ANSYS电磁场分析

ANSYS电磁场分析指南第一章

发表时间：2007-9-20 作者: 安世亚太 来源: e-works

关键字: ANSYS 电磁场分析 CAE教程

第一章磁场分析概述

1.1磁场分析对象

利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：

·电力发电机 ·磁带及磁盘驱动器 ·变压器 ·波导 ·螺线管传动器 ·谐振腔 ·电动机 ·连接器 ·磁成像系统 ·天线辐射 ·图像显示设备传感器 ·滤波器 ·回旋加速器

在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：

·磁通密度·能量损耗 ·磁场强度·磁漏

·磁力及磁矩· S-参数 ·阻抗·品质因子Q ·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率

存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。

1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算

ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。根据

用户所选择的单

ANSYS电磁场分析指南 第一章磁场分析概述

1.1磁场分析对象

利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：

·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器 ·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器 ·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器 在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：

·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率

存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。 1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算

ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。 1.3静态、谐波、瞬态磁场分析

利用ANSYS可以完成下列磁场分析：

·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维静态磁场分析”

·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流

期末大作业

题目:简单直流致动器

ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名:柴飞龙 学科(专业:机械工程 学号:21225169

所在院系:机械工程学系 提交日期2013 年 1 月 1、 背景简述:

ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件,是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件,如传感器、调节器、电动机、变压器等。

本人在实验室做的课题涉及到电机仿真,用的较多的是ansoft 软件,因为其对电机仿真的功能更强大,电机功能模块更多,界面友好。

现就对一电磁场应用实例,用ANSYS 进行仿真分析,得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。

2、 问题描述:

简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯,中间被空气隙分开的部件组成,线圈中心点处于空气隙中心。衔铁是导磁材料,导磁率为常数(即线性材料,r μ=1000,线圈是可视为均匀材料,空气区为自由空间(1=r μ,匝数为2000,线圈励磁为直流电流:2A 。模型为轴对称。

3、 ANSYS 仿真操作步骤: 第一步:Main menu>preferences

Ansys工程电磁场有限元分析 华科电气

“场”与“波”: 场(1)场：变化慢，低频、近区。主要是直接由电荷 或电流产生(静态场和准静态场):

D = ρ

× H = J

(2)波：变化快，高频，远区。由高速变化的电磁 相互激发而生，脱离源在空间传播(波动方程):

Β × E = t D × H = t

2 E E 2 E µε 2 µσ =0 t t

2 H H 2 H µε 2 µσ =0 t t

Ansys工程电磁场有限元分析 华科电气

2. 库仑定律与毕奥沙伐定律(基本方程的解)库仑定律 在无限大均匀介质中，如果已知电荷的分布，则可由库 仑定律直接计算空间的电场强度或者电位分布：

qe qer E= 4πε 0 r 2

=

1 4πε 0

∫

ρ dV ′ dVR

V′

ρ dV ′eR E=∫ V ′ 4πε R 2 0

库仑定律是静电场基本方程的解； 适合于无限大均匀介质； 由于电荷分布与电场相互制约，所以 库仑定律在工程中并无多少应用价值。

Ansys工程电磁场有限元分析 华科电气

毕奥沙伐定律：在无限大均匀介质中，如果已知电流的分布，

! 基于场路耦合时空有限元的永磁电机瞬态特性研究.kdh

/uis,msgpop,3
/prep7
csys,0
btol,1e-10 !指定布尔运算公差
*afun,deg !指定输入输出为参数的单位为角度
r1=47.5/1000 !定子外半径,转化为国际单位制
r2=26/1000 !定子内半径,转化为国际单位制
gap=0.5/1000 !定转子间气隙高度,转化为国际单位制
r3=r2-gap !转子外半径,转化为国际单位制
r4=8/1000 !转子轴半径,转化为国际单位制
nslots=48 !定子槽数
delta=gap/1e5 !一个用于确定选择区域的极小量
!定义定子槽尺寸参数
ss_h=7.2/1000 !槽高,转化为国际单位制(下同)
ss_w=1.7/1000 !槽宽
ss_ci=0.2/1000 !绕组层间绝缘厚度
ss_turn=48/2 !定子每个绕组导线根数
ss_cln=2 !并绕导线根数
ss_clw=0.56/1000 !导线宽度
ss_clh=0.2/1000 !导线高度
ss_cli=0.05/1000 !导线间漆膜厚度
ss_cll=60/1000 !绕组长度(定子铁芯长度)
ss_ch=(ss_clh+ss_cli)*(ss_turn/ss_

