操作后，原先平面被删除，而新的平面被重新编号
• 这些平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas

基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁场分析

基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁场分析杨帆,刘露露【摘要】永磁耦合器能实现电动机和风机、泵类负载间的无机械连接传动，不仅具有调速性能，而且能实现隔振、软启动、软停止，可以适应恶劣环境。

通过三维绘图软件绘制永磁磁力耦合器的传动部件，将模型导入Ansoft Maxwell 软件进行三维静态场以及瞬态场的有限元分析，得出永磁耦合器传动部件在不同气隙下，转差和关键部件的磁密分布、电涡流密度、轴向力、输出转矩的关系，为磁力耦合器的设计制造提供理论依据。

【期刊名称】煤矿机电【年(卷),期】2019(040)003【总页数】3【关键词】永磁耦合器； Ansoft Maxwell软件；有限元分析杨帆,刘露露.基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁场分析[J].煤矿机电,2019,40(3):26-28.doi:10.16545/ki.cmet.2019.03.0080 引言永磁磁力耦合器是实现永磁驱动技术的一种力的传递装置，主要是采用耦合传动的原理，通过导体与永磁体(涡流式)或两个永磁体之间的非刚性接触相对运动，利用磁场穿过磁路工作气隙进行运动和动力传递，并可通过主、从动体之间气隙的调整控制传递扭矩和负载速度[1]。

国内外对于永磁磁力耦合器的设计与研究还有发展空间，目前有关永磁磁力耦合器的理论还不完备，永磁磁力耦合器设备多在实验基础上研究开发，对于永磁磁力耦合器的推广使用，需要在理论研究和技术层面进行更进一步的研究探索。

本文主要基于Ansoft Maxwell软件对永磁磁力耦合器磁场进行初步分析。

1 磁力耦合器虚拟模型建模参考国外产品目录以及实际产品应用，建立简单的永磁磁力耦合器数学模型，并在三维绘图软件中绘制耦合器的传动部件：主动部件(外钢盘、铜盘)、从动部件(内钢盘、铝盘、永磁体材料),然后将文件导入Ansoft Maxwell软件中。

由于后期做有限云分析时需要模拟模型的真实运行情况，故需要在模型的运动区域设置一个band运动区域[2]。

基于ansoft的电机磁场强度有限元计算

基于ansoft的电机磁场强度有限元计算1. Ansfot一般求解过程Ansfot一般求解过程如框图2所示。

图1 Ansfot一般求解过程图2中最重要的步骤为有限元计算，它的计算结果直接影响整个求解过程的结果分析，所以Ansfot软件是以有限元计算为核心的有限元分析软件。

2. 磁力耦合器磁场强度有限元计算第一步：选择求解器类型建立一个maxwell2D工程文件，在菜单栏中选择Solution Type,出现如下对话框，求解器类型和求解器坐标选择如下图所示图2 求解器类型和求解器坐标的选择第二步：建模用Ansoft作为仿真工具对电机进行建模时，可以在Maxwell 2D模块里直接建立完成，也可以把电机的基本设计参数填入到RMxprt中生成二维模型，其模型如下图所示图3电机平面模型第三步：设置材料属性在完成初步模型后，需要在生成的几何模型里定义电机的材料属性，其设定包括指定转轴及外层面域材料属性为空气、指定隔离套材料属性为铜和定义永磁体材料属性SmCo24第四步：设置激励源和边界条件进行瞬态场分析时，激励源为永磁体所提供此处不用给出，边界条件施加磁通平行边界条件。

图4施加磁通平行边界条件第五步：网格剖分将所有的剖分网格最大长度设置为1mm，如图5所示图5 剖分网格最大长度设置第六步：有限元计算对于有限元计算分析过程中的Analysis Setup 采用默认值。

