基于有限元的电磁场仿真与数值计算
电磁场计算与仿真技术
电磁场计算与仿真技术随着工业科技的不断发展，各种领域对电磁场的需求越来越高。
从电动车到通信设备，从无线网络到医学成像，我们都需要对电磁场进行有效的计算和分析。
而这一过程需要依靠电磁场计算与仿真技术来实现。
本文将对这一技术进行探讨和分析。
一、电磁场计算技术电磁场计算技术是指利用计算机进行电磁场分析和计算，从而获得预测、分析、优化电磁场的能力。
电磁场计算技术可以帮助我们更好地了解电磁现象的发生机理，预测电磁场的分布规律，并且优化设计、改进电磁场的性能。
电磁场计算技术主要分为两种：电磁场有限元方法和电磁场有限差分方法。
电磁场有限元方法是一种基于数值计算的方法，它通过将电磁模型分割成许多离散的小单元，对离散单元进行计算，进而组合成整个系统的电磁场模拟。
简单的说，就是将复杂的电磁现象划分成小块逐一计算，最后再将结果组装起来，得到整个电磁场的模拟结果。
电磁场有限差分方法是一种基于微分方程数值求解的方法，主要是将求解域的物理量离散化，然后以空间网格上的有限差分方程来近似微分方程，最终得到对电磁场的计算模拟结果。
二、电磁场仿真技术电磁场仿真技术是指利用计算机模拟真实场景中的电磁场的过程。
它可以帮助我们了解电磁场的分布规律，并且预测各种电磁现象的发生。
例如，它可以帮助我们实现对天线辐射场的仿真，对电路中电磁波的传播进行仿真，对电磁散射和电磁辐射进行定量分析等。
电磁场仿真技术主要有三种：时域仿真、频域仿真和时频域仿真。
时域仿真主要是指模拟电磁波在时间上的波动和变化，通过处理电场强度和磁场强度来计算出电磁波的传播过程。
频域仿真主要是指模拟电磁波在频率上的变化，例如电磁波的功率谱密度、频率响应、滤波器特性等。
时频域仿真主要综合了时域仿真和频域仿真的特点，可以实现以时间为主轴和频率为主轴，并且可以同时对信号的时间和频率特性进行局部观察。
三、电磁场计算与仿真技术的应用电磁场计算与仿真技术已经广泛应用于一些领域，例如电路设计、无线通信、医学成像、低频场和高频场的计算等。
电磁场数值模拟方法研究与应用
电磁场数值模拟方法研究与应用随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，电磁场数值模拟也越来越成为现代电磁学研究和应用领域中不可或缺的手段。
电磁场数值模拟是通过数学方法和计算机计算，模拟电磁场在空间中的分布、演变和作用规律，从而为电磁场的分析、设计、控制和优化提供基础和依据。
一、电磁场数值模拟方法1. 有限元法有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种广泛应用于电磁学领域的数值模拟方法。
该方法将电磁问题离散化为一系列局部问题，在每个局部问题中，通过解决一个代表导体和介质的区域内所能发生的任何电磁过程的方程，来确定局部场分布。
最后，通过组合这些局部场，来得到整个电磁场分布。
有限元法是一种适应性强的方法，能够处理任意复杂的几何形状和材料特性，广泛应用于电动机、变压器、电力电子器件等领域的设计和分析。
2. 有限差分法有限差分法（Finite Difference Method, FDM）是一种将区域划分为网格，通过对每个网格内的方程进行差分，建立离散的求解方程组来模拟整个电磁场分布的方法。
该方法简单易行，特别适用于规则区域的情况，如平面波导、电磁谐振腔等的分析和设计。
3. 时域有限差分法时域有限差分法（Finite Difference Time Domain, FDTD）是一种基于时域求解Maxwell方程的数值模拟方法。
该方法将Maxwell方程组离散化、网格化后，采用差分法对时间和空间进行离散，通过迭代求解来计算电磁场在时域的分布变化。
FDTD方法具有模拟宽带高频信号、自然分析非线性、高精度等优点，在雷达、无线通信等领域有广泛应用。
二、电磁场数值模拟应用1. 电子设备设计电磁场数值模拟可用于电子设备的设计和优化。
例如，可以使用有限元法和时域有限差分法来对电子器件进行仿真模拟，分析其电磁场分布、电场强度等参数，以优化电路传输、EMC抗干扰等性能。
2. 电磁兼容性分析电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）是评估电子设备互相之间及其周围电子环境中的电磁干扰程度的一种能力。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种通过计算机模拟电机运行过程的技术，可以帮助工程师和设计师更好地了解电机的性能和特性。
在本文中，我们将介绍Maxwell电机仿真的基本原理和方法，并通过一个实例来演示如何使用Maxwell软件进行电机仿真。
1. Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真是基于有限元分析的电磁场仿真技术，通过数值计算的方法来模拟电机内部的电磁场分布、磁通密度、电流密度等参数，从而预测电机的性能和特性。
在Maxwell电机仿真中，会考虑电机的几何结构、材料特性、电流载荷等因素，并通过建立数学模型来描述电机的运行过程。
2. Maxwell电机仿真的方法Maxwell电机仿真主要有以下几种方法：（1）建立电机模型：首先需要对电机的几何结构进行建模，包括定子、转子、绕组等部分，然后确定电机的材料特性、电流载荷等参数。
（2）求解电磁场分布：利用有限元分析方法，求解电机内部的电磁场分布，可以得到磁通密度、电流密度等参数。
（3）计算电机性能：根据电磁场分布，计算电机的特性参数，包括转矩、功率、效率等。
（4）优化设计：通过改变电机的结构、材料、绕组等参数，来优化电机的性能和特性。
3. Maxwell电机仿真的实例为了更好地演示Maxwell电机仿真的方法和应用，我们选取了一个简单的交流电机作为实例，通过Maxwell软件对其进行仿真分析。
3.1交流电机的建模首先需要对交流电机的几何结构进行建模，包括定子、转子、绕组等部分。
在Maxwell软件中，可以通过CAD工具来绘制电机的几何结构，然后指定材料特性、绕组参数等。
3.2电磁场分布的求解在建立好电机模型后，利用Maxwell软件进行电磁场分布的求解。
通过有限元分析方法，可以得到电机内部的磁通密度、电流密度等参数，从而了解电机的工作状态。
3.3电机性能的计算根据电磁场分布，可以计算电机的性能参数，包括转矩、功率、效率等。
cst和hfss的算法
cst和hfss的算法CST和HFSS的算法CST（Computer Simulation Technology）和HFSS（High Frequency Structure Simulator）是两种常用的电磁仿真软件，它们都采用了不同的算法来解决电磁场问题。
