電器中電磁機械仿真常用軟件與方法

朱志豪　馮祥偉　楊芳

摘 要：介紹了電器中電磁機械仿真技術的發展現狀和常用軟件，探討了幾種常見電磁機械仿真方法的基本原理、功能和優缺點，主要分析了基于有限元方法的電磁場仿真、運動學和動力學仿真的基本過程，仿真技術大大簡化了電磁機械設計的工作量，計算手段和精度也不斷完善。

關鍵詞：電磁機械；電磁場仿真；動力學仿真

引言

隨著高、低壓電器的技術發展，依靠電磁力產生運動相關的機械在電器領域中應用越來越廣泛，從傳統最常見的電磁鐵到近年來進入市場的永磁機構、磁力機構、斥力機構等。由于產品的結構越來越復雜，形狀越來越不具有規則性，采用傳統的磁路分析等理論計算方法來指導產品設計逐漸具有一定的局限性。隨著數值計算法的發展，特別是各種大型商業軟件的不斷推廣和應用，利用仿真技術對電磁機械進行仿真分析已經成為工程領域中常用的手段。

電磁機械仿真技術是指基于相關基礎理論，借助于計算機技術和專業的分析軟件，實現對電磁機構電磁場、力、運動等方面的靜態和動態特性的仿真，為產品的設計和優化提供理論支持和方向指導。仿真技術的應用改變了長期以來人們用傳統的工程計算方法進行特性分析所造成的精度差的缺點，可以在樣機制作和實驗分析前，掌握電器產品的性能，減少重復樣機的制作，降低實驗費用，同時縮短新產品的開發周期，提高產品性能[1]。

在電磁數值計算方法中，有限元法以其通用性強，適用于對復雜結構和場域等優點，成為應用最廣發的方法，基于有限元的商業仿真軟件也較多的進入市場。常用的軟件有ANSYS，Ansoft，Quick field，Infolytica等。這類軟件通常是具有三維有限元剖分的有限元計算通用軟件，以麥克斯韋方程組為出發點。除了仿真一般意義上的磁路和電磁場，各種電磁類機構都涉及到電磁-力-運動等基本理論，工程設計人員往往需要的是產品最終的電磁力，速度，時間等特性。因此除了進行基本的電磁場仿真外，還需要綜合考慮機構的動力學特性。文章總結了幾種借助商業軟件進行電磁場仿真和動力學仿真的常見方法，對電器中電磁類機械的設計有一定的指導作用。

1 基于ANSYS的方法

1.1 計算原理

ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，它是世界范圍內增長最快的CAE軟件，可以進行包括結構、聲、熱、流體以及電磁場等多門學科的研究。ANSYS中載流導體的電流分布計算主要以下面兩個基本方程式作為依據[2]：

電磁吸力計算應采用Maxwell應力張量法進行計算，與可動銜鐵接觸的空氣單元i的應力張量為Ti，接觸面積為s，單元的力密度為Fi，則銜鐵整體受到的電磁吸力F計算公式可以表示成式（5）和（6）：

1.2 計算方法和過程

ANSYS功能強大，在電磁場仿真方面可以進行二維和三維的靜態、諧波和瞬態分析，基本能滿足電器中電磁機械仿真的所有需求，并且具有強大的二次開發功能，專業人員能夠根據需要進行程序編寫，進行針對性的復雜分析計算。但是ANSYS的經典界面操作不是特別方便，一般的工程人員需要花費一定的時間入手，而操作界面較清晰的workbench模塊目前僅僅能實現靜態的電磁場分析，不能完全滿足電磁機構的設計的需要。

目前最常用的方法是首先利用ANSYS軟件包建立有限元模型，進行靜態電磁場仿真計算，得到電磁吸力與氣隙和電流關系的二維靜態數據表格。靜態電磁場仿真主要包括以下幾個基本步驟：①定性分析，確定選擇的分析方法，選用單元，賦予材料屬性等；②前處理，創建仿真的物理環境，建立模型，網格設置和劃分，施加載荷和邊界條件，設置求解標志（Flag）等；③求解，設置分析類型，求解器選項等；④后處理，場量云圖和數據的繪制，輸出。

