上篇 基礎(chǔ)操作篇
第1章 有限元分析及ANSYS Maxwell/Workbench 2021 概述 002
1.1 有限元法簡介 002
1.2 有限元法基本思想及求解步驟 002
1.3 有限元分析的發(fā)展趨勢及FEA 軟件 003
1.4 ANSYS 簡介 004
1.5 ANSYS Electronics Desktop 2021 平臺(tái) 005
1.5.1 項(xiàng)目新建及保存 006
1.5.2 Maxwell 基本運(yùn)行界面 006
1.5.3 項(xiàng)目列表常用操作 007
1.5.4 ANSYS Maxwell 電磁場有限元仿真的一般流程 008
1.6 ANSYS Workbench 2021 平臺(tái)及模塊 009
1.6.1 Workbench 基本運(yùn)行界面 009
1.6.2 模塊區(qū)基本操作 009
1.6.3 ANSYS Workbench 多物理場耦合仿真的一般流程 015

第2章 ANSYS Maxwell 幾何建模方法 018
2.1 坐標(biāo)系簡介 018
2.1.1 相對坐標(biāo)系的創(chuàng)建 019
2.1.2 表面坐標(biāo)系的創(chuàng)建 020
2.1.3 實(shí)體坐標(biāo)系的創(chuàng)建 021
2.2 基本模型繪制方法 022
2.2.1 點(diǎn)、線、面、體的繪制 022
2.2.2 螺旋線的繪制 023
2.2.3 參數(shù)方程曲線的繪制 024
2.3 幾何操作方法 025
2.3.1 布爾運(yùn)算 025
2.3.2 等比例放大/縮小和拉伸、掃描 027
2.3.3 位置變換和復(fù)制 029
2.3.4 倒角和圓角 030
2.4 UDP 快速建模方法 031
2.5 參數(shù)化方法在建模中的運(yùn)用 035
2.6 外部幾何模型導(dǎo)入方法 035
2.7 RMxprt 一般電機(jī)模型快速建模法 036
2.7.1 模型選擇 037
2.7.2 參數(shù)設(shè)定 037
2.7.3 模型生成 046
2.7.4 RMxprt 自定義槽形 048

第3章 ANSYS Maxwell 2D/3D 通用前處理流程 051
3.1 建立模型 051
3.2 設(shè)定求解類型 051
3.3 常見材料設(shè)置 053
3.3.1 材料庫簡介. 053
3.3.2 鐵磁材料的添加 053
3.3.3 永磁材料的屬性設(shè)置 056
3.3.4 導(dǎo)體材料的屬性設(shè)置 060
3.3.5 考慮溫度修正的材料參數(shù)化設(shè)置 061
3.4 設(shè)定運(yùn)動(dòng)區(qū)域 065
3.4.1 普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)設(shè)置 065
3.4.2 直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)設(shè)置 066
3.4.3 多區(qū)域運(yùn)動(dòng)設(shè)置 068
3.4.4 三維模型運(yùn)動(dòng)邊界 068
3.5 網(wǎng)格的類型及劃分策略 069
3.5.1 網(wǎng)格劃分默認(rèn)設(shè)置 069
3.5.2 基于表面/內(nèi)部網(wǎng)格剖分 071
3.5.3 曲線及曲面網(wǎng)格剖分 073
3.5.4 網(wǎng)格克隆 074
3.6 激勵(lì)源設(shè)置 078
3.6.1 電流激勵(lì) 078
3.6.2 電壓激勵(lì) 081
3.6.3 外電路激勵(lì) 081
3.7 邊界條件設(shè)定 082
3.7.1 常見邊界條件分類 082
3.7.2 不同邊界條件的適用范圍 083
3.7.3 各邊界條件的使用方法 084
3.8 自定義監(jiān)測參數(shù)設(shè)定 087
3.8.1 電感參數(shù) 087
3.8.2 非直接求解模型受力/轉(zhuǎn)矩參數(shù) 087

第4章 求解及后處理 089
4.1 求解參數(shù)設(shè)置 089
4.1.1 穩(wěn)態(tài)求解器 089
4.1.2 頻域求解器 092
4.1.3 時(shí)域求解器 094
4.2 結(jié)果后處理 097
4.2.1 查看求解數(shù)據(jù) 097
4.2.2 生成結(jié)果報(bào)表 098
4.2.3 繪制場量圖 102
4.2.4 場圖動(dòng)畫生成及不同參數(shù)下結(jié)果查看 104
4.2.5 場計(jì)算器簡介及基本操作 106
4.2.6 場計(jì)算器自定義結(jié)果輸出 108

