第四章三维电磁场分析1
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箭头方向定义电源取向（右 手定则
4.1-15
• 单元实常数设置号应该是唯一的，或其它相同线圈一致。实常数应在 生成单元前定义。
Preproc>real constants
• 选择 ADD
• 选择 sourc36单元类型. • 选择 OK
4.1-16
• 完成线圈定义
必须为与单元相对 应的实常数
• 选择 OK
• 三维单元包括远场边界单元 • 与二维模拟相同，也支持复杂组合的物理区域
– 交流分析的绞线导体与块导体 – 电压与电流供电 – 复杂铁磁区域
4.1-6
• 具有模拟三维模型运动的功能 – 周期性边界条件 – 改变线圈电流 – 不相同网格
• 执行动画文件: mach3d.avi观察转子转动画
10极永磁电机，输 入正弦电流
• 在单元实常数中定义导体厚度和电流（安匝数），模型中所用厚 度相应于导线位置而不是绝缘厚度
对于图示线圈：
• 线圈长度:
• 厚度 .02 m
• 线圈中间点半径
• 取向:
沿+Z
• 安匝数: 1,500
.05 m .10 m
电流流向
4.1-14
• Байду номын сангаас元的节点：
– 节点K 处于线圈中心位置即节点1 (0,0,0)
• 如果要根据实常数中设置的尺寸来显示线圈图形，则图形设置必须变更 。
Utility>plotctrls>style>size and shape
• 选择 OK
4.1-18
• 在某些情况下，要求将“增强图形”方式转换为“全图形”方式 Utility>plotctrls>style>hidden line options
第四章 第1节
三维电磁模拟
三维（3D）模拟
• 在很多情况下，电磁场分析要以三维（3D）方式进行模拟 – 没有完全轴对称的模型
靠近孔的饱和区 非轴对称
衔铁上的通气孔
周期性截面
定子
线圈区域
4.1-2
三维（3D）模拟
– 除Z轴方向外，模型还有其他方向的电流
不同电流方向的 多个汇流排
4.1-3
三维（3D）模拟
• 缺省的线性材料为各向同性（只赋予MURX值） • 三维（3D）材料选项包括对于所有三个方向的正交各向异性选项
MURn 和RSVn（n表示X、Y、Z三个方向） – BH磁化曲线能用于磁导率正交各向异性的任一个方向，其余方向 为常数 – 在某正交各向异性方向应用BH曲线时，该方向的MURn应设置为 零（只在正交各向异性材料中要求如此）
选择 sourc36 原型
安匝数，方向由前面幻灯片中的红箭头所示
线圈厚度 线圈轴向长度
DY、DZ的单位制要与模型一致
4.1-17
• 先生成单元前，要设置单元属性 Preproc>create>elements>elem attributes 单元类型 实常数（如前面幻灯片所定义的）
• 人工生成单元（不用自动生成网格） Preproc>create>elements>-auto numbered-thru nodes (顺次选取节点2 , 3 和1 ）
sourc36单元的帮助文件 中对线圈原型定义
4.1-12
• 线圈原型常用于某些类型的致动器 ，但多数情况下，该线圈以ARC 型和 BAR型相组合构成“跑道” 形线圈
• 本章后面对此有详细描述
ARC型 构成跑道形线 圈转角
BAR型构成跑道形线圈 直边
4.1-13
– sourc36单元定义 • 它们不要求连接成连续单元 • 三个节点用于定义线圈原型的取向和一个特征长度
– 节点I处于线圈中间半径位置即节点2 (0.1,0,0)
– 节点J决定了线圈取向的定义，即节 点3 (0,0.1,0)
• 生成单元前需要定义sourc36单元，该 单元无单元类型选项
Preproc.>element type>add/edit/delete [ADD]
Node J
线圈实例
Node K Node I
4.1-10
– μ-H曲线由下面菜单绘制 Utility>plot>data tables
• 选择 OK
曲线上没有波纹，求解 收敛性就很好
4.1-11
