Ansys电磁场分析指南-第二章2-D静态磁场分析
Ansys电磁场分析经典教程
the simple magnetizer
1-43
• 1/4模型与全模型比较 – 磁通密度分布相同 – 贮能为1/4 – 所示线圈上的Lorentz力 1/2 – 作用在极面上力为1/2
B
B
励磁体1/4对称模型
1-44
• 单元plane13 and plane53 用于模拟2D磁 场
– Plane13: 4 节点四边形 • 耦合场自由度：温度，结构，磁 • 电源为Z方向 • B 为线性变化 • 适用于：
• 使整个模型激活 Utility>Select>Everything
• 缩放平面-不用拷贝 Preproc>operate>scale>areas
• 选择 OK
1-29
• 给线圈平面施加电流密度 • 选择线圈平面
Utility>Select>Entity
• 选择OK ( 实体选择框) • 选择线圈平面 • 选择 OK (选取框内)
目录
第一章
电磁场仿真简介……………………………………….... …….... …….... …….... …….... 1-4 第二章
二维静态分析
第三章
第1节……………………………………………………………………………..… 第2节……………………………………………………………….……….……… 第3节…………………………………………………………………….….……… 第4节…………………………………………………………………………..…… 第5节……………………………………………………………………………..…
B
线圈 (象征性的)
1-39
• 在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法(MVP) • 此公式称为MVP ，磁通量密度(B) 等于矢量势(A) 的旋度
ANSYS电磁场分析规范指南规范.doc
ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：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。
ANSYS电磁场分析报告指南设计
ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章 2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：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。
Ansys Workbench 磁场分析教程2
January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002406 1-16
Module 2
Electromagnetic Analysis
Create a cylindrical coordinate system to define direction of current flow fl in i coil il Pick the coil outer cylindrical surface
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Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Inventory #002406 1-9
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Now might be a good time to save the project as “coil coil_steel_core steel core”
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
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第二章2——2D磁场分析中的基本概念
第二章第2节二维磁场分析中的基本概念PE R A G L OB ALEMAG 磁场分析中的基本概念求解自由度（DOF ）•2D 磁场分析（包括静磁、交流和瞬态）采用磁矢势方法（MVP ），计算的基本自由度为磁矢势A ，磁通密度（B ）等于磁矢势（A ）的旋度B =Curl （B = CurlA ）•对于2D 分析，A 只有Z 方向分量，在ANSYS 中表示为“AZ”自由度•边界条件两类磁场边界条件–强制边界条件（Dirichlet 边界）: 强制A = const ，磁力线平行于模型边界N （自然满足–自然边界条件（Neumann 边界）:磁力线垂直于模型边界（自然满足，不需要施加）PER A G L OB ALEMAG 中的磁场边界条件•中的磁场边界条件：–磁力线平行（强制边界条件）–磁力线垂直（自然边界条件）然–周期性对称（匹配边界条件）•偶对称J J •利用边界条件简化模型的前提•奇对称Js 1 = －Js 2磁力线平行于中间边线–几何模型具有轴对称性（相同）–材料属性具有轴对称性（相同）–激励具有相应的对称性场分布具有对称性Js 1 = Js 2磁力线垂直于中间边线PER A G L OB AL利用边界条件简化计算模型示例A•分析——沿A-A 面简化模型几何结构具有对称性（A-A 左右两边几何属性相同）•BB模型材料具有对称性（A-A 左右两边材料属性相同）•A-A 左右两边励磁相位相差180度（电流密度大小相等方向相反）•磁力线平行于A-A 对称面（A-A 对称面上的AZ = 0）APreprocessor > Loads > Define