Ansys Maxwell
功能
应用
案例
Ansys Maxwell 电机设备分析软件
Ansys Maxwell 是一款适用于电机、变压器、无线充电、永磁闩锁、作动器和其他电气机械设备的电磁场求解器。它解决了静态、频域和时变磁场和电场。Maxwell 还为电机和电源转换器提供专门的设计接口。
NO.1 软件概览
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。
借助 Maxwell，用户可以精确表征机电元件的非线性瞬态运动及其对驱动电路和控制系统设计的影响。通过利用 Maxwell 先进的电磁场求解器并将它们无缝连接到集成电路和系统仿真技术，可以在早于构建硬件原型很久就了解机电系统的性能。
NO.2 主要特征
01.自动自适应网格划分
Maxwell 的一个重要优势是其自动自适应网格划分技术，它要求您仅指定几何形状、材料属性和所需的输出以获得准确的解决方案。Maxwell 的网格划分过程使用高度稳健的体积网格划分技术，并包括多线程功能，可减少内存使用量并加快求解时间。这种经过验证的技术降低了构建和细化有限元网格的复杂性，并使高级数值分析适用于您组织的各个级别。
02.多物理场耦合工作流程
Maxwell 的电磁场求解器通过 Ansys Workbench 进行连接，可轻松设置和分析复杂的耦合物理行为，例如变形网格反馈结构、磁特性的应力和应变反馈、EM 流体和声学。
03.先进的磁场建模
执行高级仿真计算，例如磁芯损耗计算、矢量磁滞、永磁体的四象限仿真、磁致伸缩和磁弹性分析、Litz线损耗和制造对损耗计算的影响。
04.专用设计界面
电机和电源转换器需要显著不同的设计标准和仿真，正基于此，Maxwell 为其分别提供了专用的界面。
05.RMxprt
除了提供经典的电机性能计算之外，RMxprt 还可自动生成几何结构、运动和机械设置、材料属性、磁芯损耗、绕组和电源设置，以便在 Maxwell 中进行详细的有限元分析。
06.Simplorer
面向电气、磁性、机械、流体和热系统的多域电力电子仿真器可无缝集成三个基本的组件库：电路、方框图和状态机。Simplorer 可通过与 EM（Maxwell、PExprt、RMxprt、 Q3D 、 HFSS ）和热工具（ Ansys CFD 、 Ansys Icepak ）的连接提供集成分析。
Simplorer还能够表征用于热和 EMI/EMC 仿真的高保真度电源半导体模型。此外，Simplorer 的模型库包括 VHDL-AMS 功能以及现有的控制系统和客户开发的模型。
07.PExprt
Power Electronics Expert（PExprt）是一款用于铁氧体变压器和电感器的磁性设计和优化工具，包括多绕组变压器、耦合电感器和反激组件。PExprt 面向变压器和电感器的基于模板的界面可以根据电压波形或转换器输入自动创建设计。自动设计流程考虑了磁芯形状、尺寸、材料、间隙、导线类型和规格以及绕组策略的所有组合，以优化磁性设计。
它包含制造商的通用组件库。它还结合了基于 FEA 的解决方案，包括集肤效应和邻近效应，以及由磁边效应引起的间隙效应。此外，它还可计算绕组损耗、磁芯损耗、R、L、C参数和温升，并能够使用仿真组件的频率相关网表与 Simplorer 进行耦合。
08.Maxwell到Motion
您可以将瞬态电磁力从 Ansys Maxwell 输出到 Ansys Motion 中，将电磁相互作用扩展到刚体动力学，以改善整体噪声-振动解决方案。
09.全新的时域求解器
全新的 Maxwell 瞬态求解器可在单个传导路径上提供多端子导体支持。
联系电话：027-87878386
邮箱：market@ueotek.com
关注武汉宇熠、UEOTEK公众号
Ansys Maxwell 产品具有广泛的应用，以下是一些常见的领域：
电机与电力电子领域
电机设计与分析： 可用于各类电机如直流电机、交流电机、同步电机、异步电机等的设计、性能评估和优化。能够精确计算电机的电磁参数，如电感、电阻、转矩、磁链等，帮助工程师提高电机效率、降低损耗和噪音，并优化电机的结构和控制策略 ，例如对新能源汽车驱动电机的设计优化，提升其动力性能和续航里程 。