– 标量势的激励是基于Biot-Savart 计算的，使用预先定义的线圈形状sourc36单元。因此，对应于线圈或杆导体的有限元区域不必直接建模 （象二维磁矢势分析那样）
4.1-7
• 三维模拟使用多种单元列式
• 单元列式直接影响到模拟的各个方面 – 施加通量垂直和平行边界条件 • 何为自然边界条件？ • 何为自由度约束？ – BH数据对收敛敏感性的影响 • ν - B2 曲线与μ - H 曲线 – 模拟激励的方法（绞线圈） – 可在模型中包含铁磁区 – 模型中的铁磁-空气界面 – 后处理 • 通量计算（电动势（EMF）计算的起始点） • “磁力线”显示
(1) 如果模型中还有矢量势和界面单元 INTER115，标量法能用于交流和瞬态模拟
4.1-9
• 标量势单元列式 – 自由度: MAG – 通量垂直边界条件： • MAG 自由度必须被约束或耦合 – 通量平行边界条件： • 这是自然边界条件，不要求施加。这种边界条件施加到模型 边界上，不采用约束或耦合。有相应的菜单来施加标量法的 通量平行条件，但只是一个注意项而已，无须使用。 – 分析中BH曲线的使用 • 必须检查μ-H 曲线，保证其是“光滑”的
4.1-8
– 三维（3D）模拟功能包括三种单元列式类型 – 标量势单元列式（静态1 ）[SOLID96]
• 简化标势法(RSP)用于没有线圈的铁-空气界面模型 • 差分标势法(DSP)用于具有单通量路径的铁-空气界面模型 • 通用标势法(GSP)用于具有多通量路径的铁-空气界面模型 – 单元边列式（静态、交流、瞬态) [SOLID117] • 包含任意铁磁区域 • 周期对称模型必须为全模型-不能有耦合 – 磁矢量势 (MVP) 列式（静态、交流、瞬态） [SOLID97] • 无铁磁区域
– 具有平面和轴对称组合部件的模型
具有确切外形的衔接 和廉价迭片定子的致 动器
线圈区域
衔铁外形复杂 平面型定子
4.1-4
三维（3D）模拟
– 轴向非均匀的模型
10极永磁电机， 建立了2极模型
定子 转子
定子、永磁体和 转子具有不同轴 向长度
永磁体
4.1-5
• 正如二维（2D）模拟一样，三维模拟功能也包括静态、交流和瞬态分 析
4.1-15
• 单元实常数设置号应该是唯一的，或其它相同线圈一致。实常数应在 生成单元前定义。
Preproc>real constants
• 选择 ADD
• 选择 sourc36单元类型. • 选择 OK
4.1-16
• 完成线圈定义
必须为与单元相对 应的实常数
• 选择 OK
• 三维单元包括远场边界单元 • 与二维模拟相同，也支持复杂组合的物理区域
– 交流分析的绞线导体与块导体 – 电压与电流供电 – 复杂铁磁区域
4.1-6
• 具有模拟三维模型运动的功能 – 周期性边界条件 – 改变线圈电流 – 不相同网格
• 执行动画文件: mach3d.avi观察转子转动画
10极永磁电机，输 入正弦电流
• 在单元实常数中定义导体厚度和电流（安匝数），模型中所用厚 度相应于导线位置而不是绝缘厚度
对于图示线圈：
• 线圈长度:
• 厚度 .02 m
• 线圈中间点半径
• 取向:
沿+Z
• 安匝数: 1,500
.05 m .10 m
电流流向
4.1-14
• Байду номын сангаас元的节点：
– 节点K 处于线圈中心位置即节点1 (0,0,0)
• 如果要根据实常数中设置的尺寸来显示线圈图形，则图形设置必须变更 。
Utility>plotctrls>style>size and shape
• 选择 OK
4.1-18
• 在某些情况下，要求将“增强图形”方式转换为“全图形”方式 Utility>plotctrls>style>hidden line options
第四章 第1节
三维电磁模拟
三维（3D）模拟
• 在很多情况下，电磁场分析要以三维（3D）方式进行模拟 – 没有完全轴对称的模型
靠近孔的饱和区 非轴对称
衔铁上的通气孔
周期性截面
定子
线圈区域
4.1-2
三维（3D）模拟
– 除Z轴方向外，模型还有其他方向的电流
不同电流方向的 多个汇流排
4.1-3
三维（3D）模拟
