在电机、电磁场仿真项目里最容易被低估的环节是从一份 CAD 图纸到一份能求解的仿真模型。很多初学者会把“从 CAD 到模型”理解成一个导入动作但真正进入 JMAG 之后就会发现文件导入只是开始。仿真模型里包含几何、材料、边界、网格和工况每一层都要和 CAD 几何建立明确对应关系。JMAG 2026 暑期培训中基于 JMAG-Designer 的基础操作流程通常也围绕这条链路展开CAD 端清理、导入、几何修复、区域划分、材料赋给、网格控制、边界和激励设置、求解前检查。这篇文章会把这条链路拆开讲清楚。按照文章顺序操作后你可以完成一个简化电机模型从 CAD 文件到可求解模型的基本预处理并且知道导入成功后模型却算不起来时应该从哪个环节开始排查。需要说明的是JMAG-Designer 的界面和菜单在不同版本之间可能略有差异文中的操作路径以常见版本为准落地时请以实际安装版本为准。1. 先理解“从 CAD 到模型”为什么不是“导入一下就行”1.1 仿真模型由四个要素组成一句话解释CAD 是给制造和装配看的几何描述模型是给求解器看的计算对象。一个能参与 JMAG 求解的模型至少要包含四件事。第一几何即从 CAD 导入后的实体或面体。第二材料即每个几何区域对应什么材料铁芯、磁体、绕组、空气各有不同。第三网格把连续几何离散成求解器能够处理的多面体单元。第四边界和激励包括电流、电压、磁通边界、运动边界等。如果你的 JMAG 模型文件里只有 CAD 几何没有把材料赋到对应区域也没有为气隙建网格层那它仍然只是“几何文件”不是“仿真模型”。1.2 CAD 几何是物理空间的抽象不是计算空间的直接输入CAD 软件的建模思路和仿真软件不同。CAD 里可以存在大量微小倒角、圆角、螺纹、安装孔、定位销这些特征对机械加工很有意义但对电磁场计算通常没有任何贡献。它们只会让 JMAG 在网格剖分时生成大量细小单元拖慢计算速度甚至引发负体积、自由边等网格问题。因此在导入 JMAG 之前先要判断 CAD 数据里哪些特征是结构功能需要的哪些是电磁分析可以忽略的。这一步叫“几何简化”。更好的做法是在 CAD 端先做而不是全部留给 JMAG 去自动修复。JMAG 虽然提供了几何修复工具但自动处理能力不能替代 CAD 建模时对仿真用途的考虑。1.3 JMAG 中一段完整模型准备链路一个典型的 JMAG-Designer 流程大概是这样。新建案例 - 设置分析类型 - 导入 CAD 文件 - 检查几何完整性 - 修复干涉、间隙和多余特征 - 建立区域并命名 - 给每个区域赋材料 - 设置运动条件 - 建立绕组或导体域 - 设置网格控制 - 检查网格质量 - 设置激励和边界条件 - 设置求解控制 - 运行前检查 - 运行求解器 - 后处理验证这段链路中“导入”只占很小一段。真正影响项目进度的是导入后如何把几何数据转换成可计算的分区域模型以及最后如何确认模型没有“看起来完整却算不出来”的问题。2. 在 CAD 端预处理的四个要点2.1 导出格式选择STEP、IGES、STL 与原生格式JMAG 支持导入多种 CAD 格式。常见的有 STEP、IGES、STL 以及若干原生 CAD 文件格式。下面这张表可以作为格式选择参考。格式适用场景建议STEP三维实体模型通用性最强优先推荐能保留实体拓扑IGES曲面和曲线数据传统格式老系统常导出实体质量不一定好STL三角面片模型适合 3D 打印只有表面网格不适合直接生成结构网格原生 CAD 格式与特定 CAD 软件配套需要安装对应读入组件版本匹配要注意二维草图/DXF/DWG二维横截面模型适合 JMAG 2D 分析需先整理成封闭轮廓如果做 JMAG 的二维电机分析可以直接从 CAD 中导出截面草图返回 STEP 三维实体再做截面也可以。但二维分析的前提是轮廓全部封闭不允许出现断线。