Ansys Workbench 磁场分析教程5
January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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Inventory #002406 1-6
Module 5
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Inventory #002406 1-4
Module 5
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
S Start W Workbench kb h
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Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Start Workbench and Read in Geometry
已完成
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Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Interface in air gap Mesh in direction of motion need not match
Right click on Geometry to browse for SYS.agdb
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Inventory #002406 1-7
Module 5
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002406 1-5
Module 5
Electromagnetic Analysis The Project Page Loads…
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Hold down LMB to drag a Magnetostatic Analysis System into the Project Schematic
Electromagnetic Analysis
• Objectives
– Set up a transient analysis of one half of the length of a single periodic sector of a rotating machine. Odd periodic boundary conditions will be used to mimic presence of adjacent periodic sectors. – The rotor contains a single g permanent p magnet which is poled radially outward and attached to a permeable ring. – The stator is magnetically permeable structure containing 3 poles. It has no coils in this exercise; a stranded conductor option that can be used to model coils will not be available until version 13 . – Define 90⁰ rotation of the rotor which occurs over a one second time interval. – The PM will be electrically conductive; eddy currents and Joule heating will be calculated calculated. – Net rotor torque will be calculated.
Mesh normal to direction of motion ti must t match (and does)
ANSYS, Inc. Proprietary Inventory #002406 1-3
Module 5
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Click on the “New Plane” icon to initiate creation of plane to define direction of PM polarization
January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. ANSYS, Inc. Proprietary Inventory #002406 1-12
Module 5
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Begin to define coordinate system used to define PM polarization
Right click on “Ring” to hide this body and expose the inner cylindrical surface of the PM
Double click on “Geometry” to bring up the Design Modeler GUI
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Inventory #002406 1-10
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Inventory #002406 1-9
Module 5
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
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Inventory #002406 1-8
Module 5
Electromagnetic Analysis
• We will need to create 2 coordinate systems
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Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Rotor core PM
Rotor iron
Empty coil slots
Inventory #002406 1-2
Module 5
Electromagnetic Analysis
• Procedure
– WB supports only magnetostatic analyses. Transient analyses, especially those including motion effects, will require command objects. – Rigid body rotation or translational motion can be simulated with an undocumented (even in the traditional ANSYS environment) e o e t) set o of commands (“ARMINT” feature). – Insertion of command objects that set up motion effects is largely automated with a special wizard (supplied courtesy of CADFEM). – “Ladder mesh” requirement will be necessary to use ARMINT feature.
January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. ANSYS, Inc. Proprietary Inventory #002406 1-11
Module 5
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
User-Defined Coordinate Systems for PM Polarization and Periodic Boundary Conditions
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ANSYS workbench_电磁学教程综述
© 2004 ANSYS, Inc.
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Winding Table File
•弯弯曲曲的表文件可以出口的还是进口的文本文件中的数据
© 2004 ANSYS, Inc.