第七步：后处理1）观察计算完后的网格剖分情况2）观察计算完后的电场强度的分布4.后处理结果1）计算完后的网格剖分情况如图6所示。

图6网格剖分情况2）磁场强度分布情况如图7所示。

a）耦合器磁力线分布情况b）耦合器磁通密度云图分布情况图7磁场强度度分布姓名：王法恒学号：1520310002专业：电气工程。

Ansoft 有限元分析软件对永磁同步发电机进行磁场分析

一、概述此文档介绍了利用Ansoft Maxwell2D 11.0电磁场有限元分析软件对永磁同步发电机进行磁场分析的方法，读者应先了解Ansoft软件的基本使用方法后阅读本文，Ansoft软件的基本使用方法可参阅《Ansoft工程电磁场有限元分析》（刘国强著，电子工业出版社）。

永磁同步发电机磁场分析的基本流程见图1。

图1 磁场分析的基本流程二、求解空载磁场1.绘制有限元模型（Define Model）Ansoft Maxwell2D 有限元建模的方法主要有三种，一是直接在Maxwell2D 中绘制，选择Define Model-Draw Model 进入后在软件提供的绘图界面上绘制电机模型。

二是利用Ansoft RMXpert导入，点开Maxwell 11 3D的界面，选择Project-Insert RMxpert Design，然后逐项输入电机各项数据。

输入完各项数据后，点击RMxpert-Analyze all，求解电机模型。

求解完成后，点击RMxpert-Analysis Setup-Export-Maxwell 2D Project，生成一个Maxwell 2D模型。

在弹出的对话框中，Project Name中填写模型的名字，Location填写模型存放的路径。

三是用AutoCAD绘制后导入。

将绘制后的AutoCAD图形存成*.dxf格式，在Ansoft Maxwell2D 绘图界面中点击File-Import，选中*.dxf文件在出现的设置转换参数对话框中，将Number of segments for poligonalization of a circle 和Number of segments between control points of a spline 后的数量设置得大一点，点击ok，将AutoCAD图形转换为Maxwell 2D模型图形*.sm2。

界面后选择File-Open, 打开转换好的图形。

如何利用ansoft磁路法计算生成maxwell有限元电磁计算模型

如何利用ansoft磁路法计算生成maxwell有限元电磁计算模型如何利用ansoft中磁路法计算，一键生成maxwell有限元电磁计算模型1、以一台凸极式永磁同步电机为例：打开软件，进入下图所示截面，选中RMxprt打开选择Adjust-Speed Synchronous Machine2、进入RMxprt界面，如下图所示：3、双击Machine，出现下图界面：极数：16转子位置：内转子各种损耗：可大致设置为额定功率的2%左右额定转速：790r/min线圈交流电AC及Y3星型联接4、双击stator，出现下图界面：定子外径：250定子内径：165定子轴向长度：160叠压系数：0.97定子材料：JFE_steel_50JN800定子槽数：36定子槽型：选3斜槽数：15、双击slot，如下图示：（一开始先将Auto Design后面√去除，点确认退出，再次双击slot 进入，即出现下图设置界面）3号槽型，设置数据如上图所示6、双击winding，选择winding界面线圈层数：2线圈形式：全极式绕组线圈并联之路：2每槽导体数：38（上下两层总计数）线圈跨距：4每匝线圈数：暂时空着，系统自动计算线圈漆包厚度：0.06平均线径：单击Diameter，进入设计截面，设置如下，点击OK再选择End/Insulation界面框线圈端部长：10槽绝缘厚度：0.3楔子厚度：2层绝缘厚：0.3槽满率：0.87、双击Rotor转子外径：162.5转子内径：110转子轴向长度：160转子材料：steel_1010叠压系数：1（转子为整个铸件）磁极类型：2 8、双击pole极狐系数：0.8偏移：0（即磁钢内外径同心）磁钢材料：NdFe35 磁钢厚度：4.659、shaft轴可不设置10、右键单击Analysis单击选择Add solution setup，出现下图额定功率：17 （设置时注意单位的选择）额定电压：340额定转速：790其它默认即可11、至此RMxprt设置完成，右键点击增加的Setup1，单击Analyze 进行分析12、分析完成后可右键，可右键Results，选择Solution Data查看相关结果参数13、右键Setup1，选择Create Maxwell Design（生成有限元计算模型）选择Maxwell2D Design（或者3D，根据自己需求选择）14、系统会根据槽极比生成最小有限元单元，如此处生成1/4模型，若想生成全模型，可在RMxprt模块下，选择窗口中RMxprt，单击Design Settings，选择出现窗口下User Defined Date,设置如下（Fraction 1注意大小写及字母与数字间空一格），再点击重新计算即可生成有限元全模型谢谢！。