这里很容易出问题的是从三维软件导出二维工程图再转换到 JMAG圆弧和样条线可能被分割成大量小线段导致后续区域划分困难。2.2 单位、坐标系与模型朝向CAD 软件里最常见的长度单位是毫米而 JMAG 内部计算通常使用米作为基本长度单位。导入时如果没有做单位换算模型尺寸会相差一千倍。一般导入对话框中会有单位设置或缩放选项操作前必须确认。还要注意坐标系。JMAG 的旋转机械分析通常希望在圆柱坐标系下描述运动方向此时模型的旋转轴应该对齐到坐标系的某一根轴。如果 CAD 模型放在装配体的任意位置导入后要通过平移和旋转把旋转轴调整到正确方向。建议在 CAD 端就约定旋转轴放在全局坐标系的 Z 轴模型中心靠近原点。这样后续建立运动条件、对称边界和求解输出都会方便很多。2.3 删除辅助特征只留下能参与计算的体参与电磁计算的区域通常是定子铁芯、转子铁芯、永磁体、绕组和空气域。CAD 模型中常见的轴承、端盖、螺栓、卡簧、绝缘纸等结构如果与电磁分析无关尽量不要导入 JMAG。倒角、圆角、小孔和螺纹这些细节更值得注意。它们会让网格剖分产生高密度小单元。在培训练习中建议先做一次“简化版”模型把圆角改为直角、把小孔删除、把螺纹段替换为光轴先拿到可计算模型再逐步加密细节。推荐在 CAD 中用一个配置或独立文件保存“仿真简化版本”不要直接在原始设计文件上删改以免影响机械设计人员的工作。2.4 对实体命名为后处理铺路CAD 文件里的实体默认名称可能是“拉伸_1”“旋转_2”导入 JMAG 后很难直接看出是什么零件。这一步建议在 CAD 端就完成重命名至少把定子、转子、磁体、绕组、轴等主要部件设置成清晰名称。命名越规范后续在 JMAG 中建立区域和赋材料时越省时间。一个工程团队可以约定统一的命名规则比如以“部件_用途_序号”为格式像Rotor_Core_01、Stator_Coil_A。这样导出的文件交付给仿真工程师时对方一眼就能理解模型结构。2.5 CAD 导出前检查清单导出前可以使用下面这个清单检查文件是否准备好了。单位毫米还是米是否统一。坐标系旋转轴方向是否明确。实体所有参与计算的零件是否都是实体。特征倒角、圆角、螺纹、小孔是否已简化。命名主要零件是否有清晰可读的名称。干涉装配模型中是否存在明显重叠。版本导出格式是否向下兼容避免对方打不开。这个清单可以直接打印出来贴在工位上尤其适合培训阶段反复对照使用。3. 新建 JMAG 项目并导入 CAD 文件3.1 新建项目和分析案例打开 JMAG-Designer 后先新建项目然后添加一个分析案例。案例里要指定分析类型。常见选择是磁场分析进一步又分为静态磁场分析、瞬态磁场分析、频域分析等。对于电机模型通常从瞬态磁场分析开始因为可以看到转矩、反电动势随时间的变化。培训练习时也可以先做静态分析把磁路状态调试正确后再切换到瞬态。新建案例时的参数会影响后续 CAD 导入和网格处理。如果做二维分析要注意建模空间选择 2D如果做三维完整电机模型则选择 3D。常见项目树参考如下。Project ├── Case1 │ ├── Model │ │ ├── Geometry │ │ ├── Mesh │ │ ├── Regions │ │ └── Conditions │ └── Solver这个树形结构看起来简单但很多人会忽略案例属性和模型属性之间的区别。案例属性控制求解器行为模型属性控制几何、材料和网格。要从 CAD 文件生成模型首先确认当前选中了正确的模型。3.2 导入 CAD 数据的操作路径在 JMAG-Designer 的菜单中通常通过“文件 - 导入 - CAD 文件”或模型树右键菜单进入导入对话框。选择文件后会出现单位、坐标系、导入方式等选项。导入时注意区分“只导入几何”和“导入几何并创建模型”。