1、第一章磁場分析概述1.1磁場分析對象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模塊中的電磁場分析功能，ANSYS可分析計算下列的設備中的電磁場，如：·電力發電機·磁帶及磁盤驅動器·變壓器·波導·螺線管傳動器·諧振腔·電動機·連接器·磁成像系統·天線輻射·圖像顯示設備傳感器·濾波器·回旋加速器在一般電磁場分析中關心的典型的物理量為：·磁通密度·能量損耗·磁場強度·磁漏·磁力及磁矩· S-參

2、數·阻抗·品質因子Q·電感·回波損耗·渦流·本征頻率存在電流、永磁體和外加場都會激勵起需要分析的磁場。1.2ANSYS如何完成電磁場分析計算ANSYS以Maxwell方程組作為電磁場分析的出發點。有限元方法計算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他關心的物理量可以由這些自由度導出。根據用戶所選擇的單元類型和單元選項的不同，ANSYS計算的自由度可以是標量磁位、矢量磁位或邊界通量。1.3靜態、諧波、瞬態磁場分析利用ANSYS可以完成下列磁場分析：·2-D靜態磁場分析，分析直流電(DC)或永磁體所產生的磁場，用矢量位方程。參見

3、本書“二維靜態磁場分析”·2-D諧波磁場分析，分析低頻交流電流(AC)或交流電壓所產生的磁場，用矢量位方程。參見本書“二維諧波磁場分析”·2-D瞬態磁場分析，分析隨時間任意變化的電流或外場所產生的磁場，包含永磁體的效應，用矢量位方程。參見本書“二維瞬態磁場分析”·3-D靜態磁場分析，分析直流電或永磁體所產生的磁場，用標量位方法。參見本書“三維靜態磁場分析（標量位方法）”·3-D靜態磁場分析，分析直流電或永磁體所產生的磁場，用棱邊單元法。參見本書“三維靜態磁場分析（棱邊元方法）”·3-D諧波磁場分析，分析低頻交流電所產生的磁場，用棱邊單元法。建議

4、盡量用這種方法求解諧波磁場分析。參見本書“三維諧波磁場分析（棱邊元方法）”·3-D瞬態磁場分析，分析隨時間任意變化的電流或外場所產生的磁場，用棱邊單元法。建議盡量用這種方法求解諧波磁場分析。參見本書“三維瞬態磁場分析（棱邊元方法）”·基于節點方法的3-D靜態磁場分析，用矢量位方法。參見“基于節點方法的3-D靜態磁場分析”·基于節點方法的3-D諧波磁場分析，用矢量位方法。參見“基于節點方法的3-D諧波磁場分析”·基于節點方法的3-D瞬態磁場分析，用矢量位方法。參見“基于節點方法的3-D瞬態磁場分析”1.4關于棱邊單元、標量位、矢量位方法的比較什么時候選擇2

5、D模型，什么時候選擇3D模型？標量位方法和矢量位方法有何不同？棱邊元方法和基于節點的方法求解3-D問題又有什么區別？在下面將進行詳細比較。-D分析和3-D分析比較3-D分析就是用3-D模型模擬被分析的結構。現實生活中大多數結構需要3-D模型來進行模擬。然而3-D模型對建模的復雜度和計算的時間都有較高要求。所以，若有可能，請盡量考慮用2-D模型來進行建模求解。什么是磁標量位方法？對于大多數3-D靜態分析請盡量使用標量位方法。此方法將電流源以基元的方式單獨處理，無需為其建立模型和劃分有限元網格。由于電流源不必成為有限元網格模型中的一部分，建立模型更容易。標量位方法提供以下功能：·磚型（六

6、面體）、楔型、金字塔型、四面體單元。·電流源以基元的方式定義（線圈型、桿型、弧型）·可含永久磁體激勵·求解線性和非線性導磁率問題·可使用節點偶合和約束方程此外，標量位方法中電流源建模簡單，因為用戶只需在合適的位置施加電流源基元（線圈型、桿型等）就可以模擬電流對磁場的貢獻。 什么是磁矢量位方法？矢量位方法（MVP）是ANSYS支持的兩種基于節點的方法中的一種（標量位法是另一種基于節點的方法）。這兩種方法都可用于求解3-D靜態、時諧、瞬態分析。矢量位方法中的每個節點的自由度要比標量位方法多：因為它在X、Y和Z方向分別具有磁矢量位AX、AY、AZ。在載壓或電路