本文将分别介绍CST和HFSS的算法原理及其应用领域。
CST是一种基于时域积分方程（TDIE）的电磁场仿真软件。
其算法核心是时域积分方程的离散化和求解。
时域积分方程是由麦克斯韦方程组通过格林函数推导得到的，它描述了电磁场在时域中的行为。
CST将时域积分方程离散化为差分方程，通过数值方法求解得到离散时间步长上的电场和磁场分布。
CST的算法优点是适用于各种频率范围的电磁场仿真，对于大型复杂结构的仿真效果较好。
CST广泛应用于电磁兼容性（EMC）、天线设计、微波电路设计等领域。
HFSS是一种基于有限元方法（FEM）的电磁场仿真软件。
其算法核心是有限元法的离散化和求解。
有限元法是一种将连续的物理问题离散化为有限个单元的方法，通过求解每个单元上的电场和磁场分布，得到整个结构上的电磁场分布。
HFSS的算法优点是适用于高频电磁场仿真，对于微波器件、天线、射频电路等高频领域的仿真效果较好。
HFSS广泛应用于无线通信、雷达系统、天线阵设计等领域。
CST和HFSS在算法原理上有所不同，也导致了它们在应用领域上的区别。
CST适用于低频和中频范围的电磁场仿真，尤其擅长于处理大型复杂结构。
而HFSS适用于高频范围的电磁场仿真，尤其擅长于处理微波器件和天线等高频领域的仿真。
除了算法原理和应用领域的不同，CST和HFSS在用户界面和操作流程上也有所差异。
CST的用户界面较为简洁直观，操作流程相对简单，适合初学者使用。
而HFSS的用户界面相对复杂，操作流程相对繁琐，需要一定的经验和技巧才能熟练使用。
CST和HFSS是两种常用的电磁场仿真软件，它们分别采用了时域积分方程和有限元方法来解决电磁场问题。
基于稳定节点光滑有限元法的纯电动汽车电磁场仿真
计算机辅助工程 Vol. 29 No. 4Computae Aided Engine O ngDec. 202029 42020 12文章编号：1006 - 0871(2020)04-0022-06DOI : 10. 13340//. cac. 2020. 04. 005基于稳定节点光滑有限元法的纯电动汽车电磁场仿真郭志斌，黄湛勇，王中虎，王刚(河北工业大学机械工程学院，天津300401 ；天津市新能源汽车动力传动与安全技术重点实验室，天津300130)摘要：针对纯电动汽车电磁场数值分析时传统有限元法(finite element method ，FEM)因数值"过 硬”而计算精度低的问题,在传统FEM 的基础上引入梯度光滑技术和稳定项修正，采用基于稳定节 B 的光滑有限元法(stabie node-based smoothed FEM ，SNS-FEM "对长直接地金属槽和纯电动汽车整车电磁场算例进行仿真分析。
结果表明，SNS-FEM 可显著降低前处理网格划分难度，在一定程度上软化数值模型，具有计算效率高、精度高、收敛速度快和抗网格畸变能力强等优B ，在工业应用中具有较大潜力。
关键词：纯电动汽车；稳定节B ；积分算法；梯度光滑；电磁场；有限元中图分类号：TB115.1 ； TM153.1文献标志码：BElectromagnetic field simulation of purr electric veSicle baselonttabl nod-rbat-dtmooti-dfsnst--lm-ntm-tiodGUO Zhilin , HUANG Zhanyong ，WANG Zhonghu , WANG Gang(School of Mechanical Engineering # Hebei University of Technology , Tianjin 300401 , China ；Tianjin Key Laboratory of Power Transmission and Safety Technology for New Energy Vehicles , Tianjin 300130, China)Abstract : The numeecai vvlue is " overly-stiff" in /x traditionai finite element method ( FEM ) foe electromaanetic fid numlcai analysis of pure electee vehida , which leads to its low precision. As to thss 1ue , thegeadsent1moothsngteohnsqueand theoo e eotson of1tabsestyteemaeeempeoyed ba1ed on thetraditionai FEM , /x electromaanetic fdds of long straight grounding metai slot and pure electric vehida are sivulated and analyzed by using stabie node-based smootaed FEM ( SNS-FEM ) . The results show teat/x didiculty of mesh generation can ba reduced using SNS-FEM , and the numfcal model is softened in a coeain extent. The advvntagxs of SNS-FEM are high effedney, high precision , fast converaenco and strong ability to resist ged distortion. SNS-FEM has great potential in induslrid application.Key words : pure electee vehicle ; stable node ; intefration meeod ; gradient smoothing ； Lectromaanetic fseed ； fsnsteeeement收稿日期：2020-08-11 修回日期：2020-08-29基金项目：国家自然科学基金重点项目(11832011 )；国家自然科学基金青年基金(117°2°*°)；河北省自然科学基金青年基金(A2018202205)作者简介：郭志斌(1996—),男，福建莆田人，硕士研究生，研究方向为计算电磁学，(E-mail )326140009@qq. com通信作者：王冈'](1989—)，男，河南南阳人，副教授，博士，研究方向为计算力学和汽车CAE 技术，(E-mail ) wanggang@ hebut. edu. cn4郭志斌，等:基于稳定节B光滑有限元法的纯电动汽车电磁场仿真230引言电动汽车电磁场的数值分析，对于评估其电磁安全性具有重要意义。