Ansoft简明教程磁场分析实例

CAD模型导入到ANSOFT 12静磁场分析案例
（永磁有刷直流电机）
一、CAD模型建立
◆ 在CAD中把电枢冲片、磁瓦、壳体组合在一起（图一）。这样在Maxwell 2D 中就不用再移动组合。 ◆ 模型建好后另存为AUTOCAD2000/LT2000格式的图形文件。
图一
二、Ansoft12的模型导入
◆ 双击桌面上的Maxwell 12图标启动
Maxwell。执行Maxwell/ Solution Type设置
求解类型见下图三，设置为静磁场求解。 ◆ 执行File/New命令，或者单击工具栏上按钮新建一个项目文件。新建Maxwell ◆ 然后依次单击 modelor——import出现如下窗口，选择刚刚保存的CAD 文件，然后打开。
图四
◆ 模型打开后就导入到了ANSOFT中，见下图六： ◆模型导入后需重新建立坐标系，便于下面建模设置。选择工具栏中的，把鼠标移至电枢冲片中心，单击，然后结束，参考坐标系建立完成。见图七
图六
图七
三、根据导入的模型构建几何模型
◆ 在构建几何模型之前，需要先确定几何模型的单位系统，执行 Modeler/Units命令，进行几何模型单位选择。 ◆ 列表中默认单位是mm，当选择新单位时，单击要选择的单位并执行Recover to new units命令，将模型窗口的单位转换为要选择的单位
然后在弹出右图对话框，在name栏填上材料名称，下来菜单选择Nonlinoar Permanent Magnet,进行各项参数设置，填入Hc ,Br 等参数。单击确定完成，选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的 Value值为1，其余的为0，径向充磁，另一块磁瓦用同样方法添加材料，不同之处：选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的Value值为-1，其余的为0，完成材料设置

Ansoft简明教程-磁场分析实例

第6页，共32页。
图八
• ◆ 由于导入的模型，有些线面无法选择，导致编辑困难，需重新整理。 • ◆ 根据导入的模型，利用Draw Line和Draw 3 point arc、center point arc
（图九）命令描线
图九
第7页，共32页。
◆ 先描电枢冲片槽形，可先把不需要的图形隐藏。选中需隐藏的图形按按钮。如果需显示时可按显示，弹出下（图十）对话框，在要显示的图形前复选框打√ 。最后只剩下电枢冲片图形。
6、求解分析 ◆ 自检正确完成后，执行Maxwell 2D/Analysis all命令，或者单击工具栏上按钮，启动求解过程。求解过程中，工程进度栏中交替显示系统计算过程的进展信息，如细化剖分、求解矩阵、计算力等，用户可根据需求中断求解，求解结束后，工程信息栏会弹出相应的提示信息
第21页，共32页。
弹出材料管理器，单击Add Material按钮，出现新材料编辑对话框，在Material name文本框中输入DW470-50，在第一栏相对磁导率（Relative Permeability)类型框中选择非线性nonlinear， Value项显示为BH Curve，选择BH Curve进入BH 曲线编辑器，在左侧B和H框中依次输入硅钢片相应的磁通密度和磁场强度值
第9页，共32页。

