ANSYS Maxwell 是業(yè)界領(lǐng)先的電磁場模擬軟件，用于設(shè)計和分析電動機(jī)、驅(qū)動器、傳感器、變壓器和其他電磁和機(jī)電設(shè)備。采用 Maxwell，您可以精確地表征機(jī)電組件的非線性、瞬態(tài)運(yùn)動及其對驅(qū)動電路和控制系統(tǒng)設(shè)計的影響。通過利用 Maxwell 先進(jìn)的電磁場解算器并將其無縫連接到集成電路和系統(tǒng)模擬技術(shù)，您可以在構(gòu)建硬件原型之前，就早早地了解機(jī)電系統(tǒng)的性能。這種虛擬電磁實(shí)驗(yàn)室?guī)碇匾母偁巸?yōu)勢，加快上市時間、降低成本并提高系統(tǒng)性能。
Maxwell 包括以下解算器：
具有剛體運(yùn)動的磁性瞬態(tài)
交流電磁
靜磁
靜電
直流導(dǎo)通
電瞬態(tài)
用于電機(jī)和變壓器的專業(yè)設(shè)計界面
ANSYS Simplorer Entry（電路和系統(tǒng)模擬）
電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，其設(shè)計和仿真并不容易，仍然需要大量的手工操作。于是，ANSYS中國技術(shù)團(tuán)隊(duì)在新版本功能改進(jìn)的基礎(chǔ)上，針對客戶常用的一些功能，開發(fā)了一些便捷易用的通用腳本程序，增強(qiáng)軟件的易用性，減少建模和后處理的手工操作，減輕用戶工程師的負(fù)擔(dān)，為您的電機(jī)設(shè)計工具裝上加速器，大大提高電機(jī)設(shè)計和仿真的效率。
ANSYS Maxwell 能力
低頻電磁場仿真
ANSYS Maxwell 是一款頂尖的低頻電磁場仿真解決方案，使用高度精確的有限元方法來解算靜態(tài)、頻域和時變電磁場和電場。Maxwell 為您的電磁和機(jī)電設(shè)備提供了完整的設(shè)計流程，納入各種類型的解決方案。
ANSYS Maxwell 附帶的求解器：
· 磁性瞬態(tài) — 非線性分析：
o 剛體運(yùn)動—旋轉(zhuǎn)、平移、非柱形旋轉(zhuǎn)
o 外部電路耦合
o 永磁退磁分析
o 磁芯損耗計算
o 包括依賴二維和三維制造工藝的層疊建模
o 依賴永久磁鐵退磁的不可逆溫度
o 磁性矢量滯后
o 二維╱三維的磁阻建模
· 交流電磁 — 分析受趨膚╱鄰近效應(yīng)、渦流╱位移電流影響的設(shè)備
· 靜磁 —生成自動等效電路模型的非線性分析
· 電場 — 生成自動等效電路模型的瞬態(tài)、靜電╱電流分析
自適應(yīng)網(wǎng)格生成
Maxwell 的一個關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是其自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，您只需指定幾何形狀、材料屬性和期望的輸出，即可獲得準(zhǔn)確的解決方案。網(wǎng)格生成過程使用高度穩(wěn)健的體積網(wǎng)格生成技術(shù)，并且包括多線程功能，減少了內(nèi)存使用量，并縮短求解時間。這種成熟的技術(shù)消除了構(gòu)建和精細(xì)化有限元網(wǎng)格的復(fù)雜性，并使高級數(shù)值分析適用于貴組織的所有級別。
高性能計算
將 ANSYS 電子 HPC 許可證加入 Maxwell，開創(chuàng)了一個更大、更快且更精確的仿真世界。ANSYS 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是簡單的硬件加速，還提供開創(chuàng)性的數(shù)值求解器和 HPC 方法。這些方法針對單個多核機(jī)器進(jìn)行了優(yōu)化，并且可以擴(kuò)展，以便充分利用整個集群的優(yōu)勢。
時間分解方法
時間分解方法為電動機(jī)、平面磁性元件和電力變壓器所需的全瞬態(tài)電磁場仿真提供計算能力和速度。這項(xiàng)專利待審技術(shù)使您能夠同時而不必依次解決所有時間步長，同時在多核、聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)和計算集群上分布時間步。結(jié)果帶來模擬能力和速度的顯著提高。
多線程
利用單臺計算機(jī)上的多核，縮短解算時間。多線程技術(shù)加快了初始網(wǎng)格生成、直接和迭代矩陣求解，以及場復(fù)原。