基于有限元仿真的电磁超声参数优化分析
基于有限元仿真的电磁超声参数优化分析电磁超声技术是一种结合了电磁声学和超声技术的交叉学科。
它利用电磁场作用于声压场的相互转换，实现了对材料的非接触性超声检测和测量。
在电磁超声技术中，影响检测性能的关键参数包括声源频率、驱动电压、驱动电流等。
为了优化电磁超声系统的性能，提高检测灵敏度和分辨率，需要进行参数优化分析。
有限元仿真是一种对复杂结构进行数值模拟的有效方法，可以在计算机上进行模拟实验，预测结构的响应和性能。
在电磁超声参数优化分析中，有限元仿真可以帮助我们理解电磁场与声压场的相互作用，预测不同参数对超声系统的影响，并优化参数配置。
首先，需要建立电磁超声系统的有限元模型。
模型包括电磁场和声压场的数值计算。
电磁场的计算可以采用有限元方法或有限差分方法，求解电磁场的分布和力的分布。
声压场的计算可以采用声学有限元方法，求解材料的声波传播和反射情况。
建立模型的关键是准确描述材料的物理性质和声学边界条件，例如材料的介电常数、磁导率以及材料的界面条件。
接下来，可以通过有限元仿真来分析不同参数对系统性能的影响。
可以考察声源频率对声场分布的影响，通过改变驱动电压和驱动电流来优化声源的输出效果。
还可以分析超声检测的灵敏度和分辨率，通过改变传感器的位置和大小来寻找最佳参数配置。
此外，还可以分析材料的非线性特性和材料的特异性，通过改变材料参数来改变声场的传播特性。
通过有限元仿真，可以直观地观察和分析不同参数对超声检测的影响，并指导实际系统的优化。
最后，根据有限元仿真的分析结果，可以对电磁超声系统进行参数优化。
根据分析结果，可以选择合适的声源频率、驱动电压和驱动电流，以实现最佳的超声检测性能。
参数优化分析可以通过试验验证，进一步验证有限元仿真的准确性和可靠性。
总之，基于有限元仿真的电磁超声参数优化分析是一种有效的方法，可以帮助我们理解电磁超声系统的工作原理，探索影响系统性能的关键参数，并指导实际系统的优化。
通过此方法，可以提高电磁超声系统的检测灵敏度和分辨率，提高超声检测的准确性和可靠性。
CST工作原理范文
CST工作原理范文CST（计算机仿真技术）是一种基于数值模拟的计算机工具，用于模拟和分析电磁场、热场、力学场和多物理场等问题。
CST的工作原理主要基于计算电磁学原理和有限元方法，通过离散化和数值计算，将复杂的物理问题转化为计算机程序进行模拟和优化。
CST的工作原理可以大致分为以下几个步骤：1.几何建模：首先，需要将待模拟的物体或系统进行几何建模。
CST 提供了丰富的几何建模工具，可以通过绘制或导入实体模型、图像或CAD 文件来创建几何模型。
在建模过程中，用户可以定义和调整不同部件的形状、尺寸和位置，以及选择不同材料的属性。
2.网格划分：接下来，将几何模型进行离散化，将其划分为许多小的网格单元。
这个过程称为网格划分，也是有限元方法的核心步骤之一、CST支持自动网格划分和手动网格划分两种方式，用户可以根据需要选择不同的方式。
3.物理参数设置：在网格划分之后，需要设置模型中各个部分的物理参数，例如材料的电磁性质、介电常数、导电率等。
CST提供了大量的材料库，用户可以选择常见的材料参数，也可以根据需要自定义材料参数。
4.边界条件设置：在模拟中，需要为模型设置适当的边界条件。
边界条件是指模型的边界处如何处理电磁辐射、反射和吸收等。
CST提供了多种边界条件的设置选项，包括理想导体（PEC）、理想吸收器（PML）等。
5.模拟计算：一旦完成模型的建模、网格划分、物理参数和边界条件的设置，就可以开始进行模拟计算。
CST采用数值解法，通过求解电磁场方程或其他相关方程组，得到系统的电磁场分布、功率分布、辐射方向性等物理参数。
6.结果分析：在模拟计算完成后，可以通过CST提供的结果分析功能对模拟结果进行后处理和分析。
CST可以生成各种图表和图像，用于可视化模拟结果，例如电磁场分布图、功率传输曲线、阻抗匹配图等。
7.优化设计：基于模拟结果，可以对模型的几何形状、材料参数等进行优化设计。
CST提供了设计优化工具，可以根据设计目标和限制条件，自动最优化的设计方案，提高模型的性能和效率。
常用数值计算方法及仿真软件简介a
1.1.1 常用数值计算方法自1864年麦克斯韦建立电磁场基本方程以来，电磁波理论与应用的发展已经过了100多年的历史。
对电磁分布边值问题的求解从图解、模拟、解析到目前所采用的数值计算方法，经历了四个过程。
解析方法只能解决一些经典问题，具体到复杂的实际环境，往往需要通过数值解得到具体环境中的电磁波特性。
随着高速和大容量计算机技术的飞速发展，电磁数值计算已经发展成为一门新兴的重要学科，已提出多种实用有效的求解麦克斯韦方程的数值方法，主要有矩量法（MOM）、有限元法（FEM）、有限积分法（FIT）、和时域有限差分法（FDTD）等。
基于这些数值计算方法开发出了许多优秀的电磁仿真软件。
一个好的数值算法可以很接近地模拟出微波器件的特性，这对于工程设计和研究而言，可以避免很多次的“cut-and-try”（试凑），节省时间从而提高了效率。
求解电磁问题的最终要求就是获得满足实际条件的Maxwell方程的解，借助于计算数学中的数值算法能够得到大多数电磁问题的近似解。
数值算法的基本思想就是把连续变量函数离散化，把微分方程化为差分方程；把积分方程化为有限和的形式，从而建立起收敛的代数方程组，然后利用计算机技术进行求解。
目前常见的几种数值分析方法如表错误!文档中没有指定样式的文字。
-1 电磁数值算法分类所示。
针对本论文所应用到的方法，下面简要叙述常用的几种数值方法及相应的商业软件。
1.1.1.1 有限元法基于有限元方法(FEM)计算电磁问题，其基本构想是将由偏微分方程表征的连续函数所在的封闭场域划分成有限个小区域，每个小区域用一个选定的近似函数来代替，于是整个场域上的函数被离散化，由此获得一组近似的代数方程，并联立求解，以获得该场域中函数的近似数值。
广义的来说，三维麦克斯韦方程是三维电磁问题的三维支配方程，但是，一般情况下为了方便求解和建模，大多选取由麦克斯韦方程组的前两个旋度方程导出的电场强度满足矢量亥姆赫兹方程作为支配方程。
电磁学的数值计算方法
电磁学的数值计算方法电磁学是研究电场和磁场相互作用的学科，它在日常生活和科学研究中起着重要的作用。
随着计算机技术的快速发展，数值计算方法在电磁学中的应用也越来越广泛。