7、耦合分析中還引入了另外三個自由度：電流(CURR)，電壓降(EMF)和電壓(VOLT)。2-D靜態磁分析必須采用矢量位方法，此時主自由度只有AZ。在矢量位方法中，電流源（電流傳導區域）要作為整個有限元模型的一部分。由于它的節點自由度更多，所以比標量位方法的運算速度要慢一些。矢量位方法可應用于3-D靜態、時諧和瞬態的磁場分析計算。但是，當計算區域含有導磁材料時，該方法的精度會有損失（因為在不同導磁率材料的分界面上，由于矢量位的法向分量非常大，影響了計算結果的精度）。你可以使用INTER115單元，在同一模型中同時使用3-D標量位方法和3-D矢量位方法。什么是棱邊元方法？我們推薦在解決大多數的3-

8、D時諧問題和瞬態問題時，選用棱邊單元法，但此方法對于2-D問題不適用。棱邊單元法中的自由度與單元邊有關系，而與單元節點沒關系。此方法在3-D低頻靜態和動態電磁場的模擬仿真方面有很好的求解能力。這種方法和基于節點的矢量位法同時求解具有相同泛函表達式的模型時，此方法更精確，特別是當模型中有鐵區存在時。當自由度是變化的情況下，棱邊單元法比基于節點的矢量位方法更有效。ANSYS理論手冊中有關于此方法更細致的描述。棱邊元方法和矢量位方法的比較主要的不同在于棱邊單元法具有更高的精度，對于3-D分析來說，使用棱邊單元的分析過程和用MVP分析的過程基本相同。所以，如前所述，我們推薦在求解大多數的3-D時諧和瞬

9、態問題時采用單元邊方法，但在下列情況下只能用矢量位法：·模型中存在著運動效應和電路耦合時；·模型要求電路和速度效應時·所分析的模型中沒有鐵區時。1.5高頻電磁場分析ANSYS程序具有高頻電磁分析功能，用于分析計算給定結構的電磁場和電磁波的傳播特性。大多數高頻器件都是用電磁波傳播信息。同一器件在不同頻率的表現顯然是不同的，因此在高頻器件設計中，進行頻響特性分析就顯得尤為重要。當信號的波長與導波設備的大小相當時，就必須進行高頻分析。ANSYS提供時諧分析和模態分析兩種分析方法，詳見第10章高頻電磁場分析。1.6電磁場單元概述ANSYS提供了很多可用于模擬電磁現象的單元

10、，表1-1作了簡要介紹，單元和單元特性（自由度、KEYOPT選項、輸入和輸出等）的詳細描述請參見ANSYS單元手冊。注意，并非下表中的所有單元都能應用于所有的電磁分析類型，詳情請參閱相關分析類型章節的描述。表1-1電磁場單元單元維數單元類型節點數形狀自由度1和其它特征PLANE532-D磁實體矢量8四邊形AZ；AZ-VOLT；AZ-CURR；AZ-CURR-EMFSOURC363-D電流源3無無自由度，線圈、桿、弧型基元SOLID963-D磁實體標量8磚形MAG (簡化、差分、通用標勢)SOLID973-D磁實體矢量8磚形AX、AY、AZ、VOLT；AX、AY、AZ、CURR；AX、AY、AZ

11、、CURR、EMF；AX、AY、AZ、CURR、VOLT；支持速度效應和電路耦合INTER1153-D界面4四邊形AX、AY、AZ、MAGSOLID1173-D低頻棱邊單元20磚形AZ(棱邊)；AZ(棱邊)-VOLTHF1193-D高頻棱邊單元10四面體AX(棱邊)HF1203-D高頻棱邊單元20磚型AX(棱邊)CIRCU1241-D電路8線段VOLT、CURR、EMF；電阻、電容、電感、電流源、電壓源、絞線圈、2D大線圈、3D大線圈、互感、控制源PLANE1212-D靜電實體8四邊形VOLTSOLID1223-D靜電實體20磚型VOLTSOLID1233-D靜電實體10四面體VOLTSOLI

12、D1273-D靜電實體10TetVOLTSOLID1283-D靜電實體20BrickVOLTINFIN92-D無限邊界2線段AZ-TEMPINFIN1102-D無限實體8四邊形AZ、VOLT、TEMPINFIN473-D無限邊界4四邊形MAG、TEMPINFIN1113-D無限實體20磚型MAG、AX、AY、AZ、VOLT、TEMPPLANE672-D熱電實體4四邊形TEMP-VOLTLINK683-D熱電桿2線段TEMP-VOLTSOLID693-D熱電實體8磚型TEMP-VOLTSHELL1573-D熱電殼4四邊形TEMP-VOLTPLANE132-D耦合實體4四邊形UX、UY、TEMP、