Loads > Apply> Magnetic > Boundary > Flux par’l > On Lines简单励磁的平面模型PER A G L OB ALA分析——沿B-B 面简化•B-B 上下两侧参数相同–几何属性相同–材料属性相同•B-B 上下两侧励磁相同BB（电流密度大小相等方向相同）•磁力线垂直于B-B 面自满需施加（自然满足，无需施加）A1/2对称模型1/4对称模型BBPER A G L OB AL//项目全模型1/2 模型1/4 模型磁密分布BB B 极面贮能WW/2W/4线圈上的Lorentz 力F FF/2极面上的力ff/2f/21/2对称模型1/4对称模型PER A G L OB ALEMAG 2D 磁场分析可使用的单元类型•单元Plane13 –4Plane13场分析可使用的单元类4 节点四边形–自由度：磁场、温度、结构–可用于多场耦合分析–电源为Z 方向– B 为线性变化–适用于：•变压器•汇流排•螺线管磁体（致动器）•直线或旋转电机•传感器•线性或任意••负载机械•机械力矩永磁系统PER A G L OB AL•单元Plane53 –8Plane538 节点四边形–自由度：磁场、外电路–Z 电源为方向– B 可为二次非线性变化–通常情况下推荐使用的单元–适用于精度要求较高的分析PER A G L OB AL•Plane13定义的单元类型和单元选项Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete•选择Add用单元类型号给平面赋属性•选择OKPER A G L OB AL•一旦定义单元类型，要选择单元选项•单元选项控制:–2D 直流模拟为AZ 自由度–2D 模拟型式•轴对称•平面•点取单元选项PER A G L OB AL用于定义平面属性的参考号用于直流模拟几何体型式•因为l 13用于耦合场模拟故该选择OKplane13 用于耦合场模拟，故该单元可以具有应力/应变结构选项PER A G L OB AL•定义Plane53的单元类型和选项Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete •选择Add•选择8节点Plane53增加单元类型号以给平面赋属性•选择OKPER A G L OB AL•定义单元类型后选择单元选项•单元选项控制:–绞线圈电压加载选项*–连接电路单元与有限元区*–模拟运动体的自由度（速度效应）Plane53单元模拟运动导体示图*包括交流分析•选择OKPER A G L OB AL•考虑速度效应时，要求增加输入信息–在实常数中定义。
ANSYS磁场分析
• 选择 OK
2.1-19
力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元
把衔铁定义为一个单元组件
– 选择衔铁平面
Utility>select>entities
用此选项在图形窗 口中选择平面
再次选择用APPLY
• 选择 OK
2.1-32
2.1-8
定义材料 • P定义re空p气ro为c1e号s材s料o(rM>UMRXa=te1)rial Props>Isotropic
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
2.1-9
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）
2.1-10
• 选择 OK
2.1-22
• 加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force
• 选择OK
• 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 – Maxwell’s 应力张量 – 虚功
即使只有一种选项，也要 鼠标选取
2.1-23
以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变 换为国际单位制（变换系数 =.001)
• 选择 Apply
2.1-12
建立空气面
• 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.
线圈
2.1-13
用Overlap迫使全部平面连接在一起
Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
Ansys电磁铁分析2D学习笔记
Ansys电磁铁分析学习笔记一、2D静态部分尽管所有的物体和结构都是三维的，但当它提供平面的或轴对称的模型时，你应该经常考虑使用二维模型来进行分析。
二维单元使用磁矢势公式（MVP），换句话说，常常使用矢势自由度解决问题，因为是二维单元，所以每个节点仅仅有一个自由度：AZ（Z方向的矢势）。
一个额外的自由度，电流（CURR），常用于电流源线圈区域，使得更容易添加电压负载。
使用PLANE13和PLANE53单元描述你的模型内部导磁区域，电流导体区域，永磁区域，空气区域等等。
建一个极大范围的模型时，可以使用INFIN9单元（平面分析），INFIN110（平面分析或轴对称分析，推荐），在电磁领域里，这两个单元可以建模远场衰减区域，并且相对于假设的‘通量平行’和‘通量垂直’边界条件，能给出更好的效果。
许多单元类型都有额外的KEYOPTS选项，可以调整单元的特性。
缺省的单位系统是MKS，在MKS单位里，真空的磁导率u0=4paix10-7。
你的模型可能有许多材料区域：空气区域、磁导材料区域、电流区域等等，每个材料区域当然都需要材料属性。
铜的属性呈现基于温度的电阻率和相对磁导率。
所有其他的属性是B-H曲线。
