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ansys maxwell+workbench 2021 电机多物理场耦合1. 引言1.1 概述本文旨在介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021在电机多物理场耦合方面的应用。
随着现代电力技术的迅猛发展，电机在各个领域中扮演着重要角色。
然而，电机设计与优化面临着许多复杂的问题，包括电磁场、结构和热场等多种物理场的相互影响。
因此，通过使用ANSYS Maxwell+Workbench工具来实现电机多物理场耦合模拟是一种有效的方法。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行阐述。
首先，在引言部分进行概述，并介绍文章结构。
第二部分将简要介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021工具的基本背景和功能特点。
接下来的第三部分将解析电机多物理场耦合的概念和原理，以便读者更好地了解该主题。
第四部分将重点介绍ANSYS Maxwell+Workbench在电机多物理场耦合中的应用，包括Maxwell在电磁场建模中的应用以及Workbench 在结构和热场建模中的应用，并通过实例讲解详细说明其使用方法。
最后，在第五部分对实验结果进行总结与分析，并展望该领域未来的发展趋势和应用前景。
1.3 目的本文的目的是向读者介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021工具在电机多物理场耦合中的应用。
通过了解该工具的基本背景、功能特点以及原理，读者能够更好地了解电机设计优化过程中多物理场相互耦合的问题，并学习如何使用ANSYS Maxwell+Workbench进行模拟和分析。
希望该文章能为电机设计和优化提供一定的指导，并对相关领域的研究人员和工程师有所帮助。
2. ANSYS Maxwell+Workbench 2021简介：2.1 ANSYS Maxwell简介：ANSYS Maxwell是一款电磁场仿真软件，旨在帮助工程师和设计师将电磁设计与虚拟原型建模相结合。
它提供了广泛的功能和工具，用于建模、分析和优化各种设备和系统中的电磁场问题。
某电机多物理场耦合分析1、概述为了验证ANSYS耦合场分析功能在电机设讣中的应用，釆用AN SYS的多物理场耦合分析功能，对某机车牵引电机（包括定子、转子）的耦合场分析作了如下工作：1建立起电机用于电磁、流体、热、结构分析的统一的儿何模型和有限元计算模型；2首先进行电机磁场分析，计算获取了电机设计中所关心的磁场和磁密分布、矩角特性、电感等参数，并获得电机的电磁发热、电磁力和电磁力矩分布；3利用电机磁场分析得到的热生成，进行电机的流体一热耦合分析，考核电机的通风冷却性能，得到电机的温度分布；4使用电机磁场分析得到的电磁力和电磁力矩分布、以及温度分布，进行结构分析，得到考虑温度和电磁影响下的电机的应力和变形情况。
同时对电机定子、以及定转子耦合情况进行振动模态分析。
所有分析相互间的载荷和边界条件的传递均山程序自动完成。
2、引言众所周知，在电机设计•与研究中，要涉及到电磁、绝缘、发热、通风冷却和力学等多种多样的问题，是一个典型的综合性研究学科，各学科之间是相互关联、相互影响的，是典型的多场耦合问题学科。
由于多场耦合问题的研究十分复杂和困难，传统的电机分析研究方法，是把这些相互关联的问题分离，按各学科分类进行独立的研究。
ANSYS是世界上唯一真正能够在同一个界面下，使用统一的数据库进行完善的电磁场、流场、温度场、结构（应力场）耦合分析的商业软件。
应用ANSYS的这种多场耦合能力可以很方便地研究电机的多场耦合问题。
为了实际考核ANSYS的电磁、热、流体（通风冷却）、结构这些多物理场及其耦合分析在电机设计和研究中的应用能力，ANSYS公司成都办事处对某牵引电机进行了多物理场耦合研究分析。
研究分析的内容为：运用ANSYS软件建立起电机（包括定子和转子）用于电磁、流体、热、结构分析的统一的儿何模型和有限元讣算模型；首先进行电机磁场分析，计算获取电机设计中所关心的磁场和磁密分布、矩角特性、电感等参数，并获得电机的电磁发热、电磁力和电磁力矩分布；在同一个分析模型上，利用电机磁场分析得到 的热生成，进行电机的流体一热直接耦合分析，考核电机的通风冷却性能，得到 电机在一定的通风量情况下的温度分布规律（同时还包括流体速度、压力等参 数）；最后使用电机磁场分析得到的电磁力和电磁力矩分布、以及流体一热直接 耦合分析中获得的温度分布，进行结构分析，得到考虑温度和电磁影响下的电机 的应力和变形情况，并同时对电机定子、以及定转子耦合情况进行振动模态分析, 判断电机的机械性能和安全性能。