13、AZ；UX-UY-VOLTSOLID53-D耦合實體8磚型UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG；TEMP-VOLT-MAG；UX-UY-UZ；TEMP、VOLT/MAGSOLID623-D磁結構8磚型UX-UY-UZ-AX-AY-AZ-VOLTSOLID983-D耦合實體10四面體UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG；TEMP-VOLT-MAG；UX-UY-UZ；TEMP、VOLT/MAG1具體的自由度根據KEYOPT選項的具體設置來激活1.7關于GUI路徑和命令方式在本指南中，貫穿始終，都會看見許多ANSYS命令流和其等效路徑的提示。這些命令行一般只使用了命令名，并沒有列出所

14、有變量參數。如果在命令后面加了不同的變量，將執行一些其他的更復雜的操作。若希望了解更復雜的命令語法，請參考ANSYS命令指南我們盡可能多地列出了GUI等效路徑的提示幫助。很多情況下，直接執行GUI路徑就可以執行相應的命令函數；在有些情況下，執行GUI路徑后，會出現菜單和對話框，根據提示選擇相應的選項完成希望執行的命令函數。對于本指南的所有分析，在定義材料屬性時，將應用一種更加仿真的界面形式。界面根據材料屬性的不同，分門別類地分級列出樹狀形式結構，這樣便于用戶更加合理的選擇材料類型。詳細情況請參見ANSYS基本過程指南中的“材料模型界面”。第二章2-D靜態磁場分析2.1什么是靜態磁場分析靜態磁場

15、分析考慮由下列激勵產生的靜態磁場：·永磁體·穩態直流電流·外加電壓·運動導體·外加靜磁場靜磁分析不考慮隨時間變化效應，如渦流等。它可以模擬各種飽和非飽和的磁性材料和永磁體。靜磁分析的分析步驟根據以下幾個因素決定：·模型是2D還是3D·在分析中，考慮使用哪種方法。如果靜態分析為2D，就必須采用在本章內討論的矢量位方法。對于3D靜態分析，你可選其中標量位方法（第5章）、矢量位方法（第9章）、或者棱邊元方法（第6章）。2.2二維靜態磁場分析中要用到的單元：2-D模型要用二維單元來表示結構的幾何形狀。雖然所有的物體都是三維的，但在實

16、際計算時首先要考慮是否能將它簡化成2-D平面問題或軸對稱問題，這是因為2-D模型建立起來更容易，運算起來也更快捷。ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Emag模塊提供了一些用于2-D靜態磁場分析的單元（如下表）。詳細情況參見ANSYS單元手冊。表2-12-D實體單元單元維數形狀或特性自由度PLANE132-D四邊形，4節點或三角形，3節點最多可達每節點4個；可以是磁矢勢(AZ)、位移、溫度或時間積分電勢。PLANE532-D四邊形，8節點或三角形，6節點最多可達每節點4個；可以是磁矢勢(AZ)、時間積分電勢、電流或電動勢降。表2-2. 遠場單元單元維數形狀或特性自由度INFIN9

17、2-D線型，2節點磁矢勢(AZ)INFIN1102-D四邊形，4個或8個節點磁矢勢(AZ)、電勢、溫度表2-3. 通用電路單元單元維數形狀或特性自由度注意CIRCU124無通用電路單元，最多可6節點每節點最多可有三個；可以是電勢、電流或電動勢降通常與磁場耦合時使用2-D單元用矢量位方法（即求解問題時使用的自由度為矢量位）。因為單元是二維的，故每個節點只有一個矢量位自由度：AZ(Z方向上的矢量位)。時間積分電勢(VOLT)用于載流塊導體或給導體施加強制終端條件。還有一個附加的自由度，電流(CURR)，是載壓線圈中每匝中的電流值，便于給源線圈加電壓載荷，它常用于載壓線圈和電路耦合。當電壓或電流載荷

18、是通過一個外部電路施加時，就需要CIRCU124單元具有AZ、CURR和EMF（電動勢降或電勢降）這幾個自由度。（關于電磁電路耦合的更詳細信息，參見ANSYS耦合場分析指南）。2.3靜態磁場分析的步驟靜態磁場分析分以下五個步驟：1.創建物理環境2.建立模型，劃分網格，對模型的不同區域賦予特性3.加邊界條件和載荷（激磁）4.求解5.后處理（查看計算結果）下面將詳細討論這幾個步驟，在本章末，還有一個螺線管電磁鐵的2D靜態分析例題。這個例題是以ANSYS圖形用戶界面的方式來做的，并且還給出了相應的ANSYS命令格式。創建物理環境在定義一個分析問題的物理環境時，進入ANSYS前處理器，建立這個物理物體