定义区域材料属性和实常量的额外指导你的2D模型中能够存在的区域：1、空气区域指定relative permeability （相对磁导率）为1.0，可用如下命令MP,MURX2、导磁材料区域对于线性磁材料，你能够指定relative permeability （相对磁导率），用MP命令指定MURX、MURY、MURZ。
为了指定一个线性等方性材料，你仅仅需要指定MURX。
MURY、MURZ缺省为MURX。
真空（free-space）的磁导率MURZO被EMUNIT命令设置。
忽略永磁的效果，对于线性磁材料，B-H公式是：Bx = (MUZRO) (MURX) (Hx)By = (MUZRO) (MURY) (Hy)Bz = (MUZRO) (MURZ) (Hz)对于非线性软磁材料，指定一条B-H曲线（可以从ANSYS材料库读取或自己创建）。
Ansys电磁分析教程
选择OK
• 打开绘制单元的材料属性 Utility>PlotCtrls>Numbering
• 选择 OK
1-24
• 力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元 • 把衔铁定义为一个单元组件 – 选择衔铁平面 Utility>select>entities
用此选项在图形窗 口中选择平面
再次选择用APPLY
Y
材料号 2
衔铁 长度=35
材料号3
线圈励磁为直流电流: 2 安 培
Coil
模型 轴对称 单位 (mm)
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
1-10
对于没有明确定义属性的 面，其属性缺省为1
• 选择 OK
1-20
• 这些平面要求与物理区和材料联系起来 • Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas
选取线圈平面
（在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入3
• 点 OK
1-21
• • •
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
• 选择 OK
1-33
•
进行计算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve
• 选择OK
Ansys电磁场分析经典教程
第一章
电磁场仿真简介……………………………………….... …….... …….... …….... …….... 1-4 第二章
二维静态分析
第三章
第1节……………………………………………………………………………..… 第2节……………………………………………………………….……….……… 第3节…………………………………………………………………….….……… 第4节…………………………………………………………………………..…… 第5节……………………………………………………………………………..…
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
1-14
• 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）
1-15
• 定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1)
• 选择 OK
• 选择 OK (退出材料数据输入菜单）
1-16
• 建立衔铁面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions
• 一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）
1-25
• 选择与已选平面相对应的单元
用“面”
• 选择 OK • 图示衔铁单元
Utility>plot>elements
衔铁单元
1-26
• 使单元与衔铁组件联系起来 Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component
• 为每个物理区定义材料 – 导磁率（常数或非线性） – 电阻率 – 矫顽磁力，剩余磁感应
衔铁 线圈 锭子
ansys电磁场仿真分析教程
• 选择 OK
1-20
• 这些平面要求与物理区和材料联系起来 • Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas
选取线圈平面 （在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入3
• 点 OK
1-21
• 加通量平行边界条件 Preprocessor>loads>apply>-magnetic-boundary-flux-par’l
• 选择 OK
1-33
• 进行计算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve
• 选择OK
这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略
1-34
• 生成磁力线圈 Postproc>plot results>2D flux
lines • 选择 OK
使用缺省设置，选择OK, （在通常情 况下，可这样做）
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
简单导磁体的半对称模型
线圈 (象征性的)
1-42
• 沿B-B磁通量垂直边条件需满足 – B-B线上下两边如下参数是相同的 • 几何形状 • 材料性质 – B-B线上下两边励磁相同
