ANSYS Maxwell 能力

低频电磁场仿真

ANSYS Maxwell 是一款顶尖的低频电磁场仿真解决方案,使用高度精确的有限元方法来解算静态、频域和时变电磁场和电场。Maxwell 为您的电磁和机电设备提供了完整的设计流程,纳入各种类型的解决方案。

ANSYS Maxwell 附带的求解器:

  • 磁性瞬态 — 非线性分析:
    • 刚体运动—旋转、平移、非柱形旋转
    • 外部电路耦合
    • 永磁退磁分析
    • 磁芯损耗计算
    • 包括依赖二维和三维制造工艺的层叠建模
    • 依赖永久磁铁退磁的不可逆温度
    • 磁性矢量滞后
    • 二维╱三维的磁阻建模
  • 交流电磁 — 分析受趋肤╱邻近效应、涡流╱位移电流影响的设备
  • 静磁 —生成自动等效电路模型的非线性分析
  • 电场 — 生成自动等效电路模型的瞬态、静电╱电流分析
电磁场仿真

自适应网格生成

Maxwell 的一个关键优点是其自适应网格划分技术,您只需指定几何形状、材料属性和期望的输出,即可获得准确的解决方案。网格生成过程使用高度稳健的体积网格生成技术,并且包括多线程功能,减少了内存使用量,并缩短求解时间。这种成熟的技术消除了构建和精细化有限元网格的复杂性,并使高级数值分析适用于贵组织的所有级别。

自适应网格划分

高性能计算

将 ANSYS 电子 HPC 许可证加入 Maxwell,开创了一个更大、更快且更精确的仿真世界。ANSYS 远远不止是简单的硬件加速,还提供开创性的数值求解器和 HPC 方法。这些方法针对单个多核机器进行了优化,并且可以扩展,以便充分利用整个集群的优势。

时间分解方法
时间分解方法为电动机、平面磁性元件和电力变压器所需的全瞬态电磁场仿真提供计算能力和速度。这项专利待审技术使您能够同时而不必依次解决所有时间步长,同时在多核、联网计算机和计算集群上分布时间步。结果带来模拟能力和速度的显著提高。

多线程
利用单台计算机上的多核,缩短解算时间。多线程技术加快了初始网格生成、直接和迭代矩阵求解,以及场复原。

光谱分解方法
大多数电磁仿真都要求提供 RLC 参数、扭矩和损耗等结果。光谱分解在并行计算核心中分配多频率的解,从而加速频率扫描。您可以将这一方法与多线程结合使用。多线程加速提高每个单独频率点的提取,而光谱分解并行执行许多频率点。

使用时间分解方法的感应机分析的高速仿真性能
使用时间分解方法的感应机分析的高速仿真性能

多域系统建模

Simplorer 是一个强大的平台,可为系统级别数字原型建模并进行仿真和分析,集成了 ANSYS Maxwell、ANSYS HFSS、ANSYS SIwave 和 ANSYS Q3D Extractor。Simplorer 支持您验证和优化软件控制型多域系统的性能。Simplorer 具有灵活的建模功能,并与 ANSYS 3D 物理仿真紧密集成,广泛支持装配和仿真系统级物理模型,帮助您进行概念设计、详细分析和系统验证。Simplorer 适用于电力驱动系统设计、发电、电力转换、蓄电和配电应用以及 EMI/EMC 研究和通用多域系统优化与验证。

多域系统

功能:

  • 电路仿真
  • 框图仿真
  • 状态机仿真
  • VHDL-AMS 仿真
  • 集成化图形建模环境
  • 电源电子设备和模块表征
  • 与 MathWorks Simulink 协同仿真

模型库:

  • 模拟和电源电子产品组件
  • 控制模块和传感器
  • 机械组件
  • 液压组件
  • 数字和逻辑模块

应用特定库:

  • 航天电子网络
  • 电动车辆
  • 电力系统
  • 特色制造商组件
  • 降阶建模

 


多物理场

Maxwell 的电磁场求解器通过 ANSYS Workbench 连接到完整的 ANSYS 工程组合。通过将电磁场解与其他求解器耦合,您可以检查耦合物理现象,实现最高保真解决方案,从而消除可靠性问题,并设计安全有效的产品。ANSYS 平台管理物理解决方案之间的数据传输,并处理求解器交互,因此您可以轻松地设置和分析复杂的耦合物理行为,例如:

  • 电磁结构,带有变形网格反馈
  • 电磁结构,带有磁性能的应力和应变反馈
  • 电磁-流体
  • 电磁-结构-流体
  • 电磁-结构动力学-声学

噪音、振动和粗糙度

ANSYS Maxwell 配备新功能,可实现对电机和变压器的噪声、振动和粗糙度 (NVH) 分析。NVH 是一个重要的分析,混合动力/电动汽车、电器、商用变压器以及其他应用(静音运行作为重要设计参数的应用)中的马达制造商都需要进行该分析。双向瞬态磁致伸缩耦合能够将磁致伸缩力添加到磁力中,并耦合到机械设计中,以预测噪音。

