電磁線圈在ansys建模的案例
【ansys電磁實例】【APDL】-1-自由空間線圈軸心磁場計算（附視頻）
一 模型描述：
圓柱形線圈，放置于自由空間。參數(shù)見圖
二 前處理
單元類型solid97,線圈和空氣相對磁導(dǎo)率均為1 。線圈掃掠網(wǎng)格劃分，空氣四面體網(wǎng)格。線圈定義局部柱坐標施加環(huán)形電流。
1 單元類型
2 材料
3 建模
空氣
布爾操作
彈出對話框-pick all
4 定義屬性
定義局部柱坐標
定義體屬性，需要將線圈的坐標系定義為11號
5網(wǎng)格
中國研制電磁線圈炮上艦，直線超車性能比美國電磁軌道炮更強
而凸起部分更可能是多級感應(yīng)式線圈炮的前幾級加速線圈，后面炮管較細的部分可能為次級加速線圈或制導(dǎo)線圈一類的裝置。炮管下部存在的支撐結(jié)構(gòu)，則可能證明了炮管內(nèi)高密度金屬的存在，例如銅質(zhì)的驅(qū)動線圈。
圖片：網(wǎng)友分析的電磁炮全系統(tǒng)模塊。
很明顯，我們此次上艦的電磁炮樣機走了與國外經(jīng)驗完全不同的道路。這在某種程度上暗示了我們在這一領(lǐng)域取得了突破性的進展，已經(jīng)可以獨立走出自己的道路而不需要參考別人的發(fā)展方式。
那么采用線圈炮相對于軌道炮有怎樣的優(yōu)勢呢？
線圈炮相對于軌道炮的優(yōu)勢可以說是相當明顯的。首先就體現(xiàn)在了線圈炮的高能量效率上，而能量轉(zhuǎn)換效率最能體現(xiàn)電磁炮系統(tǒng)的性能，而在影響能量轉(zhuǎn)換效率的諸多因素中，軌道炮主要損失在于炮管的歐姆損失與炮管電感的殘留磁能，而即便是理想條件下忽略電阻的軌道炮，電源提供能量的一半轉(zhuǎn)化為彈丸的動能，導(dǎo)軌炮的效率最高也只有50%，考慮到炮管的歐姆損失和摩擦阻力等，導(dǎo)軌炮的效率必然會低于50%的理論值，一般在25%-35%左右。
圖片：電磁炮與傳統(tǒng)火炮能量轉(zhuǎn)換效率對比，1：線圈炮 2：軌道炮3：電熱炮
相比之下線圈炮的優(yōu)勢則更為明顯，可以通過磁懸浮技術(shù)避免彈丸與炮管的機械接觸，這就避免了摩擦阻力的產(chǎn)生；而在理論上線圈炮可以達到100%的潛力，而現(xiàn)實中平均也可達到50%以上的效率，這幾乎是導(dǎo)軌炮效率的兩倍。
這也就意味著在使用相同電源的時候，線圈炮可以達到更高的彈丸動能。而多級線圈驅(qū)動的方式則可以大大減小驅(qū)動元件所需的電流，同時大可使用多電源分散供電，從而避開了特大功率電源和開關(guān)的存在。
圖片：電磁線圈炮理論模型。
而從未來裝備部隊的角度來看，線圈炮有著相比于軌道炮更為明顯的優(yōu)勢——高維護性。
多級線圈炮在使用中可以方便地通過拆卸部分線圈來進行維修，而軌道炮則需要整段更換導(dǎo)軌。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys RaptorH：高速SoC、混合信號及射頻芯片的電磁建模
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Ansys RaptorH仿真解決方案也已正式通過三星Foundry認證，用于研發(fā)高速SoC和2.5維/三維集成電路（2.5D/3D-IC）。本次會議主要介紹Ansys全新的芯片級電磁分析工具RaptorH，該工具將應(yīng)用領(lǐng)域擴展到芯片和其構(gòu)成的電子系統(tǒng)。增強后的片上電磁仿真工具RaptorH將包括Ansys HFSS標準引擎并將其集成到易用的界面中，以供芯片設(shè)計人員使用，同時工具保持了Ansys RaptorX的速度與大容量。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習。
