電磁力仿真分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
電磁力仿真分析的視頻教程
手把手教你Maxwell 永磁體電磁力仿真【搞仿真的晴博】B203
Comsol官方案例的復(fù)現(xiàn)，一個(gè)馬蹄形的永磁體，這是幾何建模部分，求解過程在另一個(gè)視頻中。
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2024 R1 ANSYS Workbench 永磁電機(jī)電磁力、振動(dòng)噪聲仿真
此課程基于2024 R1 ANSYS Workbench平臺(tái)進(jìn)行永磁電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲仿真課程，其Maxwell電磁力為集中力，通過課程回顧下永磁電機(jī)的電磁噪聲問題，詳細(xì)講解電磁振動(dòng)噪聲仿真過程，包括各部分仿真結(jié)果的導(dǎo)出及解讀等內(nèi)容。
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2024 R1 ANSYS Workbench 三相異步電機(jī)電磁力、振動(dòng)噪聲仿真
此課程基于2024 R1 ANSYS Workbench平臺(tái)進(jìn)行三相異步電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲仿真課程，其Maxwell電磁力為集中力，通過課程回顧下三相異步電機(jī)的電磁噪聲問題，詳細(xì)講解電磁振動(dòng)噪聲仿真過程，包括各部分仿真結(jié)果的導(dǎo)出及解讀等內(nèi)容。希望通過此課程讓參加學(xué)習(xí)的使用者能快速掌握新版的2024 R1 Workbench進(jìn)行三相異步電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲仿真校核。 下面是課程的部分講義內(nèi)容。
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電磁力仿真分析的實(shí)例教程
(a) 外形結(jié)構(gòu)
(b) 永磁體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖1 樣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
表1 樣機(jī)的主要參數(shù)
圖2為永磁轉(zhuǎn)子端部軸向電磁力仿真結(jié)果，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子不分段移位斜極時(shí)，電機(jī)兩端繞組端部對(duì)應(yīng)的軸向電磁力幅值相同，方向相反，合成軸向電磁力約為0.25 N，近似為零。當(dāng)轉(zhuǎn)子分4段移位斜極后，不平衡軸向電磁力約為6.00 N。
(a) 轉(zhuǎn)子不斜極
(b) 轉(zhuǎn)子線性分4段移位斜極
圖2 繞組端部軸向電磁力仿真結(jié)果
為分析永磁轉(zhuǎn)子分段移位磁極間漏磁幅值對(duì)軸向電磁力的影響，以一個(gè)軸向分4段的永磁電機(jī)樣機(jī)為例，進(jìn)行有限元仿真分析。假定第①段與第②段、第③段與第④段的磁極之間無移位，第②段與第③段的磁極之間移位一個(gè)3.75°的齒距角，仿真結(jié)果如圖3所示。
(a) 磁密分布
(b) 軸向電磁力
圖3 轉(zhuǎn)子分段移位磁極間的軸向電磁力仿真結(jié)果
仿真結(jié)果表明，由于①與②、③與④段間磁極之間無移位，磁密相互對(duì)稱，段間漏磁極少，幾乎不產(chǎn)生軸向電磁力；當(dāng)②與③磁極發(fā)生移位后，導(dǎo)致磁極之間產(chǎn)生漏磁，磁密分布不再對(duì)稱，由此產(chǎn)生不平衡軸向電磁力，其仿真結(jié)果為95.78 N。
綜上分析，永磁轉(zhuǎn)子線性分段移位斜極產(chǎn)生的軸向電磁力主要由繞組端部漏磁和永磁轉(zhuǎn)子移位磁極間的移位漏磁引起，后者為不平衡軸向電磁力的主要部分。
展開 幾何模型已由SOLIDWORKS建模，材料已在COMSOL中配置。 如下圖所示，幾何模型是一個(gè)圓柱形頭螺旋尾的三維結(jié)構(gòu)(材料是柔性橡膠)，以及倆塊NdFeB永磁鐵。其中，倆塊磁鐵緊嵌在圓柱形頭部。
該三維結(jié)構(gòu)置于背景磁場B0中，背景磁場大小和磁感應(yīng)方向均不變。倆個(gè)磁體的磁極方向如藍(lán)色箭頭所示，由南極指向北極(已在COMSOL中配置)。在背景磁場作用下，倆個(gè)磁體受到磁轉(zhuǎn)矩作用，磁極會(huì)趨向于背景磁場方向，并傳遞給彈性結(jié)構(gòu)頭部一個(gè)變形(變形趨勢(shì)如綠色箭頭所示)。模擬結(jié)果如圖所示：
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本教程演示了如何使用多相模型模擬軸承油膜潤滑。
啟動(dòng)FLUENT并導(dǎo)入網(wǎng)格
第一步
在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令，啟動(dòng)Fluent 2021。
第二步
單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導(dǎo)入.msh網(wǎng)格文件。
定義模型
單擊命令結(jié)構(gòu)樹中General按鈕，彈出General（總體模型設(shè)定）面板。在Solver Time中選擇Steady。