19、的數學仿真模型。按照以下步驟來建立物理環境：1、設置GUI菜單過濾2、定義分析標題（/TITLE）3、說明單元類型及其選項（KEYOPT選項）4、定義單元坐標系5、設置實常數和單位制6、定義材料屬性.1設置GUI過濾如果你是通過GUI路徑來運行ANSYS，當ANSYS被激活后第一件要做的事情是選擇菜單路徑：Main Menu>Preferences，在對話框出現后，選擇Magnetic-Nodal。因為ANSYS會根據你選擇的參數來對單元進行過濾，選擇Magnetic-Nodal以確保能夠使用用于2-D靜態磁場分析的單元。.2定義分析標題給你所進行的分析一個能夠代表所分析內容的標題，比如

20、“2-D solenoid actuator static analysis”，確認使用一個能夠與其他相似物理幾何模型區別的標題。用下列方法定義分析標題。命令：/TITLEGUI:：Utility Menu>File>Change Title.3定義單元類型及其選項與其他分析一樣，進行相應的單元選擇，詳細過程參見ANSYS基本過程指南。各種不同的單元組合在一起，成為具體的物理問題的抽象模型。根據處理問題的不同，在模型的不同區域定義不同的單元。例如，鐵區用一種單元類型，而絞線圈需要用另一種單元類型。你所選擇的單元及它們的選項（KEYOPTs，后面還要詳細討論）可以反映待求區域的物理事

21、實。定義好不同的單元及其選項后，就可以施加在模型的不同區域。下面的表格和圖形顯示在2-D分析中存在兩種不同區域。空氣DOF: AZ材料特性：MUr (MURX), rho (RSVX) (如要計算焦耳熱)鐵DOF: AZ材料特性：MUr(MURX)或B-H曲線(TB命令)永磁體DOF: AZ材料特性：MUr (MURX)或B-H曲線(TB命令)，Hc(矯頑力矢量MGXX,MGYY)注：永磁體的極化方向由矯頑力矢量和單元坐標系共同控制。載流絞線圈DOF: AZ材料特性：MUr(MURX)特殊特性：加源電流密度JS(用BFE,JS命令)注：假定絞線圈內有不受外界影響的電流。可以根據線圈匝數，每匝中

22、的電流和線圈橫截面積來計算電流密度。載壓絞線圈DOF: AZ,CURR材料特性：MUr (MURX), rho (RSVX)實常數：CARE,TURN,LENG,DIRZ,FILL特殊特性：加電壓降VLTG(用BFE命令)，耦合CURR自由度。注：用單元PLANE53建模，外加電壓不受外界環境影響。運動導體DOF: AZ材料特性：MUr (MURX)或B-H曲線(TB命令), rho (RSVX)實常數：VELOX,VELOY,OMEGAZ,XLOC,YLOC注：運動物體不允許在空間上有“材料”的改變。用PLANE13和PLANE53單元表示所有的內部區域，包括鐵區，導電區，永磁體區和空氣等。

23、模擬一個平面無邊界問題，可采用2節點邊界元INFIN9或4/8節點邊界元INFIN110。INFIN9或INFIN110能模擬磁場的遠場衰減，而且相對于給定磁流平行或垂直邊界條件而言，遠場單元可得到更好的計算結果。大多數單元類型都有關鍵選項（KEYOPTs），這些選項用以修正單元特性。例如，單元PLANE53有如下KEYOPTs：KEYOPT（1）選擇單元自由度KEYOPT（2）指定單元采用通用速度方程還是不計速度效應KEYOPT（3）設定平面或軸對稱選擇KEYOPT（4）設置單元坐標系類型KEYOPT（5）說明單元結果打印輸出選項KEYOPT（7）保存磁力，用以與有中間節點或無中間節點結構單

24、元進行耦合每種單元類型具有不同的KEYOPT設置，同一個KEYOPT對不同的單元含義也不一樣。KEYOPT（1）一般用于控制附加自由度的采用，這些附加自由度用來模擬求解區間內不同的物理區域（例如，絞線導體、大導體、電路耦合導體等）。關于KEYOPT設置的詳細情況參見ANSYS單元手冊。設置單元關鍵選項的方式如下：命令：ETKEYOPTGUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/delete.4定義單元坐標系如果你的材料是分層的（迭片材料），或者永磁材料的極性是任意的，那么定義完單元類型及選項后，還需要說明單元坐標系（缺省為

25、全局笛卡爾坐標系），這首先要定義一個局部坐標系（通過原點坐標及方向角來定義），方式如下：命令：LOCALGUI:Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At Specified Loc局部坐標系可以是笛卡爾坐標系、柱坐標系（圓或橢圓）、球坐標系或環形坐標系。一旦定義了一種或多種局部坐標系，就需設置一個指針，確定即將定義的單元的坐標系，設置指針的方式如下：命令：ESYSGUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Def