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Winding Tool Example
转子绕组1高亮显示
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Contents
• • • • • • •
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工作台电磁学 工作台Emag路线图 设计建模者 外壳对称 绕组的身体 蜿蜒的工具 仿真
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Enclosure & Fill Tools
© 2004 ANSYS, Inc. ANSYS, Inc. Proprietary
Fill Feature
充填特征创建一个新的冷冻的身体来填满空间占领的一个洞或 腔。 用于室内腔电磁应用。
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Enclosure Symmetry
特点:外壳现在支持对称模型特征的时候就像一盒外壳形状或 缸: 3三对称飞机可以被指定。 完全或部分模型可以包含在附件。 在模型模拟DesignModeler转移,外壳特征与对称形式的两种飞 机名叫选择: 开放域 对称平面
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设计建模者(DM)包括两个特征允许一个用户创建一个立方体“场”的身体 伴随实体模型。 外壳的工具:释放8.0。这种工具用于完全附上的尸体在一个物质的典型模型 需要一个Emag分析。
Ansys WorkBench 电磁场培训教程
1- 15
Emag LF电场培训手册
第1章
电场场域边界条件
• 第一类边界条件（强制边界条件）
– 已知边界上的电位值
电力线垂直于电位线
S f
const
电位线平行于边界 电力线垂直于边界 电通量垂直边界
• 第二类边界条件
– 已知边界上电位的法向导数
n
f
S
E1t E2t
电场切向连续 自然满足 电通量平行边界
等 价
b1 b2
a2
E1t E2t
电位的衔接条件
1 2 1 2 n n
分界面两侧电位连续
1- 14
Emag LF电场培训手册
第1章
电磁场边值问题
唯一性定理
电磁场求解方程
电 磁 场 问 题 求 解
场域边界条件
边界条件
分界面衔接条件
初始条件
求解电磁场问题即为求解满足给定条件的电磁场方程的问题 （电磁场边值问题）
D
D dS q
S
穿过某闭合面的总电通量等于 该面所包围的总电荷量
1- 8
Emag LF电场培训手册
第1章
静电场方程
E 0
D
本构方程
E
D E
2
泊松方程 静电场分析中只使用媒质的介电常数，即只考虑电容效应 导体视为理想导体，为等电位体 静电场为无旋场，电力线不能形成闭合曲线 静电场为有源场，场源为电荷
E B t
1- 7
Emag LF电场培训手册
第1章
Maxwell方程组
• 磁通连续性原理
– 表明磁场是无源场 – 磁力线总是闭合曲线
Emag LF电场培训手册
第1章
电场场域边界条件
• 第一类边界条件（强制边界条件）
– 已知边界上的电位值
电力线垂直于电位线
S f
const
电位线平行于边界 电力线垂直于边界 电通量垂直边界
• 第二类边界条件
– 已知边界上电位的法向导数
n
f
S
E1t E2t
电场切向连续 自然满足 电通量平行边界
等 价
b1 b2
a2
E1t E2t
电位的衔接条件
1 2 1 2 n n
分界面两侧电位连续
1- 14
Emag LF电场培训手册
第1章
电磁场边值问题
唯一性定理
电磁场求解方程
电 磁 场 问 题 求 解
场域边界条件
边界条件
分界面衔接条件
初始条件
求解电磁场问题即为求解满足给定条件的电磁场方程的问题 （电磁场边值问题）
D
D dS q
S
穿过某闭合面的总电通量等于 该面所包围的总电荷量
1- 8
Emag LF电场培训手册
第1章
静电场方程
E 0
D
本构方程
E
D E
2
泊松方程 静电场分析中只使用媒质的介电常数，即只考虑电容效应 导体视为理想导体，为等电位体 静电场为无旋场，电力线不能形成闭合曲线 静电场为有源场，场源为电荷
E B t
1- 7
Emag LF电场培训手册
第1章
Maxwell方程组
• 磁通连续性原理
– 表明磁场是无源场 – 磁力线总是闭合曲线
ANSYS有限元案例分析之磁场分布仿真案例
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
二，前处理
•3 创建模型
2）生成四分之一圆，圆心（0,0）半径20： Main Menu:Preprocessor>Modeling>Create
>Areas>Circle>Partial Annulus。Rad-1 输入20 ；Theta-2输入90；点击OK。
中选择Axisymmetric；同理选择type2做如上操作。
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理
• 2定义材料特性
1）相对磁导率 Main Menu: Preprocessor > Material Props >Relative Permeability>Constant
ANSYS有限元案例分析之磁场 分布仿真-两平行圆环电产生
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理前的操作
•1 文件路径，工作名称和工作标题的设定。