有的版本会要求先创建模型对象再导入有的则是在导入时自动创建模型。建议先手动创建模型对象再导入几何这样对文件结构控制更强。下面是一个配置示例。CAD 文件: motor_step.step 单位: mm 导入目标: 当前模型 导入后处理: 保留原实体名称 坐标系变换: 原点归零导入后检查几何树确认每个 CAD 实体都出现在模型下。如果发现某个零件缺失不要先怀疑 JMAG先回到 CAD 文件检查对应实体是否在隐藏图层或被抑制。3.3 导入后的首轮检查导入完成不等于模型可用。第一轮检查建议做三件事。第一看几何尺寸。用测量工具检查电机外径、气隙宽度、铁芯长度是否与 CAD 图纸一致。这一步能快速暴露单位错误。第二看实体数量。对一台电机至少应有定子、转子、磁体、绕组和轴。如果出现大量碎面或细小曲线说明 CAD 端简化不够。第三看自由边。自由边通常意味着几何存在缝隙或孔洞。对于三维实体自由边也可能来自重叠面。此时要在 JMAG 的几何修复功能里处理或者回到 CAD 端重新导出。3.4 处理装配体与多实体文件装配体文件导入时经常出现两种问题。一种是装配约束在导入时丢失导致零件位置错乱另一种是大量标准件被一起导入造成模型冗余。建议在 CAD 端把装配体另存为“当前显示状态”或“仿真状态”只保留需要的零件。如果要同时导入多个零件可以用一个独立装配文件把定子、转子、绕组、磁体都放进同一个坐标系。这样可以避免在 JMAG 里多次对齐零件位置。如果 CAD 文件里采用的是多实体方式则导入后每个实体都有一个独立名称JMAG 会按实体名建立对应的几何对象。可以在导入后通过重命名实体把名称改成更容易识别的区域名。4. 几何清理、拆分与区域建立4.1 用布尔运算消掉干涉和重叠CAD 中经常出现相邻零件互相重叠的情况例如绕组插入铁芯槽时绕组外轮廓侵入槽壁又比如磁体被压入转子铁芯难免有细微干涉。这样看似无关紧要的干涉在网格剖分时会造成负体积单元求解器会报错。JMAG 几何编辑功能里通常提供布尔运算、分割、合并、偏移等工具。对于重叠部分可以用“差集”把干涉区域从某个实体中扣除也可以把重叠实体合并让接触面成为共享边界。处理思路是仿真模型里的零件之间要么明确共面要么留出均匀气隙不要存在微小嵌入。这里不是做机加工不需要考虑过盈配合。4.2 拆出定子、转子、磁体、绕组等基本体一个电机模型可能只有两三个 CAD 实体也可能有几十个实体。在 JMAG 中建议按物理用途拆分而不是按 CAD 原始零件拆分。例如一个转子上的多块永磁体如果每块都独立后续赋磁化方向的时候要分别处理。更高效的做法是把充磁方向相同的磁体合并成一个区域或至少统一命名。绕组也类似三相绕组通常要按相分组这样后面定义电流激励时可以直接引用整个 A 相绕组区域。拆分不是删除几何而是把几何归组。JMAG 中的“区域”可以绑定一个或多个 CAD 实体。建立区域时可以基于实体、面或体选择。实际操作中通常先把所有实体列出来再按区域把它们归类。4.3 把几何体赋值给区域建立区域的操作逻辑是先创建区域名称再把几何实体添加到区域中。区域相当于一个逻辑容器这样材料、边界条件、网格控制都可以按区域去引用。举一个简化示例。假设模型包含定子铁芯、转子铁芯、上下两组磁体、绕组线圈和轴那么区域可以这样划分。区域列表 ├── Stator_Core ├── Rotor_Core ├── PM_N ├── PM_S ├── Coil_A ├── Coil_B ├── Coil_C └── Shaft这样做的好处是后续赋材料时可以直接打开材料面板把硅钢材料赋给Stator_Core和Rotor_Core把钕铁硼材料赋给PM_N和PM_S。不用在每个实体上分别操作。