Simcenter MAGNET

自1978年以來，Simcenter MAGNET（前身為Infolytica）不斷地提供最先進的電磁解決方案，為電磁相關設備進行產品設計、電磁場分析以及最佳化計算。來自各行各業的工程師使用Simcenter MAGNET進行相關應用的設計和分析，包括馬達、機電設備、工業用變壓器、感應加熱、揚聲器以及非破壞性檢測。

Simcenter MAGNET 是一套功能強大且具有40多年專業知識的CAE模擬軟體，能對馬達、發電機、感測器、變壓器、致動器、電磁閥或任何具有永久磁鐵或線圈的元件進行效能模擬預測。透過如此高效且精準的軟體能從簡單到複雜的各種電磁及機電裝置皆能進行設計、分析以及最佳化。

使用Simcenter MAGNET 虛擬製作原型能節省成本及時間，進行參數化和最佳化研究能夠探索不同配置以改善效能。藉由精準重現操作條件和嚴苛條件可讓使用者觀察損耗、溫度點、永久磁鐵退磁、無作用材料，並透過錯誤條件進行故障分析。

 

總覽

MAGNET 能在友善且相同的圖形使用者界面(GUI)進行2D及3D電磁場模擬。 MAGNET使用有限元素技術來獲得精準且快速的Maxwell方程式求解。 每個模組都專門設計來模擬不同類型的電磁場，皆能用於2D和3D設計。

 

靜磁場

• 非線性分析

• 指定的電流能流過所有種類的導電材料，包括磁性材料

 

交流電（時間諧波）

• 根據複數領域中的單一頻率進行分析

• 渦電流、位移電流、集膚效應和鄰近效應

 

暫態場（時域變化）

• 非線性分析

• 二階時間步級

• 回復功能：在特定時間步級暫停並進行檢查

• 鐵芯損耗、鄰近效應和渦電流

 

運動

• 支援旋轉，線性以及常見（多自由度）運動

• 速度和負載驅動的運動問題

• 計算運動所產生的感應電流

• 同時支援多個移動物件

 

常見求解器功能

• 多線程提供真正的多核心支援

• 可減少求解區域的對稱性功能

• 參數化模組進行“What if？”分析

• 電路耦合

• 透過與Simcenter MAGNET Thermal耦合進行熱傳分析

• 透過與Simcenter MAGNET Design Optimization耦合進行最佳化

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特色

幾何圖形建模器

• 容易使用的擠伸及實體建模工具，即使是複雜的設計也能快速輕鬆地繪製。

• 3D ACIS 空間建模器，能直接匯入DXF / SAT。

• 額外的篩選器能有效匯入CAD檔案，支援的格式包括STEP，CATIA，Pro / E，IGES

• 線圈建模工具-從樣板建立常見的線圈類型或輕鬆建立自定義線圈類型

• 能針對整個複雜幾何圖形進行布林運算和多重掃出功能

 

 

材料庫

• 線性、非線性以及異方向性材料的預定義材料庫

• 以Steinmetz方程式為基礎的進階損耗計算

• 透過材料編輯器和曲線擬合功能可輕鬆新增使用者自定義材料

• 透過簡單的拖曳方式可套用材料於模型的任何零件，並儲存於模型裡。

電路建模器

• 能使用容易操作的內建工具或匯入CAD檔案方式來建立線圈。

• 能將外部驅動和負載加入至模型中，並同時進行求解（可參考系統建模）。

 

網格劃分和自適應

在進行以下步驟之後，自適應的規則會找出需要細化的地方：

– 細分元素（2D / 3D）

– 增加多項式階數（3D）

 

兩種技術相結合（3D）

• 用於集膚深度分析以及高階異方向性的體積元素的疊層網格

• 用於熱耦合問題的獨立網格（搭配MAGNET Thermal）

• 重新網格劃分運動區域以達到更有效的網格處理

• 廣泛應用的手動網格控制

 

參數化研究和假設 (What-if) 分析

• 針對假設分析執行多組實驗。

• 任何物理量皆能參數化（例如: 幾何圖形特徵，材料，網格設定），並可透過使用者指定的範圍值進行變更

• 多參數求解，自動顯示求解值相對參數值（包括動畫）。

 