◆ 按自己电机模型情况，建立线圈：
◆ 选择已建立的定子槽和线圈，执行 Modeler/Edit/Duplicate/Around Axis命令，出现沿轴复制对话框，在Axis选择沿Z轴复制，相隔30°，进行12次复制，完成电机所有定子槽及线圈的建立.（根据自己模型实际槽数建立）：
图六
第5页，共32页。
图七

ansoft_磁场分析

Example (Magnetostatic) –Magnetic Force Magnetic ForceThis example is intended to show you how to create and analyze amagnetostatic problem with a permanent magnet to determine the forceexerted on a steel bar using the Magnetostatic solver in the Ansoft Maxwell 3D Design Environment.Example (Magnetostatic) –Magnetic Force Ansoft Maxwell Design EnvironmentThe following features of the Ansoft Maxwell Design Environment are used to create the models covered in this topic3D Solid ModelingPrimitives: BoxSurface Operations: SectionBoolean Operations: Subtract, Unite, Separate BodiesBoundaries/ExcitationsCurrent: StrandedAnalysisMagnetostaticResultsForceField Overlays:Vector BExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Getting StartedLaunching Maxwell1.To access Maxwell, click the Microsoft Start button, select Programs, and selectAnsoft and then Maxwell 11.Setting Tool OptionsTo set the tool options:Note: In order to follow the steps outlined in this example, verify that thefollowing tool options are set:1.Select the menu item Tools > Options > Maxwell Options2.Maxwell Options Window:1.Click the General Options tabUse Wizards for data entry when creating new boundaries: ;CheckedDuplicate boundaries with geometry: ;Checked2.Click the OK button3.Select the menu item Tools > Options > 3D Modeler Options.4.3D Modeler Options Window:1.Click the Operation tabAutomatically cover closed polylines: ;Checked2.Click the Drawing tabEdit property of new primitives: ;Checked3.Click the OK buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Opening a New ProjectTo open a new project:In an Ansoft Maxwell window, click the On the Standard toolbar, orselect the menu item File > New.From the Project menu, select Insert Maxwell Design.Set Solution TypeTo set the solution type:Select the menu item Maxwell > Solution TypeSolution Type Window:Choose MagnetostaticClick the OK buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Creating the 3D ModelSet Model UnitsTo set the units:1.Select the menu item 3D Modeler > Units2.Set Model Units:1.Select Units: mm2.Click the OK buttonSet Default MaterialTo set the default material:ing the 3D Modeler Materials toolbar, choose Select2.Select Definition Window:1.Type steel_1008 in the Search by Name field2.Click the OK buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Create CoreTo create a box:1.Select the menu item Draw > Boxing the coordinate entry fields, enter the box positionX: 0.0, Y: 0.0, Z: -5.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the opposite corner of the box:dX: 10.0, dY: -30.0, dZ: 10.0, Press the Enter key To fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Duplicate Box:1.Select the menu item Edit > Duplicate Along Lineing the coordinate entry fields, enter the first pointX: 0.0, Y: 0.0, Z: 0.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the second pointdX: 30.0, dY: 0.0, dZ: 10.0, Press the Enter key4.Duplicate Along Line Window1.Total Number: 22.Click the OK buttonTo create the core:1.Select the menu item Draw > Boxing the coordinate entry fields, enter the box positionX: 0.0, Y: -30.0, Z: -5.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the opposite corner of the box:dX: 50.0, dY: -10.0, dZ: 10.0, Press the Enter key To set the name:1.Select the Attribute tab from the Properties window.2.For the Value of Name type: Core3.Click the OK buttonTo fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Example (Magnetostatic) –Magnetic Force Group the CoreTo select the objects1.Select the menu item Edit > Select All2.Select the menu item, 3D Modeler > Boolean > UniteTo fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Duplicate the CoreTo select the objects1.Select the menu item, Edit > Duplicate Mirroring the coordinate entry fields, enter the first pointX: 0.0, Y: 0.0, Z: 0.