靜態電磁特性分析不僅可以在電流密度，磁路，磁力線等方面對電磁機械的設計有直接幫助，還可以為其作為動態特性分析數據基礎。完成靜態仿真后，耦合達朗貝爾機械運動特征微分方程：

在上述靜態仿真的基礎上，利用靜態仿真得到的電磁力數據，利用插值方法得到吸力變化曲線，然后一般采用龍格-庫塔法，利用C語言或Matlab軟件，求解上述機械運動微分方程組，進行機構動態吸力和運動的仿真計算，得到電磁機械的動態特性。

上述方法應用廣泛，功能強大，能滿足不同的需求，并且有利于通過二次開發進行復雜問題的求解，以及便于后續提取數據與其它場進行耦合計算，但是該方法操作比較復雜，直觀性較差，編程和數據處理需要較強的專業技能。

2 基于Ansoft Maxwell的方法

Ansoft作為世界著名的商用低頻電磁場有限元軟件之一，在各個工程電磁領域都得到了廣泛的應用。它同樣基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉變為龐大的矩陣求解[3]。Ansoft 不僅可以對單個電磁機構進行數值計算，還可以對整個系統進行聯合仿真。

其中，Maxwell中三維瞬態求解模塊特別適用于電器中電磁機械的仿真計算，maxwell可以輸入任意波形的電壓、電流激勵源的設備，并且能夠與外部電路耦合，獲得精確的激勵，基于外部激勵，該模塊能同時求解磁場、電路及運動等強耦合的方程，最終直接得到電磁機械的運動過程以及電磁力、運動時間等設計人員需要的參數。

進行Ansoft三維瞬態分析主要有以下幾個步驟：①幾何模型的建立，可以采用Ansoft建模或者從三維造型軟件導入；②材料和激勵給定，其中可以將控制電路添加到軟件中作為激勵源，這點非常適用；③網格剖分和求解設定，可以進行鐵芯質量，阻尼系數，以及運動反力的設置；④后處理，可以得到電磁機械的磁密分布，激勵電流，電磁力，速度，位移等隨時間變化的曲線等等需要的結果，而且能夠直接觀察運動動畫，功能非常強大。

該軟件和方法的主要優點是操作界面比較符合常見的風格，操作較簡單，激勵源的電路輸入方便快捷，后處理功能強大，得到的結果基本能滿足設計人員的需要，因此得到了普遍應用。但是該方法在動力學方面的設置稍顯簡陋，不太方便輸入復雜的運動反力關系，而且與動鐵心相連的非磁性運動部件難以考慮進去。

3 基于電磁場和動力學仿真結合的方法

該方法的基本思路是：首先利用ANSYS或Ansoft等軟件對電磁機械進行電磁場有限元分析，在給定的氣隙和激勵電流的前提下，進行電磁吸力的靜態分析，對動鐵心位置和線圈中電流進行離散化，由靜態仿真獲得每一個運動位置和電流對應的電磁力和磁鏈值，從而通過網格變換和三次樣條非線性擬合技術獲得磁力機構動態特性仿真所需的關系由此可獲得電磁吸力和氣隙、電流之間的二維離散數據關系，將分析結果保存。

然后在ADAMS等動力學軟件中建立操動機構模型，ADAMS是世界上應用廣泛且的機械系統動力學仿真分析軟件，利用ADAMS軟件能夠建立和測試虛擬樣機，實現在計算機上仿真分析復雜機械系統的運動學和動力學性能。可以在ADAMS中建立實際的模型，對所有部件施加各種約束，建立狀態微分方程組進行仿真，其中吸力可由具體時刻的氣隙和電流根據靜態電磁場的分析結果插值而得到。仿真結果可以直觀的觀察到所有運動部件的運動過程，并且得到所需的力、位移、速度、加速度等與時間的變化曲線，最大限度的滿足了設計需求。