客制化和互通性

• MAGNET的強大腳本功能可與執行ActiveX腳本和OLE自動化的任何編程環境（例如Visual Basic腳本，Java腳本，Perl等）一起使用。

• MAGNET能耦合所有兼容Active-X的應用程式，像是Microsoft Office，Matlab，MathCad，AutoCAD等。

 

系統建模

• 透過與PSIM或Simulink模型的協同模擬方式考慮控制電路。

 

​​​​​​​透過MAGNET的響應表面將電磁模型特徵化，並輸出VHDL-AMS檔案至Simulink或SystemVision

 

腳本編寫

• 自動執行重複性工作

• 連結到第三方軟體，像是Excel®或MatLab®

• 根據使用者需求客制MAGNET

 

結果–物理量，物理場和圖表

• 繞組損耗，渦流損和磁滯損

• 退磁

• 磁通密度（Β），電流密度（J）和勞倫茲力密度

• 能量與磁通鏈

• 電壓和電流

• 力量與轉矩

• 阻抗、電感和電容

• 其它…

 

 

後處理

可透過後處理和專案工具列輕鬆存取並觀看不同格式的結果數據

• 詳細的可視化物理場

• 圖表

• 物理場探測

• 輸出到Excel

• 輸出到Fraunhofer SCAI MpCCI以進行多物理場分析

 

 

其它模組

• System Model Generator – 以VHDL-AMS、Simulink或其它格式建立精準的零件模型，並用於不同領域的系統模擬軟體。

• Trajectory Evaluator – 預估帶電粒子隨時間變化的軌跡。

• MAGNET Plug-in for Simulink® – Simulink和MAGNET機電分析的動態連結。

• MAGNET Plug-in for PSIM® – PSIM和MAGNET機電分析的動態連結。

• OptiY -與MAGNET搭配使用，能對任何電磁設備進行最佳化和敏感度分析。

• Simcenter MAGNET Electric

• 2D/3D 電場模擬軟體

 

Simcenter MAGNET Electric（原為ElecNet）是先進的2D / 3D電場模擬軟體工具。 設計者可以輕鬆針對最複雜的設備建模並準確預測其性能。 MAGNET Electric 以有限元素分析法為基礎，求解靜態，交流和暫態電場及電流問題。

 

總覽

可分析及預估以下項目的效能：

• 變壓器

• 絕緣系統

• 電磁兼容

• 匯流排

• 微機電系統

• 高壓元件

• 屏蔽

• 電纜線

• 電容式感測器 / 非破壞性檢測

• 更多…

 

MAGNET Electric使用有限元素方法求解電場強度、力量、電容及其它物理量。 每個模組都專門設計來模擬不同類型的電場，皆能用於2D和3D設計。

靜電場

• 模擬指定直流電壓和電荷分佈所產生的靜電場

• 支援浮接導體

 

電流

• 模擬指定直流電壓施加在導電材料接觸的電極上所產生的直流電流分佈

 

暫態或時域變化電場

• 模擬暫態電壓產生的暫態電場

• 非線性介電常數和電導率

• 考慮位移電流

• 支援浮接導體

• 導電性和介電損耗

• 二階時間步級

• 回復功能：在特定時間步級暫停並進行檢查

 

交流或時域諧波電場

• 模擬由指定交流電壓所產生的電場

• 根據複數領域裡的單一頻率使用相量法進行分析

• 考慮位移電流

• 支援浮接導體

• 導電性和介電損耗

 

結果-物理量，物理場和圖表

• 電場強度 (E)

• 電壓

• 電能

• 磁通密度

• 力量

• 靜電流

• 功率損耗

• 位移電場

• 電流密度

• 電導率

• 電極的電阻和電容矩陣

• 更多…

 

Simcenter MAGNET Thermal

Simcenter MAGNET Thermal與MAGNET或MAGNET Electric耦合，可進行準確的溫度預估

MAGNET Thermal（原為ThermNet）可模擬指定熱源的穩態和暫態溫度分佈。 與MAGNET和MAGNET Electric耦合，可提供給電機（馬達和發電機），變壓器，感應加熱，凸波吸收器和電介質加熱等設備準確的電熱分析。

 

總覽

MAGNET Thermal可以精確模擬機電設備中的熱量上升或冷卻所產生的溫度分佈。 MAGNET Thermal與MAGNET的電磁場和MAGNET Electric的電場模擬能夠無縫地耦合，以進行進一步分析：使用MAGNET和MAGNET Electric的功率損耗數據作為熱源，並確認溫度變化對整體設計和性能的影響。