光譜分解方法
大多數(shù)電磁仿真都要求提供 RLC 參數(shù)、扭矩和損耗等結(jié)果。光譜分解在并行計算核心中分配多頻率的解，從而加速頻率掃描。您可以將這一方法與多線程結(jié)合使用。多線程加速提高每個單獨(dú)頻率點(diǎn)的提取，而光譜分解并行執(zhí)行許多頻率點(diǎn)。
多域系統(tǒng)建模
Simplorer 是一個強(qiáng)大的平臺，可為系統(tǒng)級別數(shù)字原型建模并進(jìn)行仿真和分析，集成了 ANSYS Maxwell、ANSYS HFSS、ANSYS SIwave 和 ANSYS Q3D Extractor。Simplorer 支持您驗(yàn)證和優(yōu)化軟件控制型多域系統(tǒng)的性能。Simplorer 具有靈活的建模功能，并與 ANSYS 3D 物理仿真緊密集成，廣泛支持裝配和仿真系統(tǒng)級物理模型，幫助您進(jìn)行概念設(shè)計、詳細(xì)分析和系統(tǒng)驗(yàn)證。Simplorer 適用于電力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計、發(fā)電、電力轉(zhuǎn)換、蓄電和配電應(yīng)用以及 EMI/EMC 研究和通用多域系統(tǒng)優(yōu)化與驗(yàn)證。
功能：
· 電路仿真
· 框圖仿真
· 狀態(tài)機(jī)仿真
· VHDL-AMS 仿真
· 集成化圖形建模環(huán)境
· 電源電子設(shè)備和模塊表征
· 與 MathWorks Simulink 協(xié)同仿真
模型庫：
· 模擬和電源電子產(chǎn)品組件
· 控制模塊和傳感器
· 機(jī)械組件
· 液壓組件
· 數(shù)字和邏輯模塊
應(yīng)用特定庫：
· 航天電子網(wǎng)絡(luò)
· 電動車輛
· 電力系統(tǒng)
· 特色制造商組件
· 降階建模
多物理場
Maxwell 的電磁場求解器通過 ANSYS Workbench 連接到完整的 ANSYS 工程組合。通過將電磁場解與其他求解器耦合，您可以檢查耦合物理現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)最高保真解決方案，從而消除可靠性問題，并設(shè)計安全有效的產(chǎn)品。ANSYS 平臺管理物理解決方案之間的數(shù)據(jù)傳輸，并處理求解器交互，因此您可以輕松地設(shè)置和分析復(fù)雜的耦合物理行為，例如：
· 電磁結(jié)構(gòu)，帶有變形網(wǎng)格反饋
· 電磁結(jié)構(gòu)，帶有磁性能的應(yīng)力和應(yīng)變反饋
· 電磁-流體
· 電磁-結(jié)構(gòu)-流體
· 電磁-結(jié)構(gòu)動力學(xué)-聲學(xué)
噪音、振動和粗糙度
ANSYS Maxwell 配備新功能，可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)和變壓器的噪聲、振動和粗糙度 (NVH) 分析。NVH 是一個重要的分析，混合動力/電動汽車、電器、商用變壓器以及其他應(yīng)用（靜音運(yùn)行作為重要設(shè)計參數(shù)的應(yīng)用）中的馬達(dá)制造商都需要進(jìn)行該分析。雙向瞬態(tài)磁致伸縮耦合能夠?qū)⒋胖律炜s力添加到磁力中，并耦合到機(jī)械設(shè)計中，以預(yù)測噪音。
閱讀應(yīng)用簡介 — 電機(jī)噪音和振動
Maxwell 為電機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器提供了兩個專門的設(shè)計接口。
RMxprt ——旋轉(zhuǎn)電機(jī)
RMxprt 計算機(jī)器性能、進(jìn)行初始尺寸決策，并在幾秒鐘內(nèi)執(zhí)行數(shù)百個“假設(shè)”分析。除了提供經(jīng)典的馬達(dá)性能計算外，RMxprt 還自動生成幾何形狀、運(yùn)動和機(jī)械設(shè)置、材料屬性、磁芯損耗、繞組和源設(shè)置，以便在 Maxwell 中進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析。此外，RMxprt 自動生成幾何形狀、相應(yīng)的材料屬性分配、邊界和勵磁條件，以便在 ANSYS Icepak 中使用 CFD 進(jìn)行詳細(xì)的電子冷卻仿真。
