Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris
基于AnsoftMaxwell3D的电磁场分析与计算
电磁 场理论 的基础 主要是 麦克斯 韦方程 组， 它有积分和微分两种表达形式，以下是 以 自由电 荷和 自由 电流为源 头所 表述 的微 分形 式 ［：
电磁 感应 定律 ：Ｖ． Ｅ：一Ｏ ， Ｂ／ 全 电流定 律 ：Ｖ． ＝Ｊ＋０９ ， Ｈ １／ （） １ （） ２
电磁 场 的有 限元 分析 方法 作 为 一个 强 大 的 工具 ，在 工程 中的应 用极 为 广泛 ．根 据 长 直螺 线 管 的 电磁 场数 学推 导 结果，利 用 Ａ ＹＳ工程 电磁 场 有 限元软 件 对其进 行仿 真 ， 证 了结果的 一致性 ， ＮＳ 验 反 映 出有 限元 方 法在 电磁 场 分析 的优 势及 ＡＮＳ Ｓ软件 分 析 的直观 性 与便 利 性，展 示 了 Ａ ＹＳ Ｙ ＮＳ 软 件在 电磁 场 分析应 用 中的基本 方 法与技 巧 ．实验证 明， ｎｓｆＭａｗｅｌ Ｄ在 分析 复 杂 电磁 场 Ａ ｏｔ ｘ ｌ３
计算方法 的优点 ， 发展 了多个适 用于 不同领域 的
电磁分析模块， 这些模块优势互补 、 在统一的软件 界面下共同解决各种复杂的电磁分析问题【 ２ Ｊ ．
１ 电磁 场 的分 析方 法
１１ 基 本 理论 ．
朝着利用计算机实现虚拟设计 、 虚拟实验的方向发 展【． １ ］
性能相对简单 、 测试成本较低的电子 电气产品 可 以通过原型或者 简化 实验 完成性 能评估 ． 但是 对于具有复杂性能和复杂结构的 电子电气产 品而 言， 往往需要 昂贵的测试设 备， 较长的实验周期， 并对 周围的测试环境有较强的依赖性． 因此， 在这 样条件下要完成某种产品在多种状态的性能评估，
．
１８ ０
宁波 大学学报 （ 理工版 ）
过 程 中应采 用不 同的方 法 （ １［ 图 ）】
ansoft-maxwell-入门及相关基础操作
第四个Remove Material(s)按钮是将选中的 材料从材料库中删除； 第五个Expert to Library 按钮是将选中的材 料导入到用户个人材料库中，方便用户管 理其常用的材料库。
3 材料管理（material）
3 材料管理 （material）
第一栏：Relative Permeability 是相对磁导率项，默认的是Simple 即各向 同性且导磁性能为线性，其默认数值为1。第一项为Simple 即各向同性其 线性；第二项为Anisotropic 各向异性，当选择完该项后，会在Relative Permeability 项下出现T(1，1)，T(2，2)和T(3，3)这三个参数描述的是材 料的三个轴向；第三个选项是Nonlinear 非线性选项，选择该选项后即可设 置材料导磁性能的非线性，即常用的BH 曲线。
当Const 常数等于0 时，描述的是磁力线平行于所给定的边 界线，这在仿真理想磁绝缘情况时特别有用。
4 边界条件（Boundary）
2 Symmetry Boundary 对称边界条件 如果计算的模型具有对称性，则可以通过使用对称边界条件来达
到缩小计算模型区域的目的。在对称边界条件中又分为奇对称边界 条件和偶对称边界条件。
3 材料管理 （material）
相对磁导率栏后是Bulk Conductivity 电导率栏，默认的电导率单位 是S/m，对于新加入的材料该项数值为2000000。
Composition 项是设置材料构成，默认的是Solid 即是由实心材料组成，鼠 标左键单击Solid 字符可以看到在弹出的下拉菜单中还有一个选项是 Lamination 项，该选项所表示的是叠片形式，例如变压器铁心，正是由一片 片的硅钢片叠压而成，因为需要添加的新材料是各向异性的硅钢片，所以在材 料构成上需要选择Lamination 项。在选择了叠片形式项后，会在Composition 项下新出现两个设置项，第一个是Stacking Factor 叠压系数项，可将其设置 为0.97，第二个是Stacking Direction 叠压方向，在此认为Z 轴为叠压方向， 所以将其选择为V(3)。整个设置完毕后如下图所示。
ANSOFT_MAXWELL_教学ANSOFT_MAXWELL_教学
软件介绍
推荐网址
• 西莫电机论坛/ • Simwe仿真论坛/
―在调试磁场仿真的过程中，越来越深刻体 会到，要顺利完成一个仿真，必须具备两方 面的素质，其一是对软件的基本操作要非常 熟悉，比如3D模型创建，手动网格剖分， 后处理损耗和电感参数提取等；另外一个就 是对基础理论的扎实掌握，包括电机的绕组 理论，电磁场有限元理论等。前者只要通过 相关培训或教程的学习，加以必要的练习， 就可以很快上手；后者则绝非一日之功，这 对于开发一种新电机而言，尤其如此。” ——摘自Forlink 新浪博客
气球边界条件
• 在很多模型中，需要进行散磁或较远处磁场的数 值计算，而绘制过大的求解区域则会无谓的增加 计算成本，引入无穷远边界条件是一种非常理想 的处理方法。 • Maxwell 将无穷远边界条件称之为气球边界条件， 这样在绘制求解域范围时就可以不必将求解域绘 制的过于庞大，从而减小可内存和CPU 等计算资 源的开销。 • 在施加气球边界条件的边线上，磁场既不垂直边 线也不平行于边线。当所计算的模型过于磁饱和 或专门要考察模型漏磁性能时，多采用气球边界 条件