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the normal pointdX: 0.0, dY: 1.0, dZ: 0.0, Press the Enter keyTo fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Group the CoreTo select the objects1.Select the menu item Edit > Select All2.Select the menu item, 3D Modeler > Boolean > UniteTo fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Example (Magnetostatic) –Magnetic Force Create BarTo create the bar:1.Select the menu item Draw > Boxing the coordinate entry fields, enter the box positionX: 51.0, Y: -40.0, Z: -5.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the opposite corner of the box:dX: 10.0, dY: 80.0, dZ: 10.0, Press the Enter keyTo parameterize the object:1.Select the Command tab from the Properties window2.For Position, type: 50mm+mx, -40,0, -5,0, Click the Tab key to acceptAdd Variable mx: 1mm, Click the OK buttonTo set the name:1.Select the Attribute tab from the Properties window.2.For the Value of Name type: Bar3.Click the OK buttonTo fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Set Default Materialing the 3D Modeler Materials toolbar, choose Select2.Select Definition Window:1.Type copper in the Search by Name field2.Click the OK buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Create CoilTo create the coil:1.Select the menu item Draw > Boxing the coordinate entry fields, enter the box positionX: 45.0, Y: 30.0, Z: 10.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the opposite corner of the box:dX: -20.0, dY: -60.0, dZ: -20.0, Press the Enter key To set the name:1.Select the Attribute tab from the Properties window.2.For the Value of Name type: coil3.Click the OK buttonTo select the object for subtract1.Select the menu item Edit > Select > By Name2.Select Object Dialog,1.Select the objects named: Coil, Core2.Click the OK buttonTo complete the coil:1.Select the menu item 3D Modeler > Boolean > Subtract2.Subtract Window1.Blank Parts: Coil2.Tool Parts: Core3.Clone tool objects before subtracting: ;Checked4.Click the OK buttonTo fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Insulate CoilTo assign a boundary1.Select the menu item Maxwell > Boundaries > Assign > Insulating2.Insulating Boundary: Insulating12.Click the OK buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Create ExcitationSection Object1.Select the menu item Edit > Surface > Section1.Section Plane: XY2.Click the OK buttonSeparate Bodies1.Select the menu item Edit > Boolean > Separate BodiesAssign Excitation1.Select the menu item Maxwell > Excitations > Assign > Current2.Current Excitation : General: Current12.Value: c13.Type: Stranded4.Current Direction: positive Z direction. (Use Swap Direction button)3.Click the OK button4.Add Variable Window1.Value: 100A2.Click the OK buttonCalculate ForceTo select the objectSelect the menu item Edit > Select > By NameSelect Object Dialog,Select the objects named: BarClick the OK buttonCalculate ForceSelect the menu item Maxwell > Parameters > Assign > ForceClick the OK buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic ForceSet Default Materialing the 3D Modeler Materials toolbar, choose Select2.Select Definition Window:1.Type NdFe35 in the Search by Name field2.Click the OK buttonCreate MagnetTo create the magnet:1.Select the menu item Draw > Boxing the coordinate entry fields, enter the box positionX: 0.0, Y: -10.0, Z: -5.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the opposite corner of the box:dX: 10.0, dY: 20.0, dZ: 10.0, Press the Enter key To set the name:1.Select the Attribute tab from the Properties window.2.For the Value of Name type: Magnet3.Click the OK buttonTo select the object for subtract1.Select the menu item Edit > Select > By Name2.Select Object Dialog,1.Select the objects named: Magnet, Core2.Click the OK buttonTo complete the magnet:1.Select the menu item 3D Modeler > Boolean > Subtract2.Subtract Window1.Blank Parts: Core2.Tool Parts: Magnet3.Clone tool objects before subtracting: ;Checked4.Click the OK buttonTo fit the view:1.Select the menu item