PExprt ——電子變壓器和電感器
PExprt 基于模板的變壓器和電感器接口可以根據(jù)電壓波形或轉(zhuǎn)換器輸入，自動創(chuàng)建設(shè)計。自動設(shè)計過程考慮了磁芯形狀、尺寸、材料、間隙、線材類型和量規(guī)的所有組合，以及纏繞策略，旨在優(yōu)化磁性設(shè)計。PExprt 創(chuàng)建了Maxwell 模型，以便基于有限元分析評估磁性能。這使您能夠評估磁芯中的磁通密度和繞組中的電流密度分布等量值。
參數(shù)化和優(yōu)化是仿真驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)鍵驅(qū)動因素。參數(shù)分析讓您透徹理解基于設(shè)計變量的設(shè)計空間，以便做出更好的工程決策。優(yōu)化算法讓軟件能夠自動找到更好的設(shè)計。Maxwell 提供的參數(shù)化和優(yōu)化功能包括：
參數(shù)分析
· 用戶指定的參數(shù)范圍和步數(shù)
· 自動分析參數(shù)排列
· 跨多個硬件平臺的自動作業(yè)管理，以及參數(shù)表和研究的數(shù)據(jù)重組
優(yōu)化
· 用戶可選擇的成本函數(shù)和目標(biāo)任務(wù)，包括：
o 擬牛頓法
o 順序非線性規(guī)劃 (SNLP)
o 整數(shù)序列順序非線性規(guī)劃
靈敏度分析
· 旨在確定對以下方面的靈敏度設(shè)計變化研究：
o 制造公差
o 材料屬性
調(diào)整
· 實(shí)時調(diào)整顯示和結(jié)果的用戶可控滑桿
統(tǒng)計分析
· 設(shè)計性能分布與參數(shù)值
高級電磁材料建模
能否準(zhǔn)確預(yù)測電機(jī)的性能通常取決于其部件的工作溫度和負(fù)載歷史。采用 Maxwell 的高級材料建模功能，可以準(zhǔn)確地計算這些影響。
矢量滯后
ANSYS Maxwell 采用矢量滯后模型準(zhǔn)確地預(yù)測軟硬磁性材料和永久磁鐵的微小環(huán)路和損耗。該模型可說明各向同性和各向異性材料、層壓和非層壓結(jié)構(gòu)，以及當(dāng)磁性工作點(diǎn)記錄對該設(shè)備的性能具有顯著影響時，鐵磁材料的磁性行為。
考慮溫度特性的永久磁鐵
ANSYS Maxwell 的退磁分析功能使您能夠研究延伸到第三象限的永久磁鐵退磁特性。外部磁場和加熱可以改變永久磁鐵的磁性能，從而導(dǎo)致局部退磁。您可以結(jié)合這些影響，從而準(zhǔn)確地確定機(jī)器的性能。
磁芯損耗
Maxwell 精確計算磁性材料中的磁芯損耗。由于材料供應(yīng)商提供的原材料數(shù)據(jù)與實(shí)際操作條件下的實(shí)際材料性能之間存在差距，所以很難預(yù)測層壓元件和馬達(dá)組件中的電磁降解。Maxwell 基于可預(yù)測、可靠且易于使用的獨(dú)特算法，考慮了磁芯損耗效應(yīng)的反饋。
磁致伸縮
基于 ANSYS Maxwell 和 ANSYS Mechanical 求解器之間的順序負(fù)載傳遞耦合，設(shè)計人員可對磁性與機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變密切相關(guān)的材料進(jìn)行建模。這些影響在鐵磁芯中導(dǎo)致摩擦起熱，從而引起能量損失。該效應(yīng)還導(dǎo)致變壓器中發(fā)出低沉的蜂鳴聲，這是由產(chǎn)生改變磁場的振蕩交流電流引起。同樣對于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，阻力和作用在定子齒上的磁致伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力都是產(chǎn)生噪音的主要原因。
關(guān)于 IPM 馬達(dá)設(shè)計的 PM 退磁研究，圖解說明在考慮了磁場和熱負(fù)載效應(yīng)引起的局部退磁之后，對于不同性能水平（扭矩曲線）的預(yù)測
電力變壓器疊片磁芯損耗分布和電磁條件導(dǎo)致的定子機(jī)座形變，具有相應(yīng)的頻率響應(yīng)可供進(jìn)行聲學(xué)分析
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