4.4 常用区域命名和组织规范表区域名物理含义后续引用事项Stator_Core定子铁芯硅钢材料、铁损计算Rotor_Core转子铁芯硅钢材料、运动区域PM_N / PM_S永磁体磁化方向、矫顽力Coil_A / Coil_B / Coil_C三相绕组激励、匝数、导体数Air_Gap气隙网格分层、运动耦合Air_Outer外部空气域外边界条件命名规范越早定后期在模型树里查找对象越方便。暑期培训中建议每次建模前先建立一张区域命名表避免想到哪里建到哪里。5. 赋材料、定义运动与对称边界5.1 材料库与自定义材料JMAG 自带常用材料库包括多种硅钢片、磁体、铜和绝缘材料。直接调用材料库曲线可以省去输入参数的时间。但材料库中的牌号不一定与公司实际采购材料一致尤其硅钢的 B-H 曲线对仿真结果影响很大。比较稳妥的方式是先从材料库中选一种接近的牌号完成模型调试之后再替换成实测材料数据。手动输入材料时通常需要定义电阻率、密度、B-H 曲线等。B-H 曲线是一个典型的非线性表。示意数据如下仅用于教学不是真实材料曲线。H (A/m): 0 50 100 200 400 1000 B (T): 0 0.2 0.8 1.3 1.6 1.8这类曲线在 JMAG 材料编辑器里按点输入软件会自动插值。材料曲线输入错误最常见的表现是求解不收敛或磁密异常偏高因此输入后要画曲线看一眼形状。5.2 材料到区域的映射方式材料与区域的绑定是一个“多对一”或“一对多”的操作。通常每个区域只有一种材料但同一种材料可以被多个区域复用。例如多个空气区域可以共用空气材料但空气材料可以不特意指定JMAG 会把未赋材料的区域默认当作空气。操作建议是先选定区域再选择材料确认后查看区域列表中的材料列。如果某个区域材料显示为空说明该区域没有赋材料求解时软件可能按空气处理也可能提示模型不完整。这里最常见的坑是把材料赋给了几何实体而不是区域。材料要和“区域”绑定后续网格和求解才会继承材料属性。如果你只选中了几何面或实体却没有建立对应区域求解时材料属性可能丢失。5.3 运动条件不是后加项电机模型之所以复杂是因为转子要转动。JMAG 中运动条件必须提前定义好否则无法进行瞬态分析。运动条件里需要指定运动体通常是转子铁芯、磁体、轴等旋转部件。还要选择运动类型是旋转运动还是直线运动。旋转运动需要给定旋转轴、初始位置、转动惯量和负载转矩。直线运动则要给定方向、行程和负载力。在 CAD 导入阶段转子总成可能是多个实体。运动条件建立时要把所有这些实体包含进运动体。如果漏了磁体求解时磁体静止而转子铁芯旋转结果会完全错误。运动条件配置示例 运动类型: 旋转 旋转轴: Z 轴模型全局坐标系 旋转部件: Rotor_Core, PM_N, PM_S, Shaft 初始速度: 1500 rpm 负载转矩: 5 Nm5.4 扇区模型与周期边界条件完整电机模型往往仿真成本很高。如果电机具有周期对称性可以使用扇区模型例如六分之一、八分之一或整个极对数的子模型。使用扇区模型时CAD 文件本身可以先切成扇区也可以导入完整模型后在 JMAG 中切割。切割后在切割面上设置周期边界条件并保证网格节点在对应边界上一致。培训初期建议使用完整模型初跑一次验证整个流程没问题后再改用扇区模型优化效率。不要一开始就切扇区因为切割操作本身也是一种额外风险源。6. 网格剖分前的模型增强工作6.1 绕组与导体的 Coil 域准备JMAG 中的电流激励通常通过绕组条件实现。绕组条件需要指定哪些区域是导体域、每相包含哪些区域、每个区域的匝数和并联支路数。CAD 几何里画出的绕组可能是完整的线圈外形必须把它映射到“Coil”域。在多相电机中还要区分 A、B、C 相。只建区域还不行区域不会自动知道自己属于哪一相也不会自动知道电流方向。在培训流程中建议把每相线圈做成独立实体或独立区域。如果绕组被分割成槽内导体和端部MMF 方向还要正确设置。常见错误是把所有线圈归到一个区域导致电流方向被平均掉转矩计算为零。