• 选择 OK
1-37
第二章 第2节
二维静磁学
1-38
EMAG 模拟的概念
• 模型边界条件有:
– 磁通量垂直
– 磁通量平行
– 周期性对称 *
(整理)ANSYS电磁场分析指南第三章2-D谐波AC磁场分析.
第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析3.1 什么是谐波磁场分析谐波效应来自于电磁设备和运动导体中的交流电(AC)和外加谐波电磁场，这些效应主要包括：·涡流·集肤效应·涡流致使的能量损耗·力和力矩·阻抗和电感谐波分析的典型应用为：变压器、感应电机、涡流制动系统和大多数AC设备。
谐波分析中中不允许存在永磁体。
忽略磁滞效应。
3.2 线性与非线性谐波分析对于低饱和状态，进行线性的时间-谐波分析时，可假设导磁率为常数。
对于中高饱和条件，应考虑进行非线性的时间-谐波分析或时间-瞬态求解（第4章）。
对于交流稳态激励的设备，在中等到高饱和状态，分析人员最感兴趣的要获得总的电磁力、力矩和功率损失，很少涉及实际磁通密度具体波形。
在这种情况下，可进行非线性时间-谐波分析，这种分析能计算出具有很好精度的“时间平均”力矩和功率损失，又比进行瞬态-时间分析所需的计算量小得多。
非线性时间-谐波分析的基本原则是由用户假定或基于能量等值方法的有效B-H曲线来替代直流B-H曲线。
利用这种有效B-H曲线，一个非线性瞬态问题能有效地简化为一个非线性时间-谐波问题。
在这种非线性分析中，除了要进行非线性求解计算外，其它都与线性谐波分析类似。
应该强调，在给定正弦电源时，非线性瞬态分析中的磁通密度B是非正弦波形。
而在非线性谐波分析中，B被假定为是正弦变化的。
因此，它不是真实波形，只是一个真实磁通密度波形的时间基谐波近似值。
时间平均总力、力矩和损失是由近似的磁场基谐波来确定，逼近于真实值。
3.3 二维谐波磁场分析中要用到的单元在涡流区域，谐波模型只能用矢量位方程描述，固只能用下列单元类型来模拟涡流区。
详细情况参见《ANSYS单元手册》，该手册以单元号为序排列。
《ANSYS理论参考手册》也有进一步的讲述。
表1. 2-D实体单元表 2. 远场单元表 3. 通用电路单元3.4 创建2-D谐波磁场的物理环境正如ANSYS其他分析类型一样，对于谐波磁分析，要建立物理环境、建模、给模型区赋予属性、划分网格、加边界条件和载荷、求解、然后观察结果。
第二章-3ANSYS电磁分析
第 3节
2-D静磁学
分析中使用的单位制为国际单位制: S I
• 力 (牛顿） • 能量(焦耳 ） • 功率（瓦） • 长度（米） • 时间（秒） • 质量（公斤）
• 磁通密度B（特斯拉） • 磁场强度H（安培/米） • 电流（安培） • 电阻率ρ （欧姆-米） • 电压V（伏） • 电感L（亨） • 磁导率μr (亨/米） • 电容（法拉）
Preproc.>material props>material library>library path
• 通过指定路径可在其它位置得到材料数据
2021/4/6
2.3-4
• BH 数据可用如下方式输入 Preproc>material props>material library>import library
2.3-13
应用实例: 轴对称直流致动器
• 课题描述 – 轴对称 – 线圈为直流供电 – 衔铁居中但悬空在定子上方 。
• 分析顺序 – 用axis2d宏建模 – 完成建模后，加边条件 – 求解 – 后处理
“气隙 ”
(mm)
“衔铁”部件
力 磁动势 误差范数 电流
2021/4/6
磁力线 路径图示 能量 电感
– 选择模型边界上的所有线
2021/4/6
2.3-19
• 如下方式定义材料号 1（自由空间磁导率） Preproc>material props>isotropic
• 选择OK
• 选择OK
2021/4/6
2.3-20
• 给线圈平面加载线圈电流 Preproc>loads>apply> excitation>-current density-areas
06 ANSYS电磁场分析指南-3D——【ANSYS电磁分析资料】
第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）5.1 在3-D静态磁场分析（标量法）中要用到的单元表1三维实体单元：表2三维界面单元表3三维连接单元表4三维远场单元SOLID96和SOLID97是磁场分析专用单元，SOLID62、SOLID5和SOLID98更适合于耦合场求解。
5.2 磁标量位（MSP）法介绍在磁标量位方法中，可使用三种不同的分析方法：简化标势法(RSP)、差分标势法(DSP)和通用标势(GSP)法。
·若模型中不包含铁区，或有铁区但无电流源时，用RSP法。
若模型中既有铁区又有电流源时，就不能用这种方法。
·若不适用RSP法，就选择DSP法或GSP法。
DSP法适用于单连通铁区，GSP法适用于多连通铁区。
5.2.1 单连通区与多连通区单连通铁区是指不能为电流源所产生的磁通量提供闭合回路的铁区，而多连通铁区则可以构成闭合回路。
参见图1(a)、(b)“连通域”。
数学上，通过安培定律来判断单连通区或是多连通区，即磁场强度沿闭合回路的积分等于包围的电流（或是电动势降MMF）。
因为铁的磁导率非常大，所以在单连通区域中的MMF降接近于零，几乎全部的MMF降都发生在空气隙中。
但在多连通区域中，无论铁的磁导率如何，所有的MMF降都发生在铁芯中。
5.3 3-D静态磁标势分析的步骤该分析类型与2－D静态分析的步骤基本一样：1.建立物理环境2.建模、给模型区域赋属性和分网格3.加边界条件和载荷（激励）4.用RSP、DSP或GSP方法求解5.观察结果5.3.1创建物理环境首先设置分析参数为“Magnetic-Nodal”，并给出分析题目。