該方法充分利用了電磁場仿真軟件與動力學仿真軟件在各自領域的優點，操作簡單，應用于電器的開發設計中，可以在制作樣機前，掌握產品的性能參數，進而優化設計方案，降低設計費用。

4 結束語

文章總結了電器設計中幾種常見的借助商業軟件進行電磁場仿真和動力學仿真的方法和優缺點，對電器中電磁類機械的設計有一定的參考價值。隨著仿真技術的進一步發展和推廣，會出現功能更強大、更方便快捷的電磁機械仿真軟件，促進電器行業的發展。

參考文獻

[1]姚建軍，王偉宗，吳翊，等.低壓電器仿真技術及其應用[J].低壓電器，2009（7）：1-3.

[2]ANSYS， Inc. ANSYS help[C].2011.

[3]劉國強，趙凌志，蔣繼婭.Ansoft工程電磁場有限元分析[M].北京：電子工業出版社，2005.

[4]王國強.虛擬樣機技術及其在ADAMS上的實踐[M].西安：西北工業大學出版社，2004.

作者簡介：朱志豪（1985-），碩士，助理工程師，從事高壓電器的產品研發。endprint

摘 要：介紹了電器中電磁機械仿真技術的發展現狀和常用軟件，探討了幾種常見電磁機械仿真方法的基本原理、功能和優缺點，主要分析了基于有限元方法的電磁場仿真、運動學和動力學仿真的基本過程，仿真技術大大簡化了電磁機械設計的工作量，計算手段和精度也不斷完善。

關鍵詞：電磁機械；電磁場仿真；動力學仿真

引言

隨著高、低壓電器的技術發展，依靠電磁力產生運動相關的機械在電器領域中應用越來越廣泛，從傳統最常見的電磁鐵到近年來進入市場的永磁機構、磁力機構、斥力機構等。由于產品的結構越來越復雜，形狀越來越不具有規則性，采用傳統的磁路分析等理論計算方法來指導產品設計逐漸具有一定的局限性。隨著數值計算法的發展，特別是各種大型商業軟件的不斷推廣和應用，利用仿真技術對電磁機械進行仿真分析已經成為工程領域中常用的手段。

電磁機械仿真技術是指基于相關基礎理論，借助于計算機技術和專業的分析軟件，實現對電磁機構電磁場、力、運動等方面的靜態和動態特性的仿真，為產品的設計和優化提供理論支持和方向指導。仿真技術的應用改變了長期以來人們用傳統的工程計算方法進行特性分析所造成的精度差的缺點，可以在樣機制作和實驗分析前，掌握電器產品的性能，減少重復樣機的制作，降低實驗費用，同時縮短新產品的開發周期，提高產品性能[1]。

在電磁數值計算方法中，有限元法以其通用性強，適用于對復雜結構和場域等優點，成為應用最廣發的方法，基于有限元的商業仿真軟件也較多的進入市場。常用的軟件有ANSYS，Ansoft，Quick field，Infolytica等。這類軟件通常是具有三維有限元剖分的有限元計算通用軟件，以麥克斯韋方程組為出發點。除了仿真一般意義上的磁路和電磁場，各種電磁類機構都涉及到電磁-力-運動等基本理論，工程設計人員往往需要的是產品最終的電磁力，速度，時間等特性。因此除了進行基本的電磁場仿真外，還需要綜合考慮機構的動力學特性。文章總結了幾種借助商業軟件進行電磁場仿真和動力學仿真的常見方法，對電器中電磁類機械的設計有一定的指導作用。

1 基于ANSYS的方法

1.1 計算原理

ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，它是世界范圍內增長最快的CAE軟件，可以進行包括結構、聲、熱、流體以及電磁場等多門學科的研究。ANSYS中載流導體的電流分布計算主要以下面兩個基本方程式作為依據[2]：