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展開 在 COMSOL 中模擬電磁線圈
科學(xué)家使用亥姆霍茲線圈來產(chǎn)生均勻的磁場，用于研究電磁場及其特性。在 MRI、光譜學(xué)、磁阻測量和設(shè)備校準中都會使用這類設(shè)備。這篇文章，我們將介紹什么是亥姆霍茲線圈，為什么它如此重要，以及使用仿真方法對其進行設(shè)計。
使用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻磁場
磁場由移動電荷產(chǎn)生，當電荷在空間中移動或旋轉(zhuǎn)時，能夠建立磁場。當磁場不均勻時，物體在各處的磁場均不同。但是，通過兩個相同線圈的特殊排列（稱為亥姆霍茲線圈）可以得到非常均勻的磁場。
亥姆霍茲線圈用于為需要特定磁場的實驗產(chǎn)生均勻磁場或抵消外部磁場，如地球磁場。其他應(yīng)用還包括確定磁屏蔽效果、量化電子設(shè)備對磁場的敏感性以及校準導(dǎo)航設(shè)備。
陰極射線在亥姆霍茲線圈中彎曲成一個圓圈。圖片來源：Sfu。根據(jù) CC BY-SA 3.0授權(quán)，通過 Wikimedia Commons 共享。
在設(shè)計亥姆霍茲線圈時，很自然地會提出一個問題：磁場的均勻性如何，距離應(yīng)多遠？我們可以借助 COMSOL Multiphysics? 軟件來回答這個問題，。
分析亥姆霍茲線圈的磁場
亥姆霍茲線圈的幾何形狀由兩個相同的圓形線圈組成，它們之間間隔一個半徑。線圈均勻纏繞，以使電流以相同的方向流動。反過來，這又會產(chǎn)生均勻的磁場，其中主要部件平行于兩個線圈的中心軸。這種均勻性可以歸因于平行于線圈軸的兩個場分量的總和以及垂直于這些相同軸的分量之間的差。
亥姆霍茲線圈示意圖。
為了對線圈進行建模，我們使用 COMSOL 軟件內(nèi)置的 3D 磁場 接口，該接口在 AC/DC 模塊中可用。這個例子中，線圈由 10 匝導(dǎo)線組成，有 0.25 mA 的電流通過。
亥姆霍茲線圈教程模型的幾何結(jié)構(gòu)。
從下圖中，我們可以看到兩個線圈之間的磁通密度。請注意，紅色箭頭表示磁場的強度和方向。
展開 
在 COMSOL 中模擬電磁線圈
AC/DC 模塊最常見的用途之一是模擬電磁線圈及其與周圍環(huán)境的相互作用。今天，我們將研究在對線圈進行建模時需要牢記的一個關(guān)鍵概念：閉合電流回路。如果你的工作涉及線圈建模，通過這篇文章，你將對這個主題有一個全面的了解。
如何在 COMSOL Multiphysics 中模擬基本線圈
讓我們從一個簡單的導(dǎo)線示例開始。如下圖所示，一根導(dǎo)線彎曲成一個環(huán)并連接到一個恒定的電壓源——電池。由于存在電壓差，電流將通過導(dǎo)線流動。整個導(dǎo)體的電流大小和方向可以通過歐姆定律和電荷守恒方程以及一組邊界條件來計算。
連接到直流電壓源的一個非常簡單的電磁線圈。
對于這根單匝線圈，我們可以考慮一端接地的邊界條件，即電勢為零，而另一端的電勢較高。電流不能在其他地方流入或流出導(dǎo)線，所以電絕緣條件適用于其余的邊界。這個問題可以用 COMSOL Multiphysics AC/DC 模塊中應(yīng)用的有限元方法來解決。
