摘 要

本文借助计算电磁仿真软件Ansoft Maxwell 和建模软件SolidWorks ，首先利用建模软件建立铁心和多种磁头的物理模型，然后将模型导入仿真软件，同时在仿真软件中建立受磁力的物体，通过添加线圈和激励电流对磁头处的磁场强度进行仿真分析，同时也计算出物体所受磁力大小，通过对多个磁头的磁场强度和物体受力情况对比分析，得到一组效果最好的磁头，然后再在仿真软件中进行参数修改，以契合实际情况的各种条件，得到最终的仿真结果。本次仿真的结果对实际生产的恒磁吸铁器有重要的指导意义。

论文主要研究了同一物体在不同的磁头，相同的铁心线圈以及电流等因素下的受力情况，同时也借助对比仿真试验得到了磁头尺寸参数对磁场强度等磁场量的影响。

研究结果表明：。在激励电流和线圈大小以及铁心尺寸相同的情况下，磁头的高度越高，磁头的地面半径越大，磁头的顶端处越尖，磁头的磁场强度越大，物体受力也越大。

本文的特色：利用控制变量法对多组不同的磁头模型进行仿真分析，以此来得到较为可靠的结论。

关键词：

有限元仿真；控制变量法；受力情况；磁场分布

Abstract

In this paper, Ansoft Maxwell, a computational electromagnetic simulation software, and SolidWorks, a modeling software, first used modeling software to create physical models of iron cores and a variety of magnetic heads. Then the model was imported into the simulation software. At the same time, magnetic objects were created in the simulation software by adding coils. The excitation current is used to simulate and analyze the magnetic field strength at the magnetic head, and the magnetic force of the object is also calculated. By comparing the magnetic field strength of multiple magnetic heads and the stress condition of the object, a set of best magnetic heads is obtained, and then Modify the parameters in the simulation software to meet the actual conditions of various conditions to obtain the final simulation results. The result of this simulation has important guiding significance for the actual production of the permanent magnetic iron absorber.

The paper mainly studies the force of the same object under different magnetic heads, the same core coil and current and other factors. At the same time, the influence of the magnetic head size parameters on the magnetic field strength and other magnetic fields is also obtained through comparative simulation experiments.

Research indicates: In the case of the same excitation current and coil size and core size, the higher the head height, the greater the head radius of the head, the more pointed the tip of the head, the greater the magnetic field strength of the head, the greater the force of the object.

The characteristics of this paper: The use of the control variable method for a number of different head models for simulation analysis, in order to obtain more reliable conclusions.

Key Words：

finite element simulation；control variable method； stress condition,；magnetic field distribution

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2国内外研究情况 1

1.3设计原则 2

1.4文章主要内容和结构 2

1.5本章小结 3

第2章 恒磁吸铁器设计原理 4

2.1 吸铁器工作原理 4

2.2 磁头设计经验公式 4

2.3 吸铁器初步设计 5

2.3.1 磁头参数设计 5

2.3.2 线圈参数设计 5

2.3.3 初步设计参数汇总 6

2.4 本章小结 6

第3章 磁头-铁芯模型建立 7

3.1 SolidWorks2014软件简介 7

3.2 建模结果 7

3.3.1 尖磁头模型 7

3.3.2 弯磁头模型 12

3.3 本章小结 13

第4章 仿真分析 14

4.1 Ansoft Maxwell 16软件简介 14

4.2 仿真模型的建立 14

4.2.1 磁头-铁芯模型的导入 14

4.2.2 线圈模型的建立 15

4.2.3 其他仿真参数的设置 17

4.2.4受力物体模型的建立 18

4.2.5 仿真分析 19

4.3 仿真分析结果 21

4.3.1 磁头表面磁场强度 21

4.3.2 小球受力结果 26

4.4 本章小结 30

第5章 仿真结果对比分析 31

5.1 对比分析过程 31

5.1.1 磁头表面磁场强度对比 31

5.1.2 小球受力结果对比 32

5.2 对比分析结论 33

5.2.1 单参数枚举分析 33

5.2.2 多参数枚举分析 36

5.3 本章小结 37

第6章 改进磁头分析 38

6.1 改进磁头结果 38

6.2 改进磁头仿真结果 38

6.2.1 改进磁头表面磁场强度 38

6.2.2 改进后小球受力结果 40

6.3 本章小结 40

结论 41

参考文献 42

致谢 44

第1章 绪论

1.1 课题背景

电磁铁是一种通电以后对铁磁物质产生吸力,把电磁能转换为机械能的电器。电磁铁的型式很多,但它们的基本组成部分和工作原理却是相同的,一般是由线圈、静铁心和动铁心三个主要部分组成。当线圈通过一定数值的电流之后,在静铁芯、动铁芯和气隙中就产生一定数量的磁通,在磁通的作用下,产生一定大小的电磁吸力,动铁被吸向静铁芯,从而使气隙减少到最小。当线圈中的电流停止后,电磁吸力就消失。

在本次的恒磁吸铁器设计中，磁头和铁芯组成的整体可以当作静铁芯，而受磁力的物体（铁质小球）可当作动铁芯。当线圈中加入激励电流后，磁头在线圈磁通的作用下产生磁场，对铁质小球产生电磁吸力，小球在磁力的作用下被吸到磁头表面；当线圈电流断掉之后，小球就会脱离磁头，从而进入收集装置中，整个吸铁过程就完成了。由于施加的电流为恒定值，故在磁头处生成的磁场也为恒定值，恒磁吸铁器也因此得名。