• 模擬導熱材料裡的指定熱源所產生的溫度分佈

• 與MAGNET耦合，計算電磁系統的渦電流與磁滯損所造成的熱效應

• 與MAGNET Electric耦合，計算電損耗所造成的熱效應

每個求解器模組都專門設計來模擬不同的設計問題，皆能用於2D和3D設計。

靜態或穩態熱傳模擬

• 計算指定熱源所造成的非線性穩態溫度分佈

• 能考慮經由傳導、對流和輻射所產生的熱傳遞現象

• 可以模擬絕熱和非絕熱的熱傳過程。

• 能與所有MAGNET電磁場求解器搭配使用

• 能與MAGNET Electric的暫態、電流和時域諧波電場求解器搭配使用

 

暫態或時域變化熱傳模擬

• 計算指定熱源所造成的非線性穩態溫度分佈

• 能考慮經由傳導、對流和輻射所產生的熱傳遞現象

• 可以模擬絕熱和非絕熱的熱傳過程。

• 可設定自適應、固定間隔以及使用者自定義的時間步級

• 二階時間步級

• 回復功能：在特定時間步級暫停並進行檢查

• 能與所有MAGNET電磁場求解器搭配使用

• 能與MAGNET Electric的暫態、電流和時域諧波電場求解器搭配使用

 

特色

耦合電磁場以及電場求解器

• 計算銅損和渦電流損所產生的溫度分佈以及溫度對所有材料特性和電磁場的影響

• 耦合暫態電磁場模擬和暫態熱傳模擬

• 計算永久磁鐵的退磁

• 熱傳模擬可抑制模型裡的零件

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結果–物理量，物理場和圖表

• 電磁熱源

• 電場熱源

• 熱傳熱源

• 熱流

• 溫度

• 有關電磁場和耦合求解物理量的細節，可參考MAGNET，包括：

  • 渦電流損及磁滯損

  • 退磁

 

 

Simcenter MAGNET Design Optimization

2D/3D 最佳化軟體

MAGNET Design Optimization（原為OptiNet）是功能強大的2D / 3D最佳化工具，能允許連續及離散參數最佳化。

MAGNET Design Optimization是MAGNET和MAGNET Electric自動設計最佳化的搭配模組，尤其是當其中之一或兩個都耦合到MAGNET Thermal時。 利用先進高效的演算法，MAGNET Design Optimization能在指定的限制範圍內針對不同的設計變量找到最佳值。

MAGNET Design Optimization的功能：

• 連續值和離散值變量以及最佳化

• 即使是針對大量參數，漸進式的隨機搜索非常有效

• 內建以及客製化的腳本能用於目標函數和限制條件

• 計算不同設計參數的影響

 

MAGNET Design Optimization能符合下列要求，並能提供兼容工業設計過程的整合式自動化最佳設計環境：

穩固性-

獨立的設計變量數量、問題類型以及目標設定

 

全域搜尋-

辨識目標函數的全域最小值

 

無微分-

MAGNET Design Optimization不用微分而是透過合適的函數來避免錯誤

 

快速-

能在準確度和計算時間之間自動選擇最高效的計算方式

 

特色

設計變量

• 常見的性能要求像是零件和物理量的限制以及其它製造限制條件

• MAGNET Design Optimization能將MAGNET、MAGNET Electric以及MAGNET Thermal模型裡的參數作為設計變量

• 四種設計變量類型

  • 常數

  • 連續數列

  • 離散步級

  • 離散數列

 

限制條件

• 須符合帶有絕對類型的加權限制條件

• 以模型和求解為基礎的限制條件

• 預定義常見的限制類型

• 支援使用者自定義的限制條件

 

最佳化目標

• 支援針對設計問題的加權多目標

• 以模型和求解為基礎的目標

• 包含常見的目標函數類型

• 支援使用者自定義的最佳化目標

 

報告功能

• 所有的嘗試排列組合會回報為已改善、未改善或失敗

• 報告內容包含變量數值，限制條件和目標函數

• 建立從原始模型到最佳化模型的變形動畫

• 檢視所有計算的求解或僅查看改善過結果的求解

 

應用類型

Simcenter MAGNET能求解2D和3D裡各式各樣的馬達類型以即不同類型的應用。參考相似的應用案例可讓使用者作為設計起點，或更瞭解如何運用本軟體。