本文将介绍几种常用的电磁学数值计算方法，并探讨其原理和应用。
一、有限差分法（Finite Difference Method）有限差分法是一种基于离散化空间和时间的数值计算方法，常用于求解求解具有边值条件的偏微分方程。
在电磁学中，有限差分法可以用来求解电磁场的静电场、静磁场以及时变电磁场等问题。
该方法通过将空间和时间进行网格离散化，将偏微分方程转化为差分方程，并用迭代方法求解得到数值解。
二、有限元法（Finite Element Method）有限元法是一种广泛应用于各种物理问题求解的数值计算方法，电磁学也不例外。
该方法通过将求解区域划分为有限的小元素，并在局部内部逼近真实场量的变化。
在电磁学中，有限元法可以用来求解电场、磁场以及电磁波传播等问题。
通过选择合适的元素类型和插值函数，以及建立元素之间的边界条件，可以得到电磁场的数值解。
三、时域积分法（Time Domain Integral Method）时域积分法是一种基于格林函数的数值计算方法，通过积分形式表示电磁场的边界条件和过渡条件，进而求解电磁场。
时域积分法广泛应用于求解电磁波的辐射和散射问题，如天线辐射和散射、电磁波在介质中的传播等。
该方法通过离散化电磁场的源和观测点，并利用格林函数的性质进行数值积分，得到电磁场的数值解。
四、有限时域差分法（Finite-Difference Time-Domain Method）有限时域差分法是一种基于电磁场的离散化网格和时间的有限差分法，是求解各种电磁问题最常用的数值计算方法之一。
有限时域差分法通过离散化时空域，将麦克斯韦方程组转化为差分方程组，并通过时间步进的方式求解得到电磁场的数值解。
该方法适用于求解各种电磁波传播、辐射和散射等问题。
电动机的电磁场分析与有限元仿真技术
电动机的电磁场分析与有限元仿真技术电动机是一种将电能转化为机械能的装置，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。
在电动机的设计与优化过程中，电磁场分析和有限元仿真技术起着重要的作用。
本文将就电动机的电磁场分析和有限元仿真技术展开探讨。
一、电动机的电磁场分析电动机工作的基本原理是由电磁场相互作用产生的力使电动机转动。
因此，电磁场分析是了解电动机性能和优化设计的关键一步。
1. 磁场分布分析电动机中的电磁场主要由磁场和电场组成。
磁场分布分析可以通过磁感应强度或磁场密度进行描述。
通过分析磁场的分布情况，可以了解电动机中磁场的强度和方向，为电动机的设计和优化提供重要依据。
2. 磁场定性分析磁场定性分析是研究磁场的分布规律和特性，包括磁场的形状、大小和方向等。
通过磁场定性分析，可以对电动机的磁场特性进行全面了解，并确定电动机的性能指标。
3. 磁场定量分析磁场定量分析是研究磁场的大小和分布范围等具体数值参数的分析方法。
通过磁场的定量分析，可以对电动机的性能参数进行准确评估，为电动机的设计和选型提供科学依据。
二、有限元仿真技术在电动机设计中的应用有限元仿真技术是一种基于数值计算的方法，可以对电动机的电磁场进行精确模拟和分析。
它通过将电动机划分为许多离散的小元素，利用有限元方法求解电动机的电磁场分布和性能参数。
1. 建模与网格划分在有限元仿真中，首先需要对电动机进行建模，并进行网格划分。
建模是将电动机的几何形状和电性质用数学模型进行描述，网格划分是将模型划分为若干个小单元，用于求解有限元方程。
2. 材料特性指定不同材料的电磁性能不同，对电动机的性能有着重要影响。
在有限元仿真中，需要对电动机各部分所使用的材料进行特性指定，包括磁导率、电导率等参数。
3. 边界条件设置边界条件是指对电动机模型的约束条件和加载条件的定义。
在有限元仿真中，需要设置适当的边界条件，以模拟电动机在实际工作条件下的电磁场分布和性能。
4. 电磁场计算与分析有限元仿真通过求解电动机模型中的电磁场分布方程，得到电磁场的分布情况。
基于有限元法的电磁场计算算法研究
基于有限元法的电磁场计算算法研究电磁场计算算法一直是电磁学领域的一个热门话题。
传统方法通常采用解微分方程、计算电场和磁场等手段。
然而随着计算机技术发展和计算能力提高，基于有限元法的电磁场计算算法逐渐受到人们的关注和重视。
本文将通过阐述有限元法的基本原理，分析其在电磁场计算中的应用及其优缺点等方面，对基于有限元法的电磁场计算算法进行研究讨论。
一、有限元法的基本原理有限元法是一种利用数值方法求解工程问题的方法。
其思想是将一个复杂的工程问题分割成若干个单元，在每个单元内使用更简单的数学模型来描述问题。
然后将这些单元按一定规则组合起来，形成全局问题的数学模型。
在解决实际工程问题时，只需求解这个数学模型便能得到所求结果。
有限元法的基本步骤包括：建立有限元模型、制定有限元方程、求解有限元方程和后处理。
有限元法的主要优点是具有广泛的适用性和灵活性。
其适用于各种不同类型的工程问题和模型，可以处理各种边界条件和复杂非线性问题。
但同时也存在缺点，如精度受到单元划分和网格生成的影响，需要对模型进行适当的验证与修正。
二、基于有限元法的电磁场计算算法基于有限元法的电磁场计算算法是一种用有限元计算方法来解决电磁场问题的方法。
其基本思想是将电磁场和结构分别划分成许多小单元，然后利用有限元法建立电磁场和结构的数学模型，进而求解电磁场分布以及电场力和磁场力等问题。
基于有限元法的电磁场计算算法主要有以下几个优点：1. 可以考虑复杂的几何形状，尺寸和边界条件等问题，以及各种电磁特性；2. 适合计算三维非线性电磁问题，如饱和磁性材料、非线性饱和电感器和非线性磁环等问题；3. 精度高，结果可靠。
在有限元网格结构精度较高的情况下，能够得到精度足够高的电磁场计算结果。
三、基于有限元法的电磁场计算算法研究进展与展望当前，基于有限元法的电磁场计算算法研究已经得到了广泛的应用和发展。
随着计算能力和技术的提高以及计算机硬件和软件条件的改进，基于有限元法的电磁场计算算法不断优化和完善。
电磁场分析与仿真技术研究
电磁场分析与仿真技术研究一、引言电磁场分析与仿真技术是电子工程领域中的一项重要研究。
现如今，电磁场分析与仿真技术在工业、军事和医学等领域中广泛应用。
本文将从理论分析、数值计算和应用实例三个方面对电磁场分析与仿真技术进行系统研究和总结，旨在为电子工程师和研究人员提供有价值的参考。
二、理论分析电磁场理论是电磁场分析与仿真技术的理论基础，熟练掌握电磁场理论对于有效应用临界点坐标值、研究因果关系和建立模型都有重要的意义。
电磁场理论包括电场和磁场的基本定律、电场磁场的特性和电磁场的相互作用等内容。
其中，高斯定律、安培定律和法拉第电磁感应定律是电磁场分析的关键定律。
