1、第一章第一章电磁场仿真简介电磁场仿真简介.第二章第二章二维静态分析二维静态分析第第1节节.第第2节节.第第3节节.第第4节节.第第5节节.第三章第三章二维谐波和瞬态分析二维谐波和瞬态分析第第1节节.第第2节节.第四章第四章三维电磁场分析三维电磁场分析第第1节节.第第2节节.第第3节节.第第4节节.第第5节节.第五章第五章耦合场分析概况耦合场分析概况.1-42.1-12.2-12.3-12.4-12.5-13.1-13.2-14.1-14.2-14.3-14.4-14.5-15-11教程综述教程综述2ANSYS/EMAG能用于模拟工业电磁装能用于模拟工业电磁装置置电磁装置当然是电磁装置当然是3维
2、，但可简化维，但可简化 为为2维模维模型型。模拟可考虑为：模拟可考虑为：稳态稳态 交流（谐波）交流（谐波）时变瞬态时变瞬态 阶跃电压阶跃电压 PWM(脉宽调制）脉宽调制）（Pulse Width Modulation)任意任意3利用轴对称衔铁和平面定子设计利用轴对称衔铁和平面定子设计致动器的一个实例致动器的一个实例 衔铁旋转衔铁旋转 衔铁气隙可变化衔铁气隙可变化完整模型由完整模型由2个独立部件组成个独立部件组成 衔铁模块衔铁模块 定子模块定子模块执行执行:solen3d.avi看动画看动画4利用如下方式观察装置利用如下方式观察装置 2D与与3D 平面与轴对称平面与轴对称 利用轴对称平面简化模型
3、利用轴对称平面简化模型定义物理区域定义物理区域 空气，铁，永磁体等等空气，铁，永磁体等等 绞线圈，块导体绞线圈，块导体 短路，开路短路，开路为每个物理区定义材料为每个物理区定义材料 导磁率（常数或非线性）导磁率（常数或非线性）电阻率电阻率 矫顽磁力，剩余磁感应矫顽磁力，剩余磁感应衔铁衔铁线圈线圈锭子锭子实体模型实体模型5建实体模型建实体模型给模型赋予属性以模拟物理区给模型赋予属性以模拟物理区赋予边界条件赋予边界条件 线圈激励线圈激励 外部边界外部边界 开放边界开放边界实体模型划分网格实体模型划分网格加补充约束条件（如果有必要）加补充约束条件（如果有必要）周期性边界条件周期性边界条件 连接不同网
4、格连接不同网格有限元网格有限元网格6进行模拟进行模拟观察结果观察结果某指定时刻某指定时刻整个时间历程整个时间历程后处理后处理磁力线磁力线力力力矩力矩损耗损耗MMF（磁动势）磁动势）电感电感特定需要特定需要7模拟由模拟由3个区域组成个区域组成衔铁区衔铁区:导磁材料导磁材料 导磁率为常数（导磁率为常数（即线性材料）即线性材料）线圈区线圈区:线圈可视为均匀材料线圈可视为均匀材料.空气区空气区:自由空间自由空间(r=1).衔铁衔铁线圈线圈8性质性质柱体柱体:r =1000线圈线圈:r =1 匝数匝数:2000 (整个线圈整个线圈)空气空气:r =1激励激励线圈励磁为直流电流线圈励磁为直流电流:2 安安
5、培培单位单位(mm)衔铁衔铁Coil长度长度=35Y模型模型 轴对称轴对称材料号材料号 29建模建模 设置电磁学预选项（过滤器）设置电磁学预选项（过滤器）对各物理区定义单元类型对各物理区定义单元类型 定义材料性质定义材料性质 对每个物理区定义实体模型对每个物理区定义实体模型 铁芯铁芯 线圈线圈 空气空气 给各物理区赋材料属性给各物理区赋材料属性 加边界条件加边界条件10设置预选过滤掉其它应用的菜单设置预选过滤掉其它应用的菜单Main menupreferences选择选择OK11定义所有物理区的单元类型为定义所有物理区的单元类型为 PLANE53PreprocessorElement type
6、Add/Edit/Delete选择选择 Add选择磁矢量和选择磁矢量和8节点节点53号单元号单元选择选择 OK12模拟模型的轴对称形状模拟模型的轴对称形状选择选择Options（选项）选项）Element behavior（单元行为）单元行为）选择选择 Axisymmetric（轴对称）轴对称）选择选择OK13定义材料定义材料PreprocessorMaterial PropsIsotropic 定义空气为定义空气为1 1号材料号材料(MURX=1)选择选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）自动循环地定义下一个材料号）选择选择OK14定义衔铁为定义衔铁为2号材料号材料 选择选择OK