26、ault AttribsMain Menu>Preprocessor>Create>Elements>Elem AttributesMain Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep.5定義單元實常數和單位制單元實常數和單元類型密切相關，用族命令（如R,RMODIF等）或其相應菜單路徑來說明。在電磁分析中，你可用實常數來定義絞線圈的幾何形狀、繞組特性以及描述速度效應等。當定義實常數時，要遵守如下二個規則：1. 必須按次序輸入實常數，詳見ANSYS單元手冊中的列表。2. 對于多單元類型模型，每種單元采用獨立的實常數組

27、（即不同的REAL參考號）。但是，一個單元類型可注明幾個實常數組。命令：RGUI：Main Menu>Preprocessor>Real Constants系統缺省的單位制是MKS制（米安培秒），你可以改變成你所習慣的一種新的單位制，但載壓導體或電路耦合的導體必須使用MKS單位制。一旦選用了一種單位制，以后所有的輸入均要按照這種單位制。命令：EMUNITGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Electromag Units根據所選定的單位制，空氣的導磁率04×10-7H/M（在MKS制中），或0EMUNIT

28、命令（或其等效的圖形用戶界面路徑）定義的值。.6定義材料特性你的模型中可以有下列一種或多種材料區域：空氣（自由空間），導磁材料，導電區和永磁區。每種材料區都要輸入相應的材料特性。ANSYS程序材料庫中有一些已定義好材料特性的材料，可以直接使用它們，也可以修改成需要的形式再使用。ANSYS材料庫中已定義好的材料如下：材料材料性質文件Copper（銅）emag Copper. SI_MPLM3 steel（鋼）emag M3. SI_MPLM54 steel（鋼）emag M54. SI_MPLSA1010 steel（鋼）emag Sa1010. SI_MPLCarpenter steel（硅鋼

29、）emag Silicon. SI_MPLIron Cobalt Vanadium steel（鐵鈷釩鋼）emag Vanad. SI_MPL該表中銅的材料性質定義有與溫度有關的電阻率和相對導磁率，所有其他材料的性質均定義為BH曲線。對于列表中的材料，在ANSYS材料庫內定義的都是典型性質，而且已外推到整個高飽和區。你所需的實際材料值可能與ANSYS材料庫提供值有所不同，因此，必要時可修正所用ANSYS材料庫文件以滿足用戶所需。.6.1訪問材料庫文件：下面介紹讀寫材料庫文件的基本過程。詳細參見ANSYS入門指南和ANSYS基本過程手冊。讀材料庫文件，進行以下操作：1. 如果你還沒有定義好單位制

30、，用/UNITS命令定義。注意：缺省單位制為MKS,GUI列表只列出當前被激活單位制的材料庫文件。2. 定義材料庫文件所在的路徑。（你需要知道系統管理員放置材料庫文件的路徑）命令：/MPLIB,read,pathdataGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path3. 將材料庫文件讀入到數據庫中。命令：MPREAD,filename,LIBGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library

31、>Import LibraryMain Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Other>Change MatProps>Material Library>Import Library寫材料庫文件，進行以下操作：1. 用MP命令或菜單Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic編輯材料性質定義，然后將改后的材料特性寫回到材料庫文件當中去。2.在前處理器中執行下列命令：命令：MPWRITE,filename,LIB,MATGUI:Main Men

32、u>Preprocessor>Material Props>Material Library>Export Library.6.2定義材料屬性和實常數的一般原則下面講述關于設置物理模型區域的一般原則。在“2-D諧波（AC）分析”中也詳細描述了2-D模型中需要設定的一些特殊區域。1）空氣：說明相對磁導率為1.0。命令：MP,murxGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels > Electromagnetics > Relative Permeability >Co

33、nstant2）導磁材料區：說明B-H曲線，可以從庫中讀出，也可以自己輸入。命令：MPREAD,filename,GUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Import Library命令：TB,TBPTGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics> BH Curve* 輸入B-H曲線必須要遵守的規則：1.B與H要一一對應，且應B隨H是單調遞增，如圖1所示。B-H

34、曲線缺省通過原點，即（0，0）點不輸入。用下面的命令驗證B-H曲線：命令：TBPLOTGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve2. ANSYS程序根據B-H曲線自動計算n-B2曲線（n為磁阻率），它應該是光滑且連續的，可用TBPLOT命令來驗證，如圖1所示。3. B-H曲線應覆蓋材料的全部工作范圍，確保足夠多的數據點以完整描述曲線如果需要超出B-H曲線的點，程序按斜率不變自動進行外延處理，你可以如下改變X-軸的范圍并用TBPLOT命令畫圖

35、來觀察其外推情況。命令：/XRANGEGUI: Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs其他原則：1如果材料是線性的，那只需如下說明相對磁導率mr（可以是各向同性或各向異性）。命令：MP,murxGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics > Relative Permeability>Constant2如果對同一種材料既定義了非線性的B-H曲線，又定義了相對磁導率，ANSYS將只使用其相對磁導率。3各向

