ANSOFTPEXPRT软件磁性元件的计算机设计流程.pptx
硕士研究生Ansoft课件
Electromagnetic Analysis
Analytical Techniques
Numerical Techniques
Integral Equations
Differential Equations
Boundary Element
Finite Difference
Finite Element
（3）支撑软件 有限元分析及前后处理程序包 优化程序包 几何造型软件
设计绘图系统和绘图软件包
常用CAD软件
三、电机设计时通常的给定数据
额定功率PN、额定电压UN、相数、连接方法、频率、同步转速、 cos
四、电机的性能指标
启动电流倍数、启动转矩倍数、最大转矩倍数、过载能力、效
率、cos
不同的电磁场分析方法
§7 求解
一、稳态解
二、瞬态解
§8 求解结果后处理
一、图形后处理
二、数据后处理
稳态场求解
只能求解电机在恒定电流作用下某瞬时的磁场 分布、电磁力、电磁转矩、电机参数
电机磁场分布图、磁通密度波形等
定子绕组 轴
定子铁心
永久磁极 机壳
图2 4相14极电机结构图
气 隙 磁 密 B
机械角度（0）
图6 空载时气隙磁密绝对值沿圆周分布
Slover:
二、确定求解坐标平面
§2 建立模型
一、画出电机的结构模型
定子
二、对电机中相同的部分进行分类 定子绕组 转子各部分材料
§4 给电机施加边界条件和激励
一、加边界条件
二、加激励 1、加电流激励
稳态计算、参数计算时均加电流激励
Scalar Potential
Vector Potential
2019年-丰田prius的中文文AnsoftMaxwell3D操作流程-PPT精选文档
三、创建3D模型（续）
将LapCoil1_1和LapCoil1_2的名字改为PhaseC和PhaseB， PhaseC的颜色改为青绿色，PhaseB的颜色改为淡蓝色，将 LapCoil1的名字重置为PhaseA。 选择PhaseA，PhaseB和PhaseC，右击选择菜单项目 Edit﹥Duplicate﹥Around Axis或者使用图标 输入45度和总数为8，这将创建所有的需要绕组。
三、创建3D模型（续）
三、创建3D模型（续）
双击LapCoil，将材料由 vacuum改为Copper 如果你想使绕组操作容易些， 选择Rotor，Stator and Magnets，选择菜单View﹥ Hide Selection﹥ Active view 或者使用工具栏按钮 将LapCoil1的颜色改为黄色
三、创建3D模型（续）
点击创建的窗口，双击SlotCore1，并把SlotCore1改为Stator
注意：之后可以添加材料属性
三、创建3D模型（续）
2、创建转子 使用User Defined Primitive创建转子 选择菜单项目Draw ﹥ User Defined Primitive ﹥Syslib ﹥Rmxprt ﹥IPMCore 采用下表所给定的数据来创建转子
四、减小3D模型尺寸（续）
被选中的物体继续进行操作，右 击选Edit>Boolean>Split或者使 用工具栏图标 选择XZ平面，保持negative面 被选中的物体继续进行操作，右 击选择Edit﹥Arrange﹥Rotate 或者使用图标 沿着Z轴旋转方向输入45deg， 。 3D模型如右图所示。
Ansoft操作步骤简介
有限源分析的基本步骤1创建项目及定义分析类型2建立几何模型3定义及分配材料4定义及加载激励源和边界条件5求解参数设定6后处理Ansoft二维电场应用静电场Electrostatic1中的建立一个Maxwell2D工程文件2求解器类型和求解器坐标的选择：菜单栏中选择Solution Type 出现另一种方法是在工具栏中Tools/options/Maxwell 2D options确定几何模型单位选择：Modeler/Units进行单位选择，默认单位为mm，当选择新的单位时鼠标左键单击要选择的单位并执行Rescale to new units的命令，将模型窗口的单位转为所要选择的单位。
3建立几何模型：画图：当坐标位置点输入时，应确保鼠标在模型绘制窗口不进行任何操作，或者保证鼠标指针不位于模型绘制窗口，以免产生误操作；当用当坐标点时，每输入一个坐标按一次enter，一组中最后一个点点坐标输入完之后要按两下enter表示完成，否则鼠标回到画图区域后软件不知道已经完成，图形会跟随鼠标移动了。