電磁吸力計算應采用Maxwell應力張量法進行計算，與可動銜鐵接觸的空氣單元i的應力張量為Ti，接觸面積為s，單元的力密度為Fi，則銜鐵整體受到的電磁吸力F計算公式可以表示成式（5）和（6）：

1.2 計算方法和過程

ANSYS功能強大，在電磁場仿真方面可以進行二維和三維的靜態、諧波和瞬態分析，基本能滿足電器中電磁機械仿真的所有需求，并且具有強大的二次開發功能，專業人員能夠根據需要進行程序編寫，進行針對性的復雜分析計算。但是ANSYS的經典界面操作不是特別方便，一般的工程人員需要花費一定的時間入手，而操作界面較清晰的workbench模塊目前僅僅能實現靜態的電磁場分析，不能完全滿足電磁機構的設計的需要。

目前最常用的方法是首先利用ANSYS軟件包建立有限元模型，進行靜態電磁場仿真計算，得到電磁吸力與氣隙和電流關系的二維靜態數據表格。靜態電磁場仿真主要包括以下幾個基本步驟：①定性分析，確定選擇的分析方法，選用單元，賦予材料屬性等；②前處理，創建仿真的物理環境，建立模型，網格設置和劃分，施加載荷和邊界條件，設置求解標志（Flag）等；③求解，設置分析類型，求解器選項等；④后處理，場量云圖和數據的繪制，輸出。

靜態電磁特性分析不僅可以在電流密度，磁路，磁力線等方面對電磁機械的設計有直接幫助，還可以為其作為動態特性分析數據基礎。完成靜態仿真后，耦合達朗貝爾機械運動特征微分方程：

在上述靜態仿真的基礎上，利用靜態仿真得到的電磁力數據，利用插值方法得到吸力變化曲線，然后一般采用龍格-庫塔法，利用C語言或Matlab軟件，求解上述機械運動微分方程組，進行機構動態吸力和運動的仿真計算，得到電磁機械的動態特性。

上述方法應用廣泛，功能強大，能滿足不同的需求，并且有利于通過二次開發進行復雜問題的求解，以及便于后續提取數據與其它場進行耦合計算，但是該方法操作比較復雜，直觀性較差，編程和數據處理需要較強的專業技能。

2 基于Ansoft Maxwell的方法

Ansoft作為世界著名的商用低頻電磁場有限元軟件之一，在各個工程電磁領域都得到了廣泛的應用。它同樣基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉變為龐大的矩陣求解[3]。Ansoft 不僅可以對單個電磁機構進行數值計算，還可以對整個系統進行聯合仿真。

其中，Maxwell中三維瞬態求解模塊特別適用于電器中電磁機械的仿真計算，maxwell可以輸入任意波形的電壓、電流激勵源的設備，并且能夠與外部電路耦合，獲得精確的激勵，基于外部激勵，該模塊能同時求解磁場、電路及運動等強耦合的方程，最終直接得到電磁機械的運動過程以及電磁力、運動時間等設計人員需要的參數。

進行Ansoft三維瞬態分析主要有以下幾個步驟：①幾何模型的建立，可以采用Ansoft建模或者從三維造型軟件導入；②材料和激勵給定，其中可以將控制電路添加到軟件中作為激勵源，這點非常適用；③網格剖分和求解設定，可以進行鐵芯質量，阻尼系數，以及運動反力的設置；④后處理，可以得到電磁機械的磁密分布，激勵電流，電磁力，速度，位移等隨時間變化的曲線等等需要的結果，而且能夠直接觀察運動動畫，功能非常強大。

該軟件和方法的主要優點是操作界面比較符合常見的風格，操作較簡單，激勵源的電路輸入方便快捷，后處理功能強大，得到的結果基本能滿足設計人員的需要，因此得到了普遍應用。但是該方法在動力學方面的設置稍顯簡陋，不太方便輸入復雜的運動反力關系，而且與動鐵心相連的非磁性運動部件難以考慮進去。

