Ansys maxwell 变压器教学资料 包含 两套文件 1.全部基础功能的操作教学以及模型文件 包含 静态场，涡流场，瞬态场，静电场等所有基础功能 步骤教学 2. 以正激变压器及平面pcb变压器为例 进行Pemag, maxwell, simplorer, icepak 对变压器进行参数设计，结构设计，电性仿真(感量，漏感，磁通密度，磁芯损耗，涡流损耗，寄生电容等)，一步一步教学，并带模型文件

——基于 ei33_merged 的 EI 型铁氧体变压器 3D 涡流场求解器工程

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1. 项目背景

ei33_merged 是 ANSYS Electronics Desktop 2021R1 下建立的一个典型「EI-33 铁氧体变压器」3D 涡流场（Eddy Current）仿真模板。

Ansys maxwell 变压器教学资料 包含 两套文件 1.全部基础功能的操作教学以及模型文件 包含 静态场，涡流场，瞬态场，静电场等所有基础功能 步骤教学 2. 以正激变压器及平面pcb变压器为例 进行Pemag, maxwell, simplorer, icepak 对变压器进行参数设计，结构设计，电性仿真(感量，漏感，磁通密度，磁芯损耗，涡流损耗，寄生电容等)，一步一步教学，并带模型文件

该工程完整演示了：

• 从 Step 文件导入复杂 EI 铁心外形
• 参数化矩形截面线圈（RectHelix）建模
• 材料库二次开发（ferrite / copper / vacuum）
• 多物理坐标系与布尔装配
• 自动 Region 空气域与远场辐射边界
• 涡流场求解器设定、网格、激励、输出变量预留接口

代码本身即为 Maxwell 3D 的二次开发脚本（Python+ACT 语法糖），可直接在 Electronics Desktop 的「Scripting」窗口回放，实现“一键复现”整个建模-求解-后处理流程。

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2. 代码总体架构

ei33.aedt                 // 主工程文件（XML 风格）
 ├─ Definitions            // 全局材料、元件符号、脚本
 ├─ Maxwell3DDesign1       // 3D 涡流场设计
 │   ├─ Model              // 几何、材料、布尔、坐标系
 │   ├─ Analysis           // 求解器、网格、频率扫描
 │   ├─ Optimetrics        // 参数/优化预留
 │   └─ Results            // 报告、场图、导出
 └─ Datasets               // 用户自定义函数、曲线库

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3. 核心功能模块拆解

3.1 材料库（Material Library）

名称	属性	用途
vacuum	εr=1	空气域、默认背景
copper	σ=5.8×10⁷ S/m	线圈导体
ferrite	μr=1000, σ=0.01 S/m	EI 铁心

注：ferrite 的 B-H 曲线采用线性近似，若需饱和特性可在 Definitions→Materials 下追加 Nonlinear B-H 表。

3.2 几何建模流程

3.2.1 EI 铁心导入

• 采用 NativeBody 操作，直接读取外部 STEP（EI33.stp）
• 自动识别为两个 Part：E 形件 + I 形件，材料赋 ferrite
• 通过 Move 与 Rotate 保证拼合缝隙 ≤0.1 mm，预留气隙参数 Gap=0.1 mm

3.2.2 参数化线圈（RectHelix）

• 使用系统自带 UDLIB：RectHelix.dll
• 关键参数已变量化：

RectWidth  = 0.6 mm
RectHeight = 0.6 mm
StartHelixRadius = 8.5 mm
Pitch      = 0.7 mm
Turns      = 17
SegmentsPerTurn = 36

• 右手螺旋（RightHanded=1），匝间自动剖分 36 段，保证 50 kHz 以上涡流网格质量
• 线圈材料=copper，横截面积 0.36 mm²，等效于 AWG-20 双并

3.2.3 布尔装配

• Unite 将 4 个 RectHelix 合并为单匝线圈，减少面数 7380→24682
• ObjectCS 基于边中心动态创建局部坐标，方便后续加激励或参数旋转

3.2.4 Region 空气域

• 百分比偏移：±X/Y=100%/50%，+Z=0%，-Z=100%
• 远场辐射边界（Radiation Boundary）在 Analysis 节点自动附加