另一种方法，对于线段起末坐标点可通过模型控制窗口进行操作，选择要编辑的线段名称，单击该线段，在特效窗口中将出现线段的特性对话框，在此对话框中可以对线段进行修改操作改名称name、选材料material、选颜色color时左键单击在左侧properties中出现左键双击中的出现进行更改Material中选择材料选edit若是要添加是材料则选择进行编辑相对介电常数和相对电导率另一种材料定义及分配的方法是使用点击vacuum右侧的箭头下拉的Select得到材料管理器对话框，当项目需要库中某种材料时，鼠标选择该材料，左键双击，此材料会自动进入项目管理器菜单中我们就可以对材料进行编辑、添加、复制、删除以及导出等操作，这就大大方便了用户对材料类型的选择与定义4激励源：确定选则对象的方式：O为objects、E为edges、F为faces、V为vertices（至高点），M为multi左键选中对象右键选择Assign Excitation5定义边界条件Assign Boundary6网格剖分选中对象，Ctril+A为全选右键选择Assign Mesh Operation7定义求解选项在涡流场中，求解设置项里有两处与静磁场设置不一样，分别是 Solver 设置项和Frequency Sweep 设置项。
Ansoft软件讲座
2800
0.33 ±0.004
0.386
0.035
0.1932 0.2069
0.1999
3100
0.35 ±4
0.402
0.038
0.1722 0.1834
0.1777
3100
0.38 ±0.005
0.442
0.04
0.1456 0.1561 0.1507
3100
0.47 ±0.005
0.539
A
16
Winding setup
2D
1D Completely
1D Partially
A
17
第五步：选择“Modeling Option”栏
A
18
第六步：选择库
磁性元件标准库 • TDK • Ferroxcube • AVX • Epcos • Magnetics • Micrometals • Steward
A
31
第十八步：将模型导入Simplorer
A
32
方法二 第一步：创建新的工程文件
A
33
第二步：选择“Cores”栏
A
34
第三步：选择“Bobbins”栏
A
35
第四步：选择“Windings”栏
A
36
第五步：选择“Wirs/Ins”栏
A
37
第六步：选择“Core Material”栏
A
A
19
第七步：选择磁心形状
磁心结构包括 • POT • Toroidal • EE • EFD • ETD • UU • EI • EP • UI • RM
A
20
第八步：选择磁心尺寸
AnsoftMaxwell 简介PPT学习教案
第24页/共26页
导出电场强度E 的数据
Grid Output Min: [-0.002 -0.002 0] Max: [0.002 0.002 0.001] Grid Size: [0.0001 0.0001 0.001] Vector data "Domain(Volume(AllObjects), <Ex,Ey,Ez>)“
Ansoft Maxwell
Ansoft公司的Maxwell 是一个功能强大、结果精确、易于使 用的二 维/三 维电磁 场有限 元分析 软件。 包括静 电场、 静磁场 、时变 电场， 时变磁 场，涡 流场、 瞬态场 和温度 场计算 等，可 以用来 分析电 机、传 感器、 变压器 、永磁 设备、 激励器 等电磁 装置的 静态、 稳态、 瞬态、 正常工 况和故 障工况 的特性 。
En = En
100%
Delta Energy：迭代能量误差变化量 若当前迭代次数i>1次， Delta Energy =|第i-1次Energy Error-第i次Energy Error|
第6页/共26页
Ansoft的自适应有限元计算
迭代停止条件：两种条件
1. Maximum number of passes
第22页/共26页
9.后处理 导出电场强度E 的数据 1. Maxwell 3D> Fields > Calculator
2. Quantity> E
3. Geometry> All objects
4. Domain
第23页/共26页
导出电场强度E 的数据 5. Export
数据保存路径：英文目录 可用写字板打开
瞬态场transientfieldansoft仿真步骤建模设置材料属性电导率介电常数磁导率等设置激励源和边界条件自适应网格剖分后处理有限元计ansoft的自适应网格剖分在几何结构突变处计算场量变化大处剖分网格加密其他部位较稀疏这样既保证计算精度也保证了计算速度
丰田prius的中文文Ansoft Maxwell 3D操作流程
四、减小3D模型尺寸（续）
选择Draw>Rectangle 1.在坐标输入窗口，输入方体的位置 X：0.0，Y：0.0，Z：-100.0，按Entry键输入 2.在坐标输入窗口，输入方体的相对尺寸 dX：200.2，dY:0.0，dZ:200.0,按Entry键输入 如果半径按钮“Automatically cover closed polylines”检查Tools> Options>3D Modeler (如第五页表示的)，获得2D sheet。如果这个选择 不可以，你需要检查多叉线，右击选择Edit>Surface>Cover Lines.