36、異性材料的相對磁導率可用MP命令的MURX、MURY、MURZ域來分別進行定義，聯合使用B-H曲線和相對磁導率可定義正交各向異性材料的其中一個方向的非線性行為（如疊片鐵磁材料）。要在材料的某個方向上定義B-H曲線，只需將該方向上的相對磁導率定義為零即可。例如，假設對材料2定義了B-H曲線，而只希望該B-H曲線作用在材料的Y軸上，而材料的X軸和Z軸都只定義相對磁導率1000，則可按如下步驟完成mp,murx,2,1000mp,mury,2,0!read B-H curve for material 2mp,murz,2,1000.7源導體區：源導體即連有外部電流“發生器”（提供穩恒電流）的導體，

37、當你要計算焦耳熱損耗時需說明它的電阻率，電阻率可以是各向同性或正交各向異性。命令：MP,rsvxGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models> Electromagnetics> Resistivity>Isotropic在靜態分析中，阻抗僅僅用于損耗計算。.8運動導體區域：對一個運動導體進行分析（速度效應），要規定各向同性電阻率（以上所示方法）。可求解運動體在特定情況下的電磁場，這些特定情況為：運動體本身表現為一種均勻運動體，亦即運動“材料”在空間保持不變，如圖2所示的兩種情況：

38、83;第一種情況，一個實體轉子繞軸以一個不變速率旋轉。·第二種情況，一個“無限”長導體以不變的速度平移。諸如開槽轉子以不變速度旋轉等情形就不能考慮速度效應，因為這種情況下，電機中的“槽”就表示了旋轉體在材料上不連續。另外，有限寬的平移導體在磁場中移動也不能考慮速度效應。典型的能考慮速度效應的例子是實體轉子感應電機，直線感應電機和渦流制動系統等。靜態分析要求輸入運動導體的平移速度或旋轉速率，速度值和轉動中心點坐標通過單元實常數來定義。速度效應通過單元關鍵選項來激活，而且只有PLANE53單元有此功能。.9運動體分析的實常數有：·VELOX，VELOY 在總體直角座標系的X和Y

39、方向上的速度分量。·OMEGAZ 關于總體直角座標系Z軸的角(旋轉)速度(以周/秒(HZ)表示)。·XLOC，YLOC 轉動中心點在總體直角座標系上的X、Y坐標值。運動體電磁分析問題的分析結果精度與網格的精細程度、磁導率、電導率和速度相關，可用磁雷諾數（Reynolds Number）來表示：Mrevd /式中為磁導率、為電阻率、v為速度、d為導體有限元單元的特征長度（沿運動方向），磁雷諾數只在靜態或瞬態分析中有意義。運動方程只是在磁雷諾數相對小時才有效和精確，典型量級為1.0，高雷諾數時精度隨問題而變化。在后處理中可計算和獲得磁雷諾數。除磁場解外，還可在在后處理中得到由速

40、度引起的電流，即速度電流密度（JVZ）。.10永磁區：需要說明永磁體的退磁B-H曲線（如果是線性，可用相對導磁率）和磁矯頑力矢量(MGXX,MGYY或MGZZ)。命令：MPGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve退磁B-H曲線通常在第二象限，但需按第一象限輸入，在輸入的H值中要增加一個偏移量Hc（定義如下），圖3顯示了實際退磁曲線和ANSYS退磁曲線的差別。Hc為矯頑力矢量的幅值，矯頑力矢量常和單元坐標系一起定義永磁體的極化軸方向。下面例

41、題所示為一個條形磁體在總體坐標XY平面內處于與X軸呈300夾角的軸線上, 磁體單元被假定賦予一個局部單元座標系，該局部坐標系的X軸與極化方向一致。本例還展示了磁體退磁特性和相應的材料性質輸入。/PREP7HC=3000! 矯頑力BR=4000! 剩磁感應強度THETA=30! 永磁體極性方向*AFUN,DEG! 角度以度表示MP,MGXX,2,HC! 矯頑力X分量! B-H 曲線:TB,BH,2! 材料號2的BH曲線TBPT,DEFI,-3000+HC,0! 偏移后的BH曲線TBPT,-2800+HC,500! 第一點“DEFI”缺省TBPT,-2550+HC,1000TBPT,-2250+H

42、C,1500TBPT,-2000+HC,1800TBPT,-1800+HC,2000TBPT,-1350+HC,2500TBPT,-900+HC,3000TBPT,-425+HC,3500TBPT,0+HC,4000TBPLOT,BH,2! 繪制BH曲線圖4展示了在第一象限內創建的永磁體BH曲線，在ANSYS命令手冊中，對*AFUN、MP、TB、TBPLOT等命令有更詳細的描述。聯合使用一條BH曲線和正交相對磁導率，可以描述非線性正交材料（疊片結構）。在每一個相對磁導率為零的單元坐標系方向上，ANSYS將使用該B-H曲線。.11載壓絞線圈：對載壓絞線圈，要定義電阻率。按如下方式定義：命令：MP

