ANSYS Maxwell 低頻電磁場仿真

??概述

無論是設(shè)計(jì)混合動力汽車，核磁共振成像產(chǎn)品，還是風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)（系統(tǒng)，子系統(tǒng)或者部件），產(chǎn)品品質(zhì)主要取決于所選用的場求解技術(shù)和設(shè)計(jì)工具。電磁和機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)工程師們正面臨持續(xù)增長的競爭壓力：產(chǎn)品要小型化、更可靠、更高效，成本要降低。實(shí)踐證明：仿真能大幅降低原型機(jī)測試和生產(chǎn)成本；ANSYS Maxwell是工業(yè)界領(lǐng)先的電磁仿真軟件，能滿足機(jī)電產(chǎn)品工程師的仿真設(shè)計(jì)需求，提升高品質(zhì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力。

ANSYS  Maxwell包含二維和三維的瞬態(tài)磁場、交流電磁場、靜磁場、靜電場、直流傳導(dǎo)場和瞬態(tài)電場求解器，能準(zhǔn)確地計(jì)算力、轉(zhuǎn)矩、電容、電感、電阻和阻抗等參數(shù)，并且能自動生成非線性等效電路和狀態(tài)空間模型，用于進(jìn)一步的控制電路和系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)此部件在考慮了驅(qū)動電路、負(fù)載和系統(tǒng)參數(shù)后的綜合性能分析。

??特色功能

為構(gòu)件高效和可靠的電磁及機(jī)電產(chǎn)品保駕護(hù)航

自動自適應(yīng)網(wǎng)格剖分

用戶僅需指定求解模型的幾何尺寸、材料屬性和期望的輸出結(jié)果，即可采用Maxwell驗(yàn)證的自動自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)跳過繁瑣的有限元（FEA）網(wǎng)格設(shè)置和改善優(yōu)化環(huán)節(jié)，讓用戶機(jī)構(gòu)各層次的高級數(shù)值分析均變得切實(shí)可行。Maxwell采用高性能體網(wǎng)格剖分技術(shù)和多線程運(yùn)行功能，減小內(nèi)存使用量，并加快仿真速度。

給定形狀模型自適應(yīng)網(wǎng)格剖分結(jié)果

動態(tài)鏈接到ANSYS Simplorer

Maxwell關(guān)鍵技術(shù)之一是高保真度降階模型，用于ANSYS Simplorer多域系統(tǒng)仿真軟件中。使用此功能強(qiáng)大的、基于電磁學(xué)動態(tài)鏈接的設(shè)計(jì)流程，用戶可以聯(lián)合復(fù)雜的電路和精確的電磁部件模型，設(shè)計(jì)出高性能電動機(jī)械、機(jī)電系統(tǒng)和電力電子系統(tǒng)。

Maxwell精確的場計(jì)算結(jié)合電路、系統(tǒng)和多物理域仿真產(chǎn)生杠桿效率

瞬態(tài)運(yùn)動

Maxwell瞬態(tài)磁場求解器精確考慮了剛體部件運(yùn)動、復(fù)雜的耦合電路和感應(yīng)渦流計(jì)算等問題，使用了業(yè)界最先進(jìn)的算法和體網(wǎng)格剖分技術(shù)，這些功能可高效精確地計(jì)算各種時域仿真，例如：電機(jī)產(chǎn)品仿真。

借助于Maxwell瞬態(tài)磁場求解器與Simplorer耦合和協(xié)同仿真技術(shù)，用戶可直接檢測機(jī)電系統(tǒng)（包括：驅(qū)動電路、控制環(huán)和模數(shù)混合信號拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等）中電磁部件間細(xì)微的相互作用，以及電磁部件對整個系統(tǒng)的性能影響。

左圖：Maxwell參數(shù)化掃描作動器銜鐵受力與位置點(diǎn)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高魯棒性設(shè)計(jì)和性能分析  

右圖：Maxwell渦流場求解器采用高階矢量元算法精確計(jì)算電流值

永磁體溫度依存性

施加外部磁場，或者對永磁體加熱，都能改變硬磁材料的磁性質(zhì)，從而導(dǎo)致永磁體發(fā)生退磁。Maxwell的退磁分析功能可幫助用戶研究分析永磁體電退磁和熱退磁效果，精確評估電設(shè)備的性能。

在風(fēng)能應(yīng)用領(lǐng)域，永磁發(fā)電機(jī)效率高，設(shè)計(jì)更靈活。運(yùn)用Maxwell和ANSYS Fluent CFD軟件開發(fā)出更高效的發(fā)電機(jī)產(chǎn)品

大型工程設(shè)計(jì)求解速度更快

Maxwell具有64位用戶界面和求解器，能夠仿真大規(guī)模工程問題，而不需要降低求解精度或修改幾何模型細(xì)節(jié)。Maxwell將多處理器技術(shù)集成到求解過程的每個階段中，且革新后的求解器可顯著加快求解速度，從而提升用戶的能力。

