ANSYS Maxwell 低频电磁场仿真

‍‍概述

无论是设计混合动力汽车，核磁共振成像产品，还是风力涡轮发电机（系统，子系统或者部件），产品品质主要取决于所选用的场求解技术和设计工具。电磁和机电设备设计工程师们正面临持续增长的竞争压力：产品要小型化、更可靠、更高效，成本要降低。实践证明：仿真能大幅降低原型机测试和生产成本；ANSYS Maxwell是工业界领先的电磁仿真软件，能满足机电产品工程师的仿真设计需求，提升高品质产品设计能力。

ANSYS  Maxwell包含二维和三维的瞬态磁场、交流电磁场、静磁场、静电场、直流传导场和瞬态电场求解器，能准确地计算力、转矩、电容、电感、电阻和阻抗等参数，并且能自动生成非线性等效电路和状态空间模型，用于进一步的控制电路和系统仿真，实现此部件在考虑了驱动电路、负载和系统参数后的综合性能分析。

‍‍特色功能

为构件高效和可靠的电磁及机电产品保驾护航

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。

给定形状模型自适应网格剖分结果

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。

Maxwell精确的场计算结合电路、系统和多物理域仿真产生杠杆效率

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。

左图：Maxwell参数化扫描作动器衔铁受力与位置点关系，实现高鲁棒性设计和性能分析  

右图：Maxwell涡流场求解器采用高阶矢量元算法精确计算电流值

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。

在风能应用领域，永磁发电机效率高，设计更灵活。运用Maxwell和ANSYS Fluent CFD软件开发出更高效的发电机产品

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。

与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。

RMxprt可自动一键生成轴向磁通电机的Maxwell仿真模型

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。

Maxwell能精确求解各种不同绕组策略电机的电磁性能

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。

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

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。

Maxwell仿真变压器终端的静电场分布

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。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系统级优化等功能。

Maxwell与ANSYS Fluent耦合分析感应电机的热性能

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。