設(shè)置材料
單擊主菜單中Setting Up Physics→Materials→
Create/Edit，彈出Create/Edit Materials（材料）對(duì)話框。創(chuàng)建新物質(zhì)，oil。
定義多相流模型
第一步
在模型設(shè)定面板Models中雙擊Multiphase按鈕，彈出Multiphase Model（多相流模型）對(duì)話框，選擇Mixture，單擊OK按鈕確認(rèn)并關(guān)閉對(duì)話框。
第二步
在模型設(shè)定面板Models中雙擊Multiphase下的Phases按鈕，彈出Phase（多相流設(shè)置）對(duì)話框，在Phase-1對(duì)話框中，Phase Material選擇oil，在Phase-2對(duì)話框中，Phase Material選擇air，單擊OK按鈕確認(rèn)并關(guān)閉對(duì)話框
展開 電機(jī)NVH是一個(gè)多物理場耦合的問題，其中涉及到的電磁、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、熱流等領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)仿真也需要采用多個(gè)不同領(lǐng)域的求解器聯(lián)合求解。目前，對(duì)于由于電磁載荷引起的電機(jī)噪聲仿真一般采取先進(jìn)行電磁仿真提取電磁力，然后將提取的電磁力加載到結(jié)構(gòu)有限元模型上進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲仿真的流程。
電磁仿真需要采用考慮運(yùn)動(dòng)的時(shí)域求解器，因此往往采用2D模型提高仿真分析效率。結(jié)構(gòu)有限元模型往往為三維網(wǎng)格，求解采用頻域算法。電磁仿真的模型和結(jié)構(gòu)仿真模型是兩套不同的模型網(wǎng)格。如何快速高效的建立電磁仿真和結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲仿真模型之間的數(shù)據(jù)傳遞是目前大多數(shù)電機(jī)NVH仿真工程師所關(guān)心的。西門子Simcenter 3D技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)這個(gè)問題，開發(fā)了針對(duì)性的程序，可以快速方便的解決從電磁仿真到振動(dòng)噪聲仿真之間電磁力處理的問題。程序功能主要應(yīng)用可以概況為以下幾點(diǎn)：
1. 任意定子結(jié)構(gòu)加載位置選擇
為了實(shí)現(xiàn)低噪音設(shè)計(jì)，在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中定子齒的齒頂往往不再是圓弧形。出現(xiàn)了平齒、內(nèi)凹、外凸等多種形狀。針對(duì)這些新的結(jié)構(gòu)型式，如何能夠快速高效的提取齒頂?shù)妮d荷？
在我們的程序中，只需要設(shè)置關(guān)注的區(qū)域范圍，軟件會(huì)基于實(shí)際的2D電磁網(wǎng)格及電磁力自動(dòng)提取齒頂?shù)?em>電磁力，并將2D的電磁仿真計(jì)算出的電磁力拉伸為用于有限元網(wǎng)格加載的電磁力。通過該程序，我們可以實(shí)現(xiàn)：
精確考慮外凸和內(nèi)凹齒面效果
精確切向力引起定子齒變形
減小電磁力文件大小
2. 基于多個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的電磁階次力提取
在計(jì)算電機(jī)加速噪聲時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速是變化的，在電磁仿真時(shí)的工況為恒定轉(zhuǎn)速工況。電機(jī)實(shí)際的振動(dòng)噪聲問題往往體現(xiàn)為階次的特征，所以采用階次計(jì)算的方式計(jì)算振動(dòng)噪聲可以更好的對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲進(jìn)行分析。
展開 摘要:為了研究電動(dòng)車的高頻電磁噪聲問題，以電動(dòng)車動(dòng)力總成為研究對(duì)象，綜合考慮電機(jī)電磁徑向電磁力波和切向電磁力波，建立了動(dòng)力總成有限元分析模型，采用一種弱磁－固耦合的方法對(duì)動(dòng)力總成的電磁振動(dòng)噪聲特性進(jìn)行分析，研究切向電磁力對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲特性的影響。在半消聲室中，對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)行振動(dòng)加速度及輻射噪聲測試，以驗(yàn)證仿真分析方法的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明，電機(jī)與減速器集成后，切向電磁力對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲影響不大，但對(duì)減速器產(chǎn)生了不可忽略的影響，在2000Hz和2400Hz處，切向電磁力在減速器表面產(chǎn)生了明顯的振動(dòng)，并且對(duì)減速器表面2000Hz～2400Hz范圍內(nèi)的聲場貢獻(xiàn)較大。研究結(jié)果對(duì)電機(jī)的電磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，為降低電機(jī)的電磁振動(dòng)提供理論依據(jù)和試驗(yàn)支持。