View > Fit All > Active View.Example (Magnetostatic) –Magnetic ForceOrient MagnetNote: By default all of the magentic material in the material libaray are oriented in the x-direction. Using a local coordinate system (CS) we can correct the orientation of the geometry to align with the material definition.To create rotated CS:1.Select the menu item Edit > Select > Facesing the mouse, graphically select the top face of the Magnet3.Select the menu item 3D Modeler > Coordinate System > Create > Face CSing the coordinate entry fields, enter the originX: 10.0, Y: 10.0, Z: 5.0, Press the Enter keying the coordinate entry fields, enter the axis:dX: 0.0, dY: -20.0, dZ: 0.0, Press the Enter keyChange Properties1.Select the menu item Maxwell > List2.Design List Window1.From the list, select row: Magnet2.Click the Properties button3.Properties Window1.Orientation: FaceCS12.Click the OK button4.Click the Done buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Set Default MaterialTo set the default material:ing the 3D Modeler Materials toolbar, choose vacuumDefine a RegionTo define a Region:1.Select the menu item Draw > Region1.Padding Date:One2.Padding Percentage:503.Click the OK buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Analysis SetupCreating an Analysis SetupTo create an analysis setup:1.Select the menu item Maxwell > Analysis Setup > Add Solution Setup2.Solution Setup Window:1.Click the OK buttonSave ProjectTo save the project:1.In an Ansoft Maxwell window, select the menu item File > Save As.2.From the Save As window, type the Filename: maxwell_ms_magforce3.Click the Save buttonAnalyzeModel ValidationTo validate the model:1.Select the menu item Maxwell > Validation Check2.Click the Close buttonNote:To view any errors or warning messages, use the MessageManager.AnalyzeTo start the solution process:1.Select the menu item Maxwell > Analyze AllExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Solution DataTo view the Solution Data:1.Select the menu item Maxwell > Results > Solution DataTo view the Profile:1.Click the Profile Tab.To view the Convergence:1.Click the Convergence TabNote: The default view is for convergence is Table. Selectthe Plot radio button to view a graphical representations ofthe convergence data.To view the Solutions:1.Click the Solutions Tab2.Click the Close buttonExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Optimetrics Setup –Parametric SweepDuring the design of a device, it is common practice to develop design trendsbased on swept parameters. Ansoft Maxwell 3D with Optimetrics ParametricSweep can automatically create these design curves.Add a Parametric Sweep1.Select the menu item Maxwell > Optimetrics Analysis > Add Parametric2.Setup Sweep Analysis Window:1.Click the Sweep Definitions tab:1.Click the Add button2.Add/Edit Sweep Dialog1.Select Variable: c12.Select Linear Count3.Start: 0A4.Stop: 500A5.Step: 1006.Click the Add button7.Click the OK button2.Click the Options tab:1.Save Fields and Mesh: ;Checked3.Click the OK buttonAnalyze Parametric SweepTo start the solution process:1.Expand the Project Tree to display the items listed under Optimetrics2.Right-click the mouse on ParametricSetup1 and choose Analyze Optimetrics ResultsTo view the Optimetrics Results:1.Select the menu item Maxwell> Optimetrics Analysis > Optimetrics Results2.Select the Profile Tab to view the solution progress for each setup.3.Click the Close button when you are finished viewing the resultsExample (Magnetostatic) –Magnetic Force Create Plot of Force at each CurrentTo create a report:1.Select the menu item Maxwell > Results > Create Report2.Create Report Window:1.Report Type: Magnetostatic2.Display Type: Rectangular Plot3.Click the OK button3.Traces Window:1.Solution: Setup1: Force2.Click the Sweeps tab1.Select Sweep Design and Project variable values2.Make sure that c1is selected as the primary sweep3.Click the Y tab1.Category:Force2.Quantity: Force_x3.Function: <none>4.Click the Add Trace button4.Click the Done button。