三、数值计算电磁场分析的主要方法之一是基于数值计算的仿真技术。
数值计算实际上是通过将物理问题数值化来求解数值解。
有限元方法是目前最常用的电磁场分析数值计算方法之一。
使用有限元方法可以对几何结构进行离散化，对导体等进行建模，通过计算电磁场的数值解来进行模拟计算。
在有限元方法中，可以使用等效电子结构的方式将物理模型离散化，并利用电工学基本定律来求解电磁场问题。
四、应用实例电磁场分析和仿真技术广泛应用于军事、医学、飞行器、微电子、通信和生物医学工程等领域。
以下是一些实际应用的举例：1、在医学影像学中，由于磁共振成像（MRI）本质上是使用强磁场和脉冲电磁波来形成图像，因此电磁场分析技术是MRI技术开发和研究的关键工具。
2、在通信技术领域，电磁场分析和仿真技术在天线设计、波导、微带线和光纤通信等方面的应用得到广泛应用。
利用电磁场分析技术，在保证功率和频谱效率的同时，可以实现对天线、波导和微带线等通信组件进行优化设计。
3、在微电子领域，电磁场分析和仿真技术被广泛应用于分析电路和IC芯片在高频电场下的性能，以及在EMI/EMC问题的分析和解决方案的优化中。
5、在飞行器领域，电磁场分析和仿真技术可用于分析飞机雷电的影响，以及进行雷电保护等的设计和仿真。
五、结论总之，电磁场分析和仿真技术是电子工程领域中的一项重要技术，其在工业、医学和军事等领域中的应用越来越广泛。
电磁仿真中的数值计算方法研究与实践
电磁仿真中的数值计算方法研究与实践电磁场仿真在电磁学和电子工程领域发挥着重要作用，可以帮助工程师和研究人员分析、设计和优化电磁设备和系统。
数值计算方法是电磁场仿真中常用的方法之一，本文将对电磁仿真中的数值计算方法进行研究与实践，探讨其原理、特点和应用。
在电磁仿真中，数值计算方法主要包括有限差分法（Finite Difference method，简称FDM）、有限元法（Finite Element Method，简称FEM）和时域积分方程方法（Time Domain Integral Equation method，简称TDIE）。
这些方法都是基于数值离散的原理，通过将连续的电磁场问题离散化为离散网格上的有限点问题，采用数值计算方法求解得到电磁场分布。
首先，我们来研究有限差分法。
有限差分法是一种常用的数值计算方法，其基本原理是对电磁场的微分方程进行近似，将微分算子替换为差分算子，通过离散网格上的节点上的估计值来求解。
有限差分法简单易懂，计算效率高，尤其适用于规则结构网格的情况。
然而，有限差分法需要网格分辨率较高才能得到精确的结果，对于存在复杂几何形状的问题，可能出现数值误差较大的情况。
接下来，我们研究有限元法。
有限元法是一种广泛应用于工程问题的数值计算方法，其基本思想是将求解域划分为多个小区域（有限元），通过在每个小区域上建立局部近似函数，将原始的微分方程转化为多个局部方程组，通过求解这些局部方程组，最终得到整个求解域上的电磁场分布。
有限元法适用于各种复杂几何形状的问题，并且具有良好的数值稳定性和精度。
然而，有限元法的计算量较大，需要较长的计算时间，并且对于非线性和时变问题的处理稍有复杂。
最后，我们来研究时域积分方程方法。
时域积分方程方法是一种基于时域的电磁场求解方法，它将电磁场问题转化为时域的积分方程，并通过在时域上进行数值积分求解得到电磁场分布。
相比于频域方法，时域积分方程方法具有较好的时域分辨率，可以更好地处理信号的时域演化。
工程电磁场数值分析(有限元法)
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有限元法在工程电磁场中的应用
静电场问题
总结词
有限元法在静电场问题中应用广泛，能够准确模拟和预测静电场 的分布和特性。
详细描述
静电场问题是指电荷在静止状态下产生的电场，有限元法通过将 连续的静电场离散化为有限个单元，对每个单元进行数学建模和 求解，能够得到精确的解。这种方法在电力设备设计、电磁兼容 性分析等领域具有重要应用。
单元分析
对每个单元进行数学建模，包 括建立单元的平衡方程、边界 条件和连接条件等。
整体分析
将所有单元的平衡方程和连接 条件组合起来，形成整体的代 数方程组。
求解代数方程组
通过求解代数方程组得到离散 点的场量值。
有限元法的优势和局限性
02
01
03
优势 可以处理复杂的几何形状和边界条件。 可以处理非线性问题和时变问题。
传统解析方法难以解决复杂电磁场问题，需要采用数值分析方法 进行求解。
有限元法的概述
有限元法是一种基于离散化的数值分 析方法，它将连续的求解域离散为有 限个小的单元，通过求解这些单元的 近似解来逼近原问题的解。
有限元法具有适应性强、精度高、计 算量小等优点，广泛应用于工程电磁 场问题的数值分析。
02
静磁场问题
总结词
有限元法在静磁场问题中同样适用，能够有效地解决磁场分布、磁力线走向等问题。
详细描述
静磁场问题是指恒定磁场，不随时间变化的磁场问题。有限元法通过将磁场离散化为有限个磁偶极子，对每个磁 偶极子进行数学建模和求解，能够得到静磁场的分布和特性。这种方法在电机设计、磁力泵设计等领域具有重要 应用。
有限元法的基本步骤
01
电磁场数值计算的算法研究
电磁场数值计算的算法研究1.引言电磁场是物理学研究的重要对象，其数值计算是一项重要而复杂的技术。
随着计算机技术的发展，数值计算算法在电磁场数值计算中起着至关重要的作用。
本文将从有限元算法、边界元算法和时域积分方程算法这三个角度来探讨电磁场数值计算的算法研究。
2.有限元算法有限元算法是一种通过将连续的物理量离散成有限个元素来求解偏微分方程的数值解法。
在电磁场数值计算中，有限元算法将电磁场分离成有限个单元，通过求解单元之间的边缘上的麦克斯韦方程组来计算整个电磁场。
有限元算法具有以下特点：（1）计算结果精度高，可适用于求解各种形状的几何体系的电磁场问题；（2）计算需要大量的计算和存储空间，计算效率低下；（3）需要先进行网格划分，对初学者而言算法复杂度较高。
3.边界元算法边界元算法是一种只在物体表面上求解电磁场分布的数值方法。
这种方法将物体表面分割成小的元素，但不需要将它们推广到整个计算域，因为电磁场的值可以直接计算在表面上。
边界元算法具有以下优势：（1）只需要计算物体表面上的电磁场，因此大大优化了计算和存储；（2）不需要先进行网格划分，计算效率较高；（3）可计算并模拟较复杂的电磁场情况，如涉及多个天线、天线阵列等。
4.时域积分方程算法时域积分方程方法是在时域建立电磁场的积分方程，通过求解得到时间域的电磁场分布。
该方法适用于比较大和复杂的电磁场问题，并且可以用于不稳定状态下的电磁场数值计算。