• 缺省的线性材料为各向同性（只赋予MURX值） • 三维（3D）材料选项包括对于所有三个方向的正交各向异性选项
MURn 和RSVn（n表示X、Y、Z三个方向） – BH磁化曲线能用于磁导率正交各向异性的任一个方向，其余方向 为常数 – 在某正交各向异性方向应用BH曲线时，该方向的MURn应设置为 零（只在正交各向异性材料中要求如此）
选择 sourc36 原型
安匝数，方向由前面幻灯片中的红箭头所示
线圈厚度 线圈轴向长度
DY、DZ的单位制要与模型一致
4.1-17
• 先生成单元前，要设置单元属性 Preproc>create>elements>elem attributes 单元类型 实常数（如前面幻灯片所定义的）
• 人工生成单元（不用自动生成网格） Preproc>create>elements>-auto numbered-thru nodes (顺次选取节点2 , 3 和1 ）
sourc36单元的帮助文件 中对线圈原型定义
4.1-12
• 线圈原型常用于某些类型的致动器 ，但多数情况下，该线圈以ARC 型和 BAR型相组合构成“跑道” 形线圈
• 本章后面对此有详细描述
ARC型 构成跑道形线 圈转角
BAR型构成跑道形线圈 直边
4.1-13
– sourc36单元定义 • 它们不要求连接成连续单元 • 三个节点用于定义线圈原型的取向和一个特征长度
– 节点I处于线圈中间半径位置即节点2 (0.1,0,0)
– 节点J决定了线圈取向的定义，即节 点3 (0,0.1,0)
• 生成单元前需要定义sourc36单元，该 单元无单元类型选项
Preproc.>element type>add/edit/delete [ADD]
Node J
线圈实例
Node K Node I
4.1-10
– μ-H曲线由下面菜单绘制 Utility>plot>data tables
• 选择 OK
曲线上没有波纹，求解 收敛性就很好
4.1-11
– 标量势的激励是基于Biot-Savart 计算的，使用预先定义的线圈形状sourc36单元。因此，对应于线圈或杆导体的有限元区域不必直接建模 （象二维磁矢势分析那样）
4.1-7
• 三维模拟使用多种单元列式
• 单元列式直接影响到模拟的各个方面 – 施加通量垂直和平行边界条件 • 何为自然边界条件？ • 何为自由度约束？ – BH数据对收敛敏感性的影响 • ν - B2 曲线与μ - H 曲线 – 模拟激励的方法（绞线圈） – 可在模型中包含铁磁区 – 模型中的铁磁-空气界面 – 后处理 • 通量计算（电动势（EMF）计算的起始点） • “磁力线”显示
(1) 如果模型中还有矢量势和界面单元 INTER115，标量法能用于交流和瞬态模拟
4.1-9
• 标量势单元列式 – 自由度: MAG – 通量垂直边界条件： • MAG 自由度必须被约束或耦合 – 通量平行边界条件： • 这是自然边界条件，不要求施加。这种边界条件施加到模型 边界上，不采用约束或耦合。有相应的菜单来施加标量法的 通量平行条件，但只是一个注意项而已，无须使用。 – 分析中BH曲线的使用 • 必须检查μ-H 曲线，保证其是“光滑”的
4.1-8
– 三维（3D）模拟功能包括三种单元列式类型 – 标量势单元列式（静态1 ）[SOLID96]
• 简化标势法(RSP)用于没有线圈的铁-空气界面模型 • 差分标势法(DSP)用于具有单通量路径的铁-空气界面模型 • 通用标势法(GSP)用于具有多通量路径的铁-空气界面模型 – 单元边列式（静态、交流、瞬态) [SOLID117] • 包含任意铁磁区域 • 周期对称模型必须为全模型-不能有耦合 – 磁矢量势 (MVP) 列式（静态、交流、瞬态） [SOLID97] • 无铁磁区域
– 具有平面和轴对称组合部件的模型
具有确切外形的衔接 和廉价迭片定子的致 动器
线圈区域
衔铁外形复杂 平面型定子
4.1-4
三维（3D）模拟
– 轴向非均匀的模型
10极永磁电机， 建立了2极模型
定子 转子
定子、永磁体和 转子具有不同轴 向长度
永磁体
4.1-5
• 正如二维（2D）模拟一样，三维模拟功能也包括静态、交流和瞬态分 析