7、选择选择 Apply(自动循环地选择下一个材料号）自动循环地选择下一个材料号）15定义线圈为定义线圈为3号材料号材料(自由空间导磁率，自由空间导磁率，MURX=1)选择选择 OK 选择选择 OK (退出材料数据输入菜单）退出材料数据输入菜单）16建立衔铁面建立衔铁面PreprocessorCreateRectangleBy Dimensions 选择选择Apply (重复显示和输入重复显示和输入)建立线圈面建立线圈面17建立空气面建立空气面 选择选择 OK到了这步，建立了全部平到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起面，但它们还没有连接起来来.衔铁衔铁线圈线圈18用用Overlap迫使全部
8、平面连接在一起迫使全部平面连接在一起PreprocessorOperate OverlapAreas按按Pick All现在这些平面被连接了，因此当现在这些平面被连接了，因此当生成单元时，各区域将共享区域生成单元时，各区域将共享区域边界上节点边界上节点这种操作后，原先平面被删除，这种操作后，原先平面被删除，而新的平面被重新编号而新的平面被重新编号19这些平面要求与物理区和材料联系起来这些平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas用鼠标点取衔铁平面用鼠标点取衔铁平面选择选择OK(在选取框内）在选取框内）材料号窗口输入材料号窗
9、口输入2 选择选择 OK对于没有明确定义属性的对于没有明确定义属性的面，其属性缺省为面，其属性缺省为120这些平面要求与物理区和材料联系起来这些平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas选取线圈平面选取线圈平面（在选择对话框里）点取（在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入材料号窗口输入3 点点 OK21加通量平行边界条件加通量平行边界条件Preprocessorloadsapply-magnetic-boundary-flux-parl 选选On Lines并选取相应的线并选取相应的线选选 OK“所选取的线所选取的线”“
10、所选取的线所选取的线”注：未划分单元前，加注：未划分单元前，加上这种边界条件上这种边界条件22生成有限元网格生成有限元网格利用智能尺寸选项来控制网格大小利用智能尺寸选项来控制网格大小Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-smartsize-basic 选择选择OK23Preproc-Meshing-Mesh-Areas-Free在选取框内选择在选取框内选择ALL选择选择OK打开绘制单元的材料属性打开绘制单元的材料属性UtilityPlotCtrlsNumbering 选择选择 OK24力边界条件标志需要单元部件，即一组具有力边界条件标志需要单元部件，即一组具有“名称
11、名称”的单元的单元把衔铁定义为一个单元组件把衔铁定义为一个单元组件 选择衔铁平面选择衔铁平面Utilityselectentities用此选项在图形窗用此选项在图形窗口中选择平面口中选择平面再次选择用再次选择用APPLY 一旦衔铁已选好，选择一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）在选取框内）25选择与已选平面相对应的单元选择与已选平面相对应的单元 选择选择 OK 图示衔铁单元图示衔铁单元 Utilityplotelements衔铁单元衔铁单元用用“面面”26使单元与衔铁组件联系起来使单元与衔铁组件联系起来UtilitySelectComp/AssemblyCreate Component 选
12、择选择 OK27加力边界条件标志加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force 选择选择OK 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 Maxwells 应力张量应力张量 虚功虚功即使只有一种选项，也要鼠即使只有一种选项，也要鼠标选取标选取28以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数=.001)使整个模型激活使整个模型激活 UtilitySelectEverything缩放平面缩放平面-不用拷贝不用拷贝Prepr