电力电子设备仿真： 对变压器、逆变器、变频器等电力电子设备进行电磁场分析，研究其在不同工况下的电磁特性和性能表现，确保设备的可靠性和稳定性，比如对大型电力变压器的漏磁场分析，以减少杂散损耗和局部过热现象 。
无线充电与通信领域
无线充电技术研发： 模拟无线充电系统中的磁场分布、耦合效率和功率传输特性，为无线充电器的设计和优化提供依据，提高充电效率和安全性，像对手机无线充电器的磁场仿真，确保其符合相关标准和用户体验 。
天线与射频设计： 分析天线的辐射特性、增益、方向性等性能参数，以及射频电路中的电磁场分布和传输特性，有助于设计高性能的天线和射频系统，例如对 5G 基站天线的优化设计，提升信号覆盖和传输质量。
传感器与执行器领域
传感器设计与优化： 用于磁传感器、压力传感器、位移传感器等各类传感器的电磁场分析，提高传感器的灵敏度、精度和可靠性，比如对汽车胎压监测传感器的磁场仿真，确保其准确测量轮胎压力变化 。
执行器性能评估： 评估电动执行器、电磁继电器、电磁阀等执行器的电磁力、位移和响应速度等性能，优化其设计和控制，例如对工业自动化中电动执行器的电磁特性分析，提高其控制精度和稳定性。
交通运输领域
电动汽车动力系统： 在电动汽车的研发中，对电机、电池、充电系统等关键部件进行电磁场仿真，提升整车的动力性能和续航能力，如对电动汽车电池管理系统中的电磁兼容性分析，确保各电子设备之间的正常工作 。
轨道交通电气设备： 用于地铁、高铁等轨道交通车辆的牵引电机、变压器、受流器等电气设备的设计和分析，保障设备的安全可靠运行，例如对高铁牵引变压器的电磁场分析，提高其抗短路能力和散热性能。
能源与电力领域
发电机与电动机组： 对大型发电机、电动机组进行电磁场仿真，优化其设计和运行参数，提高发电效率和电能质量，比如对风力发电机的永磁发电机进行磁场分析，提升其在不同风速下的发电性能 。
输配电设备： 分析高压开关、绝缘子、电缆等输配电设备的电磁场分布，评估其绝缘性能和电磁兼容性，确保电力系统的安全稳定运行，例如对高压电缆的电场分布分析，防止出现局部放电等故障。
生物医学领域
医疗设备设计： 如在磁共振成像（MRI）设备中，用于分析主磁场、梯度磁场的均匀性和稳定性，以及射频线圈的发射和接收特性，提高成像质量和设备性能 。还可对植入式医疗器械如心脏起搏器、神经刺激器等的电磁兼容性进行评估，确保其在人体环境中的安全可靠工作。
生物电磁学研究： 研究生物组织和器官在电磁场作用下的生理效应和响应机制，为生物电磁学的理论研究和临床应用提供支持，例如对肿瘤热疗中的电磁场分布和热效应分析，探索更有效的癌症治疗方法。
工业自动化与机器人领域
电机驱动与控制： 为工业机器人的关节电机、伺服电机等提供精确的电磁场仿真和优化，提高电机的驱动性能和控制精度，实现机器人的高精度运动控制 。
电磁传感器与执行器集成： 将电磁传感器和执行器集成到工业自动化系统中，通过电磁场仿真优化其性能和布局，提高系统的智能化和自动化水平，例如对自动化生产线上的电磁传感器网络进行优化设计，实现对产品质量的实时监测和控制。
扬声器的系统级建模流程
扬声器在我们日常生产生活中已经十分广泛，特别是现阶段蓝牙耳机，车载扬声器，以及演播场景的使用，扬声器的多学科建模优化愈发重要，扬声器的建模涉及多个学科多个物理场，因此我们需要对扬声器的仿真进行系统化仿真。
本文以双电磁场区域扬声器系统进行Maxwell- Mechanical FEA of entire speaker- Acoustic Response系统级耦合仿真分析。
扬声器的磁场主要由两部分组成，magnet永磁体产生的磁场和通过音圈导线通电会在导线周围产生磁场。改变通过导线的电流的极性也会改变导线周围产生的磁场的极性。两个磁场的相互作用导致音圈向前或向后被推出间隙，这取决于通过音圈的电流的极性，同时移动的音圈连接到音圈骨架（former）和锥形面（cone），后者也会振动，从而产生噪音。
物理场的瞬态耦合需要耦合系统级的解决方案，Ansys Transient Structural和Electrostaic，magnetostatic的数据可以单向传输，因此需要使用系统级仿真方案实现Maxwell和Mechanical瞬态之间的双向耦合，且系统级解决方案非常快速. 初始模型可能需要些时间.但Maxwell/Mechanical ROM模型的创建只需要一次。