基于ANSYS Workbench平台的电机电磁噪声仿真分析电动机与发电机等电力设备的噪声起因很多，有电磁振动噪声、机械噪声及流致噪声等等，本文通过ANSYS公司的官方案例为操作背景，详细介绍如何将作用在定子上的瞬态电磁力作为结构谐响应分析的载荷计算振动噪声。
1.电磁模型建立与分析如图1所示为一个电机模型，电机的额定输出功率为550W，额定电压为220V，极对数为4，定子齿数为24个，转子的转速为1500rpm，求电磁振动产生的噪声大小。
本算例使用的模块如下：RMxprt模块：建立电机类型；Maxwell模块：2D瞬态电磁场计算；Structural模块：3D谐响应分析计算；Acoustics ACT模块：噪声计算注：Acoustics ACT模块需要单独安装，请用户到官方网站上自行下载。
图1电机模型电机的电路模型如图2所示。
图2电机电路模型1）启动Workbench。
在Windows XP下单击“开始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench 15命令，即可进入Workbench主界面。
2）保存工程文档。
进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存为“zhendongzaosheng.wbpj”，单击Getting Started窗口右上角的（关闭）按钮将其关闭。
3）双击Toolbox→Analysis System→RMxprt模块建立项目A，如图3所示。
4）双击项目A中的A1栏进如RMxprt电机设置平台，如图4所示。
图3RMxprt模块图4RMxprt平台5）依次选择菜单RMxprt→Machine Type，在弹出的电机类型选择对话框中单击Generic Rotating Machine选项，单击OK按钮，如图5所示。
6）单击Project Manager→RMxprt→Machine选项，在下面出现属性设置对话框中作如下设置：在Source Type栏中选择AC选项；在Structure栏中选择Inner Rotor选项；在Stator Type栏中选择SLOT_AC选项；在Rotor Type栏中选择PM_INTERIOR选项，如图6所示。
基于ANSYS平台的电机NVH仿真分析流程1前言电机NVH是指电机在运行过程中对外表现出的噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），其主要包括三个来源，即电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声，在这三类噪声中，电磁噪声的频率相对来说处于高频段，尤其是与驱动器开关频率相关的电磁噪声的频率刚好处于人耳最敏感的噪声频率区间，其幅值基本上决定了电机NVH的整体指标，同时相较于其他两类噪声，电磁噪声更容易通过电机电磁和机械结构的优化设计进行有效的抑制，因此电机电磁振动噪声是我们重点关注的对象。
由于电机NVH问题的相关理论复杂，同时涉及电磁/结构/声学多学科，是典型的多物理场耦合问题，其仿真分析具有一定难度。
在ANSYS2019中，利用Maxwell2D/3D快速仿真电机在多转速下定、转子表面的频域电磁力并无缝链接到Workbench平台HarmonicResponse模块进行多转速谐响应分析，得到电机的ERP Level Waterfall图，用于分析电机在各转速下的谐振情况；同时多转速谐响应分析结果也可传递到Harmonic Acoustics模块进行Sound Power Level Waterfall的分析，用于进一步对电机噪声水平进行评估。
另外，借助于多目标优化模块可对包括电机NVH在内的各项性能指标进行参数化寻优，快速实现产品迭代创新。
本文以典型的8极48槽内置式永磁电机为例，详细介绍在ANSYS平台下电机NVH 仿真分析的流程，希望对各位工程师有所帮助。
2Maxwell电机参数化模型的建立本文虚构了一台典型的IPM电机方案，采用8极48槽，V字型磁钢，单层整距绕组，转子轴向分4段V型斜极，其他参数见表1。
表1电机参数极数8转子外径148.6mm槽数48转子内径80mm磁极类型V转子分段数4定子外径230mm绕组形式单层定子内径150mm跨距6铁心叠长100mm线圈匝数8Maxwell软件具有多种参数化建模方法，我们推荐采用软件内置UDP(User Defined Primitives)或自定义UDP的方式来建模，Maxwell内置了大量UDP模型，涵盖了各种常规电机的定、转子、绕组、机壳的模型，调用方法为Draw>User Defined Primitive>RMxprt，UDP模型中的所有几何尺寸皆可用变量进行定义以实现参数化。