13、ocoperatescaleareas 选择选择 OK29给线圈平面施加电流密度给线圈平面施加电流密度选择线圈平面选择线圈平面UtilitySelectEntity选择选择OK (实体选择框实体选择框)选择线圈平面选择线圈平面选择选择 OK (选取框内选取框内)30激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积.PreprocessorOperateCalc Geometric ItemsOf Areas选择选择OK要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREAUtilityParameterGet Sc
14、alar Data 选择选择 OK31下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入去掉面号（如果有的话）去掉面号（如果有的话）这相应于几何面积总和这相应于几何面积总和 选择选择 OK32把电流密度加到平面上把电流密度加到平面上PreprocessorLoadsApplyExcitationOn Areas(因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择Pick All）选择选择 OK33进行计算进行计算Solu-solve-electromagnetOpt&Solve 选择选择OK这些适用于用这些适用于用BH 数据来
15、进行的分析，本题将忽略数据来进行的分析，本题将忽略34生成磁力线圈生成磁力线圈Postprocplot results2D flux lines选择选择 OK使用缺省设置，选择使用缺省设置，选择OK,（在通常情在通常情况下，可这样做）况下，可这样做）单元边缘围绕的一个红色输廓表示该单元边缘围绕的一个红色输廓表示该区域为同类材料号区域为同类材料号35计算力计算力PostprocElec&Mag CalcComp.Force 选择选择 OK衔铁上力是在总体坐标衔铁上力是在总体坐标系下表示的，此力的方系下表示的，此力的方向为使气隙缩小向为使气隙缩小必须用鼠标选取必须用鼠标选取36显示总磁通密度值显示
16、总磁通密度值(BSUM)PostprocPlot ResultsNodal Solution 选择选择 OK37二维静磁学二维静磁学38模型边界条件有模型边界条件有:磁通量垂直磁通量垂直 磁通量平行磁通量平行 周期性对称周期性对称*偶对称偶对称 奇对称奇对称根据单元方程式施加边界条件根据单元方程式施加边界条件 矢量矢量(2D 或或3D)标量标量(3D)基于单元边基于单元边(3D)*在第在第2章来讨论章来讨论简单励磁的平面模型简单励磁的平面模型AAB铁芯铁芯空气空气39在在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法(MVP)此公式称为此公式称为MVP，磁
17、通量密度磁通量密度(B)等于矢量势等于矢量势(A)的旋度的旋度 B =Curl(A)对于二维情况，对于二维情况，A只有只有Z方向分量，在方向分量，在ANSYS中表示为中表示为“AZ”自由度自由度模型有二种边界条件描述模型有二种边界条件描述-Dirichlet条件（条件（AZ约束）约束）:磁通量平行于模型边界磁通量平行于模型边界 Neumann 条件（自然边界条件）条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型边界磁通量垂直于模型边界40沿沿A-A 通量平行边界条件需满足：通量平行边界条件需满足：模型中模型中A-A 的左边和右边是相同的左边和右边是相同的的 几何形状相同几何形状相同 材料属性相同材料属性
18、相同 左边和右边励磁相位差左边和右边励磁相位差180度（即度（即方向相反）方向相反）对称平面边界条件对称平面边界条件 沿沿A-A必须加约束必须加约束B（1/2）对称模型）对称模型Pole FaceAAPreproc.loadsapplyboundaryflux parllines41半对称模型与全模型比较：半对称模型与全模型比较：磁通量密度是相同的磁通量密度是相同的 线圈上线圈上Lorentz 力是相同的力是相同的 贮能为贮能为 1/2 极面上力为极面上力为 1/2 加载电流密度与全模型相同加载电流密度与全模型相同简单导磁体的半对称模型简单导磁体的半对称模型42沿沿B-B磁通量垂直边条件需满足