0 引言
隨著世界各國大力推廣新能源汽車，國內(nèi)外學(xué)者也開始研究電動(dòng)車用永磁同步電機(jī)的振動(dòng)噪聲特性振動(dòng)特性，研究發(fā)現(xiàn)噪音和振動(dòng)的根源是徑向力引起的電磁振動(dòng)。此外，在進(jìn)行電磁仿真分析時(shí)，通常施加理想的三相正弦電流，沒有考慮外電路電阻、電感等元件的影響; 隨著研究的深入，有學(xué)者發(fā)現(xiàn):針對(duì)電機(jī)－
減速器集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言，由于電機(jī)與減速器存在耦合作用，因此有必要考慮電磁切向力波。
B．Prasanth 針對(duì)車用發(fā)電機(jī)嘯叫進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)電機(jī)嘯叫不僅與其自身有關(guān)，還與與其連接的機(jī)械構(gòu)件有關(guān)。
通過改變連接方式、增加質(zhì)量塊等方式提高了電機(jī)的噪聲品質(zhì)。
P．Pellerey 等人分析了電磁切向力對(duì)電動(dòng)車動(dòng)力總成動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，提出切向電磁力不會(huì)對(duì)電磁噪聲有較大貢獻(xiàn)，但是會(huì)對(duì)減速器動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生影響。
本文以集中驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)車動(dòng)力總成為研究對(duì)象，考慮外電路的影響，建立場路耦合電磁仿真分析模型，得到徑向和切向電磁力。分析切向電磁力對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲特性的影響。
展開 
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電磁力仿真分析的最新內(nèi)容
風(fēng)機(jī)在利用風(fēng)力資源實(shí)現(xiàn)清潔能源發(fā)電的同時(shí)，其結(jié)構(gòu)不可避免地承受著風(fēng)壓所引發(fā)的復(fù)雜力學(xué)影響。作為風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵承載部件之一，風(fēng)機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)通常具有細(xì)長、高聳的幾何特點(diǎn)，使其對(duì)風(fēng)壓載荷的敏感性尤為顯著。風(fēng)壓不僅影響塔筒的強(qiáng)度和剛度性能，還可能誘發(fā)局部屈曲、疲勞破壞或整體失穩(wěn)等問題，給設(shè)計(jì)和運(yùn)行帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
為了提高風(fēng)機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率并降低失效風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)載荷作用下的風(fēng)機(jī)塔筒受力分析仿真APP提供了一套集成化的分析工具
一、背景介紹
高頻電磁場仿真在電子工程領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用，廣泛應(yīng)用于無線和有線通信、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星、雷達(dá)、半導(dǎo)體和微波集成電路、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，從芯片封裝、毫米波電路、射頻電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證，到混合集成電路、PCB板、無源板級(jí)器件、RFIC/MMIC設(shè)計(jì)，再到天線設(shè)計(jì)，以及微波腔體、衰減器、微波轉(zhuǎn)接頭、波導(dǎo)濾波器等各類微波元器件的設(shè)計(jì)，都離不開高頻電磁場仿真工具。
二、
汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是指汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要組成部分，用于轉(zhuǎn)換駕駛員的轉(zhuǎn)向輸入，并將轉(zhuǎn)向力傳遞給車輛的輪胎。它通常包括轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向連接桿和轉(zhuǎn)向齒輪機(jī)構(gòu)。汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的疲勞分析是為了評(píng)估和預(yù)測轉(zhuǎn)向節(jié)的使用壽命和可靠性，以確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。通過對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的疲勞分析，可以提前發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，并采取相應(yīng)的措施來改進(jìn)設(shè)計(jì)、選擇更強(qiáng)度的材料或優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性和可靠性。