建模
几种建模方法及注意事项
一个良好的模型，是正确进行有限元分析的前提。 •完全使用maxwell建模，这个是最保险的办法。 •使用Rmxprt里面的电机模型（单极，全电机） •从cad软件，比如autocad solidworks等导入。 •采用混合建模方法，比如rm生成，cad导入，maxwell 建模。这种混合建模方法，只适用于模型中不相互接 触的部件
• 微分方程和边界条件 • 二维有限元初步
– Step1 列出与偏微分方程边值问题等价的条件 变分问题。 – Step 2 将区域作三角形单元剖分，并在单元中， 构造出线性插值函数。 – Step 3 将能量泛函的极值问题转化为能量函数 的极值问题，建立线性代数方程组。 – Step 4 求解线性代数方程组。
Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris教学文稿
问题分析：两个圆柱形永磁铁，磁化方向为轴向，分析小圆柱磁铁在竖直方向不同位置受到的磁力。
仿真步骤：一、打开Maxwell软件，点击三维建模，保存文件及分析项目二、点击，设置SolutionType静磁场Magnetostatic求解器类型三、设置永磁材料复制永磁材料改参数：下图中的X/Y/Z Component后面有1/-1就表示该向正/反方向就是充磁方向双击添加的材料自动加载到项目材料中四、建模添加材料使用建大小两个圆柱，先选中大圆柱，按住Ctrl再选小圆柱，点击中的Boolean运算中的Subtract做减运算，得到空心圆柱模型小圆柱的Z向高度参数化：选中圆柱模型上右键，选择Properties其中InnerHeight是自命名的高度参数，参数化成功。
五、添加求解域点击，在Value里输入200六、添加求解参数，即磁力选中小圆柱，右键单击/Assign/Force七、求解设定及网格划分网格采用自动划分，不用在Mesh Operations中操作（这个是手动网格划分的选项）在上点击右键/Add Solution Setup，默认点确定即可在绘图区Ctrl+A，在Analysis上单击右键/Apply Mesh Operations，自动网格划分完毕八、参数扫描求解就是InnerHeight的变化过程中ZForce的值右击/Add/Parametric设置计算结果项该界面是默认力ZForce的输出设置，设置完后点击Add Calculation;如果要对Zforce插入其他公式输出，选择进行设置。
所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择View Analysis Results，即可看到仿真结果：九、磁场分布查看：先选中求解域，在上右击/Fields/B/B_Vector（磁长的矢量分布情况）或者Mag_B（大小强弱分布情况）。
Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris
精心整理问题分析：
两个圆柱形永磁铁，磁化方向为轴向，分析小圆柱磁铁在竖直方向不同位置受到的磁力。
仿真步骤：
一、
二、点击，设置
三、
四、
使用建大小两个圆柱，先选中大圆柱，按住
中的
选中圆柱模型上右键，选择Properties
其中InnerHeight是自命名的高度参数，参数化成功。
五、添加求解域
点击，在Value里输入200
六、添加求解参数，即磁力
选中小圆柱，右键单击/Assign/Force
七、求解设定及网格划分
在
八、
就是
右击/Add/Parametric
设置计算结果项
该界面是默认力ZForce的输出设置，设置完后点击AddCalculation;如果要对Zforce 插入其他公式输出，选择
进行设置。
所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择ViewAnalysisResults，即可看到仿真结果：
九、
在
或者（大小强弱分布情况）。
基于 Ansoft 的永磁同步电机退磁仿真分析
基于 Ansoft 的永磁同步电机退磁仿真分析摘要：为了保证永磁同步电机抗退磁能力仿真的准确性，本文提出了一种基于 Ansoft Maxwell 软件的永磁同步电机退磁仿真方法。
以12S10P磁同步电机为例(PMSM) ，首先详细的介绍了此退磁仿真的电磁设置；然后评估与验证了此退磁仿真方法的仿真值与实测值差异；最后提供了此仿真方法的问题与改进思路，为永磁同步电机退磁仿真提供了参考。
关键词：Ansoft；退磁引言在压缩机的应用工况下，为了保持整套系统的高可靠性，压缩机中所有零件都需要进行可靠性评估，使所有的零件都能保持在正常的状态下运行。
对于压缩机中的主要驱动零部件——电机来说，永磁体退磁是一个重要的指标[1]。
为了保证永磁同步电机按照设计的状态运行并达到设计的效果，永磁体需要在充磁饱和的状态下工作[2]。
当永磁同步电机转子永磁体发生不可逆退磁，整个电机将不再运行于最佳工作状态，进而影响到压缩机的性能。
因此对永磁同步电机进行抗退磁能力评估是一项重要的工作。
目前对于永磁同步电机的退磁电流的测试方法一般为：并接电机绕组某两相，给绕组通入电流使转子自动定位，并固定电机转子此时位置，随后通入反向电流，并对比测试通入退磁电流前后的线磁链值，以该值下降 3 % 为限定标准。
