ANSYS Maxwell 低频电磁场仿真技术

2017-03-27  by:CAE仿真在线  来源:互联网

ANSYS Maxwell是用于电机、作动器、电感、变压器、磁性传感器等各种机电产品开发的电磁场分析工具。求解对象的电磁场分布可以直观的显示出来,具有自动计算电磁力、力矩、电感、电容等设计参数的功能。仿真结果可以方便地与实验结果进行对比。ANSYS Maxwell具有直观易用的GUI、自动自适应网格剖分求解器,确保稳定、高精度的求解,初学者也能与软件使用专家一样用简单的操作得到精确的分析结果功能特色:

自动自适应网格剖分

用户仅需指定求解模型的几何尺寸、材料属性和期望的输出结果,即可采用Maxwell验证的自动自适应网格剖分技术跳过繁琐的有限元(FEA)网格设置和改善优化环节,让用户机构各层次的高级数值分析均变得切实可行。Maxwell采用高性能体网格剖分技术和多线程运行功能,减小内存使用量,并加快仿真速度。


动态链接到ANSYS Simplorer

Maxwell关键技术之一是高保真度降阶模型,用于ANSYS Simplorer多域系统仿真软件中。使用此功能强大的、基于电磁学动态链接的设计流程,用户可以联合复杂的电路和精确的电磁部件模型,设计出高性能电动机械、机电系统和电力电子系统。


瞬态运动

Maxwell瞬态磁场求解器精确考虑了刚体部件运动、复杂的耦合电路和感应涡流计算等问题,使用了业界最先进的算法和体网格剖分技术,这些功能可高效精确地计算各种时域仿真,例如:电机产品仿真。
借助于Maxwell瞬态磁场求解器与Simplorer耦合和协同仿真技术,用户可直接检测机电系统(包括:驱动电路、控制环和模数混合信号拓扑结构等)中电磁部件间细微的相互作用,以及电磁部件对整个系统的性能影响。

永磁体温度依存性

施加外部磁场,或者对永磁体加热,都能改变硬磁材料的磁性质,从而导致永磁体发生退磁。Maxwell的退磁分析功能可帮助用户研究分析永磁体电退磁和热退磁效果,精确评估电设备的性能。


大型工程设计求解速度更快

Maxwell具有64位用户界面和求解器,能够仿真大规模工程问题,而不需要降低求解精度或修改几何模型细节。Maxwell将多处理器技术集成到求解过程的每个阶段中,且革新后的求解器可显著加快求解速度,从而提升用户的能力。

ANSYS Maxwell 低频电磁场仿真技术Maxwell技术图片1

应用价值:

Maxwell和ANSYS RMxprt组合,创建最佳电机设计流程

针对电动机和发电机设计,借助于基于电机模板的设计工具ANSYS RM xprt,可大大改进Maxwell的设计流程并增加其设计能力。此组合软件包构成定制化电机设计流程,满足更高效、更低成本电机的市场需求。RM xprt运用经典的解析电机理论和等效磁路法计算电机性能,确定电机原始尺寸,并且在数秒内完成数以万计的可能方案。RMxprt能够一键输出Maxwell二维和三维有限元分析模型,自动设置几何尺寸、材料、激励和边界条件等,进行精确的电磁场瞬态分析。
•性能指标

RM xprt求解算法和技术能快速计算关键的性能数据,如:机械性能曲线(速度转矩曲线)、DQ轴相关参数、功率损耗、气隙磁通、功率因数和效率等。
•强大的脚本功能

RM xprt可通过脚本语言与第三方应用程序进行集成,例如VB script、IronPython、Tcl/TK、JavaScript、Perl、Excel和MATLAB。这有利于用户开发个性化的设计流程,也便于利用内部已有的应用程序和历史数据。
•自动设计

RM xprt便利的自动设计功能可从给定设计参数中自动引导用户的设计过程,如:确定槽型尺寸、线圈匝数和线径、启动电容(单向感应电机)和绕组排列等。
•电磁场分析前处理

RM xprt能自动创建一个完整的Maxwell 2D/3D设计,包括:自动创建几何模型、运动和机械参数设置,材料属性、铁耗、绕组和激励源设置(包括驱动电路)等,然后直接运用Maxwell电磁场有限元求解技术,精确分析电机的瞬态电磁性能。
•高保真系统仿真模型

RM xprt能自动创建考虑电机物理尺寸、绕组特性和非线性材料特性的高保证非线性等效电路模型。用户可利用RMxprt自动生成的等效电路模型,在ANSYS Simplorer机电系统设计平台上,分析电机的各种控制算法和电路拓扑结构、负载效应、瞬态电气特性等,以及电机与传动系统和其他多物理域元件的相互影响等。

RM xprt可直接输出各种重要的设计参数和计算结果,用户可快捷地通过易用的后处理器获取各种数据和性能曲线。RM xprt设计表单列出了所有输入参数和计算结果,并图形化显示电流、电压、转矩、反电势波形以及详细的绕组排布。此外,RM xprt也可以输出用户自定义的设计表单,将各种计算结果直接输出到用户定义格式后的EXCEL模板中。

Maxwell与业界领先的ANSYS仿真工具耦合,集成高性能计算,快速实现鲁棒性设计。


ANSYS Maxwell和相关电磁设计工具是ANSYS公司从深度和广度上为客户提供的尖端解决方案中的一部分,其大量先进的电磁分析功能和集成化的多物理场耦合分析功能,为客户运用仿真结果反映真实产品的性能提供保证。ANSYS全方位的解决方案,满足几乎所有工程仿真领域的技术需求,而分布在世界各地的数万家机构都信赖ANSYS能够帮助客户实现产品承诺。
•多物理场耦合

Maxwell已集成到ANSYS先进的仿真平台Workbench中。Workbench独特的项目图形化界面把整个仿真过程紧密结合在一起,引导用户通过简单的鼠标拖 —放操作来完成复杂的多物理场耦合分析。在Workbench仿真平台上,包括Maxwell在内的ANSYS产品组合可共享几何形状、几何参数、材料属性等,用于解决电磁 – 热 – 形变等耦合分析问题。例如,在结构力学耦合中,双向应力链接时,ANSYS Mechanical会更新Maxwell中形变后的网格;同样,为了精确探究机电设备的冷却问题,用户可以耦合Maxwell与ANSYS的CFD软件。
•鲁棒性设计

ANSYS Optimetrics将参数化、优化算法、灵敏度分析和统计分析嵌入到Maxwell仿真中,用户可以通过将模型的几何尺寸、材料常数等参数设成变量,通过在Optimetrics中进行参数化扫描分析,研究几何形状与材料变化对产品性能的影响,从而优选最佳设计方案,在参数化分析的基础上,用户可以利用软件自带的优化程序,进一步优化设计方案。此外,Optimetrics还可以帮助用户在大设计空间范围内了解设备的特点,还可以控制最小制造公差灵敏度,以达到最佳设计性能。当与ANSYS DesignXplorer耦合时,Optimetrics可提供试验设计、表面反应技术、六西格玛和多物理域场系统级优化等功能。
•高性能计算

Maxwell充分利用当今的高性能计算机,结合MP(多处理器)和DSO(分布计算选项),快速求解大规模设计问题。MP并行计算功能用于同一台计算机,内存共享的多核或者多处理器并行计算。DSO将参数化分析方案分布到多台计算机上同时计算,从而缩短总体仿真时间。


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