时域积分方程算法具有以下特点：（1）可以适应全频段的波形分布，包括强磁场和爆炸波等；（2）能够模拟和计算在时间域内变化的电磁场问题；（3）计算量大、需要海量存储空间，计算效率低下。
5.总结电磁场数值计算是一项重要而复杂的技术，有限元算法、边界元算法和时域积分方程算法都是电磁场数值计算中常用的算法。
不同的算法有其优势和局限性，因此应根据实际情况选择合适的算法。
由于算法的特点和计算要求不同，涉及到的具体方法和计算实现也有所不同。
《西莫电机技术》第13期之名家讲坛：同步电机的电抗参数及基于磁场仿真的数值计算方法
《西莫电机技术》第13期之名家讲坛：同步电机的电抗参数及基于磁场仿真的数值计算方法1. 引言参数计算是电机电磁设计的核心，电机最终的各性能主要取决于绕组的各项参数。
电机的参数包括绕组的电阻参数和电抗参数，电阻参数主要取决于构成电路的材料和结构特性，由于电路的材料和结构比较简单，且材料的导电特性通常是线性的，电路结构也是固定的，因此电阻参数较为容易计算。
电抗参数则不然，它既与电路的特性有关也与磁路的特性有关，而电机中随着转子的旋转，磁路结构也在不断地变化，更令人头疼的是磁路结构复杂，构成磁路的材料有多种，有齿槽影响，有气隙的影响，铁芯的导磁特性为非线性等等，这使得电抗参数的准确计算变得极其复杂，通常的基于路的计算方法精度不够，而基于场的仿真计算方法又过于复杂，物理意义不够直观，难以理解。
经常遇到电磁设计工程师咨询电抗参数的有关问题，西莫论坛上询问电抗参数问题的帖子比比皆是。
从提问的情况看，主要包括：对电抗参数的概念不清；各种电抗参数的物理意义及理解不到位；电抗参数的计算方法及测定方法；各种电抗参数对电机各项性能的影响等。
针对以上问题，本文从基本物理概念出发，为大家梳理一下有关绕组电抗参数的概念，在此基础上提出基于磁场仿真的简易数值计算方法，篇幅所限，不可能面面俱到，有关电抗参数的测试及与电机性能的关系，本文不做详细阐述，或仅就本文遇到的有关内容进行必要的阐述。
2. 电抗参数的概念2.1 线圈自感和互感众所周知，电机是以磁场为介质，基于电磁感应等一系列电磁定律来实现机电能量转换的装置，这就决定了电机的构成离不开线圈，而正是由于各种线圈的存在，才能在电机中建立磁场以及磁场与通电导体的相互作用。
线圈即电感，线圈的电感与通电角频率的乘积即为线圈的电抗。
因此电抗参数的计算实质上是线圈各种电感的计算。
2.1.1 自感单个线圈通以电流会产生磁场（磁通），如图1所示，我们将单个线圈通电后产生磁通的能力称为该线圈的自感。
电磁场的数值计算方法与应用
电磁场的数值计算方法与应用引言：电磁场是物理学中一个重要的研究领域，它涉及到电磁波、电磁感应等多个方面。
为了更好地理解和应用电磁场，科学家们开发了各种数值计算方法。
本文将介绍电磁场的数值计算方法及其应用。
一、有限差分法有限差分法是一种常用的数值计算方法，它将连续的电磁场问题离散化为离散的网格点问题。
通过在网格点上近似计算电场和磁场的导数，可以得到电场和磁场在空间中的分布情况。
有限差分法的优点是简单易懂，适用于各种电磁场问题的求解。
例如，可以利用有限差分法计算电磁波在介质中的传播，或者计算导体中的电磁感应现象。
二、有限元法有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，它可以用于求解各种复杂的电磁场问题。
有限元法将电磁场问题离散化为一系列的小区域，称为有限元。
通过在每个有限元上近似计算电场和磁场的分布，可以得到整个电磁场的数值解。
有限元法的优点是适用于各种不规则形状的区域，可以处理复杂的边界条件和材料特性。
例如，可以利用有限元法分析电磁场在电机中的分布，或者计算电磁屏蔽结构的性能。
三、边界元法边界元法是一种特殊的数值计算方法，它将电磁场问题转化为在边界上求解的问题。
边界元法通过在边界上近似计算电场和磁场的分布，可以得到整个电磁场的数值解。
边界元法的优点是可以减少计算的自由度，提高计算效率。
例如，可以利用边界元法计算电磁波在散射体上的散射现象，或者计算导体表面的电磁场分布。
四、数值计算方法在电磁场问题中的应用数值计算方法在电磁场问题中有着广泛的应用。
例如，在通信领域中，可以利用数值计算方法分析电磁波在天线和传输线中的传播特性，以及在无线通信系统中的传播损耗和干扰现象。
在电力系统中，可以利用数值计算方法分析电磁场对输电线路和变压器的影响，以及计算电力设备的电磁兼容性。
在电子设备设计中，可以利用数值计算方法分析电磁场对电路元件的耦合和干扰，以及计算电磁屏蔽结构的性能。
总之，数值计算方法在电磁场问题的研究和应用中发挥着重要的作用。
电磁计算的有限元方法及其数值求解
电磁计算的有限元方法及其数值求解电磁计算作为重要的科学技术方法之一，其精度和效率对于科技领域的发展具有至关重要的作用。
而有限元方法作为一种重要的数值计算方法，在电磁计算中应用广泛。
本文将介绍有限元方法在电磁计算中的应用和数值求解。
一、有限元方法的概述有限元方法是一种求解偏微分方程数值解的常用方法。
其核心思想是将一个复杂的区域分割成若干个小区域，通过对小区域内的物理变量进行逼近，最终得到整体的物理变量分布。
在电磁计算中，有限元方法是一种经典的数值计算方法，具有良好的适用性和精度。
有限元方法的求解过程分为建立数学模型、离散化、求解和后处理四个主要步骤。
其中建立数学模型是有限元方法的关键，正确的数学模型可以保证计算结果的精度。
二、电磁计算中有限元方法的应用在电磁计算中，有限元方法常用于求解电学、磁学和电磁学问题。
例如电感、电容、电阻等电学问题，磁感线分布、磁通量等磁学问题，以及电磁场分布、电磁波传播等电磁学问题。
对于电学问题，有限元方法常用于求解电场的分布和电容、电感等参数的计算。
例如，铁芯电感器等电学元件可以通过有限元方法求解电感值，从而进行电磁场分析和设计。
对于磁学问题，有限元方法常用于求解磁场分布和电感、磁通量等参数的计算。
例如，变压器、电机等磁学元件可以通过有限元方法求解磁感线分布和磁通量，从而进行磁场分析和设计。
对于电磁学问题，有限元方法常用于求解电磁场分布和电磁波传播等问题。
例如，天线、波导等电磁学元件可以通过有限元方法求解电磁场分布和传播特性，从而进行电磁波分析和设计。
三、电磁计算中有限元方法的数值求解有限元方法的数值求解过程包括矩阵的组装和求解两个主要步骤。
在电磁计算中，有限元方法的数值求解主要涉及到矩阵的组装。
矩阵的组装是指将离散化得到的局部矩阵组合成全局矩阵，并考虑边界条件和耦合矩阵的影响。
在组装全局矩阵的过程中，通常采用稀疏矩阵的存储方式，以节省存储空间和提高计算效率。
在全局矩阵组装完成后，可以采用直接法或迭代法对矩阵进行求解。