本案例基于一汽車轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)
幾何模型已由SOLIDWORKS建模，材料已在COMSOL中配置。 如下圖所示，幾何模型是一個(gè)圓柱形頭螺旋尾的三維結(jié)構(gòu)(材料是柔性橡膠)，以及倆塊NdFeB永磁鐵。其中，倆塊磁鐵緊嵌在圓柱形頭部。
該三維結(jié)構(gòu)置于背景磁場B0中，背景磁場大小和磁感應(yīng)方向均不變。倆個(gè)磁體的磁極方向如藍(lán)色箭頭所示，由南極指向北極(已在COMSOL中配置)。在背景磁場作用下，倆個(gè)磁體受到磁轉(zhuǎn)矩作用
背景概述
隨著汽車電子的發(fā)展特別是新能源互聯(lián)網(wǎng)汽車的興起，整車的EMC環(huán)境越來越惡劣，傳統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)面臨著設(shè)計(jì)階段盲目性強(qiáng)、調(diào)試測試階段工作量大、整改階段重復(fù)性高等諸多挑戰(zhàn)，需要通過EMC仿真來解決上述問題。EMC仿真貫穿產(chǎn)品開發(fā)全周期，從PCB的電源完整性和信號(hào)完整性分析，到線纜線束的串?dāng)_及輻射情況，再到機(jī)箱機(jī)殼的屏蔽性能效果，以及整車的EMC測試等，都可以使用EMC仿真來幫助分析
本文以實(shí)際工程項(xiàng)目為例,研究漂浮式海上風(fēng)力機(jī)在數(shù)值仿真過程中的關(guān)鍵技術(shù)。通過建立等效推力模型等手段,實(shí)現(xiàn)工程樣機(jī)的數(shù)值建模并進(jìn)行典型工況的動(dòng)力響應(yīng)分析。本文的研究成果可以有效解決實(shí)際工程項(xiàng)目中浮式風(fēng)力機(jī)數(shù)值模型建立的難點(diǎn),對(duì)促進(jìn)我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展,加速我國海上風(fēng)電商業(yè)化進(jìn)程具有重要意義。
浮式風(fēng)力機(jī)數(shù)值模型建立方法
目前,對(duì)于風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)載荷的計(jì)算大多采用葉素-動(dòng)量理論,盡管該方法無法給出葉片翼型附近的流場信息
摘 要：選取X80輸油氣管道作為研究對(duì)象，建立相應(yīng)的磁力學(xué)模型，通過理論與實(shí)驗(yàn)的方法，研究地磁場環(huán)境下復(fù)雜應(yīng)力-磁通量的變化規(guī)律。首先，通過COMSOL有限元仿真軟件建立了X80管道模型，用Mises應(yīng)力表征輸油氣管道不同內(nèi)壓荷載作用下的應(yīng)力值，設(shè)置地磁場強(qiáng)度為50μT的背景磁場，對(duì)輸油氣管道模型施加不同的內(nèi)壓荷載，通過軟件計(jì)算分析，得出輸油氣管道壁上磁通量信號(hào)的分布情況。然后，通過對(duì)地磁場環(huán)境下輸油氣管道應(yīng)力
仿真分析階段包括電磁力仿真分析、結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、多源激勵(lì)下的NVH響應(yīng)分析等。
A樣機(jī)測試包括臺(tái)架NVH驗(yàn)證測試、校驗(yàn)仿真分析結(jié)果、結(jié)構(gòu)模態(tài)測試、臺(tái)架噪聲源識(shí)別測試等。整改優(yōu)化階段包括電磁方案優(yōu)化分析、結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化分析、平衡其他性能指標(biāo)、確定最優(yōu)可實(shí)施方案等。
劉士興[1]利用Ansoft軟件建立了9槽6極永磁同步電機(jī)的有限元模型，并通過對(duì)徑向電磁力仿真分析后提出了定子齒削角、轉(zhuǎn)子不均勻氣隙、提高定子模態(tài)頻率、轉(zhuǎn)子分段斜極等降低振動(dòng)的優(yōu)化方案。申秀敏[2]以電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象，從定子表面的電磁力波和定子的結(jié)構(gòu)模態(tài)兩方面入手進(jìn)行分析，得出電機(jī)噪聲的產(chǎn)生主要是由于徑向電磁力激起了定子結(jié)構(gòu)的共振。
下面介紹一下基于ANSYS Workbench平臺(tái)的電機(jī)電磁噪聲仿真分析：
電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備的噪聲起因很多，有電磁振動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細(xì)介紹如何將作用在定子上的瞬態(tài)電磁力作為結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析的載荷計(jì)算振動(dòng)噪聲。
1.電磁模型建立與分析
