電磁力
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電磁力的視頻教程
Maxwell電機磁密和電磁力的分析計算（三種方法，全網最全）
采用maxwell場計算器計算徑向/切向電磁力，首先介紹了計算氣隙磁密的三種方法，將三種方法的數據導出，查看數據的大小基本一致，然后采用電磁力波的計算公式進行計算電磁力波。
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Workbench電磁多物理場耦合課程之“Maxwell與Mechanical磁結構力、結構振動噪聲耦合工程應用”
此課程是Workbench電磁多物理場耦合課程中電磁結構力耦合部分，參加此課程學習的前提是掌握了ANSYS Maxwell電磁場的分析應用的。 本課程是基于ANSYS 2023版本軟件進行相關內容講解，涉及低頻電磁產品的ANSYS Maxwell電磁場仿真優化分析技能的提升，電磁產品的電磁熱、電磁結構力、電磁結構振動噪聲分析，此課程的培訓目標、培訓大綱等信息見下面介紹。
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電磁力的實例教程
如果這樣分布（相位關系，因為每一點的電磁力都是隨時間變化的）的電磁力的頻率和這個振型頻率接近，那就意味著每一個徑向電磁力對結構的每個點都在做正功，能量不斷的輸入到結構中，結構便產生較大的振動。
同樣電磁力由于此起彼伏，力型看起來也像旋轉一樣（其實沒有旋轉）：
總結就是：如果頻率相近，力型和振型相近，則每個電磁力都在做正功，能量不斷輸入到定子，定子振動增大，噪聲也相應增大。如果只是頻率相近，力型和振型不相近，則有的電磁力做正功，有的電磁做負功。如果是力型和振型相近，頻率不相近，則電磁力有時做正功，有時做負功。
展開 多年來，對變壓器的電磁力進行了很多研究，但大多集中在正常和短路情況下，變壓器繞組無位移時的輻向和軸向電磁力。
過去，計算電力變壓器的力最常用的方法是解析法。近幾十年來，有限元法是計算電力變壓器繞組電磁力最常用的方法之一。
對變壓器器身部分的變形進行了多種研究，但變壓器繞組位移對電磁力的影響并沒有得到很好的重視。變壓器繞組中的位移會影響變壓器的工作，即電磁力增加，即使很小的位移也會對電力變壓器造成嚴重的損壞。電力變壓器電磁力的計算有許多分析方法。然而，無論是由于電力變壓器的運輸，還是由于變壓器中的其他機械故障，當變壓器繞組發生位移或變形時，解析技術是不合適的。
本文采用暫態分析和靜磁分析的方法，研究了變壓器繞組在正常和軸向位移狀態下的電磁力。
2.變壓器性能參數
本研究工作變壓器為25000 kVA三相變壓器，變壓器鐵芯采用M5晶粒取向硅鋼制造。變壓器的主要技術參數見表一。
表一、變壓器設計參數
變壓器鐵芯材料的磁化曲線和B-H曲線分別如圖1和圖2所示。
圖1 M5冷軋晶粒取向硅鋼片磁化曲線
圖2 硅鋼片B－H曲線
3.作用在變壓器繞組上的電磁力
變壓器繞組中產生的電磁力主要是電流密度與磁場密度相互作用的結果。這些力作用于變壓器的一次繞組和二次繞組上。這些電磁力在電力變壓器的正常工作條件下是相對較小的，電磁力的計算可采用式(1)。
f=J×B （1）
式中，f、J、B分別為力、電流密度、磁通密度。外部故障、繞組位移或短路情況會導致繞組中產生較高的電磁力。在較高電磁力條件下，必須充分考慮漏磁場的輻向分量和軸向分量以及電磁力。
施加在變壓器繞組上的電磁力有軸向力和輻向力兩種。軸向力是由于通過變壓器繞組的電流與漏磁通的輻向分量的相互作用而產生的。
展開 1 電磁力計算