由于計算出的電流流動，產(chǎn)生了一個圍繞導(dǎo)線的磁場。這是一個向量場，具有大小和方向，可以通過安培定律計算。我們感興趣的是學(xué)習如何模擬這個磁場，以及它如何與其他物體相互作用。
由于我們的目標是學(xué)習線圈建模，所以不會關(guān)注源本身發(fā)生了什么。我們將假設(shè)存在一個提供恒定電壓或恒定電流的設(shè)備。我們也不關(guān)心線圈和源之間的電線，而是假設(shè)它們在電氣上無關(guān)緊要。基于這兩個假設(shè)，我們認為，一個合理的線圈計算模型可能看起來像下圖所示的模型，該圖顯示了單匝線圈以及由于電流流動而產(chǎn)生的周圍磁場。
單匝線圈的計算模型。導(dǎo)線中的電流（黑色箭頭）會在周圍空氣域產(chǎn)生磁場（彩色箭頭）。
實際上，在解決上述模型的過程中，還有一些其他的假設(shè)。首先，我們可以看到，線圈周圍有一個圓柱體，代表空氣域。這是我們求解磁場的計算域。這是一個有限域，但磁場實際上將無限延伸到離線圈很遠的地方。
展開 comsol仿真磁阻式線圈電磁炮
磁阻炮是電磁炮下線圈炮中的一種，原理簡單粗暴，直接利用線圈產(chǎn)生的磁場對鐵磁質(zhì)彈丸產(chǎn)生的磁吸力來加速彈丸，通過多級加速以民間技術(shù)和材料都能實現(xiàn)100m/s以上的彈丸速度。以下是使用comsol進行磁阻炮瞬態(tài)仿真的效果，線圈激勵采用的是450V 1000uf的電容放電。
發(fā)射和接收極線圈與磁芯的組合結(jié)構(gòu)電磁仿真 ￥800
發(fā)射和接收極線圈是一種用于無線通信和無線能量傳輸?shù)难b置，通常與磁芯結(jié)合使用。發(fā)射極線圈是一個線圈，通過通電產(chǎn)生交變電流，從而在周圍產(chǎn)生一個隨時間變化的磁場。這個磁場與接收極線圈中的磁芯產(chǎn)生相互耦合，從而傳輸電能或信號。接收極線圈通常也是一個線圈，通過與發(fā)射極線圈的磁場耦合，感應(yīng)到隨時間變化的磁場，并將其轉(zhuǎn)換為電能或信號。磁芯是發(fā)射和接收極線圈中的一個重要組成部分。磁芯通常由磁性材料制成，如鐵氧體或釹鐵硼等。磁芯的作用是增加磁場的強度和聚焦磁場，從而提高發(fā)射和接收的效率。發(fā)射和接收極線圈通常放置在空間中的一定距離，并通過磁場的相互作用來進行無線能量傳輸或信號傳輸。發(fā)射極線圈通過傳輸電能的方式，將能量傳輸?shù)浇邮諛O線圈中，通過感應(yīng)電磁感應(yīng)原理將磁場能量轉(zhuǎn)換為電能。接收極線圈將接收到的電能用于供電或?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸入。
本案例基于COMSOL軟件的電磁場模塊，建立了線圈和磁芯的組合結(jié)構(gòu)模型，并數(shù)值仿真得到結(jié)構(gòu)的磁場分布變化，模型及仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，可以下載模型源文件！
展開 10/22 | Ansys RaptorH：高速SoC、混合信號及射頻芯片的電磁建模
課程內(nèi)容：
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以下RaptorH功能將在會上做介紹：
如何獲取適配每個仿真任務(wù)的最佳引擎
易于使用的GUI界面針對芯片級EM分析進行的優(yōu)化
芯片工藝廠認證和工藝廠tech file相關(guān)信息