1）文件路径：Utility Menu：File>Change Directory 2）工作名称：Utility Menu：File>Change Jobname 3）工作标题：Utility Menu：File>Change Title
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
四，求解
• 7 往路径上映射变量的数值： Main Menu>General Postproc>Path Operation>Map onto Path。左边一栏选择Flux&gradient，右边选择 MagFluxDens BSUM，点击OK。
Ansys Workbench 电磁阀磁场分析
本人最近由于在做电控燃油系统，正好牵扯到电磁铁的计算，看到好像没人发过，于是就自己发一个，参考了AWB帮助的例题，有什么不正之处还请大家指教首先在proe里建模，绿色是电磁铁，黄色是衔铁，两者间隙0.28mm。
然后直接进入DM建立线圈和周围的空气。
在DM中新建一个plane，为的是建立线圈。
这个plane是基于图中绿色平面沿Z轴负向的一个距离-5.5mm
在新建的plane上新建草绘，然后画一个直径16.5的圆，这个圆是线圈中心尺寸
下一步从这个圆生成线体，如下图，选择草绘的圆
然后选择生成的线体，在winding body？中选择yes
设置线圈的圈数为71,高度为9mm,宽度为1mm，然后选view--cross section solid，隐藏衔铁和电磁铁可以看到线圈
建立包围的空气
形状选圆形，在merge parts?中选y es
保存DM文件，进入simulation，选择衔铁和电磁铁的材料为纯铁
网格划分在这里就不讲了，画完网格后，在new analy sis中选magnetostatic
然后选择conductor winding body，输入线圈中的电流值为12000mA
插入磁通平行条件，在磁通平行的scoping method 选name selection,在name selection中选open domain
在solve中插入磁感应强度和衔铁所受的磁力，在directional force/torque 的geometry中选择衔铁，方向选择Z轴
最后右键进行solve，由于材料B-H曲线是非线性的，因此计算时间有点长。
05 workbench_电磁学教程——【ANSYS电磁分析资料】
Materials – User BH Curves
BH curves with up to 500 data points are supported
作表绕组的表格的形式来驱动创造多连通蜿蜒的尸体。或者一个用 户可以阅读以一个文本文件MSExcel创造的。 • 好处:非常容易使用、自动检测的快速创建的线圈绕组。
Windinion vector (blue arrow) defines direction of current.
• 特点:设计建模者(DM)包括两个新的工具,允许一个用户很容易的创 建电流负载线圈:
• 卷绕机构:用来表示线圈励磁源伤口。这些机构的优势就是它们不 是3 D对象,从而简化建模/啮合侧绕组的结构。
• 在“把模拟”,蜿蜒的尸体被指定为导体的身体。 • 蜿蜒的工具:用于创建更复杂的电机线圈绕组。使用工具的一个工
绕组的身体
Winding Table File
• 桌子上有一条蜿蜒的每个绕组文件相关。 • 弯弯曲曲的表文件可以被创造,直接在DM • 弯弯曲曲的表文件可以出口的还是进口的文本文件中的数据。 • 每一行对应一个创造了绕组的身体
Winding Table File
•弯弯曲曲的表文件可以出口的还是进口的文本文件中的数据
Winding Tool Example
转子绕组1高亮显示
完整的直流电机模型
Winding Options
线圈之间可能有不同的半径和时段 多个线圈可以堆放在同一插槽
Winding Options - Skew
一个倾斜角度可以认定为线圈槽 许多电机设计线圈雇佣一个倾斜的形式。
Winding Slot Clash Detection
Winding cross-section displayed
ANSYS电磁场分析教学指南
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。
1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算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。
1.3静态、谐波、瞬态磁场分析利用ANSYS可以完成下列磁场分析：·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维静态磁场分析”·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维谐波磁场分析”·2-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，包含永磁体的效应，用矢量位方程。
参见本书“二维瞬态磁场分析”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。
参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。
ANSYS磁力轴承三维电磁场分析教程
外圈空气场
转子内空气场
体迭代
压缩体积编号
赋材料类型，划分网格
7.加边界条件和载荷
Utility menu>select>comp/assembly>create component