但是，目前采用的仿真分析方法为在永磁体上设定取样曲线，并计算施加退磁电流后取样曲线上剩磁回复值，按照剩磁平均值降低 3 % 为限定标准。
以上实验测试方法和仿真分析方法存在判定指标不一致的情况，因此为了提高仿真准确性以及仿真与测试的一致性，以及充分应用 Ansoft 的退磁仿真功能，本文对 Ansoft 的退磁仿真功能进行了研究。
1 Ansoft仿真分析软件退磁仿真1.1基本设置1.1.1电机退磁仿真工况电机运行状态按照正常的电机性能仿真设定，仿真模型为模拟电机正常运行并通入了较大电流时电机永磁体发生退磁的情况，按照 3 % 磁链降低为界限限定。
Maxwell仿真圆柱体电容器
电磁场与电磁波项目训练报告仿真求解圆柱形电容器班级：通信13-2姓名：闫振宇学号：1306030222指导教师：徐维老师成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系项目训练一 仿真求解圆柱形电容器1. 实验目的和任务1）掌握用ANSYS Maxwell 软件仿真的方法；2）学会利用所学的场强，电容，电场的知识来解决实际现实生活中的计算问题； 3）利用ANSYS Maxwell 软件仿真圆柱形电容器。
2. 实验内容1）学习ANSYS Maxwel 有限元分析步骤； 2）学习ANSYS Maxwel 的基本仿真操作步骤；3）对圆柱体电容器计算理论值和实验的仿真值进行比较，得出结论。
3. 实验原理电容是反映电容器储存的电荷本领大小的物理量。
电容的定义：一个电容器所带的电量Q 总与其电压U 成正比，比值Q/U 叫电容器的电容。
以C 表示电容器的电容，就有公式：UQ C =电容器的电容决定于电容器的本身结构，即是导体的形状，尺寸以及两导体间电介质的种类等，而与它所带的电量无关。
首先，假设本题中圆柱体电容器的内部的外表面，和外部的内表面分别带有绝对值为Q 的电量。
两筒之间充满相对介电常数为εr的电介质。
（m F o 1012855313.8-⨯=ε）所以，在距离轴线为r 的电介质中一点的电场强度E 为：rLQ E r εεπ 2=对E 进行积分，可以得到两圆筒间的电压U 为：dr RR rL Q U r ⎰=212εεπ =R R L Q r 12ln 2εεπ就得到了圆柱形电容器的电容C 为：)ln(212RR L C r εεπ =根据以上的公式，代入R2=1mm，R1=0.6mm，得出长度为L的圆柱形电容器电容。
4.实验步骤4.1建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Cylinder Cap（工程命名为“Cylinder yuanzhuti”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）4.1.1 创建中心圆柱体导体Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0.6, 0.6,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder5Assign Material > copper（设置材料为铜copper）4.1.2 创建内外导体间空心圆柱体介质Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0.6, 0.6,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder1Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（1.0, 1.0,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder2选中Cylinder1，Cylinder2Modeler （建模）> Boolean > Sbutract（分离）Blank park：Cylinder1Tool park：Cylinder2将分离出的圆环命名为Cylinder4Assign Material > air（设置材料为空气air）4.1.3创建外空心圆柱体导体Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（1.0, 1.0,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder6Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（1.2, 1.2,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder7选中Cylinder6，Cylinder7Modeler （建模）> Boolean > Sbutract（分离）Blank park：Cylinder6Tool park：Cylinder7将分离出的圆环命名为Cylinder3Assign Material > copper（设置材料为铜copper）图4-1仿真效果图4.2设置参数4.2.1 创建设置区域（Region）Draw > RegionPadding