FinFET支持先進工藝到5nm及以下
課程簡介：
先進設(shè)計，如3D-IC、Silicon Interposer及高級封裝上電磁現(xiàn)象，從而縮短芯片設(shè)計周期并提高性能和可靠性。RaptorH集成了Ansys旗艦級通用3D全波電磁仿真引擎HFSS的保真度，和芯片級專用電磁仿真引擎RaptorX的速度和高容量架構(gòu)，有效地幫助客戶解決電磁串擾問題，避免可能導(dǎo)致設(shè)計周期延長、風險增大、成本升高以及性能不理想等不良影響。
近期，Ansys RaptorH仿真解決方案也已正式通過三星Foundry認證，用于研發(fā)高速SoC和2.5維/三維集成電路（2.5D/3D-IC）。
培訓(xùn)時間：
2020年10月22日（周四） 16:00~ 17:00
主講講師：
成捷
Ansys半導(dǎo)體事業(yè)部主任應(yīng)用工程師，主要負責Totem/PathFinder/Helic等產(chǎn)品的支持。對模擬及混合信號設(shè)計的功耗、電源完整性、可靠性及電磁串擾等問題有較全面的理解和豐富的經(jīng)驗。
點擊圖片或點擊報名鏈接報名：http://event.31huiyi.com/1909663237/index?c=jishulink
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展開 Maxwell中各種電磁線圈winding的互感結(jié)果到底是什么？
（V:fwz0703）
1.自感結(jié)果
如圖所示，在Maxwell的eddy current中設(shè)置三個winding，然后添加parameters，后處理中很方便的能夠提取線圈繞組的電感，和互感等一系列和線圈相關(guān)的參數(shù)，結(jié)果如下所示：
可以看到線圈1，2，3的各自的自感數(shù)值，自感主要阻礙線圈中的電流變化速率的。具體參考上一篇文章，線圈里面的電流和電壓的關(guān)系為
2.互感結(jié)果
另外可以得到1-2，2-3，1-3之間的互感數(shù)值，也就是對應(yīng)的互感。互感M=M12=M21，它表示兩個線圈之間的磁耦合程度。當線圈 1 中有電流變化時，會產(chǎn)生磁場，這個磁場的一部分磁通會穿過線圈 2，從而在線圈 2 中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈 2 中感應(yīng)電動勢U2與線圈 1 中電流的變化率di/dt之間的關(guān)系如下，從而根據(jù)互感就能得到另外一個線圈的電壓值。
U2=-M*(di/dt),
另外還有一個概念是互感系數(shù)：互感耦合系數(shù)（用K表示）是用來衡量兩個相互靠近的線圈之間磁耦合緊密程度的一個無量綱參數(shù)。它的定義是：
其中M是兩個線圈之間的互感，L1和L2分別是兩個線圈的自感。
3.互感系數(shù)的相互影響
如果有三個線圈，那么第1-3個線圈互感是否受到第2個線圈的影響？計算的時候如何設(shè)置第2個線圈？測試為準，得到的結(jié)果如下圖所示：
結(jié)論如下：
線圈之間的互感是各自獨立計算的結(jié)果，中間線圈無關(guān)，但是周圍可能感應(yīng)電流的封閉導(dǎo)體有關(guān)。
計算方法需要將不相干的線圈刪除（不能空置，否則按照實體考慮），或者設(shè)置電阻很大。
展開 電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