电磁场数值计算及基于freefem的编程实现
电磁场数值计算及基于freefem的编程
实现
电磁场数值计算是指使用数值方法求解电磁场问题的过程，其目的是通过计算得到电磁场的分布和变化规律。
基于FreeFEM的编程实现则是指利用FreeFEM软件进行编程，以实现电磁场数值计算的过程。
电磁场数值计算的方法包括有限元法、边界元法、矩量法等，其中有限元法是应用较为广泛的一种方法。
基于FreeFEM的编程实现需要掌握FreeFEM软件的使用方法和编程语言的编程技巧，同时需要对电磁场数值计算的基本原理有深入的理解。
在使用FreeFEM软件进行编程时，需要根据电磁场问题的具体情况建立相应的数值模型，并选择合适的数值算法和计算参数。
在完成编程后，需要对计算结果进行分析和验证，以确保计算结果的准确性和可靠性。
电磁场数值计算及基于FreeFEM的编程实现是电磁场领域的重要研究方向，对于解决电磁场工程问题和科学研究具有重要意义。
工程电磁场数值分析4(有限元法)
变分原理
有限元法的数学基础是变分原理， 即通过求解泛函的极值问题来得 到原问题的近似解。
微分方程
有限元法将微分方程转化为等价 的变分问题，然后通过离散化将 变分问题转化为标准的线性代数 方程组。
插值函数
为了将连续的物理量离散化，有 限元法使用插值函数来近似表示 连续函数，从而得到离散化的数 值解。
有限元法的离散化过程
01
MATLAB/Simulin k
流行的数值计算和仿真软件，提 供丰富的数学函数库和图形界面， 适用于有限元分析。
02
COMSOL Multiphysics
多物理场有限元分析软件，支持 多种编程语言接口，如Python、 Java等。
03
ANSYS Maxwell
专业的电磁场有限元分析软件， 提供强大的前后处理和求解功能。
对初值条件敏感
有限元法的数值解对初值条件较为敏感，可能导致计算结果的不稳 定。
对边界条件的处理复杂
对于某些复杂边界条件，有限元法需要进行特殊处理，增加了计算 的复杂性。
有限元法的改进方向与未来发展
高效算法设计
研究更高效的算法，减少计算量，提高计算 效率。
自适应网格生成技术
发展自适应的网格生成技术，根据求解需求 动态调整离散化参数。
通过选择适当的离散化参数和节点数，有 限元法能够获得高精度的数值解。
灵活性好
可并行计算
有限元法可以灵活地处理复杂的几何形状 和边界条件，方便进行模型修改和扩展。
有限元法可以方便地进行并行计算，提高 计算效率。
有限元法的缺点
计算量大
有限元法需要对整个求解区域进行离散化，导致节点数和自由度 数增加，计算量大。
电磁兼容性分析
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鼠笼异步电动机磁场的有限元分析摘要鼠笼异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列的优点，在国民经济中得到广泛的应用。
工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中都大量使用鼠笼异步电动机。
随着大功率电子技术的发展，异步电动机变频调速得到越来越广泛的应用，使得鼠笼异步电动机在一些高性能传动领域也得到使用。
鼠笼异步电动机可靠性高，但由于种种原因，其故障仍时有发生。
由于电动机结构设计不合理，制造时存在缺陷，是造成故障的原因之一。
对电机内部的电磁场进行正确的磁路分析，是电机设计不可或缺的步骤。
利用有限元法对电机内部磁场进行数值分析，可以保证磁路分析的准确性。
本文利用Ansys Maxwell软件，建立了鼠笼式异步电机的物理模型，并结合数学模型和边界条件，完成了对鼠笼式异步电动机的磁场仿真，得到了物理模型剖分图，磁力线和磁通分布图，为电机的进一步设计研究提供了依据。
关键词：Ansys Maxwell；鼠笼式异步电机；有限元分析一、前言当电机运行时，在它的内部空间，包括铜与铁所占的空间区域，存在着电磁场，这个电磁场是由定、转子电流所产生的。
电机中电磁场在不同媒介中的分布、变化及与电流的交链情况，决定了电机的运行状态与性能。
因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。
在对应用于交流传动的异步电机进行电磁场的分析计算时，传统的计算方法因建立在磁场简化和实验修正的经验参数的基础之上，其计算精度就往往不能满足要求。
如果从电磁场的理论着手，研究场的分布，再根据课题的要求进行计算，就有可能得到满意的结果。
电机电磁场的计算方法大致可以分为解析法、图解法、模拟法和数值计算法。
数值解法是将所求电磁场的区域剖分成有限多的网格或单元，通过数学上的处理，建立以网格或单元上各节点的求解函数值为未知量的代数方程组。
由于电子计算机的应用日益普遍，所以电机电磁场的数值解法得到了很大发展，它的适用范围超过了所有其它的解法，并能达到足够的精度。
对于电机电磁场问题，常用的数值解法有差分法和有限元法两种。
用有限元法时单元的剖分灵活性大，适用性强，解的精度高。
因此我们采用有限元法对电机电磁场进行数值计算。
Maxwell2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。
在这里，我们利用Ansys的Maxwell2D 有限元分析工具对一个三相四极电机进行有限元分析，构建鼠笼式异步电机电动机的物理模型，并结合电机的数学模型、边界条件进行磁场分析。
二、有限元法介绍有限元法(Finite Element Method,FEM)，是计算力学中的一种重要的方法，它是20世纪50年代末60年代初兴起的应用数学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学。
有限元法最初应用在工程科学技术中，用于模拟并且解决工程力学、热学、电磁学等物理问题。
对于过去用解析方法无法求解的问题和边界条件及结构形状都不规则的复杂问题，有限元法则是一种有效的分析方法。
有限元法的基本思想是先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。
由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模拟成不同几何形状的求解小区域;然后对单元(小区域)进行力学分析,最后再整体分析。
这种化整为零，集零为整的方法就是有限元的基本思路。
有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。
