Maxwell网格剖分:最大边长和最大数量打架,集肤深度算错铁损全偏

电磁仿真里,网格设不对,集肤效应算不准、铁损偏一大截,结果全白算。更懵的是,最大边长和最大数量同时勾上互相打架,不知道以谁为准;集肤深度该不该设、设几层,全凭感觉。

这篇把 Maxwell 网格剖分(物体内部等剖分)的 5 个关键点讲清楚。


1. 三大类:内部(Inside)/表层(On)/表面,网格都是四面体


本质:Maxwell 网格剖分分三大类——物体内部(Inside)、表层(On / 边界)、表面(曲面)。网格类型是四面体(由 4 个三角形组成)。On 只加密靠近外表面的位置,Inside 剖分整个物体内部所有位置。


关键参数:

①On——边界 / 表层加密;

②Inside——整个内部全部剖分;

③四面体——4 个三角形,限定三角形最大边长即可控制剖分数量。


延伸:因为四面体由三角形构成,控制三角形最大边长就等于控制单元尺寸与数量——2D/3D 同理(如 20×10 的区域给最大边长 14,三角形数量基本就定下来了)。

踩坑点:分不清 On 和 Inside——On 只加密表层、Inside 加密全部,选错会导致该密的地方没密、精度不够。

Maxwell网格剖分:最大边长和最大数量打架,集肤深度算错铁损全偏的图1


On 与 Inside 区别

2. 基本规则:最大边长 vs 最大数量冲突,以数量为准(防呆)


本质:基本规则基于三角形最大边长。可以同时勾"最大边长"和"最大数量",当两者冲突时,软件以最大数量为准。


关键参数:

①最大边长——如 2.3;

②最大数量——如 1000;

③冲突仲裁——以最大数量为准。


延伸:这是防错防呆设计——新手可能把边长设成 0.1(剖分过密、没必要、拖慢计算),最大数量兜底防止网格爆炸;有经验的人一般不勾最大数量,直接给边长即可。


踩坑点:新手设过小边长导致网格过密、计算极慢;不知道有"最大数量"兜底,被自己的过密设置坑到。


3. 集肤深度(Skin Depth):算集肤/临近效应,电流集中表层损耗增大


本质:高频下电流集中在导体表层(集肤效应)加上临近效应,表层损耗增大。Skin Depth 基于深度加密表层:设集肤厚度 + 层数,点 calculate skin depth 自动算(输入电导率、磁导率、频率)。


关键参数:

①集肤深度——由电导率 / 磁导率 / 频率(ω) 算出(如 2.5);

②层数——2.5 里分 2 层或 3 层;

③叠加——既要 basic 又要 skin depth,才能算集肤 + 临近效应。


延伸:集肤深度 δ=√(2/(ωμσ)),频率越高 δ 越小、电流越集中在表层,所以高频器件必须靠 skin depth 把表层剖分够细,才能算准损耗和温升。


踩坑点:高频 / 大电流导体不设 skin depth,表层损耗算不准、温升偏低,结果偏危险。

skin depth对话框厚度层数

Maxwell网格剖分:最大边长和最大数量打架,集肤深度算错铁损全偏的图3


skin depth 对话框


4. 判据:集肤深度远小于对象才有意义,否则不必设


本质:不是所有对象都要设 skin depth。算出集肤深度后要和对象尺寸比——深度远小于对象(如对象 1mm、深度 0.66)才需考虑;深度大于对象(如对象直径 0.2、深度 0.66)则无集肤效应、设了没意义。

关键参数:

①实操——右击选所有边→skin depth→给频率(如 10K)→自动算深度(如 0.66、3 层);

②判据——深度 ≪ 对象尺寸才设;

③频率——深度主要由频率算出。

踩坑点:不看深度与对象尺寸的关系,盲目给所有对象设 skin depth,网格暴涨却没意义。这避免了"逢导体就设集肤"的过度建模——低频 / 小对象本无集肤效应,硬设只增加网格量、拖慢计算。

选边算集肤深度

Maxwell网格剖分:最大边长和最大数量打架,集肤深度算错铁损全偏的图5


选边算集肤深度


5. air cup(切边深度):铁芯冲片毛刺增铁损,加密表层补足


本质:电动机 / 变压器铁芯由冲片叠压而成,冲压会产生毛刺,增加铁损耗。air cup(切边深度)加密表层,更好地补足这部分损耗。


关键参数:

①air cup——针对铁芯冲片毛刺的表层加密;

②默认大小——不同对象推荐值不同(如 3.7 vs 0.25);

③经验值——在推荐基础上减 10~15 倍(如 3.7→0.37 左右)。


延伸:铁损对表层网格敏感,毛刺引起的附加损耗只有把表层剖分够细才能捕捉;推荐默认值偏粗,减 10~15 倍是兼顾精度与计算量的经验做法。


踩坑点:铁芯不算毛刺铁损,计算结果与实际差蛮大;直接用推荐默认值(偏粗),表层不够细,铁损偏低。


小结


Maxwell 网格剖分的 5 个关键点:

①分内部(Inside)/表层(On)/表面三类,网格是四面体,On 加密表层、Inside 剖全部;

②最大边长与最大数量冲突时以数量为准(防呆,防新手设过密);

③集肤深度算集肤/临近效应,由电导率/磁导率/频率自动算,设厚度+层数;

④集肤深度远小于对象才有意义,否则不必设;

⑤air cup 针对铁芯冲片毛刺加密表层补铁损,推荐值减 10~15 倍。

网格是电磁仿真的地基——分清 On/Inside、用对 skin depth 判据、铁芯补 air cup,才能把集肤效应和铁损算准,否则结果全是空中楼阁。


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