然后用ANSYS前处理器定义物理环境包含的项目。
即单元类型、KEYOPT选项、材料特性等。
3D分析的大部分过程与2D分析一致，本章下面部分介绍3D分析中要特殊注意的事项。
· SOLID96单元可为模型所有的内部区域建模，包括：饱和区、永磁区和空气区（自由空间）。
ANSYS教程：ANSYS电磁场分析
ANSYS教程：ANSYS电磁场分析静态磁场分析：用于分析不随时间变化的磁场，主要包括三类情况：用磁场的磁场，稳恒电流产生的磁场，匀速运动的导体所产生的磁场。
对于三位静态磁场分析，ansys程序采用了两种方法：标量势法（scalar method）和单元边法（edge-based-method），其中标量势法根据其标量势方程的不同又可分为三种不同的标量势分析方法：简化标量势法（RSP）、微分标量势法（DSP）和广义标量势法（GSP）。
使用单元边法时，电流源是作为整个系统的一部分一起进行网格划分的，由此使用该方法不仅能计算常规物流量（如磁场、磁动势等），还能计算诸如焦耳热损、洛伦兹力等。
根据以下原则选择不同的分析方法：当所分析的问题中不含铁芯区域或虽含铁芯区域但不含电流源时，采用RSP法，在含有铁芯和电流源的模型分析中通常不使用RSP 法。
对于“单连通”铁芯区域模型，使用DSP法，对于“多连通”铁芯区域模型，使用GSP法。
单连通区域指的是带有空气隙的磁路不封闭的铁芯系统，没有空气隙的则为磁路封闭多连通铁芯区域系统。
对于非连续介质模型一般采用单元边法进行求解。
提示：单元边法中使用的单元的节点自由度矢量磁势是沿单元边切向积分的结果，其求解精度高于标量势法的求解精度。
单元边法不仅适用于三维静态磁场分析中，也适用于三维谐性和瞬态磁场分析中。
1 电磁场分析中的默认单位制为MKS单位制，即米、安培和秒。
可以定义其他的单位制：main menu/preprocessor/material props/electromag units2 电磁场分析中大多材料的磁性能可以从ansys程序的材料库中读入，用于也可以自己定义材料性能，方法如下：2.1 定义路径main menu/preprocessor/material props/material library/library path2.2 读入材料参数main menu/preprocessor/material props/material library/import librarymain menu/preprocessor/loads/load step opts/change mat props2.3 修正材料参数main menu/preprocessor/material props/material library/export library2.4 定义材料B-H曲线main menu/preprocessor/material props/material models/electomagnetics/BH curve2.5 在模型上施加电流密度载荷main menu/preprocessor/loads/define loads/apply/magnetic/excitation/current density/on elements2.6 施加电压载荷main menu/preprocessor/loads/define loads/apply/magnetic/excitation/volt drop/on elements2.7 进行求解main menu/solution/solve/electromagnet/static analysis/opt&solv2.8 退出求解器main menu/finish谐性磁场分析：用于分析激励源按正弦或余弦规律变化的磁场问题，如变压器、感应式电机，感应加热炉等电磁装置引发的磁场均属于谐性磁场问题。
Ansys电磁场分析经典教程
• 缩放平面-不用拷贝 Preproc>operate>scale>areas
• 选择 OK
1-29
• 给线圈平面施加电流密度 • 选择线圈平面
Utility>Select>Entity
• 选择OK ( 实体选择框) • 选择线圈平面 • 选择 OK (选取框内)
单元边缘围绕的一个红色输廓表示该 区域为同类材料号
1-35
• 计算力 Postproc>Elec&Mag Calc>Comp. Force
必须用鼠标选取
• 选择 OK
衔铁上力是在总体坐标 系下表示的，此力的方 向为使气隙缩小
1-36
•显示总磁通密度值 (BSUM) Postproc>Plot Results>Nodal Solution
• 选择 OK
1-33
• 进行计算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve
• 选择OK
这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略
1-34
• 生成磁力线圈 Postproc>plot results>2D flux
lines • 选择 OK
使用缺省设置，选择OK, （在通常情 况下，可这样做）
• 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”
1-22
• 生成有限元网格 • 利用智能尺寸选项来控制网格大小
Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-smartsize-basic
Ansys电磁场分析简介
ANSYS磁场分析的类型（续2）