電動車與傳統汽車動力驅動系統的差異，使得其振動噪聲激勵源也存在差別。純電動車動力總成是由減/差速器和永磁同步電機組成的，其激勵源除了齒輪嚙合激勵外，還有電磁激勵，從而高頻振動噪聲現象在電動車中較為突出。
電磁噪聲主要由電機運行時氣隙中諧波磁場相互作用做產生的電磁力波引起的。利用麥克斯韋定律可求出定子鐵心內表面單位面積上的法向電磁力Pr 和切向電磁力 Pt ，如下式所示:
式中:μ為空氣磁導率，為4×10-7H/m;Br、Bt分別為電磁徑、切向氣隙磁密。
1．1 電磁激勵仿真建模
采用場路耦合的方法來考慮外電路對電磁激勵的影響。聯合仿真模型如圖1所示，在Simplorer中搭建SPWM控制電路，在Ansoft中建立電機電磁分析模型。通過將外部電路產生的三相電流輸入到電磁分析模型中實現場路耦合聯合仿真。電磁激勵仿真工況為電機轉速3000r/min，負載為12N·m。
圖1 電磁激勵聯合仿真模型
1
．2 仿真結果分析
圖2 電磁力
圖2(a)為電機電磁力波時域圖，可以看出，徑向力和切向力均呈周期性變化，徑向力峰值達到了106N/m2，切向力峰值達到了4×105N/m2;電磁力頻域分布如圖2(b)所示，可以看出，電磁力在400Hz、800Hz、1200Hz、1600Hz、2000Hz等頻率處存在峰值，這些頻率均為電機電流諧波頻率。國內外眾多學者研究發現，考慮到切向力幅值較小以及電機結構對稱的原因都忽略了切向電磁力的作用，而認為電機徑向力是產生電磁振動噪聲最主要的原因。但是，電機與減速器集成在一起后不再是圓柱結構，系統的振動特性會發生變化，在實際工作
中切向電磁力可能對動力總成的振動噪聲產生很大影響，有必要加以考慮。
展開 但是，轉子線性分段移位斜極產生的不平衡軸向電磁力會引起軸向竄動與扭振，軸承使用壽命降低，振動噪聲增大。因此，如何設計永磁轉子分段移位斜極的拓撲結構、有效抑制軸向電磁力，已成為高品質永磁電機研究的熱點問題。
本文以永磁同步電機軸向電磁力的理論為導向，基于三維電磁場的有限元軟件分析方法，對一臺48槽8極永磁同步電機進行軸向電磁力仿真分析；揭示軸向電磁力產生的主要原因，以及軸向電磁力與永磁轉子拓撲結構及其分段數和定子電流幅值的關系；驗證V形反對稱、交叉反對稱永磁轉子拓撲結構有效抑制軸向電磁力的機理，為高品質永磁同步電機的優化設計提供了途徑。
1 轉子分段斜極軸向電磁力的產生機理
根據麥克斯韋張量法，永磁同步電機磁場產生的軸向電磁力Fz可以表示：
(1)
式中：μ0為真空磁導率；Bz,Bθ和Br分別為轉子軸向、切向和徑向上的磁密；S1和S3為電機兩端面，S2為電機移位面。
由式(1)可知，軸向電磁力主要由端部漏磁引起的軸向電磁力和永磁轉子分段移位磁極間氣隙面漏磁產生的軸向電磁力兩部分組成，當永磁轉子分段移位斜極時，引起軸向磁場不對稱，產生不平衡軸向電磁力。
為深化軸向電磁力的產生機理分析，對一臺樣機運行于額定工況時的繞組端部漏磁和永磁轉子分段移位磁極間移位面漏磁引起的軸向電磁力進行仿真實驗，圖1和表1為樣機的結構示意圖和主要參數，假定水平方向為Z軸方向，坐標原點為電機中心點。
展開 我們的程序中可以基于不同轉速的unv電磁力時域數據進行處理，導出在第一步提取齒頂的區域三維的階次電磁力。通過該程序，我們可以實現：
同時提取多個階次
轉速差值
精確模擬模態共振的效果
3. 分段斜極的電磁力提取
在實際電機設計中，低噪音設計方案還經常會考慮分段斜極。對于分段斜極的電機電磁力應用如何提??？這是我們經常會遇到的問題。分段斜極可以考慮為有空間相位的多個直極電機疊加而成。因此，在進行分段斜極拉伸時的輸入可以考慮為多個2D電磁力分別拉伸并組合。
我們的程序中可以在階次電磁力提取的同時考慮分段斜極拉伸。將多個2D電磁仿真分析的unv電磁力結果進行處理，整合成一個用于結構振動噪聲仿真的電磁力輸入。通過該程序，我們可以實現：