3 基于電磁場和動力學仿真結合的方法

該方法的基本思路是：首先利用ANSYS或Ansoft等軟件對電磁機械進行電磁場有限元分析，在給定的氣隙和激勵電流的前提下，進行電磁吸力的靜態分析，對動鐵心位置和線圈中電流進行離散化，由靜態仿真獲得每一個運動位置和電流對應的電磁力和磁鏈值，從而通過網格變換和三次樣條非線性擬合技術獲得磁力機構動態特性仿真所需的關系由此可獲得電磁吸力和氣隙、電流之間的二維離散數據關系，將分析結果保存。

然后在ADAMS等動力學軟件中建立操動機構模型，ADAMS是世界上應用廣泛且的機械系統動力學仿真分析軟件，利用ADAMS軟件能夠建立和測試虛擬樣機，實現在計算機上仿真分析復雜機械系統的運動學和動力學性能。可以在ADAMS中建立實際的模型，對所有部件施加各種約束，建立狀態微分方程組進行仿真，其中吸力可由具體時刻的氣隙和電流根據靜態電磁場的分析結果插值而得到。仿真結果可以直觀的觀察到所有運動部件的運動過程，并且得到所需的力、位移、速度、加速度等與時間的變化曲線，最大限度的滿足了設計需求。

該方法充分利用了電磁場仿真軟件與動力學仿真軟件在各自領域的優點，操作簡單，應用于電器的開發設計中，可以在制作樣機前，掌握產品的性能參數，進而優化設計方案，降低設計費用。

4 結束語

文章總結了電器設計中幾種常見的借助商業軟件進行電磁場仿真和動力學仿真的方法和優缺點，對電器中電磁類機械的設計有一定的參考價值。隨著仿真技術的進一步發展和推廣，會出現功能更強大、更方便快捷的電磁機械仿真軟件，促進電器行業的發展。

參考文獻

[1]姚建軍，王偉宗，吳翊，等.低壓電器仿真技術及其應用[J].低壓電器，2009（7）：1-3.

[2]ANSYS， Inc. ANSYS help[C].2011.

[3]劉國強，趙凌志，蔣繼婭.Ansoft工程電磁場有限元分析[M].北京：電子工業出版社，2005.

[4]王國強.虛擬樣機技術及其在ADAMS上的實踐[M].西安：西北工業大學出版社，2004.

作者簡介：朱志豪（1985-），碩士，助理工程師，從事高壓電器的產品研發。endprint

摘 要：介紹了電器中電磁機械仿真技術的發展現狀和常用軟件，探討了幾種常見電磁機械仿真方法的基本原理、功能和優缺點，主要分析了基于有限元方法的電磁場仿真、運動學和動力學仿真的基本過程，仿真技術大大簡化了電磁機械設計的工作量，計算手段和精度也不斷完善。

關鍵詞：電磁機械；電磁場仿真；動力學仿真

引言

隨著高、低壓電器的技術發展，依靠電磁力產生運動相關的機械在電器領域中應用越來越廣泛，從傳統最常見的電磁鐵到近年來進入市場的永磁機構、磁力機構、斥力機構等。由于產品的結構越來越復雜，形狀越來越不具有規則性，采用傳統的磁路分析等理論計算方法來指導產品設計逐漸具有一定的局限性。隨著數值計算法的發展，特別是各種大型商業軟件的不斷推廣和應用，利用仿真技術對電磁機械進行仿真分析已經成為工程領域中常用的手段。

