Ansys Maxwell 2022 R2功能与Ansys Motion联合仿真

了解新的磁锁存分析工作流程与多体动力学

在现代便携式设备上，永磁体经常把东西固定在一起。没有它们，可拆卸的键盘将永远无法重新连接，平板电脑自带的触控笔将无助地滚动，无线手机充电板将只不过是一个美化的鼠标垫。

对于设计永磁闭锁机构的工程师来说，磁性结构必须提供适当的闭锁能力。目标是在合适的地方产生合适的力——足够坚固，但又不会破坏相邻的金属或塑料材料，甚至不会破坏磁铁本身，因为它们是由脆性材料制成的。

图1所示。动画显示闩锁机制的实际产品与模拟

所需要的是正常的密封，安全的配置，以及用户和设备本身之间正确的动态交互。设计满足这些目标的东西需要考虑复杂的依赖关系，包括磁铁的材料特性、尺寸、位置和安装，以及如何将它们与印刷电路板(PCB)组件隔离以避免干扰和变形。甚至电子设备的最终操作条件，包括温度分布，也起作用，特别是为了避免退磁。

基于多体动力学的磁闭锁分析工作流程Ansys麦克斯韦2022 R2简化了这个过程。通过与Ansys运动麦克斯韦现在为磁闩锁设计提供了全面的磁性和运动学解决方案，可以快速准确地分析刚体和柔性体。

具有多体动力学的磁闭锁分析工作流程比以往任何时候都更完整地解决了工程挑战。

• 电磁耦合与运动学保证了永磁体运动的全自由度控制。
• 永磁体的先进设计是通过:
  • 气隙，形状，尺寸和材料的研究
  • 饱和和杂散磁通效应
  • 与温度相关的磁化和不可逆退磁
  • 矢量迟滞建模
• 易于使用的自动自适应网格提供了一个准确的解决方案。
• 2022 R2包含可扩展和可定制的工作流。
• 联合仿真节省了设置和计算时间。

更多的来回

整合Maxwell和Motion并不是什么新鲜事，但直到现在，只有单向耦合是可能的。麦克斯韦可以将力的计算输出到Motion中，但Motion无法将其计算传回麦克斯韦．

具有多体动力学的磁闭锁分析工作流提供了两者之间的完整连接，在单个设计空间中巩固了全运动学刚体求解器和电磁求解器的优势。

现在，一般的工作流程从运动开始定义运动学瞬态设计并启动与麦克斯韦静磁解的耦合。在瞬态分析过程中，Motion传递有关物体位置(全自由度)的信息，而Maxwell将位置坐标分配给选定的物体，计算磁力和相应的扭矩，然后将该信息传递回Motion，在那里瞬态仿真继续进行。运动控制电磁解决方案，同时执行更详细的运动学和影响分析。

还有什么新鲜事?

了解损耗:感应电机磁芯损耗相关ROM

对于评估组件设计对整个驱动系统的影响的电机设计师和系统工程师来说，为感应电机创建一个降阶模型(ROM)是一项艰巨的任务。然而，它对于加快开发过程、降低成本和确保更好的产品性能至关重要。

图3。Ansys Maxwell生成感应电机的降阶模型(ROM)， Ansys Twin Builder将其用作大型驱动系统仿真的组成部分

考虑到几何形状、材料特性、激励和其他变量的复杂性，将高保真2D或3D有限元分析(FEA)模型集成到单个系统仿真中(其中所有组件都相互连接并由电子控制)是令人生畏的。相反，为了模拟整个系统或子系统，工程师必须从FEA中提取行为信息，包括影响性能的损失，并创建等效模型以用于更大的原理图。基于频率相关的铁芯损耗参数，在有限元模拟的频域中识别，实现时域电路是一项挑战。

麦克斯韦的这个版本增加了感应机ROM精度在系统集成水平通过纳入损耗依赖。Maxwell提取有限元参数生成等效模型Ansys Twin Builder，在保持有限元分析精度的同时加快了系统仿真速度。

推动改进:向新范式倾斜建模

设计用于汽车应用的倾斜电动机需要在很宽的速度范围内最大限度地提高扭矩分布，同时使扭矩尽可能平稳。

麦克斯韦2022 R2的新功能使实现这两个目标比以往任何时候都更容易。

2D倾斜设计的ROM

就电机设计而言，工程师通常会对3D几何图形的2D横截面进行详细的有限元分析。然而，由于2D横截面对3D效果的影响有限，因此它不能提供最精确的模拟，特别是当使用倾斜拓扑来设计定子或转子时。为了应对这一挑战，Maxwell提供了多切片技术，以解决2D横截面设计中的倾斜3D效果。在2022 R2中，Maxwell提供了一种基于多片技术的ROM技术，用于提取2D倾斜设计的等效电路模型。这使设计人员能够利用2D FEA速度，同时保持3D FEA模拟的准确性。

HPC倾斜建模与外部电路

Maxwell中新的高性能计算(HPC)选项基于消息传递接口(MPI)技术分配每个计算切片，通过解决跨多核的倾斜瞬态模型来加快整个2D有限元模拟。HPC选项支持麦克斯韦瞬态设计中基于mpi的偏态建模的外部电路联合仿真。

2022 R2的其他功能包括:

• 三维电瞬态解决方案的鲁棒非线性特性，解决了与半导体和高压应用设计相关的设计挑战。
• 其三维交流传导求解器的薄层绝缘边界条件，通过减少作为绝缘体的微小物体网格所需的有限元数量来提高总计算时间。
• 麦克斯韦通过使用移动物体接触静止物体的平移运动，通过其磁瞬态求解器扩展其刚性运动能力。

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