ansoft maxwall电机电磁场课设要点.docx
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ansoftmaxwall电机电磁场课设要点
成绩评定表
学生姓名
王文月
班级学号
1203030204
专业
电子信息工程
课程设计题目
电机转子中的磁场分布
评
语
组长签字：
成绩
日期
2014年月日
课程设计任务书
学院
信息科学与工程学院
专业
电子信息工程
学生姓名
王文月
班级学号
1203030204
课程设计题目
电磁场与电磁波仿真设计-----电机转子中的磁场分布
实践教学要求与任务:
1）利用电磁场仿真软件maxwell完成典型电磁产品仿真设计；
2）完成几何建模、材料选择、边界条件设置、加载激励及场的求解等
3）在maxwell环境下进行仿真设计，并给出最后的场图及对应的参数。
工作计划与进度安排:
6月25日：
1.布置课程设计题目及任务。
2.查找文献、资料，确立设计方案。
6月26日：
1.安装maxwell软件，熟悉maxwell软件仿真环境。
2.在maxwell环境下建立几何模型，学会材料选择、边界条件设置及加载激励。
6月27日：
1.在maxwell环境下完成典型电磁产品仿真设计，并给出最后的场图及对应的参数。
6月28日：
1.课程设计结果验收。
2.针对课程设计题目进行答辩。
3.完成课程设计报告。
指导教师：
2014年月日
专业负责人：
2014年月日
学院教学副院长：
2014年月日
目录
1.课程设计的目的与作用1
1.1设计目的：
1
1.2设计作用：
1
2设计任务及所用Maxwell软件环境介绍2
2.1设计任务：
2
2.2Maxwell软件环境：
3
3电磁模型的建立3
3.1创建驱动器的外部电枢和内部电枢3
3.2创建线圈4
3.3创建线圈终端5
3.4创建背景（区域）5
3.5确定最终的几何形状：
6
3.6定义名为arm_steel的材料7
3.7分配激励9
4电磁模型计算及仿真结果后处理分析10
4.1运行程序，进行模型分析10
4.2计算扭矩10
4.3磁通密度矢量图11
4.4绘制B_Mag图12
4.5计算结果13
5设计总结和体会14
6参考文献14
1.课程设计的目的与作用
1.1设计目的：
电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将Maxwell软件引入教学中，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量。
1.2设计作用：
电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、基本方法以及在现实生活中的应用，内容包括电磁场与电磁波理论建立的历史意义、静电场与恒流电场、电磁场的边值问题、静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播、导行电磁波以及谐振器原理等。
全书沿着电磁场与电磁波理论和实践发展的历史脉络，将历史发展的趣味性与理论叙述和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会以及科学研究中的广泛应用。
书中的大量例题强调了基本概念并说明分析和解决典型问题的方法；每章末的思考题用于测验学生对本章内容的记忆和理解程度；每章的习题可增强学生对于公式中不同物理量的相互关系的理解，同时也可培养学生应用公式分析和解决问题的能力。
2设计任务及所用Maxwell软件环境介绍
2.1设计任务：
电机转子中的磁场分布
计算如图2.1所示电机转子中的磁场分布：
图2.1电机转子
电机转子详细尺寸如图2.2所示，Φ表示该尺寸所标识圆的直径大小。
图2.2电机转子尺寸图
2.2Maxwell软件环境：
AnsoftMaxwell是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有广泛的应用。
它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，使用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用作出了巨大的贡献。
3电磁模型的建立
电磁模型建立过程如下：
1.打开桌面图标Maxwell14.0或点击开始>Programs>Ansoft>Maxwell14.0>Maxwell14.0。
2.保存一个新的项目。
3.绘制几何模型。
4.修改模型的设计参数。
5.变量赋值的设计参数。
6.分配激励和边界条件。
7.指定解决方案设置。
8.运行麦斯威尔仿真。
9.创建后处理图。
10.创建一个参数分析。
11.创建一个参数化分析领域的动画结果。
3.1创建驱动器的外部电枢和内部电枢
创建一个新的项目名为Rotational_actuator，并将Maxwell3D设计图名也改为Rotational_actuato。
设定一些基础参数，模型解决方式类型选择Magnetostatic，绘图单位选择mm，绘图平面选择XY平面。
然后开始创建模型，绘出驱动器的外部电枢和内部电枢。
初步3D模型图如图3.1所示：
图3.1初步绘制的电枢
3.2创建线圈
首先创建一个新的坐标系统（Relativecs1），新的坐标系统成为一个中间平面xy平面模型。
然后创建一个线圈的横截面和以路径扫过它，创建出三维线圈。