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4、观察气隙磁密 ◆在想要看到气隙磁密的位置画一圆弧，Name改为air_gap
•执行Maxwell 2D/Fields/B/Calculator命令，弹出场计算B，在场计算器的红色区域出现Vec :<Bx,By,0>
•单击Geometry按钮，弹出对话框，选择Line/air_gap，单击Ok按钮
CAD模型导入到ANSOFT 12静磁场分析案例
（永磁有刷直流电机）
一、CAD模型建立
◆ 在CAD中把电枢冲片、磁瓦、壳体组合在一起（图一）。这样在Maxwell 2D 中就不用再移动组合。 ◆ 模型建好后另存为AUTOCAD2000/LT2000格式的图形文件。
图一
二、Ansoft12的模型导入
图四
◆ 模型打开后就导入到了ANSOFT中，见下图六： ◆模型导入后需重新建立坐标系，便于下面建模设置。选择工具栏中的，把鼠标移至电枢冲片中心，单击，然后结束，参考坐标系建立完成。见图七
图六
图七
三、根据导入的模型构建几何模型
◆ 在构建几何模型之前，需要先确定几何模型的单位系统，执行 Modeler/Units命令，进行几何模型单位选择。 ◆ 列表中默认单位是mm，当选择新单位时，单击要选择的单位并执行Recover to new units命令，将模型窗口的单位转换为要选择的单位
DW470-50的磁通密度和磁场强度值见下表：
◆磁瓦，选择磁瓦把坐标系设定为建立的相对坐标系，便于径向充磁，见下图
◆执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择相应的材料，单击确定按钮，完成材料的分配，如果没有需添加材料。选择其中的一片磁瓦，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器（见右图）磁瓦为永磁铁氧体，选择Y30，单击clone material 复制材料，在先有的材料基础上修改
前复选框打√ 。最后只剩下电枢冲片图形。
图十
图十一
◆ 槽形描好后，把电枢冲片图形隐藏，见下图只剩下槽形图。 ◆执行Modeler/Edit/Boolean/Unite命令，或者单击工具
栏上
按钮，使定子槽的所有边连为一个整体。
◆选择定子所有边，执行Modeler/Edit/Surface/Cover Lines命令，完成电机定子槽的建立，这时电机定子槽
4、求解步骤设置 ◆ 单击弹出如下对话框，默认设置，单击确定完成设置。
5、求解检查 ◆ 当有限元分析的模型、载荷、边界、求解设置完成后，执行Maxwell 2D/Validation Check命令，或者单击工具栏上按钮，弹出自检对话框，当所有设置正确后，每项前出现对号提示
6、求解分析 ◆ 自检正确完成后，执行Maxwell 2D/Analysis all命令，或者单击工具栏上按钮，启动求解过程。求解过程中，工程进度栏中交替显示系统计算过程的进展信息，如细化剖分、求解矩阵、计算力等，用户可根据需求中断求解，求解结束后，工程信息栏会弹出相应的提示信息
•单击Normal（Tangant）按钮，其中Normal沿法向取值， Tangant沿切向取值。依次单击Undo、Pop按钮，单击Add按钮添加，弹出对话框，将其Name改为B_gap，单击OK按钮， Air_gap将出现在名称表达式区域。单击Done退出场计算器
•执行Maxwell 2D/Result/Creat Fields Result/Rectangular Plot命令，弹出结果显示对话框， Geometry选择air_gap ，Quantity选择Mag_B，单击Creat Report按钮以波形形式显示气隙磁密
谢谢！！！
2、观察磁场分布
◆将鼠标移至模型窗口，键盘操作Ctrl+A，选择模型窗口中所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/A/Flux lines命令，在弹出的场图显示设置对话框中设定显示名称，物理量 Quantity中选择磁力线分布Flux lines，选择所有物体allobjects可以图形显示等磁线分布
2、求解区域
进行电机静磁场分析时，不需要考虑转子区域的旋转运动，只需要建立一个包含整个电机求解区域的外面域即可。用 draw circle画出求解区域，并定义transparent(透明度），调到1
3、求解参数设定 ◆选择电机求解域的外边界，首先执行 Edit/Select/Edge命令，选择边界线，再执行Maxwel 2D/Boundaries/Assign/Vector Potential命令，弹出矢量边界条件设置对话框，在Name框中输入Boundary， Value值设为0
图八
•