實現分段斜極2D-3D電磁力轉換
支持V型斜極拉伸
直接作為電磁力載荷輸入
我們的程序可以快速方便的解決從電磁仿真到振動噪聲仿真之間電磁力處理的問題，結合西門子Simcenter 3D中電磁仿真和振動噪聲仿真工具，可以快速便捷的實現各種復雜情況電磁載荷引起的電機噪聲仿真。
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核心價值：二維求解速度提升4倍、AC Aphi求解器上線、支持PCB過孔電磁力輸出對消費電子的低頻電磁分析有重大幫助。
電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。
Ansys Motor-CAD電機設計工具是一款專用解決方案，可用于在整個扭矩-速度范圍內對電機進行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個用戶界面中評估電磁、熱和機械性能。
同時Maxwell 正式上線了AC Aphi求解器，并在ECAD功能上做了較大改進，支持PCB過孔電磁力的輸出，對于消費電子的低頻電磁分析有比較大的幫助。
耦合場 (Coupled Field) 真實物理世界中，聲、熱、力、電磁等物理場往往不是孤立存在的，它們相互影響的過程就是耦合。例如電機發熱導致結構熱膨脹，這就涉及到電磁-熱-力多場耦合。
順序耦合 (Sequential Coupling) “串聯”解法。先計算物理場A，將A的結果（如溫度分布）作為外部載荷提取出來，單向傳遞給物理場B（如結構場）進行求解。
高壓比例閥的控制回路應如何設計？2個月前
專用比例放大器：切勿使用通用驅動器，諾冠推薦的數字式比例放大器具備自適應增益調整和死區補償功能，能有效克服高壓下閥芯摩擦力大導致的“啟動難”問題，此外放大器應具備電流閉環控制，確保電磁力輸出的線性度。
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電磁學的基本原理
麥克斯韋在1873年發表的《電與磁的論述》（Treatise on Electricity and Magnetism）中提出，帶電粒子之間的相互作用是由一種力（即電磁力）介導的。
在宏觀尺度上，我們可以觀察到該力的以下影響：
同種電荷（正或負）互相排斥，而異種電荷互相吸引，在每種情況下，電磁力的大小與電荷間距離的平方成反比。
它主要由電動機構、觸頭和釋放機構構成，通過電磁力控制觸頭的開合，實現電路的通斷。在電路正常運行時，斷電開關保持導通，確保電流順暢。
而一旦遭遇電磁干擾或負載過大，其內部的釋放機構會迅速響應，切斷電源，有效防止設備受損。
此類噪聲的核心誘因在于電磁力波激勵引發的結構振動及空氣輻射噪聲，傳統采用阻尼敷設、結構拓撲優化等被動降噪手段，不僅存在研發成本高、周期長的局限，還可能犧牲動力總成功率密度與空間布局靈活性，難以滿足當前高性能電驅系統的設計需求。
電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。
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一期一會 | 什么是多物理場？8個月前
在現實生活中，物理現象不會單獨發生，比如，流體力、結構力、熱和電磁力會不斷相互作用。在這些物理域相互作用的地方，會出現傳熱、變形和質量傳遞等現象。
多物理場方法，就是通過計算機仿真來分析物理力之間的復雜相互作用。通過將單獨的物理場求解器整合到統一的計算框架中，多物理場工作流程可幫助工程師根據物理場在現實世界中的情況，一次性對整個系統的行為進行準確建模。