43、,rsvxGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>Resistivity>Isotropic絞線圈是按形纏繞的單股連續型線圈，如下圖圖5所示。對這樣的線圈要定義各向同性（且只能是各向同性）電阻值。載壓絞線圈只能用PLANE53單元來建模，還需要定義下列實常數:CARE線圈橫截面積。無論對稱性如何，此常數代表絞線型線圈的實際物理面積。TURN線圈總匝數。無論對稱性如何，此常數代表絞線型線圈的實際總匝數。LENGZ-方向上線圈長度。在2-D平面分析中，

44、此常數代表線圈的實際長度。DIRZ電流方向，詳見單元手冊對PLANE53的描述。FILL線圈填充因子。此常數代表線圈組在線圈橫截面積中所占的比例，它影響線圈的電阻值（還可以用它來“調正”線圈電阻值）。建模，分網，指定特性建模過程可參照ANSYS建模和分網指南，然后在模型各個區域內指定特性（單元類型、選項、單元坐標系、實常數和材料性質等，參見“（）建立物理環境”部分。通過GUI為模型中的各區賦予特性：1. 選擇Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define>Picked Areas2. 點擊模型中要選定的區域。3. 在對話框中為所選定

45、的區域說明材料號、實常數號、單元類型號和單元坐標系號。4. 重復這些步驟，直至處理完所有區域。通過命令為模型中的各區賦予特性：ASEL（選擇模型區域）MAT（說明材料號）REAL（說明實常數組號）TYPE（指定單元類型號）ESYS（說明單元坐標系號）指定完畢各區域特性后，就可劃分有限元網格了，詳見ANSYS建模和分網指南。施加邊界條件和載荷既可以給實體模型（關鍵點、線、面）也可以給有限元模型（節點和單元）施加邊界條件和載荷，在求解時，ANSYS程序自動將加到實體模型上載荷轉遞到有限元模型上。通過一系列級聯菜單，可以實現所有的加載操作。當選擇Main Menu > Solution >

46、; Loads > Apply > Magnetic時，ANSYS程序將列出所有的邊界條件和三種載荷類型。然后選擇合理的類型和合理的邊界條件或載荷。對于一個2D靜態分析，能選擇的邊界條件和載荷如下：-Boundary-Excitation-Flag-Other-Vector Poten-Curr Density-Comp. Force-Curr Segment-On KeypointsOn Keypoints-Infinite Surf-On KeypointsOn NodesOn NodesOn LinesOn Nodes-Flux Par"l-On ElementsO

47、n Areas-Maxwell Surf-On LinesVoltage DropOn NodesOn LinesOn NodesOn Areas-Flux Normal-On NodesOn Lines-Virtual Disp-On NodesOn KeypointsPeriodic BCsOn Nodes例如，施加電流密度到單元上，GUI路徑如下：GUI：Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>-Magnetic-> -Excitation->-Curr Density -> On Elements在菜單上你可以

48、見到列出的其他載荷類型或載荷，假如它們呈灰色，就意味著在2-D靜態分析中不能加該載荷，或該單元類型的KEYOPT選項設置不合適。另外，也可以通過ANSYS命令來輸入載荷。要列出已存在的載荷，方式如下: GUI: Utility Menu>List>Loads>load type下面將詳細描述可以施加的各種載荷：.1邊界條件.1.1磁矢量位(AZ)通過指定磁矢量位，可以定義磁力線平行、遠場、周期性邊界、以及外部強加磁場等條件。下表列出了每種邊界條件需要的AZ值：邊界條件AZ值磁力線垂直不需要（自然邊界條件，自然滿足）磁力線平行說明AZ=0，用D命令或GUI路徑Main Menu

49、>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-Vector Poten-Flux Parl-On Lines or On Nodes遠場用遠場單元INFIN9（只用于平面分析）和INFIN110周期性用PERBC2D宏在節點上創建奇對稱或偶對稱周期性邊界條件，或用GUI路徑Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary> -Vector Poten-Periodic BCs。外部強加磁場令AZ等于一非零

50、值。用GUI路徑Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-Vector Poten-Flux Parl-On Lines/On Nodes磁力線平行邊界條件強制磁力線平行于表面。磁力線垂直邊界條件強制磁力線垂直于表面，是自然邊界條件，自然得到滿足。使用遠場單元INFIN9和INFIN110來表示模型的無限邊界時，無需說明遠場為零邊界條件。如果模型具有周期性，或者通量的特性具有重復性，可用PERBC2D宏命令來定義周期性邊界條件。對于外部強加磁場，直接在合適的區域施加非0的AZ值就行了

