ANSYS Maxwell 3D线圈磁场仿真分析

本文详细介绍了如何在Maxwell软件中建立3D线圈模型进行磁场仿真的全过程,包括几何模型建立、赋予材料、分割载流截面、设置电流激励和边界条件、求解设定以及结果展示。通过此过程,可以对复杂3D线圈的磁场分布进行精确分析。

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前面介绍了Maxwell软件建立2D线圈磁场仿真,有些时候3D线圈不能简化为二维情况,这时候就需要建立完整三维线圈模型,基本的分析与二维线圈磁场仿真类似,主要区别在于需要自己分割出载流截面。下面进行具体介绍。

1. 几何模型建立

建立如下图所示线圈几何模型,可以用三维建模软件建立然后再导入Maxwell,也可以直接在Maxwell软件中建立,由于模型较简单,本文直接在Maxwell软件中建立几何模型。如下图所示。其中线圈外径为40mm,内径为32mm,高度为30mm。

 2. 赋予材料

 3. 分割出载流截面

 沿着YZ平面分割线圈

 将分割出来的截面分离

 分离之后,删除其中一个,保留一个截面即可。

4. 设置电流激励和边界条件

选择截面设置电流激励,电流大小为1A(安匝数),类型选择绕组(Stranded),载流导体分为绕组和实体,这里选择绕组。

 选择空气域面设置磁通平行边界条件

 5. 求解设定,采用默认配置

 6 设置空气域网格尺寸

 7.结果展示

磁场强度矢量图

 磁场强度云图

 线圈中部路径上的磁场强度变化

### 如何在Ansys Maxwell中对圆形线圈进行电磁场仿真设置与操作 #### 创建新项目并选择求解器 启动 Ansys Maxwell 后,在主界面创建一个新的二维或三维项目。对于大多数圆形线圈的应用场景,建议优先考虑使用三维模型以获得更精确的结果[^1]。 #### 定义几何结构 进入设计环境后,通过草图绘制工具构建圆柱形导体作为线圈主体。确保按照实际尺寸比例输入参数,比如直径、高度以及匝数等重要特征。如果涉及到多层或多股螺旋排列,则需逐个定义每一部分的具体形态[^4]。 #### 设置材料属性 为所建模的对象指定合适的物理特性,例如铜或其他常用金属材质用于表示导电线材;空气或者其他非铁磁介质填充周围空间区域。这一步骤至关重要,因为不同物质间的相互作用会显著影响最终计算所得磁场分布情况[^2]。 #### 应用电流激励源 在线圈对象上施加电流密度边界条件来模拟真实工作状态下的通电情形。注意调整方向性和大小使之匹配实验设定或者理论预测值。此外还可以引入时间谐波函数实现交流供电效果的再现[^5]。 #### 配置网格划分策略 合理规划有限元离散化方案有助于提升数值解析精度的同时减少运算资源消耗。针对重点考察部位可适当加密单元格数量,而对于远离兴趣区的地方则放宽要求以便加快处理速度[^3]。 #### 执行仿真运行及结果可视化 完成上述准备工作之后即可提交任务等待程序自动执行迭代过程直至收敛稳定。完成后借助内置图表生成器查看矢量箭头图、等高线映射等多种形式展示出的空间内各点位处B/H曲线变化规律。 ```python # Python脚本示例(仅作示意用途) import ansys.maxwell as mxwll app = mxwll.launch_desktop() project = app.new_project() design = project.insert_design('3D', 'CoilSimulation') coil = design.create_cylinder(radius=0.01, height=0.05) material_library = app.materials copper_material = material_library['Copper'] coil.assign_material(copper_material) current_density = coil.add_boundary_condition(type='CurrentDensity') current_density.set_value(ampere_per_meter=1e6) mesh_settings = design.mesh_setup mesh_settings.refine_around(coil) analysis_setup = design.analysis_setup analysis_setup.solve_frequency(frequency=50E3) results_viewer = analysis_setup.run_and_view_results() magnetic_field_plot = results_viewer.plot_magnetic_flux_lines() ```
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