電磁機械仿真技術是指基于相關基礎理論，借助于計算機技術和專業的分析軟件，實現對電磁機構電磁場、力、運動等方面的靜態和動態特性的仿真，為產品的設計和優化提供理論支持和方向指導。仿真技術的應用改變了長期以來人們用傳統的工程計算方法進行特性分析所造成的精度差的缺點，可以在樣機制作和實驗分析前，掌握電器產品的性能，減少重復樣機的制作，降低實驗費用，同時縮短新產品的開發周期，提高產品性能[1]。

在電磁數值計算方法中，有限元法以其通用性強，適用于對復雜結構和場域等優點，成為應用最廣發的方法，基于有限元的商業仿真軟件也較多的進入市場。常用的軟件有ANSYS，Ansoft，Quick field，Infolytica等。這類軟件通常是具有三維有限元剖分的有限元計算通用軟件，以麥克斯韋方程組為出發點。除了仿真一般意義上的磁路和電磁場，各種電磁類機構都涉及到電磁-力-運動等基本理論，工程設計人員往往需要的是產品最終的電磁力，速度，時間等特性。因此除了進行基本的電磁場仿真外，還需要綜合考慮機構的動力學特性。文章總結了幾種借助商業軟件進行電磁場仿真和動力學仿真的常見方法，對電器中電磁類機械的設計有一定的指導作用。

1 基于ANSYS的方法

1.1 計算原理

ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，它是世界范圍內增長最快的CAE軟件，可以進行包括結構、聲、熱、流體以及電磁場等多門學科的研究。ANSYS中載流導體的電流分布計算主要以下面兩個基本方程式作為依據[2]：

電磁吸力計算應采用Maxwell應力張量法進行計算，與可動銜鐵接觸的空氣單元i的應力張量為Ti，接觸面積為s，單元的力密度為Fi，則銜鐵整體受到的電磁吸力F計算公式可以表示成式（5）和（6）：

1.2 計算方法和過程

ANSYS功能強大，在電磁場仿真方面可以進行二維和三維的靜態、諧波和瞬態分析，基本能滿足電器中電磁機械仿真的所有需求，并且具有強大的二次開發功能，專業人員能夠根據需要進行程序編寫，進行針對性的復雜分析計算。但是ANSYS的經典界面操作不是特別方便，一般的工程人員需要花費一定的時間入手，而操作界面較清晰的workbench模塊目前僅僅能實現靜態的電磁場分析，不能完全滿足電磁機構的設計的需要。

目前最常用的方法是首先利用ANSYS軟件包建立有限元模型，進行靜態電磁場仿真計算，得到電磁吸力與氣隙和電流關系的二維靜態數據表格。靜態電磁場仿真主要包括以下幾個基本步驟：①定性分析，確定選擇的分析方法，選用單元，賦予材料屬性等；②前處理，創建仿真的物理環境，建立模型，網格設置和劃分，施加載荷和邊界條件，設置求解標志（Flag）等；③求解，設置分析類型，求解器選項等；④后處理，場量云圖和數據的繪制，輸出。

靜態電磁特性分析不僅可以在電流密度，磁路，磁力線等方面對電磁機械的設計有直接幫助，還可以為其作為動態特性分析數據基礎。完成靜態仿真后，耦合達朗貝爾機械運動特征微分方程：

在上述靜態仿真的基礎上，利用靜態仿真得到的電磁力數據，利用插值方法得到吸力變化曲線，然后一般采用龍格-庫塔法，利用C語言或Matlab軟件，求解上述機械運動微分方程組，進行機構動態吸力和運動的仿真計算，得到電磁機械的動態特性。

上述方法應用廣泛，功能強大，能滿足不同的需求，并且有利于通過二次開發進行復雜問題的求解，以及便于后續提取數據與其它場進行耦合計算，但是該方法操作比較復雜，直觀性較差，編程和數據處理需要較強的專業技能。

2 基于Ansoft Maxwell的方法

Ansoft作為世界著名的商用低頻電磁場有限元軟件之一，在各個工程電磁領域都得到了廣泛的應用。它同樣基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉變為龐大的矩陣求解[3]。Ansoft 不僅可以對單個電磁機構進行數值計算，還可以對整個系統進行聯合仿真。