51、。加勵磁載荷.1源電流密度(JS)此載荷給源導體加電流，在國際單位制中JS的單位為安培米2。在2-D分析中，只有JS的Z分量是有效的，在平面分析中正值表示電流向+Z方向，在軸對稱分析中正值表示電流向-Z 方向。對絞線圈或塊導體來說，電流一般是均勻分布的通常直接將源電流密度載荷加給單元。命令：BFEGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation-Curr Density-On Elements詳細情況參見ANSYS命令手冊。同樣，也可以用BFA命令把源電流密度施加到實體模型上。用BFT

52、RAN或SBCTRAN命令，把施加到實體模型上的源電流密度轉換到有限元單元模型上。.2電壓降(VLTG)此載荷給絞線圈加電壓降，只能用MKS單位制。只有對使用了AZ和CURR自由度的PLANE53單元（參見PLANE53單元的KEYOPT(1)選項）才能使用電壓降（VLTG）載荷。電壓降可使用BFE命令加在單元上，也可以用BFA命令加在實體模型的某些面上。用BFTRAN或SBCTRAN命令，把施加到實體模型上的電壓降（VLTG）載荷轉換到有限元單元模型上。因為CURR表示線圈每匝的電流，而線圈中的電流值是唯一的，所以加載前必須將線圈所有節點的CURR自由度耦合起來（否則將導致求解錯誤）。用下列

53、方式進行：命令：CPGUI:Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs 施加標志.1 力標志用FMAGBC宏對需要進行力和力矩計算的部件施加標志，該宏自動施加虛位移和Maxwell面標志（后面介紹）。建模時，在需要進行力和力矩計算的部件周圍，至少要包圍一層空氣單元。對需要進行力和位移計算的部件的單元命名為一個元件 (Component)，再按下列方式使用FMAGBC宏：命令：FMAGBC,CnamGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magne

54、tic-Flag>Comp. Force/Torq在后處理器中使用FMAGBC和TORQSUM宏命令，就可以列出力和力矩的結果。.2 無限表面標志(INF)這不算真實意義的加載，是有限元方法計算開域問題時，加給無限元（代表物理模型最邊緣的單元）的標志。 其他加載.1 電流段(CSGX)該載荷是一種節點電流載荷，不常使用。在軸對稱分析中的電流段為2pr*電流。在MKS單位制中電流段的單位是安培米。電流方向沿Z方向，與自由度AZ保持一致。比如，可以用多個電流段表示一個片狀電流。關于在節點上分布式加載的詳細討論參見ANSYS建模與分網指南。.2 Maxwell面(MXWF)Maxwell面不是

55、真正意義上的載荷，它只是表明在這個表面要進行磁場力分布的計算。在flag選項中選擇MXWF就行了。通常，把Maxwell面標志施加在鄰近分界面的空氣單元上。ANSYS用Maxwell應力張量方法計算鐵區空氣分界面上的力，并將結果存儲到這些空氣單元中。在POST1后處理器中對它們求和，可以得到作用到該部分上的合力，并可將這些分布力轉換到后續的結構分析中。可以同時定義多個元件，但這些元件不能共用空氣單元。(比如在兩個部件間只建了一層單元，就會發生共用。).3 磁虛位移(MVDI)磁虛位移標志也不是真正意義上的載荷，它只表示給模型中要計算力的部件施加標志。和Maxwell面的作用相同，只不過用的是虛

56、功方法。在感興趣區的所有節點上說明MVDI=1.0，在鄰近的空氣區節點上說明MVDI=0.0(缺省設置)。也可以說明MVDI>1.0，但是通常不用。計算得到的力結果就貯存在鄰近的空氣單元中。鄰近的感興趣區域的空氣單元帶最好是等厚度的。在POST1中，可以將每個空氣單元中的力進行求和以得到合力。 求解下面描述進行2-D靜態磁場分析求解的基本過程。 定義分析類型在定義分析類型和分析將用的方程求解器前，要先進入SOULUTION求解器。命令：/SOLUGUI:Main Menu>Solution說明分析類型，用下列方式：·GUI：選擇Main Menu>Solution&

57、gt;New Analysis并選擇 static 。·如果是新的分析，使用命令ANTYPE，STATIC,NEW.如果是需要重啟動一個分析（重啟動一個未收斂的求解過程，或者施加了另外的激勵），使用命令ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的結果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB還可用，就可以重啟動2-D靜態磁場分析。定義分析選項你可選擇下列任何一種求解器：·Sparse solver·Frontal solver (缺省值)·Jacobi Conjugate Gradient (JCG) solver·JCG out-of-memory solver·Incomplete