创建局部坐标系 utility menu-workplane-local coordinate System-create local cs-at specified loc
移动工作平面
utility menu-workplane-Align wp with-specified coord Sys
建立线圈
显示线圈Utility menu-plotctrls-styቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe-size and shape
Utility menu-plot-element
/SOLU D,2,MAG,0 !SOLVE ALLSEL,ALL MAGSOLV,3,,,,,1 FINISH
ANSYS电磁场分析教程
方思源
静态磁场分析分以下五个步骤： 1.创建物理环境 2.建立模型，划分网格，对模型的 不同区域赋予特性 3.加边界条件和载荷（激磁） 4.求解 5.后处理（查看计算结果）
1.过滤图形界面
2.定义工作标题
3.定义单元类型和选项
4.定义材料属性
TB,BH,1,,15 ! 定子上硅钢片的的B-H曲线 TBPT,,40 ,0.5 TBPT,,48,0.6 TB,BH,2,,13 !指定轴上工业纯铁的B-H曲线 TBPT,,56,0.7 TBPT,,200,0.4 TBPT,,67,0.8 TBPT,,220,0.5 TBPT,,80,0.9 TBPT,,260,0.6 TBPT,,100,1 TBPT,,290,0.7 TBPT,,125,1.1 TBPT,,300,0.8 TBPT,,172,1.2 TBPT,,400,1 MP,MURX,3,1 !指定气隙的材料类型 TBPT,,250,1.3 TBPT,,500,1.2 MP,MURX,4,1 !指定空气的材料类型 TBPT,,460,1.4 TBPT,,700,1.3 TBPT,,1020,1.5 TBPT,,800,1.4 TBPT,,3400,1.6 TBPT,,1190,1.5 TBPT,,6400,1.7 TBPT,,1680,1.6 TBPT,,8400,1.74 TBPT,,2800,1.7 TBPT,,10000,1.79 TBPT,,6000,1.8
15 workbench_电磁学教程——【ANSYS电磁分析资料】
Materials – User BH Curves
BH curves with up to 500 data points are supported
Materials - Permanent Magnets
Coordinate systems are used to align the polarization axis of a magnet. Cartesian and Radial Magnetization are supported.
• 工作台是第一个版本v9.0电磁分析能力。 • 支持(伤口)固体和滞留导体 • 自动计算力、扭矩、电感,线圈磁链。 • 容易设置模拟计算结果,作为一个功能的电流,中风或转子位置角。
• 工作台Emag能力和可通过映射到: • ANSYS Emag(独立或使任务) • ANSYS Multiphysics许可证。
Parameter Sweeps
Graph of results automatically created.
本节内容结束
Fill Feature
充填特征创建一个新的冷冻的身体来填满空间占领的一个洞或 腔。
用于室内腔电磁应用。
Enclosure Symmetry
特点:外壳现在支持对称模型特征的时候就像一盒外壳形状或 缸: 3三对称飞机可以被指定。 完全或部分模型可以包含在附件。 在模型模拟DesignModeler转移,外壳特征与对称形式的两种飞 机名叫选择: 开放域 对称平面
Emag Simulation Wizard
用户通过交互需要走分析步骤 .
Winding Body Transfer in Simulation
身体是自动分派给绕组导线的身体. 从绕组的工具,每一阶段绕组分配作为一个独特的导体。. 在这个例子中,指挥一个由2绕组的身体 .
Ansys电磁分析教程
• 设置预选过滤掉其它应用的菜单 Main menu>preferences
• 选择OK
1-11
• 定义所有物理区的单元类型为 PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete • 选择 Add
• 选择磁矢量和8节点53号单元
• 选择 OK
1-12
B
B
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
1-27
• 加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force
• 选择OK
即使只有一种选项，也要鼠 标选取
• 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
1-28
• • •
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 =.0001) 使整个模型激活 Utility>Select>Everything 缩放平面-不用拷贝 Preproc>operate>scale>areas
•
线圈
锭子 实体模型
•
1-5
•
建实体模型
•
•
给模型赋予属性以模拟物理区
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）。