然后交叉线圈和一个圆柱体并且创建一个副本，以实现最终的线圈形状。
设计尺寸时需注意不可使线圈和外部电枢相接，此处设其厚度为14mm，如图3.2所示：
图3.2添加线圈
3.3创建线圈终端
单击Modeler>Boolean>SeparateBodies。
当xy平面交叉口在每个线圈创建两个终端端，会分离出相互关联对象。
由此产生的四个对象自动命名为：
•coil1_section1
•coil1_section1_separate1
•coil1_1_section1
•coil1_1_section1_separate1
删除两个多余的终端：
在历史树窗口，选择coil1_section1_separate1，按住Ctrl键，并选择coil1_1_section1_separate1，将其删除，结果如图3.3所示：
图3.3添加线圈终端
3.4创建背景（区域）
点击Draw>Box，以（-250，-250，250）为起始点创建尺寸为（500，500，500）的背景区域。
也可点击Draw>Region创建所需的背景区域。
然后点击View>FitAll>AllViews
以查看模型的整体构建，如图3.4所示：
图3.4确定背景区域
3.5确定最终的几何形状：
点击Edit>Arrange>Rotate，选择Z轴，角值设为29deg，最终的几何形状如图3.5所示：
图3.5确定最终的电枢几何模型
3.6定义名为arm_steel的材料
定义一个名为arm_steel的材料，在coordinatessection添加10行额外的行表以达到总数的20的数据行，然后输入如下数据：
材料设置好后，应该如图3.6、图3.7所示，进而将Outer_arm、Inner_arm、coil1、coil1_1材料均换成arm_steel。
图3.6为材料arm_steel设置H、B参数
图3.7arm_steel材料设置成功
3.7分配激励
定义电流且给两个线圈端子分配激励，选择历史树中的Section1和Section2，点击Maxwell3D>Excitations>Assign>Current，在出现的Value选项框中输入电流值，单位选择安培：
Current_1=Current_2=700A，如图3.8所示：
图3.8添加电流激励
默认情况下，所有面向区域框（背景）是指定与磁通正切的边界条件。
因此，在这个模型中不需要额外的边界条件。
之后设置扭矩计算及电感矩阵的计算，至此模型建立完毕，开始运算分析。
4电磁模型计算及仿真结果后处理分析
几何模型建立后，便可通过Analysis做电磁模型计算，然后查看仿真结果及进行处理分析。
4.1运行程序，进行模型分析
在项目树中右击Analysis，选择AddSolutionSetup，在General选项卡中查看默认值，Maximumnumberofpasses=10，PercentError=1，点击确定。
然后运行分析，同样在项目树中右击Analysis，选择AnalyzeAll，如此便可进行模型分析。
图4.1中右下部分有红色进程条，表明软件正在进行模型分析运算。
图4.1正在进行分析
4.2计算扭矩
右击Analysis下拉列表中的Setup1，选择Convergence选项卡，当模型分析完毕，可在此选项卡中看到扭矩的值:
-0.21449N•m。
图4.2运行成功后扭矩计算结果
4.3磁通密度矢量图
在历史树中选择Outer_arm和Inner_arm，点击Modeler>List>Create>ObjectList，创建ObjectList1。
点击View>Render>WireFrame，在历史树中选择平面RelativeCS1:
XY。
进入项目树，右击FieldOverlays，选择Fields>B>B_Vector，确定Quantity列表中选择B_Vector，InVolunme列表中选择Objectlist1，而后点击Maxwell3D>Fields>ModifyPlotAttributes，选择列表中的B，点击确定。
设置数值范围后，即可绘出磁通密度矢量图，如图4.3所示：
图4.3磁通密度矢量图
4.4绘制B_Mag图
可以再绘制B_Mag图。
为避免与之前的图重叠，设置图B_Vector不显示，右击B_Vector，不选择PlotVisibility,然后依照绘制B_Vector图的步骤绘制B_Mag图，为使图像显示更加平滑流畅，在Scale选项卡中设置Numberofdivisions为100。
如图4.4所示：
图4.4B_Mag图
4.5计算结果
图4.5计算结果
5设计总结和体会
这次设计使用的软件AnsoftMaxwell是全英文的界面，初次使用有些不习惯，但是通过对一些简单例子的建模，逐渐学会了这个软件的使用。
这个软件的功能很强大，不仅很容易建立电磁场里的模型，且运算十分方便，在设定好激励等参数之后，运行分析，就能得出一些参数。
经过这次建立电机转子的模型，发现自己还有好多不熟练的地方和对知识理解的欠缺，但将课本学到的知识与实践结合起来，锻炼了自己的动手和思维能力，有很多对知识理解的提升，加强了对电磁学的理解，也基本了解了Maxwell软件的使用，懂得了软件对学习的重要性，也提高了对电磁学的浓厚兴趣。
6参考文献
《Ansoft12在工程电磁场中的应用》赵博张洪亮等编著
《Ansoft工程电磁场有限元分析》刘国强等编著
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