◆ 由于导入的模型，有些线面无法选择，导致编辑困难，需重新整理。
•
◆ 根据导入的模型，利用Draw Line和Draw 3 point arc、center point
arc（图九）命令描线
图九
◆ 先描电枢冲片槽形，可先把不需要的图形隐藏。选中需隐藏的图形按按钮。如果需显示时可按显示，弹出下（图十）对话框，在要显示的图形
四、相关参数设置
1、材料定义及分配 ◆选择所有线圈，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择Copper 材料，单击确定按钮，完成Copper材料的分配
◆选择壳体，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择steel1010材料，单击确定按钮，完成材料的分配 ◆选择壳体和轴，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择 steel1010材料，单击确定按钮，完成材料的分配 ◆选择转子，执行Modeler/Assign Material命令，弹出材料管理器，选择DW470-50，如没有此材料需自己添加。弹出材料管理器，单击Add Material按钮，出现新材料编辑对话框，在Material name文本框中输入DW470-50，在第一栏相对磁导率（Relative Permeability)类型框中选择非线性 nonlinear，Value项显示为BH Curve，选择BH Curve进入BH曲线编辑器，在左侧B和H框中依次输入硅钢片相应的磁通密度和磁场强度值
◆ 双击桌面上的Maxwell 12图标启动
Maxwell。执行Maxwell/ Solution Type设置
求解类型见下图三，设置为静磁场求解。 ◆ 执行File/New命令，或者单击工具栏上按钮新建一个项目文件。新建Maxwell 2D项目。
◆ 然后单击
图三
◆ 然后依次单击 modelor——import出现如下窗口，选择刚刚保存的CAD 文件，然后打开。
3、观察磁通密度
◆将鼠标移至模型窗口，键盘操作Ctrl+A，选择模型窗口中所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/B/Mag B命令，在弹出的场图显示设置对话框中设定显示名称，物理量Quantity中选择磁力线分布Mag B，选择所有物体allobjects可以图形显示磁通密度云图分布
◆ 建立转子电枢冲片：把电枢冲片显示，用同样方法draw circle描出定子外圆和内圆。同时选择定子外圆，所有的槽执行 Modeler/Boolean/Subtract命令，然后再同时选择转子冲片和转子内圆执行 Modeler/Boolean/Subtract命令建立转子冲片： ◆建立轴，根据导入模型，用draw circle命令建立。 ◆用类似方法分别建立电机外壳，还有磁瓦。
是以面域的形式显示：
◆ 按自己电机模型情况，建立线圈：
◆ 选择已建立的定子槽和线圈，执行
Modeler/Edit/Duplicate/Around Axis命令，出现沿轴复制对话框，在Axis选择沿Z轴复制，相隔30°，进行12次复制，完成电机所有定子槽及线圈的建立.（根据自己模型实际槽数建立）：
然后在弹出右图对话框，在name栏填上材料名称，下来菜单选择Nonlinoar Permanent Magnet,进行各项参数设置，填入Hc ,Br 等参数。单击确定完成，选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的 Value值为1，其余的为0，径向充磁，另一块磁瓦用同样方法添加材料，不同之处：选择Material Coordinate Type为笛卡尔坐标系Cartesian，X Component的Value值为-1，其余的为0，完成材料设置
五、求解情况查看
◆执行Maxwell 2D/Results/Solution data命令，或者单击工具栏上按钮，弹出解观察对话框，通过对此对话框的各项操作，可以观察求解的情况
解观察对话框
收敛数据信息
模型剖分统计信息
1、模型剖分图
◆将鼠标移至模型窗口，键盘操作Ctrl+A，选择模型窗口中所有物体，执行Maxwell 2D/Fields/Plot mesh命令，可以图形显示电机模型剖分情况。剖分图与模型图的显示切换可以通过项目管理菜单完成，只要单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Field/overlays/mesh plot/mesh，选择Plot Visibility，就可以切换到电机模型图

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