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1 概述
ANSYS Maxwell是先進(jìn)的電磁場(chǎng)低頻仿真軟件，用于設(shè)計(jì)和分析電動(dòng)機(jī)、作動(dòng)器、傳感器、變壓器和其他電磁與機(jī)電設(shè)備。采用Maxwell，可以準(zhǔn)確地體現(xiàn)出機(jī)電部件的材料非線性、瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)及其對(duì)驅(qū)動(dòng)電路和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響。通過(guò)利用Maxwell的電磁場(chǎng)求解器并將其無(wú)縫鏈接到集成化的電路和系統(tǒng)模型中，可以在構(gòu)建硬件原型之前，就提前了解機(jī)電系統(tǒng)的性能。這種虛擬電磁實(shí)驗(yàn)室可以帶來(lái)重要的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，加快上市時(shí)間、降低成本并提高系統(tǒng)性能。
2 功能特點(diǎn)
低頻電磁場(chǎng)仿真
ANSYS Maxwell包含的求解器：
瞬態(tài)磁場(chǎng) — 非線性分析：
● 剛性運(yùn)動(dòng)—旋轉(zhuǎn)、平移、非柱形旋轉(zhuǎn)
● 外電路耦合
● 永磁體退磁分析
● 鐵芯損耗計(jì)算
● 三維疊壓建模
● 矢量磁滯建模
● 2D/3D的磁阻建模
渦流場(chǎng)（頻域場(chǎng)） — 計(jì)算集膚╱鄰近效應(yīng)、渦流╱位移電流：
● 靜磁場(chǎng) — 可自動(dòng)生成等效電路模型的非線性分析
● 電場(chǎng) — 瞬態(tài)電場(chǎng)、可自動(dòng)生成等效電路模型的靜電場(chǎng)╱電流分析
自適應(yīng)網(wǎng)格劃分
Maxwell的主要優(yōu)勢(shì)在于其自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，該技術(shù)只需指定幾何形狀，材料屬性和所需的輸出即可獲得準(zhǔn)確的解決方案。網(wǎng)格劃分過(guò)程使用了高度健壯的體積網(wǎng)格劃分技術(shù)，并包括多線程功能，該功能減少了所使用的內(nèi)存量并加快了求解時(shí)間。這項(xiàng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)消除了構(gòu)建和細(xì)化有限元網(wǎng)格的復(fù)雜性，并使數(shù)值分析對(duì)您組織的各個(gè)級(jí)別都切實(shí)可行。
系統(tǒng)和三維FEA建模
Maxwell納入ANSYS Simplorer Entry，一種模型規(guī)模受限的多域仿真軟件包，用于復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)、電力電子和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。Simplorer采用原理圖的方式，再現(xiàn)并耦合電、磁、機(jī)械、液壓、熱和其他多域模型，從而快速準(zhǔn)確地模擬電路和系統(tǒng)特性。
Simplorer提供多種建模技術(shù)，如電路、方框圖和狀態(tài)機(jī)。它還支持多種建模語(yǔ)言，包括 VHDL-AMS、SML（Simplorer標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言）、Modelica和C/C++。這些建模技術(shù)均可同時(shí)使用，滿足用戶創(chuàng)建模擬、數(shù)字和混合信號(hào)多域系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求。
ANSYS Maxwell可以生成嵌套在Simplorer中的高保真FEA模型，從而讓用戶能夠驗(yàn)證電磁部件的性能能否滿足整體系統(tǒng)的要求。SCADE Suite提供的嵌入式軟件也可以集成到Simplorer中，以便使用硬件在環(huán)或軟件在環(huán)仿真來(lái)驗(yàn)證數(shù)字控制系統(tǒng)。
磁性材料建模
矢量磁滯建模
ANSYS Maxwell采用矢量磁滯模型準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)軟硬磁性材料和永磁體的小磁環(huán)和損耗。該模型可用于各向同性和各向異性材料建模、疊壓和非疊壓方式，即當(dāng)磁性工作點(diǎn)歷史對(duì)設(shè)備性能具有顯著影響時(shí)該設(shè)備中的鐵磁材料的磁性特性。
考慮溫度特性的永磁體
ANSYS Maxwell的退磁分析功能使您能夠研究延伸到第三象限的永磁體退磁特性。外部磁場(chǎng)和加熱可以改變永磁體的磁性能，從而導(dǎo)致局部退磁。您可以結(jié)合這些影響，從而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)機(jī)器的性能。
磁芯損耗
Maxwell準(zhǔn)確計(jì)算磁性材料中的磁芯損耗。由于材料供應(yīng)商提供的材料參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行條件下的材料性能之間存在差距，所以很難預(yù)測(cè)疊壓模型和電機(jī)中電磁特性的劣化。Maxwell采用了可預(yù)測(cè)的、可靠的且易于使用的獨(dú)特算法，可以考慮磁芯損耗對(duì)輸出的影響。
磁致伸縮
基于ANSYS Maxwell和ANSYS Mechanical求解器之間的順序耦合，設(shè)計(jì)人員可對(duì)磁致伸縮材料（磁性與機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變密切相關(guān)）材料進(jìn)行建模。磁致伸縮特性在鐵芯中摩擦發(fā)熱，從而引起能量損失。在交流電流下，變壓器鐵心中的磁場(chǎng)交替變化，從而導(dǎo)致變壓器中發(fā)出低沉的蜂鳴聲。同樣，對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，作用在定子齒上的電磁力和磁致伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力都是形成噪音的主要原因。
用于仿真的GRANTA材料數(shù)據(jù)
ANSYS Electronics Desktop中用于仿真的ANSYS GRANTA用于模擬的材料數(shù)據(jù)集使您可以輕松獲得大量材料信息。您可以輕松訪問(wèn)700多種新的通用材料和500多種特定于生產(chǎn)商的材料的庫(kù)，以支持電氣和電子設(shè)備的建模。數(shù)據(jù)集包含與溫度相關(guān)的機(jī)械和熱性能以及電磁材料性能。所有材料數(shù)據(jù)均已準(zhǔn)備好進(jìn)行仿真，從而節(jié)省了在設(shè)計(jì)中使用數(shù)據(jù)之前查找，輸入數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為合適格式的工作。覆蓋范圍包括黑色金屬和有色金屬，工程塑料，各種類型的陶瓷，混凝土，玻璃，木材，復(fù)合材料，液體，氣體，焊料和PCB層壓板。這個(gè)龐大的材料數(shù)據(jù)庫(kù)可幫助您在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)做出明智的選擇。
在“模擬的核心材料數(shù)據(jù)”數(shù)據(jù)集中，每個(gè)記錄都描述了代表較廣泛材料等級(jí)的通用材料類型。這樣可以輕松比較所有材料選項(xiàng)的屬性，并在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期階段就支持分析。在ANSYS Maxwell中，您將受益于另外500多個(gè)記錄集，這些記錄提供了與機(jī)電仿真相關(guān)的生產(chǎn)商特定等級(jí)的磁性材料的BH曲線和鐵損數(shù)據(jù)，從而可以進(jìn)行更準(zhǔn)確地分析。利用由ANSYS Granta整理得準(zhǔn)確而可靠的數(shù)據(jù)，材料信息可以提高設(shè)備性能，準(zhǔn)確性和可靠性，并避免產(chǎn)品發(fā)布的延誤。
