ansoft maxwall电机电磁场课设要点.docx

1、ansoft maxwall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

2、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 11.1设计目的： 11.2设计作用： 12 设计任

3、务及所用Maxwell软件环境介绍 22.1设计任务： 22.2Maxwell软件环境： 33电磁模型的建立 33.1创建驱动器的外部电枢和内部电枢 33.2创建线圈 43.3创建线圈终端 53.4创建背景（区域） 53.5确定最终的几何形状： 63.6定义名为arm_steel的材料 73.7分配激励 94电磁模型计算及仿真结果后处理分析 104.1 运行程序，进行模型分析 104.2计算扭矩 104.3 磁通密度矢量图 114.4绘制B_Mag图 124.5 计算结果 135 设计总结和体会 146 参考文献 141.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

4、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

5、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，表示该尺寸所标识圆的直径大小。 图2.2 电机转子尺寸图2.2 Maxwell软件环境：Ansoft Maxwell 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

6、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Maxwell 14.0或点击开始ProgramsAnsoftMaxwell14.0Maxwell 14.0。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

7、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

8、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ModelerBooleanSeparate Bodies。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_section1coil1_section1_separate1coil1_1_section1coil1_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_

9、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DrawBox，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DrawRegion创建所需的背景区域。然后点击ViewFit AllAll Views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EditArrangeRotate，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_st

10、eel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3.7 arm_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Maxwell3DExcitationsAssignCurrent，在出现的Value选项框中输入电流值，单位选择安培：Current_1=Cu

11、rrent_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Add Solution Setup，在General选项卡中查看默认值，Maximum number of passes = 10， Percent Error = 1，点击确

12、定。然后运行分析，同样在项目树中右击Analysis，选择Analyze All，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:-0.21449 Nm。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ModelerListCreateObject List，创建Object List1。点击ViewRenderWire Frame，

13、在历史树中选择平面RelativeCS1:XY。进入项目树，右击Field Overlays， 选择FieldsBB_Vector，确定Quantity列表中选择B_Vector，In Volunme列表中选择Objectlist1，而后点击Maxwell3DFieldsModify Plot Attributes，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Plot Visibility,然后依照绘制B_V

14、ector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Number of divisions为100。如图4.4所示：图4.4 B_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Ansoft Maxwell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Ansoft 12 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