圖61 A記權(quán)聲壓級
4.結(jié)論
本操作案例僅介紹了如何在ANSYS Workbench平臺上，通過Maxwell電磁模塊與Mechanical模塊進行電機的電磁結(jié)構(gòu)噪聲仿真的操作流程，對電機實際結(jié)構(gòu)進行仿真計算時需要充分考慮電機的結(jié)構(gòu)特點。
文章來源：西莫電機論壇
老電工拆下電磁閥線圈，馬上把螺絲刀插進去，這是神馬操作？
前幾天，我在微頭條上提到，有些老電工在在維修電磁閥，在不斷電的情況下拆下電磁閥線圈，往往把螺絲刀插在線圈里，引起了很多人的興趣，但不知道為什么？
今天就為大家解讀一下！
首先，我們知道，交流電也可以通過線圈時，線圈會產(chǎn)生的電感，這個電感對交流電有阻礙作用，這個阻礙叫做感抗，感抗的單位是歐，等效于電阻。交流電越難以通過線圈，說明電感量越大，電感的阻礙作用就越大。
一個空心的電感線圈，在其匝數(shù)不變時，只要插入磁芯或鐵芯，其電感量就會增大。也就是說同樣匝數(shù)的線圈，空心的電感量要比有鐵心的小很多。
下面，我們再來看感抗的公式：XL= 2πfL=ωL
XL 就是感抗，單位為歐姆 ，ω 是交流發(fā)電機運轉(zhuǎn)的角速度，單位為弧度/秒，f 是頻率，單位為赫茲 ，L 是線圈電感，單位為亨利。
從以上公式可以看出，交流電頻率越高，電感量越大，則線圈的感抗就越大。
我們假設(shè)有一個空心線圈的電感量為0.1H，而帶鐵芯的線圈的電感量為1H，所用的電壓為AC220V，頻率為50Hz，按上述公式計算，兩個線圈的感抗XL分別為31.4Ω和314Ω。
若將這兩個線圈分別接入AC220V，則流過兩個線圈的電流分別為7A和0.7A。
由此可見，插入鐵芯后，線圈的電感量增大了，具有較高的感抗。
所以在拆下帶電的電磁閥線圈時，及時插入鐵質(zhì)工具或鐵棒，是可以顯著降低線圈電流，預(yù)防線圈過熱或短路燒毀。
那是不是所有的電磁閥線圈在帶電情況下都要插入鐵心呢？
由感抗產(chǎn)生的原因知：電感線圈對直流電流沒有阻礙作用，即“通直流，阻交流” 。
所以對直流線圈就沒有必要插入鐵芯來了！
展開 用SolidWorks建模的銅管冷卻線圈
建模步驟
1.在上視基準面上畫樣條曲線。
鏡像兩側(cè)
2.曲面拉伸。
3.在前視基準面上畫一條豎線。（曲面掃描的路徑）
4.在右視基準面上畫一條水平線。（曲面掃描的輪廓）
5.曲面掃描——沿路徑扭轉(zhuǎn)——旋轉(zhuǎn)：20圈。
6.進入3D草繪，交叉曲線——旋轉(zhuǎn)圖中的的藍色面。
7.刪除保留實體，兩個曲面。
就剩3D草圖了
8.在右視基準面畫圓，圓心與3D草圖穿透。（按住Ctrl鍵點圓心和3D草圖）
9.掃描。
10.再畫一個3D草圖。
頂部是一段樣條曲線
11.在藍色端面上草繪，轉(zhuǎn)換實體引用圓。
12.掃描。圓為輪廓，3D草圖為路徑。
13.抽殼，厚度0.1或0.05 。
案例51-用梁-梁接觸建模的管內(nèi)多絲線圈
這個示例問題演示了三種方法來模擬管內(nèi)的多線線圈。每個模型使用不同的接觸場景：面-面、梁-面或梁-梁。比較表明，使用梁-梁接觸的梁模型在簡化建模和減少計算時間方面具有最佳優(yōu)勢。
重點介紹了以下特性和功能：
• 通過CONTA177單元建模的梁-梁和梁-面接觸
• 橫梁之間的內(nèi)部接觸
介紹和問題描述
多線線圈和多股電纜主要用于醫(yī)療設(shè)備和汽車行業(yè)。一個例子是植入式導(dǎo)線，它可能是心臟除顫器等醫(yī)療設(shè)備的一部分。