6.2 气隙网格层为什么重要网格剖分最影响计算精度的位置之一是定子和转子之间的气隙。气隙很薄一般只有 0.5 mm 到 2 mm但电磁转矩主要通过气隙磁场传递因此这里必须有足够多的网格层。基础做法是在气隙中创建空气区域并在这个区域设置沿厚度方向的网格层数。例如先设定至少 3 层如果结果仍不稳定再增加。很多求解发散或转矩波动异常的问题都出在气隙只有一层很扁的网格。JMAG 中可以在网格控制中为特定区域指定网格尺寸和层数。这里要理解“区域影响网格”因此网格控制必须绑定到之前建立的Air_Gap区域而不是只对全局网格加密。6.3 网格尺寸策略网格尺寸不是越小越好。网格小会提高精度但计算时间会成倍增加。更合理的做法是分区域设置网格密度气隙加密层数不少于 3 层。磁体表面适当加密用于捕捉磁密变化。硅钢齿部中等尺寸。外部空气域相对稀疏远离关注区域时快速过渡。细长槽口设置最小边长限制避免单元退化。网格尺寸设置后可以先做一次“粗网格试算”只验证模型能否收敛。确认没问题后再加密网格做正式计算。这个策略在培训阶段尤其有价值。6.4 网格质量检查网格生成后至少要看几项关键指标最小单元角度如果太小单元形状差。负体积单元出现负体积通常来自几何干涉或坏面。自由边/自由面自由面会导致求解器边界条件不完整。单元数量汇总用于估算求解时间和内存。发现问题后通常不是直接手工改网格而是返回几何或网格尺寸设置去调整。例如负体积单元出现往往要修复重叠几何后重新生成网格。不要试图通过加密网格掩盖几何问题那只会把问题放大。7. 设置激励、边界条件与求解案例7.1 绕组激励参数相数、匝数、电流波形绕组条件的核心参数包括相数、每相线圈、每线圈匝数、并联支路数、激励电流波形。对于三相电机可以设置三相对称正弦电流A、B、C 相之间相位差 120 度。激励设置示例 绕组: 三相绕组 电流模式: 正弦 A 相幅值: 10 A 频率: 50 Hz B 相相位: -120° C 相相位: 120° 每槽匝数: 12这里的“匝数”一定要和几何区域的体积结合起来理解。同一几何区域如果是多匝软件按指定匝数等效计算如果匝数翻倍而电流不变安匝数会翻倍磁密和转矩都会变化。7.2 外边界与磁通边界条件模型的求解域需要边界范围。外部空气域的外表面通常设置为磁通平行条件表示磁力线在边界处沿边界方向走不会穿过求解域。对于二维电机模型还会在模型最深和最浅位置设置垂直边界条件。如果没有设置外边界求解器可能默认使用自然边界结果不一定符合预期。建议在培训练习中显式添加边界条件而不是依赖求解器默认值。7.3 求解案例设置瞬态还是静态在 JMAG 中案例设置里要选择瞬态分析和静态分析。静态分析适合看特定转子位置下的磁场分布、磁链、转矩。瞬态分析适合观察转矩波动、反电动势波形和运行过程。瞬态分析需要设置时间步长和总时长。步长太大会丢失波形细节太小则计算量巨大。通常先根据转速估算一个基本频率周期把每周期划分为 30 到 60 个时间点先跑一轮看趋势再决定是否加密。7.4 运行前的短检查运行求解器前建议花两分钟检查一遍所有区域是否都赋了材料。绕组区域是否都包含在激励条件中。运动体是否包含转子所有部件。气隙网格是否存在且层数足够。外边界条件是否已设置。时间步长和停止时间是否合理。输出参数是否选用了转矩、磁链等目标量。这一步检查比求解器报错后倒查快得多。培训过程中最容易出现的“模型不对”大多能在这一轮检查里发现。8. 运行验证、结果读取与异常回查8.1 查看网格统计和自由边求解器开始计算后不要直接看结果先看日志。JMAG 在求解前会输出网格统计信息。如果出现自由边、自由面或负体积警告优先处理。网格统计中还可以看到四面体、六面体、棱柱等单元数量。单元数量突然异常增大比如几个数量级说明某个区域的网格控制设置有问题或者 CAD 中存在大量碎面。