其中，Maxwell中三維瞬態求解模塊特別適用于電器中電磁機械的仿真計算，maxwell可以輸入任意波形的電壓、電流激勵源的設備，并且能夠與外部電路耦合，獲得精確的激勵，基于外部激勵，該模塊能同時求解磁場、電路及運動等強耦合的方程，最終直接得到電磁機械的運動過程以及電磁力、運動時間等設計人員需要的參數。

進行Ansoft三維瞬態分析主要有以下幾個步驟：①幾何模型的建立，可以采用Ansoft建模或者從三維造型軟件導入；②材料和激勵給定，其中可以將控制電路添加到軟件中作為激勵源，這點非常適用；③網格剖分和求解設定，可以進行鐵芯質量，阻尼系數，以及運動反力的設置；④后處理，可以得到電磁機械的磁密分布，激勵電流，電磁力，速度，位移等隨時間變化的曲線等等需要的結果，而且能夠直接觀察運動動畫，功能非常強大。

該軟件和方法的主要優點是操作界面比較符合常見的風格，操作較簡單，激勵源的電路輸入方便快捷，后處理功能強大，得到的結果基本能滿足設計人員的需要，因此得到了普遍應用。但是該方法在動力學方面的設置稍顯簡陋，不太方便輸入復雜的運動反力關系，而且與動鐵心相連的非磁性運動部件難以考慮進去。

3 基于電磁場和動力學仿真結合的方法

該方法的基本思路是：首先利用ANSYS或Ansoft等軟件對電磁機械進行電磁場有限元分析，在給定的氣隙和激勵電流的前提下，進行電磁吸力的靜態分析，對動鐵心位置和線圈中電流進行離散化，由靜態仿真獲得每一個運動位置和電流對應的電磁力和磁鏈值，從而通過網格變換和三次樣條非線性擬合技術獲得磁力機構動態特性仿真所需的關系由此可獲得電磁吸力和氣隙、電流之間的二維離散數據關系，將分析結果保存。

然后在ADAMS等動力學軟件中建立操動機構模型，ADAMS是世界上應用廣泛且的機械系統動力學仿真分析軟件，利用ADAMS軟件能夠建立和測試虛擬樣機，實現在計算機上仿真分析復雜機械系統的運動學和動力學性能。可以在ADAMS中建立實際的模型，對所有部件施加各種約束，建立狀態微分方程組進行仿真，其中吸力可由具體時刻的氣隙和電流根據靜態電磁場的分析結果插值而得到。仿真結果可以直觀的觀察到所有運動部件的運動過程，并且得到所需的力、位移、速度、加速度等與時間的變化曲線，最大限度的滿足了設計需求。

該方法充分利用了電磁場仿真軟件與動力學仿真軟件在各自領域的優點，操作簡單，應用于電器的開發設計中，可以在制作樣機前，掌握產品的性能參數，進而優化設計方案，降低設計費用。

4 結束語

文章總結了電器設計中幾種常見的借助商業軟件進行電磁場仿真和動力學仿真的方法和優缺點，對電器中電磁類機械的設計有一定的參考價值。隨著仿真技術的進一步發展和推廣，會出現功能更強大、更方便快捷的電磁機械仿真軟件，促進電器行業的發展。

參考文獻

[1]姚建軍，王偉宗，吳翊，等.低壓電器仿真技術及其應用[J].低壓電器，2009（7）：1-3.

[2]ANSYS， Inc. ANSYS help[C].2011.

[3]劉國強，趙凌志，蔣繼婭.Ansoft工程電磁場有限元分析[M].北京：電子工業出版社，2005.

[4]王國強.虛擬樣機技術及其在ADAMS上的實踐[M].西安：西北工業大學出版社，2004.

作者簡介：朱志豪（1985-），碩士，助理工程師，從事高壓電器的產品研發。endprint