19、磁通量垂直边条件需满足 B-B线上下两边如下参数是相同的线上下两边如下参数是相同的 几何形状几何形状 材料性质材料性质 B-B线上下两边励磁相同线上下两边励磁相同对称面对称面(B-B)边界条件边界条件 2D磁矢量势磁矢量势(MVP)方式，无须处理方式，无须处理 加载电流与全模型相同加载电流与全模型相同Quarter symmetry model of the simple magnetizerB431/4模型与全模型比较模型与全模型比较 磁通密度分布相同磁通密度分布相同 贮能为贮能为1/4 所示线圈上的所示线圈上的Lorentz力力 1/2 作用在极面上力为作用在极面上力为1/2励磁体励磁体1
20、/4对称模型对称模型B44单元单元plane13 and plane53 用于模拟用于模拟2D磁场磁场 Plane13:4 节点四边形节点四边形 耦合场自由度：温度，结构，磁耦合场自由度：温度，结构，磁 电源为电源为Z方向方向 B 为线性变化为线性变化 适用于：适用于：Plane13 变压器变压器 汇流排汇流排 传感器传感器 线性或任意线性或任意 永磁系统永磁系统 螺线管磁体（致动器）螺线管磁体（致动器）直线或旋转电机直线或旋转电机 负载机械负载机械 机械力矩机械力矩45 plane53:8 节点，四边形节点，四边形 耦合场自由度耦合场自由度:磁磁 与电路单元耦合与电路单元耦合 电流为电流为
21、Z 方向方向 B 可为二次非线性变化可为二次非线性变化 通常情况下的推荐使用单元通常情况下的推荐使用单元 适用于精度要求较高的分析适用于精度要求较高的分析 场量分析场量分析 大型机械力矩大型机械力矩中节点中节点46定义定义Plane13的单元类型和单元选项的单元类型和单元选项Preprocelement type add/edit/delete选择选择ADD选择选择Plane13用单元类型号用单元类型号给平面赋属性给平面赋属性47一旦定义单元类型，要选择单元一旦定义单元类型，要选择单元 选项选项单元选项控制单元选项控制:2D直流模拟为直流模拟为AZ自由度自由度 2D 模拟型式模拟型式 轴对称轴
22、对称 平面平面点取单元选项点取单元选项48 选择选择 OK用于定义平面属性的参考号用于定义平面属性的参考号因为因为plane13 用于耦合场模拟，故该用于耦合场模拟，故该单元可以具有应力单元可以具有应力/应变结构选项应变结构选项49平面与轴对称比较平面与轴对称比较端部效应端部效应平面平面:不包括不包括轴对称轴对称:自动包括自动包括正向电流方向相反正向电流方向相反 线圈线圈两种情况都是施两种情况都是施加正向电流加正向电流铁板铁板磁流密度矢磁流密度矢量显示量显示轴对称轴对称:+Z 电流方向进平面电流方向进平面平面平面:+Z 电流方向出平面电流方向出平面50 磁力线描述磁力线描述 平面平面:AZ等值
23、线等值线 轴对称轴对称:r AZ 等值线等值线电枢电枢线圈线圈定子定子平面或平面或 轴轴对称对称?平面或平面或 轴轴对称对称?51 力、能量、电感的描述力、能量、电感的描述 平面平面:单位长度单位长度 轴对称轴对称:整个圆周上的值整个圆周上的值 力力:轴对称轴对称:无有效径向力（相互平衡）无有效径向力（相互平衡）单位弧度力不为零（曲度线圈）单位弧度力不为零（曲度线圈）52 定义定义Plane53的单元类型和选项的单元类型和选项Preproc.element typeadd/edit/delete 选择选择 Add 选择选择 8节点节点Plane53增加单元类型号以增加单元类型号以给平面赋属性给
24、平面赋属性53 定义单元类型后选择单元定义单元类型后选择单元选项选项 单元选项控制单元选项控制:绞线圈电压加载选项绞线圈电压加载选项*连接电路单元与有限连接电路单元与有限元区元区*模拟运动体的自由度模拟运动体的自由度*包括交流分析包括交流分析plane53单元模拟运动导体示图单元模拟运动导体示图54考虑速度效应时，要求增加输入信息考虑速度效应时，要求增加输入信息 在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是很方便的在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是很方便的Preprocreal constants.选择选择55平面属性要求实平面属性要求实常数设置号常数设置号速度单位速度单位:米米/秒
25、秒角速度单位角速度单位:弧度弧度/秒秒 选择选择 OK平面属性要求赋予平面属性要求赋予单元类型号数单元类型号数562-D静磁学静磁学57求解模型的单位制求解模型的单位制:SI力力(牛顿）牛顿）能量能量(焦耳焦耳）功率（瓦）功率（瓦）长度（米）长度（米）时间（秒）时间（秒）质量（公斤）质量（公斤）磁通密度磁通密度B（特斯拉）（特斯拉）磁场强度磁场强度H（安培（安培/米）米）电流（安培）电流（安培）电阻率电阻率（欧姆（欧姆-米）米）电压电压V（伏）（伏）电感电感L（亨）（亨）磁导率磁导率r(亨亨/米）米）电容（法拉）电容（法拉）58基本关系式基本关系式:B=H,其中其中 =r 0 可为单一值（线性