五、电机的材料特性（续）
创建与这表面相关联的体坐标系： 1、选择菜单项目3D Modeler>Coordinate System>Creat>Face CS 或者选择工 具栏的图标 2、这时模型处于绘图状态我们希望 体坐标系的坐标原点处于被选中的 平面上。我们用鼠标捕捉面的任一 对角点，可使用“snap to vertex symbol”，这样就确定了体坐标系 的中心。 3、你还需要确定X轴的方向，鼠标 捕捉面的另一顶点。
四、减小3D模型尺寸（续）
选择菜单栏Draw>Rectangle 1、在坐标输入窗口，输入方体的位置 X:0.0，Y:0.0，Z：-100.0，按Enter键输入 2、在坐标输入窗口，输入方体的相对尺寸 dX：200.0，dY:0.0,dZ:200.0,按Enter键输入 检查Tools>Options>3D Modeler(如第五页所说的那样)如果你有单选按 钮“Automatically cover closed polylines”，可以获得一个2D 平 面。如果选择不可以，你需要选择polyline，右击选择 Edit>Surface>Covers Lines.
Ansoft使用说明
Ansoft Maxwell 2D/3D 使用说明目录第1章Ansoft 主界面控制面板简介第2章二维（2D）模型计算的操作步骤2.1 创建新工程 (2)2.2 选择求解问题的类型 (3)2.3 创建模型（Define Model） (4)2.4 设定模型材料属性（Setup Materials） (6)2.5 设定边界条件和激励源（Setup Boundaries/Sources） (8)2.6 设定求解参数（Setup Executive Parameters） (9)2.7 设定求解选项（Setup Solution Options） (10)2.8 求解(Solve) (10)2.9 后处理（Post Process） (11)2.10 工程应用实例 (12)第3章三维（3D）模型计算的操作步骤3.1 建模 (14)3.2 定义材料属性 (17)3.3 加载激励和边界条件 (18)3.4 设置求解选项和求解 (18)3.5 后处理 (18)3.6 补充说明 (18)3.7 例 1 两电极电场计算 (18)第4章有限元方法简介4.1 有限元法基本原理 (22)4.2 有限元网格自适应剖分方法 (23)第1章Ansoft 主界面控制面板简介在Windows下安装好Ansoft软件的电磁场计算模块Maxwell之后，点击Windows 的“开始”、“程序”项中的Ansoft、Maxwell Control Panel，可出现主界面控制面板（如下图所示），各选项的功能介绍如下。
1.1 ANSOFT介绍Ansoft公司的联系方式，产品列表和发行商。
1.2 PROJECTS创建一个新的工程或调出已存在的工程。
要计算一个新问题或调出过去计算过的问题应点击此项。
点击后出现工程控制面板，可以实现以下操作：●新建工程。
●运行已存在工程。
●移动，复制，删除，压缩，重命名，恢复工程。
●新建，删除，改变工程所在目录。
ansoft操作步骤
a n s o f t操作步骤(共23页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-1、创建二维电磁设计模型Utility Menu-project-insert Maxwell 2D design2、选择模型设计坐标系以及电磁分析求解器Utility Menu-Maxwell 2D design-Solution type→Cartesian xy （笛卡儿坐标）-Transient（瞬态）(1)电磁场的geometry [dʒi'ɔmitri] mode 几何模型有：平面xy坐标系和轴对称坐标系(2_1)磁场Magnetic分析类型有：Magnetostatic [mæɡ,ni:təu'stætik] 静磁的Eddy current 涡流Transient ['trænziənt ] 瞬态场(2_2)电场Electric分析类型有：electrostatic [i,lektrə'stætik] 静电AC conduction [kən'dʌkʃən]传导DC conduction3、建模建模命令：Utility Menu-Draw-相关指令(1)初级铁心绘制矩形（初级铁轭：0，0—@316，50）绘制矩形（齿槽：，0—@12，35）-复制齿槽（edit-duplicate-along line-选择基点dx=，dy=0，total num=15）Boolean-substract运算减去中间槽部定义初级名称为CORE、材料（steel-1008）、颜色等属性。
(2)线圈绘制矩形（线圈：，1—@10，16）→纵向复制（dx=0，dy=17；total num=2）选择槽1内的两个线圈横向复制（dx=，dy=0，total num=15）定义线圈材料（copper）、颜色等属性/注意：可以先确定线圈的属性在进行复制等命令，以免重复定义/（3）次级铝板绘制矩形（铝板：-50，-3—@150，-3）定义次级铝板（aluminum）、颜色等属性。
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Winding setup
2D
1D Completely
1D Partially
第五步：选择“Modeling Option” 栏
第六步：选择库
磁性元件标准库 • TDK • Ferroxcube • AVX • Epcos • Magnetics • Micrometals • Steward
第十一步 察看结果