Percentage：0%减少电场的边缘效应（fringing effect）4.2.2 设置激励电压（Assign Excitation）选择Cylinder5Maxwell 3D> Excitations > Assign>V oltage > 5V选择Cylinder3Maxwell 3D> Excitations > Assign >V oltage > 0V4.2.3设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes > 10误差要求：Percent Error > 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%4.2.4 设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > V oltage1, V oltage2 4.2.5 check，计算，查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix图4-2仿真数据图5.数据取电容器长度L为：2mm，则有：电容值：C=0.2186pF表 4-1 理论及仿真的值理论计算值仿真输出值0.2179pF 0.2186pF图5-1电压分布图6.心得体会通过利用Maxwell软件制作圆柱体电容器，了解了Maxwell软件的基本操作和使用方法。
Ansoft Maxwell 仿真实例PDF(68页)
1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。
要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic创建下极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw > Box（创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect）电容器中电场分布的边缘效应2.设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > Voltage1, Voltage2 4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes > 10 误差要求：Percent Error > 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix电容值：31.543pF2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真恒定电场：导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction ） 恒定电场的源：（1）Voltage Excitation ，导体不同面上的电压 （2）Current Excitations ，施加在导体表面的电流（3）Sink （汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。
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问题分析：
两个圆柱形永磁铁，磁化方向为轴向，分析小圆柱磁铁在竖直方向不同位置受到的磁力。
仿真步骤：
一、打开Maxwell软件，点击三维建模，保存文件及分析项目
二、点击，设置Solution
Type静磁场Magnetostatic求解器类型
三、设置永磁材料
复制永磁材料改参数：
下图中的X/Y/Z Component后面有1/-1就表示该向正/反方向就是充磁方向
双击添加的材料自动加载到项目材料中
四、建模添加材料
使用建大小两个圆柱，先选中大圆柱，按住Ctrl再选小圆柱，点击
中的Boolean运算中的Subtract做减运算，得到空心圆柱模型小圆柱的Z向高度参数化：
选中圆柱模型上右键，选择Properties
其中InnerHeight是自命名的高度参数，参数化成功。
五、添加求解域
点击，在Value里输入200
六、添加求解参数，即磁力
选中小圆柱，右键单击/Assign/Force
七、求解设定及网格划分
网格采用自动划分，不用在Mesh Operations中操作（这个是手动网格划分的选项）
在上点击右键/Add Solution Setup，默认点确定即可
在绘图区Ctrl+A，在Analysis上单击右键/Apply Mesh Operations，自动网格划分完毕八、参数扫描求解
就是InnerHeight的变化过程中ZForce的值
右击/Add/Parametric
设置计算结果项
该界面是默认力ZForce的输出设置，设置完后点击Add Calculation;如果要对Zforce插入其他公式输出，选择
进行设置。
所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择View Analysis Results，即可看到仿真结果：
九、磁场分布查看：
先选中求解域，在上右击/Fields/B/B_Vector（磁长的矢量分布情况）或者Mag_B（大小强弱分布情况）。