阅读应用简介 — 电机噪音和振动



电动机散热系统设计:路径、静态压力和温度分布
电动机散热系统设计:带有功率损耗输入(基于 Maxwell 解决方案)的路径、静态压力和温度分布(基于 CFD 解决方案)



专业设计接口

Maxwell 为电机和功率转换器提供了两个专门的设计接口。

RMxprt ——旋转电机
RMxprt 计算机器性能、进行初始尺寸决策,并在几秒钟内执行数百个“假设”分析。除了提供经典的马达性能计算外,RMxprt 还自动生成几何形状、运动和机械设置、材料属性、磁芯损耗、绕组和源设置,以便在 Maxwell 中进行详细的有限元分析。此外,RMxprt 自动生成几何形状、相应的材料属性分配、边界和励磁条件,以便在 ANSYS Icepak 中使用 CFD 进行详细的电子冷却仿真。

PExprt ——电子变压器和电感器
PExprt 基于模板的变压器和电感器接口可以根据电压波形或转换器输入,自动创建设计。自动设计过程考虑了磁芯形状、尺寸、材料、间隙、线材类型和量规的所有组合,以及缠绕策略,旨在优化磁性设计。PExprt 创建了Maxwell 模型,以便基于有限元分析评估磁性能。这使您能够评估磁芯中的磁通密度和绕组中的电流密度分布等量值。

基于模板的解决方案,自动生成 Maxwell 模型,用于电机设计分析
基于模板的解决方案,自动生成 Maxwell 模型,用于电机设计分析
基于模板的解决方案,创建 Maxwell 模型,用于电子变压器和平面磁性配置
基于模板的解决方案,创建 Maxwell 模型,用于电子变压器和平面磁性配置

优化和参数建模

参数化和优化是仿真驱动的产品研发的关键驱动因素。参数分析让您透彻理解基于设计变量的设计空间,以便做出更好的工程决策。优化算法让软件能够自动找到更好的设计。Maxwell 提供的参数化和优化功能包括:

参数分析

  • 用户指定的参数范围和步数
  • 自动分析参数排列
  • 跨多个硬件平台的自动作业管理,以及参数表和研究的数据重组

优化

  • 用户可选择的成本函数和目标任务,包括:
    • 拟牛顿法
    • 顺序非线性规划 (SNLP)
    • 整数序列顺序非线性规划

灵敏度分析

  • 旨在确定对以下方面的灵敏度设计变化研究:
    • 制造公差
    • 材料属性

调整

  • 实时调整显示和结果的用户可控滑杆

统计分析

  • 设计性能分布与参数值
电机帕累托前端分析
电机帕累托前端分析

高级电磁材料建模

能否准确预测电机的性能通常取决于其部件的工作温度和负载历史。采用 Maxwell 的高级材料建模功能,可以准确地计算这些影响。

矢量滞后
ANSYS Maxwell 采用矢量滞后模型准确地预测软硬磁性材料和永久磁铁的微小环路和损耗。该模型可说明各向同性和各向异性材料、层压和非层压结构,以及当磁性工作点记录对该设备的性能具有显著影响时,铁磁材料的磁性行为。

考虑温度特性的永久磁铁
ANSYS Maxwell 的退磁分析功能使您能够研究延伸到第三象限的永久磁铁退磁特性。外部磁场和加热可以改变永久磁铁的磁性能,从而导致局部退磁。您可以结合这些影响,从而准确地确定机器的性能。

磁芯损耗
Maxwell 精确计算磁性材料中的磁芯损耗。由于材料供应商提供的原材料数据与实际操作条件下的实际材料性能之间存在差距,所以很难预测层压元件和马达组件中的电磁降解。Maxwell 基于可预测、可靠且易于使用的独特算法,考虑了磁芯损耗效应的反馈。

磁致伸缩
基于 ANSYS Maxwell 和 ANSYS Mechanical 求解器之间的顺序负载传递耦合,设计人员可对磁性与机械应力和应变密切相关的材料进行建模。这些影响在铁磁芯中导致摩擦起热,从而引起能量损失。该效应还导致变压器中发出低沉的蜂鸣声,这是由产生改变磁场的振荡交流电流引起。同样对于旋转电机,阻力和作用在定子齿上的磁致伸缩产生的应力都是产生噪音的主要原因。

采用磁性矢量滞后模型的磁滞马达上的磁场分布
采用磁性矢量滞后模型的磁滞马达上的磁场分布
损耗密度分布和静态温度分布等值线 关于 IPM 马达设计的 PM 退磁研究
关于 IPM 马达设计的 PM 退磁研究,图解说明在考虑了磁场和热负载效应引起的局部退磁之后,对于不同性能水平(扭矩曲线)的预测
电力变压器叠片磁芯损耗分布
电力变压器叠片磁芯损耗分布和电磁条件导致的定子机座形变,具有相应的频率响应可供进行声学分析
电磁条件导致的定子机座形变,具有相应的频率响应可供进行声学分析