下篇 工程實(shí)例專題分析篇
第5章 靜磁場仿真分析 112
5.1 實(shí)例描述 112
5.2 二維靜磁場 112
5.2.1 模型創(chuàng)建 112
5.2.2 設(shè)置求解域 113
5.2.3 設(shè)置激勵(lì) 114
5.2.4 邊界條件和力參數(shù)設(shè)置 115
5.2.5 求解設(shè)置 115
5.2.6 求解數(shù)據(jù) 115
5.3 三維靜磁場 117
5.3.1 模型設(shè)置 117
5.3.2 激勵(lì)設(shè)置 118
5.3.3 設(shè)置求解域 119
5.3.4 設(shè)置扭矩參數(shù) 119
5.3.5 分析和結(jié)果 119

第6章 油浸式變壓器不同工況下電磁及Simplorer 場路耦合仿真 121
6.1 實(shí)例描述及仿真策略 121
6.2 變壓器電磁場仿真分析 121
6.2.1 模型建立及前處理 121
6.2.2 計(jì)算結(jié)果查看 125
6.3 基于Simplorer（Twin Builder）的變壓器場路耦合仿真 125
6.3.1 Simplorer 基本運(yùn)行界面 126
6.3.2 空載工況仿真分析 127
6.3.3 短路工況仿真分析 129
6.3.4 負(fù)載工況仿真分析 129

第7章 籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)快速電磁計(jì)算及電磁-溫度場耦合仿真 131
7.1 實(shí)例描述及仿真策略 131
7.2 RMxprt 快速建模及電磁性能計(jì)算 131
7.2.1 模型選擇及基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置 131
7.2.2 激勵(lì)及求解參數(shù)設(shè)定 137
7.2.3 電磁計(jì)算結(jié)果及特性曲線查看 138
7.3 ANSYS Maxwell 2D 有限元模型電磁場仿真分析 144
7.3.1 RMxprt 一鍵導(dǎo)出建模 144
7.3.2 邊界條件、激勵(lì)設(shè)置、網(wǎng)格劃分等前處理 151
7.3.3 電感及二維斜槽求解設(shè)定 156
7.3.4 求解設(shè)置及常規(guī)結(jié)果查看 157
7.3.5 氣隙磁密求取及FFT 分析 162
7.3.6 多模型多工況參數(shù)化批量求解方法 165
7.3.7 基于ACT 插件生成效率Map 圖 168
7.4 ANSYS Maxwell 3D 有限元模型電磁場仿真分析 172
7.4.1 RMxprt 一鍵導(dǎo)出建模 172
7.4.2 前處理及求解設(shè)置 173
7.4.3 結(jié)果輸出及后處理 177
7.5 基于Motor-CAD 的感應(yīng)電機(jī)電磁、熱分析和效率Map 圖計(jì)算 179
7.5.1 Motor-CAD 基本界面及介紹 180
7.5.2 電磁性能求解 183
7.5.3 穩(wěn)態(tài)溫升求解 188
7.5.4 瞬態(tài)溫升求解 196
7.5.5 效率Map 圖計(jì)算 198
7.5.6 路譜圖求解 201