3-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，用基于单元边的方法。这种方法适用 于大部分瞬态磁场分析。 3-D静态磁场分析，基于节点，用矢势法。 3-D谐波磁场分析，基于节点，用矢势法。 3-D瞬态磁场分析，基于节点，用矢势法。
7、什么是磁标势法
可用来分析以下设备
电力发电机 变压器 螺线管 电动机 磁成像系统 回旋加速器 磁悬浮装置 图像显示设备传感器
磁带和磁盘驱动器 波导 谐振腔 开关 天线辐射 滤波器 等离子体装置 电解槽
用于Ansys电磁场分析的有限元公式由磁场的Maxwell 方程组导出，通过将标量势或边界通量引入Maxwell方 程组中考虑其电磁性质关系，就可以开发出适合于有 限元分析的方程组。
工程问题
搜集相关资料 决定分析项目 获取材料的机械性质及几何条 件、外力、边界条件 建立有限元模型 材料性质 几何形状的定义 元素切割的产生 加边界条件 加负荷条件 加时间变化情形 分析 分析结果显示与打印 不合理 不合理 结果研判 合理 提出改进方法 问题解决或得到最佳设计 解题程序 Solution 后置处理 Post processing
ANSYS电场分析功能可用于研究电场的三方面的问题：电流传导、静电分析和电路分析。 感兴趣的物理量包括电流密度、电场强度、电势分布、电通量密度、传导产生的焦耳热、贮能、力、电容、电 流以及电势降等。 主要优点之一是耦合场分析功能。磁场分析的耦合场载荷可被自动耦合到结构、流体和热单元上。此外在对电 路耦合器件的电磁场分析时，电路可被直接耦合到导体或电源，同时也计及运动的影响。
有限元方法
Ansys电磁场分析经典教程
• 激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积. Preprocessor>Operate>Calc Geometric Items>Of Areas
• 选择OK • 要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREA
Utility>Parameter>Get Scalar Data
• 选择 OK
1-3
• 利用轴对称衔铁和平面定子设计 致动器的一个实例 – 衔铁旋转 – 衔铁气隙可变化
• 完整模型由2个独立部件组成 – 衔铁模块 – 定子模块
执行: solen3d.avi看动画
1-4
模拟过程概述
• 利用如下方式观察装置 – 2D与3D – 平面与轴对称 – 利用轴对称平面简化模型
• 定义物理区域 – 空气，铁，永磁体等等 – 绞线圈，块导体 – 短路，开路
B
线圈 (象征性的)
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• 在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法(MVP) • 此公式称为MVP ，磁通量密度(B) 等于矢量势(A) 的旋度
B = Curl(A)
• 对于二维情况，A只有Z方向分量，在ANSYS中表示为“AZ” 自由度
• 模型有二种边界条件描述 – -Dirichlet条件（AZ约束） : 磁通量平行于模型边界 – Neumann 条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型边界
• 一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）
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• 选择与已选平面相对应的单元
用“面”
• 选择 OK • 图示衔铁单元
Utility>plot>elements
衔铁单元
1-26
• 使单元与衔铁组件联系起来 Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component
ANSYS电磁场官方培训手册第二章-2
• 螺線管磁體（致動器） 螺線管磁體（致動器） • 直線或旋轉電機 • 負載機械 • 機械力矩
• 變壓器 • 匯流排 • 傳感器 • 線性或任意 • 永磁系統
– plane53: 8 節點，四邊形 節點， – 耦合場自由度: 耦合場自由度: –磁 – 與電路單元耦合 – 電流為 Z 方向 – B 可為二次非線性變化 – 通常情況下的推薦使用單元 – 適用於精度要求較高的分析 – 場量分析 – 大型機械力矩
• 對於二維情況，A只有Z方向分量，在ANSYS中表示為“AZ” 自由度 對於二維情況， 只有Z方向分量， ANSYS中表示為“ 中表示為 • 模型有二種邊界條件描述 • -Dirichlet條件（AZ約束） : 磁通量平行於模型邊界 Dirichlet條件（AZ約束） 條件 約束 • Neumann 條件（自然邊界條件）:磁通量垂直於模型邊界 條件（自然邊界條件）
plane53單元類比運動導體示圖 plane53單元類比運動導體示圖
*包括交流分析
•選擇OK 選擇OK 選擇
• 考慮速度效應時，要求增加輸入訊息 考慮速度效應時， • 在實常數中定義。選擇單元選項后，定義實常數是很方便的 在實常數中定義。選擇單元選項后， • Preproc>real constants...
平面或 軸 對稱 ?
平面或 軸 對稱 ?
電樞
線圈
定子
– 力、能量、電感的描述 能量、 – 平面: 單位長度 平面: – 軸對稱: 整個圓周上的值 軸對稱: – 力: – 軸對稱: 軸對稱: – 無有效徑向力（相互平衡） 無有效徑向力（相互平衡） – 單位弧度力不為零（曲度線圈） 單位弧度力不為零（曲度線圈）
B
勵磁體1/4對稱模型 勵磁體1/4對稱模型 1/4