万博Ansys Maxwell 2022 R2特性联合仿真与Ansys Motion

了解新的磁闭锁分析工作流程与多体动力学

在现代便携式设备上，永久磁铁经常把东西固定在一起。如果没有它们，可拆卸的键盘将永远无法重新连接，平板电脑附带的手写笔将无助地滚动，无线手机充电板将只不过是一个华丽的鼠标垫。

对于设计永磁闭锁机构的工程师来说，磁结构必须提供适当的闭锁能力。目标是在正确的地方产生正确的力——足够坚固，但不会有磁铁破坏相邻金属或塑料材料的风险，甚至它们自己，因为它们是由易碎的材料制成的。

图1。动画显示闭锁机制在一个实际产品和一个模拟

所需要的是一个正常的密封，一个安全的配置，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扭曲。甚至电子设备的最终操作条件，包括温度分布，都起作用，特别是为了避免退磁。

基于多体动力学的新型磁保持分析工作流程万博Ansys麦克斯韦2022 R2简化了这个过程。通过与万博Ansys运动，可以快速准确地分析刚体和柔性体，Maxwell现在为磁锁设计提供了全面的磁和运动学解决方案。

多体动力学磁闭锁分析工作流程比以往任何时候都更全面地解决了工程挑战。

• 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，尺寸和材料研究
  • 饱和和杂散通量效应
  • 磁化和不可逆退磁与温度的关系
  • 矢量迟滞建模
• 易于使用的自动自适应网格划分提供了精确的解决方案。
• 2022 R2包含可伸缩和可定制的工作流。
• 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。Maxwell可以将力计算输出到Motion中，但没有办法将其计算发回给Motion麦克斯韦．

具有多体动力学的磁闭锁分析工作流程提供了两者之间的完全连接，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点。

现在，一般的工作流程从运动定义运动学瞬态设计开始，并启动与麦克斯韦静磁解决方案的耦合。在瞬态分析过程中，Motion传递关于物体位置的信息(全自由度)，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，然后将这些信息传输回Motion，在那里继续进行瞬态模拟。运动控制电磁解决方案，同时执行更详细的运动学和冲击分析。

还有什么新鲜事?

理解损耗:磁芯损耗相关的磁感应电机ROM

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

图3。万博Ansys Maxwell为感应电机生成降阶模型(ROM)， Ansys Twin Builder将其用作更大的驱动系统仿真的组件

考虑到几何形状、材料特性、激励和其他变量的复杂性，在单个系统仿真中集成高保真2D或3D有限元分析(FEA)模型(其中所有组件都相互连接并由电子控制)是不可能的。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。难点在于如何在有限元仿真的频域识别出与频率相关的磁芯损耗参数，从而实现时域电路。

这个Maxwell版本通过合并损耗依赖关系，在系统集成级别上提高了感应机ROM精度。Maxwell对有限元参数进行提取，生成等效模型万博Ansys Twin Builder，在保持FEA精度的同时加快了系统仿真。

驱动改进:向新范式倾斜建模

为汽车应用设计偏斜电机需要在大范围的速度范围内最大限度地提高扭矩，同时使扭矩尽可能平滑。

Maxwell 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，工程师通常在三维几何图形的二维横截面上进行详细的有限元分析。然而，由于2D横截面对3D效果的解释有一定的限制，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。为了解决这一挑战，Maxwell提供了多切片技术来解释2D横截面设计上的倾斜3D效果。在2022 R2中，Maxwell提供了一种基于多层切片技术的ROM技术，用于提取二维倾斜设计的等效电路模型。这使得设计人员能够利用2D FEA速度的优势，同时保持3D FEA模拟的准确性。

外部电路的高性能计算倾斜建模

Maxwell新的高性能计算(HPC)选项基于消息传递接口(MPI)技术分配每个计算片，通过跨多个核求解倾斜瞬态模型来加快整个2D FEA模拟。HPC选项支持麦克斯韦瞬态设计中基于mpi的倾斜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。
• 其三维交流导电求解器的薄层绝缘边界条件，通过减少网格用作绝缘体的微小物体所需的有限元数量来提高总计算时间。
• 麦克斯韦通过利用移动物体接触静止物体的平移运动，扩展了磁瞬态求解器的刚体运动能力。

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