在菜单中选择Results/FEA based(2D),弹出表示计算结果 的图表。
0.33
±0.004
0.35
±0.004
0.38
±0.005
0.47
±0.005
0.57
±0.006
0.63
±0.192 0.236 0.256 0.278 0.32 0.34 0.363 0.386 0.402 0.442 0.539 0.645 0.706 0.748
磁性元件定义有问题
磁性元件定义正确
第九步 ：模型属性框设置
Model Language
Capacitances
Core Model
Curve Fitting Settings
第十步 生成模型
在菜单中选择 Modeler/FEA based Modeler（2D）/Start 2D Model Generation，弹出 有限元建模器的界面，点 击“start”键，生成有限 元模型后会自动将模型文 件保存在项目文件夹里。
漆包线参数列表
标称直 导体直径
径
公差
mm
mm
最大外径 mm
最小绝缘 厚度
mm
铜导体电阻Ω/ m 最小值 最大值 标称值
0.08
±0.003
0.1
±0.003
0.15
±0.003
0.19
±0.003
0.21 ±0.003
0.23
±0.003
0.27
±0.004
0.29
±0.004
0.31
±0.004
第二步：选择磁性元件类型
1. 基于波形的电感
1
2. 基于Buck拓扑的电感
3. 基于Boost拓扑的电感
2 3
4. 基于Buck-boost拓扑的电感
4
5. 基于波形的变压器
6. 基于经典正激拓扑的变压器
5
7. 基于半桥拓扑的变压器
6
8. 基于全桥拓扑的变压器
7
9. 基于推挽拓扑的变压器
8
10. 基于波形的耦合电感
3.401 2.176 0.9673 0.6029 0.4935 0.4114 0.2986 0.2588 0.2265 0.1999 0.1777 0.1507 0.0985 0.06699 0.05484 0.0485
最小击穿电 压（有 效值） V 500 600
2000 2200 2500 2500 2800 2800 2800 3100 3100 3100 3500 4000 4000 4000
• 能计算出磁性元件的多种性能参数，包括磁 心损耗、绕组损耗、磁通密度、直流阻抗、 交流阻抗、电感量、漏磁和温升等
• 考虑了各种复杂效应对设计的影响，如趋肤 效应、临近效应等
两种设计方法
• 用PExprt直接设计 • 用PExprt的建模模块（PEmag）设计
方法一 第一步：创建新的工程文件
工程名命名规则
磁性元件的计算机设计流程
2006.9
前言
• 磁性元件设计在开关电源中的重要性 • 磁性元件设计的难点 • 磁性元件的计算机设计方法
PExprt简介
• 提供了多家国际大厂的磁心、骨架、绝缘材 料和导线的标准库，方便用户设计使用
• 可以设计电感、多绕组变压器、耦合电感以 及反激元件等多种磁性元件
• 对设计参数进行优化，包括磁心尺寸、磁心 材料、绕组匝数、气隙长度、绕线规格、并 绕线股数
第七步：选择磁心形状
磁心结构包括 • POT • Toroidal • EE • EFD • ETD • UU • EI • EP • UI • RM
第八步：选择磁心尺寸
第九步：选择骨架（可选）
第十步：选择线型
可供选用的线型 • LISZ • ROUND • FOIL • SQUARE • PLANAR
9
11. 基于波形的反激拓扑变压器
10
12. 基于反激拓扑的变压器
11
12
第三步：选择“Waveform”栏
基于波形的电感
基于Buck拓扑的电感
基于波形的变压器
基于经典正激拓扑的变压器
基于波形的耦合电感
基于波形的反激拓扑变压器
基于反激拓扑的变压器
第四步：选择“Design Input” 栏
第十八步：将模型导入Simplorer
方法二 第一步：创建新的工程文件
第二步：选择“Cores”栏
第三步：选择“Bobbins”栏
第四步：选择“Windings”栏
第五步：选择“Wirs/Ins”栏
第六步：选择“Core Material” 栏
第七步：连接绕组及引脚
第八步：单击“Design Status” 栏
第十一步：选择磁心材料
磁性材料种类包括 • FERRITE • IRON POWDER
第十二步：开始设计过程
第十三步：观察设计结果
第十四步：观察性能结果
第十五步：观察构造结果
第十六步：查看报表
第十七步：生成模型
注意：在生成模型前，在菜单中选择File/Save将所有工程文件保存在指定文件夹里。
• 工程名长度不大于32个字符 • 由字母(A~Z)和数字(0~9)组成,最好以字母
打头 • 最好不要在工程名中使用current、initial、
empty、last、mesh、fileset、previous、 seeded、part等保留字 建议：项目名称+版本号 如SWH65 28S15 VOL1
0.014 0.016 0.023 0.027 0.029 0.032 0.035 0.035 0.035 0.035 0.038 0.04 0.045 0.049 0.050 0.051
3.133 3.703 2.034 2.332 0.9219 1.0159 0.5794 0.6278 0.4757 0.5123 0.3941 0.4298 0.2874 0.3103 0.2497 0.2684 0.2189 0.2344 0.1932 0.2069 0.1722 0.1834 0.1456 0.1561 0.0956 0.1015 0.0650 0.0690 0.05335 0.05638 0.0471 0.0499