26、）可为单一值（线性）各相同性或正交各向异性各相同性或正交各向异性 Preprocmaterial propsisotropic平面属性要求赋予平面属性要求赋予材料质性号材料质性号r 相对磁导率相对磁导率59 可为非线性，以模拟饱和状态可为非线性，以模拟饱和状态 BH曲线数据能从曲线数据能从ANSYS55材料库中获得材料库中获得 缺省的缺省的BH材料库在材料库在ansys55 目录下的目录下的matlib子目录中子目录中:Preproc.material propsmaterial librarylibrary path 通过指定路径可在其它位置得到材料数据通过指定路径可在其它位置得到材料数据6
27、0 BH 数据可用如下方式输入数据可用如下方式输入Preprocmaterial propsmaterial libraryimport library 选择材料选择材料选择材料属性选择材料属性61BH 数据生成图形和列表显示数据生成图形和列表显示表示在列表示在列表显示中表显示中的数据点的数据点号号材料号材料号62 数据也可列成表格数据也可列成表格.这种表格也能人工制成这种表格也能人工制成Utilitylistpropertiesdata tables63数据点数据点(0,0)不要输入不要输入定义曲线弯曲处的数据点要密（见定义曲线弯曲处的数据点要密（见M54的数据点）的数据点）BH曲线要避免生
28、成曲线要避免生成S形形通常通常M钢定义钢定义BH数据到数据到8,000 A/m 数据需要外推数据需要外推 这些曲线的这些曲线的值通常需要附加大量的数据以使得值通常需要附加大量的数据以使得值由大逐渐变到最终值由大逐渐变到最终斜率斜率 最终斜率为空气值最终斜率为空气值(0)64应用实例应用实例:400系列不锈钢输入如下数据系列不锈钢输入如下数据 H(A/m)B(T)790.0.77 1575.1.10 2365.1.30 7875.1.50 15750.1.56 31500.1.63 47245.1.66 78740.1.70 65 首先定义数据表，然后把首先定义数据表，然后把BH数据输入数据表中
29、数据输入数据表中Preproc material propsdata tablesdefine/activate平面属性要求赋予材料号平面属性要求赋予材料号 选择选择OK66 利用编辑激活表格输入利用编辑激活表格输入BH数据数据 Preproc material propsdata tablesedit active 输入数据后，用鼠标点取输入数据后，用鼠标点取 FileApply/Quit 图示图示:Preprocmaterial propsdata tablesgraph 列表列表:Preprocmaterial propsdata tableslist67 实际求解需要用到实际求解需要用
30、到 d/dB2 为避免粗劣的为避免粗劣的v=Yu 条件曲线，条件曲线，-B2 应该是单调的。应该是单调的。Utilityplotdata tablesgraph NU vs.B*268把该曲线数据放置在库内把该曲线数据放置在库内，以备将来使用。，以备将来使用。Preproc.material propsmaterial libraryexport material选择文件名选择文件名选取生成的选取生成的BH 数据的材料属性数据的材料属性69 课题描述课题描述 轴对称轴对称 线圈为直流供电线圈为直流供电 衔铁居中但悬空在定子上方。衔铁居中但悬空在定子上方。分析顺序分析顺序 用用axis2d宏建模
31、宏建模 完成建模后，加边条件完成建模后，加边条件 求解求解 后处理后处理力力磁动势磁动势误差范数误差范数电流电流磁力线磁力线路径图示路径图示能量能量电感电感“气隙气隙”(mm)“衔铁衔铁”部件部件材料材料号号5(同衔铁同衔铁)70励磁励磁 直流施加到线圈直流施加到线圈:3 安培安培性质性质衔铁衔铁/定子定子:上述上述BH 曲线曲线线圈线圈:300 匝匝,26线径，线径，r=1空气空气:r =1 71对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流是算出来的对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流是算出来的.26线规直径线规直径(Dw)=0.404 mm (在在20摄氏度下摄氏度下)铜电阻率铜电阻率 ()=
