Ansys Maxwell für elektromagnetische Feldsimulation

Maxwell ist eine leistungsstarke und anwender­freundliche Simulationssoftware für die zwei- und dreidimensionale Berechnung und Visualisierung von niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern. Modelle können vereinfacht stationär oder harmonisch betrachtet werden, aber auch realistisch transient inklusive der Berücksichtigung von Bewegungen. Zur Berechnung nutzt Maxwell die Finite-Elemente-Methode mit einer automatischen adaptiven Vernetzung.

Typische Anwendungsgebiete für den Einsatz der Ansys Maxwell-Software sind: elektrische Maschinen (Motoren, Generatoren), magnetische Bauelemente (Transformatoren, Drosseln, Messwandler), elektrische Bauelemente (Kondensatoren, Isolatoren), Sensoren und Aktuatoren und Leistungselektronik (Kabeltechnik, Verschienung).

Die Software verfügt über eine intuitive Benutzeroberfläche und erlaubt den Datenimport aus den gängigen ECAD- und MCAD-Systemen. Kontakterkennung und Kontakttrennung – z.B. wichtig für die Modellierung von Spulenwicklungen – erfolgt automatisch, was in der Praxis zu enormer Zeiteinsparung führt. Dem Benutzer stehen darüber hinaus eine umfangreiche Bauteilbibliothek sowie eine Materialdatenbank zur Verfügung.

Ein wesentlicher Vorteil der Maxwell-Software ist der automatisierte Lösungsprozess, d.h. der Benutzer kümmert sich lediglich um Geometrie, Material­eigenschaften, Randbedingungen, Anregungen und Ausgangsparameter, alles weitere wird von der Maxwell-Software übernommen, insbesondere auch die Gittergenerierung. Auch die Vorgabe der für die Simulation erforderlichen numerischen Parameter erfolgt automatisch.

Der Benutzer kann sich somit auf die Designdefinition und auf die visuelle und quantitative Auswertung der durchgeführten Simulationen konzentrieren.

Maxwell setzt auf eine adaptive Vernetzungs­methode, bei der automatisch ein grobes Startnetz erzeugt und immer wieder lokal in den Bereichen des größten Lösungsfehlers verfeinert wird, bis eine vorgegebene Genauigkeit in der Lösung erreicht wird.

In zwei Dimensionen werden Dreiecke, in drei Dimensionen Tetraeder benutzt. Der Umfang der Verfeinerung je Stufe, die minimale und maximale Stufenzahl und die gewünschte Genauigkeit in der Energie, den Feldgrößen und eigenen quantitativen Größen können vom Benutzer vorgegeben werden.

Durch die vollständige Integration der Maxwell-Software in die Ansys Workbench sind Anwender in der Lage, gekoppelte Simulationen multiphysikalischer Effekte innerhalb einer Simulationsumgebung durchzuführen – z.B. können thermische und strukturmechanische Wechselbeziehungen simuliert und analysiert werden, ohne dass Reibungsverluste aufgrund von aufwendigem Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Softwaresystemen auftreten.

Wesentliche Features von Ansys Maxwell sind:

  • Adaptive automatische Vernetzung (Easy to Use)
  • Simulation als 3D- oder als 2D-Modell (mit Translations- oder Rotationssymmetrie)
  • Berechnung von elektrischen Feldern (statisch, harmonisch, transient)
  • Berechnung von magnetischen Feldern mit elektrischen Strömen und Permanentmagneten als Anregung und mit nichtlinearen anisotropen Materialeigenschaften
    • statische Berechnung
    • harmonische Berechnung mit Wirbel­strömen und Stromverdrängung (Skin- und Proximityeffekt)
    • transiente Berechnung mit allen transienten magnetischen Effekten, mit großen Bewegungen (Drehung oder Translation inklusive Dynamik­berechnung), mit Entmagnetisierung von Permanentmagneten und mit externen Schaltkreisen
  • Schneller und effektiver Aufbau von Elektro­maschinen (Geometrie, Materialien, Randbedingungen, Anregungen) zur anschließenden Berechnung
  • Durchführung von Parametervariationen, Optimierungen, Sensitivitäts- und Statistikanalysen in Maxwell über Optimetrics mit der Möglichkeit, verschiedene Designs gleichzeitig über Distributed Analysis zu berechnen

Maxwell Softwaredemo

Ermittlung der stationären Magnetkraft-Hub-Kennlinie eines Lasthebemagneten