华侨大学2008 --- 2009学年第二学期工

程电磁 场试题A卷

一． 填充题（在下列各题中，请将题中所要求的

解答填入题干中的各横线上方内。本大题共20分，共计10小题，每小题2分）

1． 麦克斯韦方程组的微分形式

是 、 、

、 。

2． 静电场中，理想介质分界面两侧电场强度E满足的

关系是 ，电

位移矢量D满足的关系是 。

3． 极化强度为P的电介质中，极化（束缚）电荷体密

度为ρP = ，

极化（束缚）电荷面密度为σP = 。 4．将一理想导体置于静电场中，导体内部的电场强度为 ，导体内部各点电

位 ，在导体表面，电场强度方向与导体表面法向方向是 关系。

5． 已知体积为V的介质的磁导率为μ，其中的恒定电流

J分布在空间形成磁场分布B和H，则空间的静磁能量密度为

华侨大学2008 --- 2009学年第二学期工程电磁场试题A卷

一． 填充题（在下列各题中，请将题中所要求的解答填入题干中的各

式。

7． 为分析与解算电磁场问题的需要，在动态电磁场中，通常应用的辅助位函数

为

和 ；它们和基本场量B、E之间的关系分别为 横线上方内。本大题共20分，共计10小题，每小题2分）

1． 麦克斯韦方程组的微分形式

是 、 、

、 。

2． 静电场中，理想介质分界面两侧电场强度E满足的关系是 ，电

位移矢量D满足的关系是 。

3． 极化强度为P的电介质中，极化（束缚）电荷体密度为ρP = ，

极化（束缚）电荷面密度为σP = 。

4．将一理想导体置于静电场中，导体内部的电场强度为 ，导体内部各点电

位

精品文档

第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）

5.1 在3-D静态磁场分析（标量法）中要用到的单元

表1三维实体单元：

单元 维数 形状或特性 自由度 SOLID5 3-D 六面体，8个节点 每节点6个：位移、电势、磁标量位或温度 SOLID96 3-D 六面体，8个节点 磁标量位 SOLID98 3-D 四面体，10个节点 位移、电势、磁标量位、温度 表2三维界面单元

单元 INTER115 维数 3-D 形状或特性 四边形，4个节点 自由度 磁标量位，磁矢量位 表3三维连接单元

单元 维数 形状或特性 自由度 无 SOURC36 3D杆状( Bar)、弧状(Arc)、线圈(Coil)基元 3个节点 表4三维远场单元

单元 维数 INFIN47 3-D 或三边形，3个节点 INFIN111 3-D 六面体，8个或20个节点 磁矢量位、磁标量位、电势、温度 形状或特性 自由度 磁标量位、温度 四边形，4个节点； SOLID96和SOLID97是磁场分析专用单元，SOLID62、SOLID5和SOLID98更

适合于耦合场求解。

5.2 磁标量位（MSP）法介绍

在磁标量位方法中，可使用三种不同的分析方法：简化标势法(RSP)、差分标势法(DSP

第8章 变化的电磁场

一、选择题

1. 若用条形磁铁竖直插入木质圆环, 则在环中是否产生感应电流和感应电动势的判

断是

[ ] (A) 产生感应电动势, 也产生感应电流

N S (B) 产生感应电动势, 不产生感应电流

(C) 不产生感应电动势, 也不产生感应电流 (D) 不产生感应电动势, 产生感应电流

图8-1-1

2．关于电磁感应, 下列说法中正确的是

[ ] (A) 变化着的电场所产生的磁场一定随时间而变化

(B) 变化着的磁场所产生的电场一定随时间而变化 (C) 有电流就有磁场, 没有电流就一定没有磁场 (D) 变化着的电场所产生的磁场不一定随时间而变化

3. 在有磁场变化着的空间内, 如果没有导体存在, 则该空间 [ ] (A) 既无感应电场又无感应电流 (B) 既无感应电场又无感应电动势 (C) 有感应电场和感应电动势 (D) 有感应电场无感应电动势

4. 在有磁场变化着的空间里没有实体物质, 则此空间中没有

[ ] (A) 电场 (B) 电力 (C) 感生电动势 (D) 感生电流

5. 两根相同的磁铁分

电磁场理论习题

一

1、求函数?=xy+z-xyz在点（1，1，2）处沿方向角向导数.

?=?3，

???4，

???3的方向的方

?? 解：由于 ?xM=y－yzM= -1

???y???zM=2xy－

xz(1,1,2)=0

M=2z

?xy(1,1,2)=3

cos??所以

211cos??cos??2，2，2

?? ?lM?

2、 求函数?＝xyz在点（5, 1, 2）处沿着点（5, 1, 2）到点（9, 4, 19）的方向的方向导数。

解：指定方向l的方向矢量为

l＝(9－5) ex+(4－1)ey+(19－2)ez ＝4ex+3ey+17ez

其单位矢量

??????cos??cos??cos??1?x?y?z

l??cos?ex?cos?ey?cos?ez?M4314?10,ex????zM3314?xyey?M7314

ez?? ?x所求方向导数

?yz(5,1,2)?2,???y

M?xzM?5?? ?l3、 已知?=x度。

2

M?+2y2+3z2+xy+3x-2y-6z，求在点（0，0，0）和点（1，1，1）处的梯