还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因此实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元法最初应用在求解结构的平面问题上，发展至今，已由二维问题扩展到三维问题、板壳问题，由静力学问题扩展到动力学问题、稳定性问题，由结构力学扩展到流体力学、电磁学、传热学等学科，由线性问题扩展到非线性问题，由弹性材料扩展到弹塑性、塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料，从航空技术领域扩展到航天、土木建筑、机械制造、水利工程、造船、电子技术及原子能等，由单一物理场的求解扩展到多物理场的耦合，其应用的深度和广度都得到了极大的拓展。
目前对机电产品的模拟与仿真多采用有限元分析方法。
在电机中，电流会使绕组发热，涡流损耗和磁滞损耗会使铁芯发热。
温度分布不均造成的局部过热，会危及电机的绝缘和安全运行；在瞬态过程中，巨大的电磁力有可能损坏电机的端部绕组。
为了准确地预测并防止这些不良现象的产生，都需要进行电磁场的计算，有限元法正是计算电磁场的一种有力工具。
总之，有限元法作为一个具有巩固理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，是现代力学、计算数学和计算机技术等学科相结合的产物，在国民经济建设和科学技术发展中发挥了巨大的作用。
三、Maxwell软件介绍ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。
是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。
ANSYS，Inc. (NASDAQ:ANSS)成立于1970年，致力于工程仿真软件和技术的研发，在全球众多行业中，被工程师和设计师广泛采用。
ANSYS公司重点开发开放、灵活的，对设计直接进行仿真的解决方案，提供从概念设计到最终测试产品研发全过程的统一平台，同时追求快速、高效和和成本意识的产品开发。
ANSYS公司于2006年收购了在流体仿真领域处于领导地位的美国Fluent公司，于2008年收购了在电路和电磁仿真领域处于领导地位的美国Ansoft公司。
通过整合，ANSYS公司成为全球最大的仿真软件公司。
ANSYS整个产品线包括结构分析(ANSYS Mechanical)系列，流体动力学(ANSYS CFD(FLUENT/CFX）)系列，电子设计（ANSYS ANSOFT）系列以及ANSYS Workbench和EKM等。
电磁场有限元分析软件——Ansys Maxwell是目前电磁领域中被广泛采用的得力助手。
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。
Maxwell目前广泛用于电机、电力电子、交直流传动、电源、汽车、航空航天、生物医学、石油化工以及国防等领域，已经在通用电气、Rockwell、ABB、西门子等国际知名企业与机构得到广泛应用和验证。
Maxwell 2D 是Ansys 机电系统设计解决方案的重要组成部分。
Maxwell2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。
它包括电场、静磁场、涡流场、瞬态场、温度场等分析模块，可以用来分析电机、传感器、变压器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况的特性。
当电机运行时，在它的内部空间，包括铜与铁所占的空间区域，存在着电磁场，这个电磁场是由定、转子电流所产生的。
电机中电磁场在不同媒介中的分布、变化及与电流的交链情况，决定了电机的运行状态与性能。
因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。
在这里，我们利用Maxwell2D 有限元分析工具对一个三相四极鼠笼式异步电机进行有限元分析，以验证和考核电机设计的合理性和准确性，并进一步优化设计。
四、鼠笼式异步电机简介鼠笼异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列的优点，在国民经济中得到广泛的应用。
工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中都大量使用鼠笼异步电动机。
随着大功率电子技术的发展，异步电动机变频调速得到越来越广泛的应用，使得鼠笼异步电动机在一些高性能传动领域也得到使用。
异步电动机工作原理：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
鼠笼式异步电动机主要由定子和转子两部分组成，定、转子之间是气隙。
转子绕组是用作产生感应电势、并产生电磁转矩的。
鼠笼式转子绕组是自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体（材料为铜或铝），导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。
若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。
鼠笼式异步电动机结构简单、制造容易、成本低、运行维护方便，它被广泛地应用在工农业生产中，作为电力拖动的原动机。
它的缺点是调速性能差，启动力矩较小，因此在一些要求平滑调速和启动力矩很大的场合常用其他类型电动机来完成。
五、电机有限元分析模型的建立1、电机基本参数采用一个三相鼠笼式异步电动机为分析模型，定子绕组∆连接，相电压380V，定子绕组线电流12A,具体参数见表5-1。
通过Ansys Maxwell构建其物理模型，结合边界条件和数学模型进行磁场分析。
表5-1 电机的主要技术参数定子内径/mm 85定子外径/mm 定子槽数/个转子槽数/个气隙频率/HZ 130 36 24 5 50基本假设：(1) 相对于磁极极距的尺寸来说，气隙是很小的，并且是均匀的，因此其磁感应强度一般只考虑径向分量，且认为沿电机的轴向是不变的，不考虑端部效应，因此采用二维场模拟磁场分布。
(2)不计定子线圈的涡流效应,铁心磁导率为各向同性磁导率。
利用Maxwell 2D建立二维电机有限元模型,建模过程如下:①确定电机结构尺寸数据,画出电机模型；②确定电机材料属性；③确定有限元计算的边界条件和载荷；④确定剖分；⑤加激励源进行磁场分析。
2、电机物理模型的生成首先在Ansys Maxwell 软件中新建一个2D 设计平台，选择二维静磁场求解器对永磁同步电动机进行磁场分析。