32、17.14 E-9 -m（在在20摄氏度下摄氏度下）匝数匝数(N)=300线圈中径为线圈中径为8 mm(Rmid)均匀填充圆线圈的电阻为：均匀填充圆线圈的电阻为：R=16000 N Rmid/Dw2 R =4.03对于静态分析，对于静态分析，12 V 电压相应的电流为电压相应的电流为2.98安，本分析采用安，本分析采用3安。安。72参数化建模需要：参数化建模需要：参数参数GAP必须定义必须定义 在命令行输入在命令行输入 gap=.5 并回车并回车 点取点取OK选择分网密度选择分网密度Preprocsize cntrlbasic73axis2s宏生成模型宏生成模型衔铁单元部件衔铁单元部件ARMA
33、TURE线圈面积参数线圈面积参数ACOND线圈单元部件线圈单元部件 COIL 在在ANSYS命令窗口输入命令窗口输入axis2s并回车，以建立模型并回车，以建立模型74 材料号材料号 1为空气为空气 完善边界条件完善边界条件 通量平行边界条件通量平行边界条件Preprocloadsapplyboundary-flux par l-lines 选择模型边界上的所有线选择模型边界上的所有线 75如下方式定义材料号如下方式定义材料号 1（自由空间磁导率）（自由空间磁导率）Preprocmaterial propsisotropic 选择选择OK 选择选择OK76给线圈平面加载线圈电流给线圈平面加载线
34、圈电流 Preprocloadsapply excitation-current density-areas选择线圈平面选择线圈平面 选择选择 OK77给衔铁加力边界条件标志给衔铁加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force 选择选择 OK 用不同的方法计算力，故加载两种标志用不同的方法计算力，故加载两种标志 Maxwell 应力张量应力张量 虚功虚功 选择选择 ARMATURE78 选择所有几何和有限元实体选择所有几何和有限元实体 进行模拟进行模拟 Solutionelectromagneticopt&solve 选择选择 O
35、K（采用缺省设置进行求解）采用缺省设置进行求解）请确认请确认79 磁力线磁力线Postprocplot results2D flux lines 注意漏磁位置注意漏磁位置线圈区线圈区定子上角定子上角定子与衔铁交界位置定子与衔铁交界位置80计算力计算力Postprocelec&mag calccomp.force 轴对称模型只产生垂直方向力轴对称模型只产生垂直方向力 定义单元表项定义单元表项 FVW_Y 虚功虚功Y方向力方向力 FMX_Y Maxwell应力应力Y方向力方向力 环状模型力总和环状模型力总和 选择选择 OK81用与衔铁邻接的空气单元来计算衔铁力，并显示用与衔铁邻接的空气单元来计算衔
36、铁力，并显示首先选择空气单元首先选择空气单元1)首先选择空气单元首先选择空气单元-材料属性为材料属性为1 选择选择 Apply2)用用 Num/Pick从中选取邻从中选取邻近衔铁面空气单元近衔铁面空气单元用框选取用框选取82虚功方法计算垂直力并用等值图显示虚功方法计算垂直力并用等值图显示 Postprocplot resultselem table在气隙中选取在气隙中选取空气单元空气单元 选择选择OK83 用路径图示选项用路径图示选项(PATH)能获得沿衔铁面的力的分布图能获得沿衔铁面的力的分布图 必须定义路径必须定义路径 Postprocpath operationsdefine pathb
37、y nodes给一个任意的名字给一个任意的名字增加沿路径的数据采样点的数量增加沿路径的数据采样点的数量点取节点点取节点 184 路径定义信息如下路径定义信息如下 路径内的结果插值是在总体坐标系下（与柱坐标系或其它局部坐标路径内的结果插值是在总体坐标系下（与柱坐标系或其它局部坐标系相比）系相比）路径由直线组成路径由直线组成85 单元表项单元表项FVW_Y 中的力必须插值到路径上中的力必须插值到路径上 Postprocpath operationsmap onto path 任意名任意名 选择选择 ETAB.FVW-Y 选择选择OK86将将FVW_Y沿路径显示沿路径显示 Postprocpath