通常進行彎曲分析以模擬電纜和線束，以模擬線圈線或電纜股水平的實際物理行為。使用實體單元分析這些類型的結(jié)構(gòu)在計算上可能很昂貴。另一方面，具有梁-梁接觸的梁模型提供簡化建模的快速準確的解。
對可植入導(dǎo)線模型進行彎曲分析。該結(jié)構(gòu)由聚合物管殼內(nèi)的五線金屬線圈組成。管長3.45 mm，外徑0.43 mm，內(nèi)徑0.36 mm。線圈導(dǎo)線的半徑為0.05 mm，導(dǎo)線之間的初始間隙為0.0125 mm。
在每個模型中定義了兩個接觸對：一個用于線圈的線-線接觸的自接觸對，以及線圈和管之間的一個接觸對。要應(yīng)用彎曲邊界條件，管和線圈的一端固定，另一端繞Y軸旋轉(zhuǎn)1.2弧度。
創(chuàng)建了三種不同的模型：
1. 實心管和實心線圈
2. 實心管和梁線圈
3. 束管和束線圈
使用的具體單元類型和接觸模型如下：
三種類型的網(wǎng)格如下：
建模
建模五絲線圈
線圈的半徑為0.3mm，導(dǎo)線的半徑為0.05mm，導(dǎo)線之間的初始間隙為0.0125mm。
情況1：創(chuàng)建了五層實心螺旋線圈，并用SOLID186單元劃分網(wǎng)格；見下圖（a）。
情況2和情況3：創(chuàng)建螺旋線圈的線模型，并用BEAM189單元劃分網(wǎng)格；見下圖（b）。
展開 基于ANSYS Maxwell的平面螺旋型線圈電感仿真分析
摘要：平面螺旋型線圈是無線充電系統(tǒng)中的重要部件。利用ANSYS Maxwell軟件對平面螺旋型線圈的電感值進行了仿真分析，在圓柱坐標系中建立了不含隔磁片和含隔磁片的線圈2D和3D模型，仿真結(jié)果與實測結(jié)果相符合，說明建模方法是正確的。最后研究了線圈匝數(shù)對線圈電感值和耦合系數(shù)的影響，一方面，對無線充電系統(tǒng)線圈的研究設(shè)計提供了有益參考；另一方面，也可作為電磁場與電磁波課程的仿真實驗，成為教學(xué)的補充。
關(guān)鍵詞：平面螺旋型線圈；電感值；ANSYS Maxwell；隔磁片；耦合系數(shù)
電感是基本電路元件之一，在工程中廣泛應(yīng)用導(dǎo)線繞制的線圈。例如，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用電抗 器抑制諧波和限制短路電流，電抗器是用導(dǎo)線繞制 成螺線管的形式，稱空心電抗器。在無線充電系統(tǒng)中，線圈是能量傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，為了提高傳輸效率，研究者嘗試使用不同形狀的線圈，如圓形、四邊形和多邊形等。由于線圈的材料、幾何形狀、匝數(shù)、尺寸及兩線圈的位置都可能影響耦合系數(shù)的大小，進而影響電能傳輸效率，因此需要對諧振線圈進行優(yōu)化設(shè)計，為實物設(shè)計和實驗提供設(shè)計依據(jù)。平面螺旋型線圈較薄且不占體積，在手機、電動汽車等無線充電器中得到了廣泛應(yīng)用，研究表明平面螺旋型線圈可實現(xiàn)高效電能傳輸。此外，無線充電線圈中大量使用軟磁鐵氧體制成的隔磁片，其材質(zhì)和形狀對提高無線充電的效率和電磁兼容方面均具有重要作用。
ANSYS Maxwell是一種電磁場有限元分析軟件，它功能強大，具有電場、靜磁場、渦流場、瞬態(tài)場分析模塊，是工程設(shè)計人員和研究工作者的重要工具。電磁場課程公式多且概念抽象，學(xué)生普遍反映難學(xué)、難懂、難用。電磁場是一種特殊形式的物質(zhì)，無法直 接觀察。
展開 