3.3 坐标系与参数化

• 全局 CS → 相对 CS（RelativeCS1）→ 对象 CS（ObjectCS1/2/3）三级链
• 通过 RotateParameters 与 TranslateParameters 实现：
• 线圈绕 X 轴 90° 放倒
• 绕 Z 轴 90° 四象限阵列
• 平移 -0.973 mm 保证中心对位
• 所有尺寸、角度均已暴露为设计变量，可在 Optimetrics 中做 DOE/优化

3.4 求解器与网格策略

• 类型：Eddy Current（频域磁场）
• 频率：默认 50 kHz（可改）
• 自适应网格：
• 线圈导体：λ/20 趋肤深度约束
• 铁心：内部 2 层边界层（Skin Depth Mesh）
• 空气：远场逐渐粗化，减少 DOF
• 收敛判据：ΔE<0.5%，最大步 6 步
• 并行：开启 SMP，4 核，矩阵求解器 Direct（MUMPS）

3.5 激励与输出变量

• 绕组端口：自动识别 RectHelix 两端面，创建 Circuit Port
• 外部电路：预留空子电路，用户可在 Maxwell Circuit Editor 中加全桥/半桥激励
• 输出变量：
• Plosscu – 线圈涡流损耗
• Plossfe – 铁心损耗（Bertotti 分离模型）
• L_mag – 主线圈电感
• I_peak – 峰值电流
• 场图：磁密 B、电流密度 J、损耗密度 Q，一键生成 3D 云图与动画

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4. 运行流程（用户侧）

1. 打开 ANSYS Electronics Desktop → Scripting → Run Script
2. 选择 ei33.py（代码已封装为函数）
3. 脚本自动执行：
   - 新建工程 → 导入材料 → 建模 → 赋材料 → 布尔 → 设置 Region
   - 指定频率 → 自适应网格 → 求解 → 提取结果 → 生成报告
4. 求解完毕弹出「Result Manager」：
   - 表格：损耗、电感、电流
   - 图像：B 矢量、J 矢量、Q 云图
5. 参数扫描：在 Optimetrics 添加 Turns / Gap / Freq 变量 → 一键 DOE

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5. 二次开发接口

接口	用法
oDesktop	顶级对象，可访问所有工程
oProject	材料库、变量、数据集
oDesign	求解器、网格、激励、结果
oEditor	几何建模、布尔、坐标系
oModule("Analysis")	自适应设置、频率扫描
oModule("Report")	自定义曲线、场图导出

示例：将频率改为 100 kHz 并重新求解

oDesign.ChangeProperty(
    ["NAME:AllTabs",
     ["NAME:LocalVariableTab",
      ["NAME:PropServers", "LocalVariables"],
      ["NAME:ChangedProps",
       ["NAME:Freq", "Value:=", "100kHz"]]]])
oDesign.Analyze("Setup1")

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6. 常见问题与调优建议

问题	原因	解决方案
网格超过 200 W 节点	线圈段数过多	将 SegmentsPerTurn 降至 24，或关闭「Surface Approximation」
铁心损耗为 0	默认线性 ferrite	导入实测 B-H 曲线，开启「Core Loss Model」
求解不收敛	气隙过小/频率过高	气隙 ≥0.1 mm，频率 >1 MHz 时改用 Transient Solver
端口阻抗异常	线圈端面未完全对齐	检查 ObjectCS，确保端口面法向与电流一致

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7. 结论

ei33_merged 工程以“脚本即模型”的方式，完整呈现了 ANSYS Maxwell 3D 在功率磁性元件上的最佳实践：

• 从 CAD → 材料 → 参数化建模 → 网格 → 求解 → 后处理全流程自动化
• 代码高度模块化，用户仅需修改变量即可适配 EE-core、PQ、RM 等磁件
• 为后续「磁热耦合」「力-噪声」「优化设计」奠定统一数据模型

借助该模板，研发人员可将变压器设计周期由「周」缩短至「小时」，并保证仿真-实测误差 <5%。