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1、第四章平面问题的有限元法第四章平面问题的有限元法本讲稿第一页，共十六页三维直流衔接磁铁三维直流衔接磁铁问题描述问题描述1/4对称对称线圈为电流供电线圈为电流供电线圈为绞线型导线线圈为绞线型导线分析顺序分析顺序施加边界条件施加边界条件进行求解进行求解后处理后处理计算力计算力磁动势磁动势能量能量定子定子线圈线圈衔铁衔铁安装孔安装孔2本讲稿第二页，共十六页物理区域物理区域定子定子BH数据数据 衔铁衔铁BH 数据数据线圈线圈自由空间自由空间:r=1空气空气自由空间自由空间:r=1励磁励磁:1,500 安匝安匝对称平面对称平面X-Z平面平面:通量垂直通量垂直X-Y平面平面:通量平行通量平行单位单位:mm
2、ZXY3本讲稿第三页，共十六页在命令窗口输入在命令窗口输入keeper来建模来建模模型信息模型信息单元类型单元类型:标量势单元标量势单元 solid96单元组件单元组件:ARMATURE (衔铁单元）衔铁单元）线圈尺寸和参数线圈尺寸和参数线圈长度线圈长度=LEN 线圈中心线圈中心X坐标坐标=XCC 线圈中心线圈中心Y坐标坐标=0XCOIL=线圈中心到线线圈中心到线圈半壁厚处的圈半壁厚处的X坐标距离坐标距离YCOIL=线圈中心到线线圈中心到线圈半壁厚处的圈半壁厚处的Y坐标距坐标距离离WC4本讲稿第四页，共十六页必须生成整个线圈必须生成整个线圈利用利用RACETRACK 宏命令宏命令线圈线圈X、Y
3、轴的原点在线圈中心轴的原点在线圈中心Z轴为线圈中心轴为线圈中心线轴线轴线圈输入线圈输入 参数参数 DY WC DZ LEN XC XCOIL YC YCOIL 从线圈局部原从线圈局部原点测量点测量线圈详细数据线圈详细数据5本讲稿第五页，共十六页在利用在利用 RACETRACK 宏命令生成线圈前，线宏命令生成线圈前，线圈的圈的X、Y、Z轴必须定位轴必须定位 把原点移到线圈中心位置坐标把原点移到线圈中心位置坐标(XCC,0,0)Utilityworkplaneoffset toX,Y,Z locations （在命令窗口输入（在命令窗口输入xcc,0,0并回车）并回车）ZXY线圈中心线圈中心(XC
4、C,0,0)6本讲稿第六页，共十六页旋转工作平面，定向工作平面的旋转工作平面，定向工作平面的Z轴轴工作平面本来平行于总体坐标工作平面本来平行于总体坐标需绕需绕X轴旋转轴旋转-90度度ZXY需要的工作平面需要的工作平面Z 轴方向轴方向然后选择然后选择 X-首先移动滑块到首先移动滑块到 907本讲稿第七页，共十六页建跑道形线圈建跑道形线圈 Preproccreaterace track coil选择选择 OK把把“增强图形增强图形”方式转换到方式转换到“Full”方式方式，以图示线圈，以图示线圈利用线圈利用线圈+Z 轴右手定则决定线圈电流方向轴右手定则决定线圈电流方向(安匝数安匝数)8本讲稿第八页
5、，共十六页在Y=0 处施加通量垂直条件选择Y=0平面Soluapplyboundary-flux normal-on areasPick all通量平行边界条件是自然边界，不用施加通量平行边界条件是自然边界，不用施加9本讲稿第九页，共十六页对衔铁施加力计算标志对衔铁施加力计算标志Soluapplyflagcomp.Force ARMATURE选择选择OK开始求解开始求解 Soluelectromagnetopt&solv选择选择 OK因为有铁因为有铁-空气界空气界面，要求选面，要求选DSP推荐选择推荐选择YES，除非，除非线圈数据不变线圈数据不变10本讲稿第十页，共十六页观察衔铁安装孔的影响观
6、察衔铁安装孔的影响显示磁场强度显示磁场强度(H)Postprocplot resultsnodal solu 11本讲稿第十一页，共十六页磁动势（磁动势（MMF）计算衔铁磁动势（计算衔铁磁动势（MMF）最好在最好在X-Y 平面平面(Z=0)选择节点平面选择节点平面选择与这些节点相连的单元选择与这些节点相连的单元定义路径定义路径 Postproc.elec&mag calcdefine path选择路径上的点以后选择路径上的点以后选择选择OK第第1点点第第2点点第第3点点12本讲稿第十二页，共十六页路径点之间的采样路径点之间的采样点数点数选择选择 OK 计算计算MMF Postprocelec&
7、mag calcMMF 选择选择 OK13本讲稿第十三页，共十六页重复这过程计算定子重复这过程计算定子MMF以前的路径以前的路径新路径新路径14本讲稿第十四页，共十六页重复计算空气隙两边的两个节点重复计算空气隙两边的两个节点（用在前面的路径计算中）（用在前面的路径计算中）总总 MMF：每部分乘以系数：每部分乘以系数2 部件部件 MMF 衔铁衔铁 554 定子定子 8 空气隙空气隙 941 总和总和 1,50337%安匝数使衔铁饱和安匝数使衔铁饱和15本讲稿第十五页，共十六页得到衔铁作用力得到衔铁作用力Postprocelec&mag calccomp.Force ARMATURE选择选择 OK衔铁总磁力为衔铁总磁力为X方向力乘以方向力乘以4这些分量与未建模型产生的力相抵消这些分量与未建模型产生的力相抵消DSP是二步求解，最后一是二步求解，最后一步才是完全解步才是完全解16本讲稿第十六页，共十六页