38、operations-plot path items-on geometry路径图示迭加在几何体上路径图示迭加在几何体上已定义已定义将路径显示图缩放到一将路径显示图缩放到一个较好的程度个较好的程度87节点节点88离路径节点节点离路径节点节点1的距离的距离 路径上的力路径上的力(F_Y)也能打印输出也能打印输出 Postprocpath operationslist path items 选择选择OK89线圈线圈Lorentz力（力（J x B）选择线圈区域并定义为一个部件。选择线圈区域并定义为一个部件。Utilityselectcomp/assemblyselect comp/assembly
39、 选择线圈选择线圈 为为Lorentz 力定义单元表力定义单元表Postproelement tabledefine table选择选择 90任意名任意名作用于整个圆环上的作用于整个圆环上的 X 方向的方向的Lorentz 力力 选择选择 OK 选择选择 Add91 线圈线圈X方向方向 Lorentz 力的等值图力的等值图 Postprocelement tableplot elem table 选择选择 OK92 作用在线圈单元上的总力作用在线圈单元上的总力Postproelement tablesum of each item 该操作作用于全部激活单元上该操作作用于全部激活单元上 相当于相
40、当于360圆周上圆周上的受力的受力 力单位为牛顿力单位为牛顿:N93根据节点磁场值差异估计误差，且作为单元表数据贮存根据节点磁场值差异估计误差，且作为单元表数据贮存Postpromag&elec calc error eval B_ERR 单位单位(T)H_ERR 单位单位(Amps/m)BN_ERR 和和HN_ERR 由最大值归一化由最大值归一化94 BN_ERR 能用磁力线图进行等值显示能用磁力线图进行等值显示 图示图示 BN_ERR单元表项单元表项 Postproelement tableplot elem table 选择选择 OK 激活激活NOERASE 选择选择 Utilitypl
41、ot cntrlserase options95 图示磁力线图示磁力线Postproplot results2D flux lines 选择选择OK96 线性和非线性材料的共能计算线性和非线性材料的共能计算 Postproelec&mag calccoenergy 选择选择OK97也能计算贮能也能计算贮能Postprocelec&mag calcenergy注：铁的共能大约是贮能的注：铁的共能大约是贮能的8倍，表示铁的饱和效应所致倍，表示铁的饱和效应所致98铁单元的磁导率能用等值图显示铁单元的磁导率能用等值图显示Postproelement table 选择选择ADD 选择选择 OK 这是绝对
42、磁导率这是绝对磁导率99为了获得相对磁导率，单元表应乘以为了获得相对磁导率，单元表应乘以MUZ系数系数将自由空间磁导率赋予参数将自由空间磁导率赋予参数:MUZ=12.57x10-7Postproelement tableadd items用已有名字用已有名字自由空间磁导率参数自由空间磁导率参数不需要第二个不需要第二个单元表项单元表项 选择选择OK100 用等值图显示相对磁导率用等值图显示相对磁导率MUR Postproelement tableplot elem table注意饱和区注意饱和区 选择选择t OK101 沿闭合线计算磁动势沿闭合线计算磁动势 MMF 确保整个模型都被激活确保整个模
43、型都被激活 必须定义围绕线圈的路径必须定义围绕线圈的路径 Postproelec&mag calcdefine pathby nodes选取如图所示的选取如图所示的7个节点，个节点，可从任一节点开始可从任一节点开始路径的最终节点应与起路径的最终节点应与起始节点是同一个始节点是同一个跨越空气隙时，气隙两边的跨越空气隙时，气隙两边的铁边界上各选取一个节点铁边界上各选取一个节点102 完成路径定义完成路径定义由于铁与空气的界由于铁与空气的界面处面处H值不连续，故值不连续，故应增加采样点的数应增加采样点的数目目 选择选择OK103绕闭合回线计算绕闭合回线计算MMF Postproelec&mag ca
44、lcMMF 选择选择 OK MMF正负号由右手定则决定，路径的反时针方向与线圈电流的方向相反（正负号由右手定则决定，路径的反时针方向与线圈电流的方向相反（对于轴对称模型，正电流方向为进行平面方向）对于轴对称模型，正电流方向为进行平面方向）104 为了确定铁芯饱和程度，沿定子的中间部分定义一个路径并计算为了确定铁芯饱和程度，沿定子的中间部分定义一个路径并计算MMF选取节点选取节点 1选取节点选取节点2MMF=-384 A-t105输入的总安匝数为输入的总安匝数为900，铁芯的中间部位有，铁芯的中间部位有384安匝，也就是空气隙中只安匝，也就是空气隙中只有有519安匝（忽略其余铁芯中的磁动势）安匝