與ANSYS RMxprt組合，創(chuàng)建最佳電機(jī)設(shè)計(jì)流程

針對電動機(jī)和發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，借助于基于電機(jī)模板的設(shè)計(jì)工具ANSYS RM xprt，可大大改進(jìn)Maxwell的設(shè)計(jì)流程并增加其設(shè)計(jì)能力。此組合軟件包構(gòu)成定制化電機(jī)設(shè)計(jì)流程，滿足更高效、更低成本電機(jī)的市場需求。RM xprt運(yùn)用經(jīng)典的解析電機(jī)理論和等效磁路法計(jì)算電機(jī)性能，確定電機(jī)原始尺寸，并且在數(shù)秒內(nèi)完成數(shù)以萬計(jì)的可能方案。RMxprt能夠一鍵輸出Maxwell二維和三維有限元分析模型，自動設(shè)置幾何尺寸、材料、激勵和邊界條件等，進(jìn)行精確的電磁場瞬態(tài)分析。

RMxprt可自動一鍵生成軸向磁通電機(jī)的Maxwell仿真模型

性能指標(biāo)

RM xprt求解算法和技術(shù)能快速計(jì)算關(guān)鍵的性能數(shù)據(jù)，如：機(jī)械性能曲線（速度轉(zhuǎn)矩曲線）、DQ軸相關(guān)參數(shù)、功率損耗、氣隙磁通、功率因數(shù)和效率等。

Maxwell能精確求解各種不同繞組策略電機(jī)的電磁性能

強(qiáng)大的腳本功能

RM xprt可通過腳本語言與第三方應(yīng)用程序進(jìn)行集成，例如VB script、IronPython、Tcl/TK、JavaScript、Perl、Excel和MATLAB。這有利于用戶開發(fā)個性化的設(shè)計(jì)流程，也便于利用內(nèi)部已有的應(yīng)用程序和歷史數(shù)據(jù)。

自動設(shè)計(jì)

RM xprt便利的自動設(shè)計(jì)功能可從給定設(shè)計(jì)參數(shù)中自動引導(dǎo)用戶的設(shè)計(jì)過程，如：確定槽型尺寸、線圈匝數(shù)和線徑、啟動電容（單向感應(yīng)電機(jī)）和繞組排列等。

電磁場分析前處理

RM xprt能自動創(chuàng)建一個完整的Maxwell 2D/3D設(shè)計(jì)，包括：自動創(chuàng)建幾何模型、運(yùn)動和機(jī)械參數(shù)設(shè)置，材料屬性、鐵耗、繞組和激勵源設(shè)置（包括驅(qū)動電路）等，然后直接運(yùn)用Maxwell電磁場有限元求解技術(shù)，精確分析電機(jī)的瞬態(tài)電磁性能。

高保真系統(tǒng)仿真模型

RM xprt能自動創(chuàng)建考慮電機(jī)物理尺寸、繞組特性和非線性材料特性的高保證非線性等效電路模型。用戶可利用RMxprt自動生成的等效電路模型，在ANSYS Simplorer機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺上，分析電機(jī)的各種控制算法和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、負(fù)載效應(yīng)、瞬態(tài)電氣特性等，以及電機(jī)與傳動系統(tǒng)和其他多物理域元件的相互影響等。

與業(yè)界領(lǐng)先的ANSYS仿真工具耦合，集成高性能計(jì)算，快速實(shí)現(xiàn)魯棒性設(shè)計(jì)

多物理場耦合

Maxwell已集成到ANSYS先進(jìn)的仿真平臺Workbench中。Workbench獨(dú)特的項(xiàng)目圖形化界面把整個仿真過程緊密結(jié)合在一起，引導(dǎo)用戶通過簡單的鼠標(biāo)拖-放操作來完成復(fù)雜的多物理場耦合分析。

Maxwell仿真變壓器終端的靜電場分布

魯棒性設(shè)計(jì)

ANSYS Optimetrics將參數(shù)化、優(yōu)化算法、靈敏度分析和統(tǒng)計(jì)分析嵌入到Maxwell仿真中，用戶可以通過將模型的幾何尺寸、材料常數(shù)等參數(shù)設(shè)成變量，通過在Optimetrics中進(jìn)行參數(shù)化掃描分析，研究幾何形狀與材料變化對產(chǎn)品性能的影響，從而優(yōu)選最佳設(shè)計(jì)方案。與ANSYS DesignXplorer耦合時，Optimetrics可提供試驗(yàn)設(shè)計(jì)、表面反應(yīng)技術(shù)、六西格瑪和多物理域系統(tǒng)級優(yōu)化等功能。

Maxwell與ANSYS Fluent耦合分析感應(yīng)電機(jī)的熱性能

高性能計(jì)算

Maxwell充分利用當(dāng)今的高性能計(jì)算機(jī)，結(jié)合MP（多處理器）和DSO（分布計(jì)算選項(xiàng)），快速求解大規(guī)模設(shè)計(jì)問題。MP并行計(jì)算功能用于同一臺計(jì)算機(jī)，內(nèi)存共享的多核或者多處理器并行計(jì)算。DSO將參數(shù)化分析方案分布到多臺計(jì)算機(jī)上同時計(jì)算，從而縮短總體仿真時間。