8.2 求解器日志与收敛曲线瞬态求解时每个时间步的迭代信息会写入日志。出现不收敛时日志里通常会提示最小步长、残余误差等信息。常见不收敛原因有材料曲线在某个磁密区间斜率过平迭代回弹剧烈。网格侧斜度过大局部单元退化。时间步长过大导致激励变化跨越明显。接触面法向不一致运动边界映射出错。遇到不收敛先缩短时间步长试一次。如果仍然不收敛再检查网格和材料曲线。8.3 常用结果量转矩、磁链、电感模型求解成功后最少看三个结果量。转矩是电机性能最直接的指标磁链反映绕组与磁场的耦合情况电感关系到控制策略和电流响应。在 JMAG 后处理中可以生成转矩随时间变化曲线也可以画出磁密云图。如果磁密云图出现明显不对称说明扇区模型或周期边界设置有误。如果转矩平均值为零优先检查三相电流相位和磁体充磁方向。8.4 从 CAD 到模型最常见异常排查表问题现象常见原因检查方式处理建议导入后尺寸差 1000 倍单位换算错误测量特征尺寸统一单位后重新导入模型有多余碎面CAD 端小特征未清理查看面数量回 CAD 简化后导出网格生成出现负体积几何存在干涉或缝隙检查重叠区域布尔运算修复后重新网格求解不收敛气隙网格层不足或材料曲线异常查看迭代日志增加网格层数检查 B-H 曲线转矩结果为零绕组方向或相设置错误检查电流方向核对绕组区域和相序磁体方向错误磁化矢量没赋给区域观察磁体磁密重新定义磁化方向扇区模型结果不对称周期边界条件错误对比半个周期结果调整周期边界和坐标轴瞬态分析内存不足网格过密查看单元数量先粗网格验证再加密这张表可以当作培训排查手册使用。遇到问题先定位现象再对照原因而不是反复重跑求解器。9. 暑期培训阶段建议把流程变成习惯9.1 用统一模板建项目培训中如果每个人都从零开始新建项目很容易产生不同设置。建议准备一个标准项目模板包含常用的分析类型、空气材料、默认边界条件和输出参数。每次练习从模板里新建案例模型的基准就会一致。统一模板的好处不仅在培训阶段也适用于正式项目。当不同工程师都能从同一模板出发时结果是可比较的排查问题的范围也会变小。9.2 阶段验收节点比最终结果重要训练“从 CAD 到模型”的过程要设置中间验收节点。例如第一轮完成后必须提交一份 CAD 简化说明第二轮提交区域命名表第三轮提交网格质量报告。不要让学员直接跑完整模型。中间节点可以这样安排阶段交付物验收重点第 1 天CAD 导出文件单位、坐标系、实体命名第 2 天JMAG 导入模型几何完整、无碎面第 3 天区域和材料每个区域材料正确第 4 天网格模型气隙分层、无负体积第 5 天首次求解结果结果合理、收敛每一阶段通过后再进入下一步比整天对着求解器报错更有意义。9.3 CAD 更新后如何更新模型项目进行中机械设计图纸大概率会改动。此时正确操作不是手动修改 JMAG 几何而是重新导入新版 CAD 文件再重新执行一遍几何清理、区域映射和材料赋给。为了让这个过程方便区域命名规范显得格外重要。只要 CAD 端名称不变重新导入后区域映射可以快速重建。如果命名混乱每次 CAD 更新都会成为一次重灾区。9.4 学习环境与生产环境的差异培训中可以使用简化模型、默认网格和短时间求解但生产环境还要考虑更多内容。生产环境需要把 CAD 文件版本、JMAG 版本、材料版本统一记录形成交付清单。模型应放在版本管理目录中案例命名包含日期和版本号。求解完成后要备份网格和结果因为同一模型重新生成网格后结果可能有一定差异。生产环境还建议加入自动化脚本或批量处理。当模型数量多、结构相似时重复劳动可以通过脚本减少。培训阶段可以先手动打通流程再学习如何用脚本批量建模。实际项目中还有一个重要习惯每个模型都保留一份“建模记录”记录 CAD 文件来源、单位设置、区域命名、材料调用、网格参数和求解设置。这份记录往往比任何操作技巧都更能保证项目可追溯性。把前端的每一步做扎实后面的求解和后处理才有意义。