45、（忽略其余铁芯中的磁动势）如果如果384安匝中的大部分都在空气隙中，磁力会有多大？对于本问题，电安匝中的大部分都在空气隙中，磁力会有多大？对于本问题，电磁力至少会增加磁力至少会增加2倍。倍。可用另一种方法显示这一点：将铁芯的磁导率设为可用另一种方法显示这一点：将铁芯的磁导率设为1000，进行线性求解，进行线性求解106检查边界条件的正确与否非常重要检查边界条件的正确与否非常重要模型边界磁力线的检查模型边界磁力线的检查 通量平行（用磁力线图检查）通量平行（用磁力线图检查）通量垂直（用磁力线图检查）通量垂直（用磁力线图检查）电流观察电流观察 选择线圈组件选择线圈组件 Postproelec&mag
46、 calccurrent 选择选择OK107对于线性系统对于线性系统:Postproelec&mag calcTerminal par 对于非线性系统一两种理论选项对于非线性系统一两种理论选项 割线定义割线定义 增量定义增量定义简易割线计算简易割线计算 利用共能利用共能(C)，L=2 Ci2，仿照电机计算仿照电机计算更精确的方法更精确的方法:LMATRIX 宏宏 Solumagneticinductance 见帮助文档中的说明和实例见帮助文档中的说明和实例108二维静磁学二维静磁学109线性永磁体线性永磁体 感应曲线为线性感应曲线为线性 可模拟大部分稀土磁体可模拟大部分稀土磁体 计算需要有计算
47、需要有“感应曲线感应曲线”要求两种材料性质要求两种材料性质 相对磁导率相对磁导率 r 各向同性各向同性 正交各向异性正交各向异性 矫顽磁力矫顽磁力 Hc 矢量值矢量值利用单元坐标系定义材料性质利用单元坐标系定义材料性质 缺省缺省:总体直角坐标系总体直角坐标系H(Amp/m)Hc固有曲线固有曲线感应曲线感应曲线第二象限曲线图第二象限曲线图稀土磁体典型曲线稀土磁体典型曲线110 r 和和Hc 可以是随温度变化可以是随温度变化 磁化方向磁化方向 平行平行/垂直于磁体中心线垂直于磁体中心线 相对于某中心点径向相对于某中心点径向/环环向向 材料库中不提供材料库中不提供r 和和 Hc的的缺省值。缺省值。现
48、代技术的进步使磁体现代技术的进步使磁体性能不断提高性能不断提高 年代年代111相对于直线感应曲线的磁体只要求相对于直线感应曲线的磁体只要求Hc和一个单值的磁导率和一个单值的磁导率对于永磁材料，为了改善精度，利用剩磁感应密度对于永磁材料，为了改善精度，利用剩磁感应密度(Br)和和Hc 来计算来计算磁导率磁导率r =Br/(0 Hc)为使用方便，自由空间磁导率参数为使用方便，自由空间磁导率参数MUZ可以在命令窗口输入可以在命令窗口输入MUZ=acos(-1)*IE-7缺省值时，角度的单位为弧度。用缺省值时，角度的单位为弧度。用SIN或或COS 函数来计算函数来计算Hc的分量的分量时，常用时，常用“
49、度度”单位。因此角度的单位要变换：单位。因此角度的单位要变换：Utilityparametersangular units选择选择 OK 在输入窗口中输入在输入窗口中输入HC*COS(60)来代替数值输入来代替数值输入112各向同性各向同性单元坐标系缺省为总体直角坐标单元坐标系缺省为总体直角坐标系系Preprocmaterial propsisotropic材料材料 2 磁化方向平行于总体坐标+X 方向Br=1T Hc=700,000 A/m 选择选择 OK 选择选择 OK113正交各向异性正交各向异性单元坐标系缺省为总体直角坐标系单元坐标系缺省为总体直角坐标系Preprocmaterial
50、propsorthotropic 材料 2 磁化方向为总体坐标磁化方向为总体坐标+X 方方向反时针旋转向反时针旋转60 度度Br=1 Hc=700,000 A/m 选择选择 OK 选择选择 OK114Hc值仍然为值仍然为700,000 A/mHc是在总体直角坐标下表示是在总体直角坐标下表示的的由于模型对称，由于模型对称，B的最大值不的最大值不变变 材料材料 2115问题描述问题描述 平面，园环磁体平面，园环磁体 磁体四极设置在磁体外圆圈磁体四极设置在磁体外圆圈上上 磁化方向为极向（柱坐标系磁化方向为极向（柱坐标系）分析目的分析目的 模拟磁化特性模拟磁化特性SNS磁极中心（象征性的）磁极中心（象