第8章 內(nèi)置式永磁同步電機(jī)電磁-溫度-結(jié)構(gòu)多場耦合仿真 204
8.1 實(shí)例描述及仿真策略 204
8.2 RMxprt 快速建模及電磁性能計(jì)算 205
8.2.1 模型選擇及基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置 205
8.2.2 激勵(lì)及求解參數(shù)設(shè)定 208
8.2.3 電磁計(jì)算結(jié)果及特性曲線查看 208
8.3 ANSYS Maxwell 2D 有限元模型電磁場仿真分析 213
8.3.1 RMxprt 一鍵導(dǎo)出建模 213
8.3.2 基于UDP 的永磁同步電機(jī)Maxwell 2D 幾何建模 213
8.3.3 空載工況氣隙磁場及空載感應(yīng)電勢諧波提取 224
8.3.4 空載齒槽轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 228
8.3.5 帶載工況下電磁轉(zhuǎn)矩、功率計(jì)算方法及磁場分析 229
8.3.6 交直軸電流、電感、磁鏈計(jì)算 231
8.3.7 基于參數(shù)化掃描的電機(jī)轉(zhuǎn)矩-功角特性曲線 233
8.3.8 基于參數(shù)化掃描的空載反電勢-轉(zhuǎn)速特性曲線 236
8.3.9 基于參數(shù)化掃描的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸對電機(jī)性能影響分析 238
8.3.10 基于ACT 插件生成效率Map 圖 243
8.3.11 永磁體抗退磁能力模擬計(jì)算 246
8.4 ANSYS optiSLang 模塊在永磁同步電機(jī)優(yōu)化的應(yīng)用 250
8.4.1 ANSYS optiSLang 模塊介紹 250
8.4.2 基于Workbench 平臺(tái)的Maxwell 參數(shù)化模型建立 251
8.4.3 基于optiSLang 和Workbench 平臺(tái)的電機(jī)參數(shù)靈敏度分析 255
8.4.4 基于optiSLang 和Workbench 平臺(tái)的電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì) 259
8.5 基于Maxwell-Fluent 的永磁同步電機(jī)電磁-熱耦合仿真方法 263
8.5.1 電磁-熱耦合仿真模型的建立 263
8.5.2 Maxwell 2D 電磁場損耗求解 264
8.5.3 流體場模型導(dǎo)入和剖分設(shè)置 265
8.5.4 氣隙的等效處理及其熱導(dǎo)率的計(jì)算 268
8.5.5 定子繞組、漆膜及槽絕緣層熱導(dǎo)率等效、裝配間隙熱阻等效 269
8.5.6 Fluent 3D 仿真計(jì)算設(shè)置 272
8.5.7 計(jì)算結(jié)果及后處理 278
8.6 基于Workbench 永磁同步電機(jī)振動(dòng)噪聲特性多物理場耦合仿真 279
8.6.1 電機(jī)振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生方式及分類 279
8.6.2 振動(dòng)和噪聲特性多物理場仿真流程 281
8.6.3 電磁場定子齒部電磁力密求解方法 282
8.6.4 電機(jī)結(jié)構(gòu)場模態(tài)求解方法 287
8.6.5 電機(jī)在多轉(zhuǎn)速范圍、峰值功率運(yùn)行時(shí)電磁振動(dòng)特性仿真 294
8.6.6 電機(jī)在多轉(zhuǎn)速范圍、峰值功率運(yùn)行時(shí)電磁噪聲特性仿真 300

第9章 雙邊直線感應(yīng)電機(jī)ANSYS Maxwell 2D/3D 電磁場仿真 306
9.1 實(shí)例描述及仿真策略 306
9.2 ANSYS Maxwell 2D 瞬態(tài)場有限元仿真分析 307
9.2.1 基本模型繪制 307
9.2.2 特殊邊界條件在模型簡化上的應(yīng)用 309
9.2.3 材料、網(wǎng)格等前處理 310
9.2.4 定子法向力等自定義監(jiān)測參數(shù)設(shè)定 313
9.2.5 常見直線電機(jī)曲線生成 313
9.2.6 自定義定子法向力分析 314
9.2.7 氣隙磁場、次級電密的縱向分布提取 314
9.2.8 場處理器自定義場量輸出 315
9.2.9 參數(shù)化處理在結(jié)構(gòu)優(yōu)化上的應(yīng)用 315
9.3 ANSYS Maxwell 2D 渦流場有限元仿真分析 317
9.3.1 激勵(lì)設(shè)置 317
9.3.2 求解設(shè)置 318
9.3.3 求解結(jié)果 320
9.4 ANSYS Maxwell 3D 瞬態(tài)場有限元仿真分析 322
9.4.1 3D 模型建立 322
9.4.2 定子繞組 328
9.4.3 完整電機(jī)模型繪制 330
9.4.4 材料、網(wǎng)格等前處理 332
9.4.5 自定義定子法向力監(jiān)測參數(shù)設(shè)定 340
9.4.6 仿真分析設(shè)置 340
9.4.7 參數(shù)化仿真設(shè)置 341
9.4.8 氣隙及次級板電磁場的橫縱向分布提取 341
9.4.9 常見直線電機(jī)特性曲線 343

參考文獻(xiàn) 346