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摘要：随着国家对应用型大学建设的重视，原有的一批本科院校逐步向应用型大学过渡，在这过程中，必须对原有的教学大纲和教学方式进行转变。本文针对《电机学》的教学特点，利用ANSYS软件，针对无刷直流电机，对其进行静态和瞬态磁场分析，并使用后处理生成各个时刻的电磁动画。提高学生的形象思维能力，培养对电机学的兴趣，从而提高教学效果。
关键词：应用型大学；电机学；教学改革；磁场分析
本文引用格式：刘春元.ANSYS软件在《电机学》教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(04):114-116.
2016年，国家发改委、教育部、人力资源和社会保障部联合发布《关于编制“十三五”产教融合发展工程规划项目建设方案的通知》（发改社会〔2016〕547号），启动实施职业教育产教融合发展工程规划项目。推动具备条件的普通本科高校向应用型大学转变，打造一批高水平应用型大学，成为国家竞争力的助推器、区域技术研发的策源地、企业创新的人才库和技术革新的思想库，促进地方产业和高校双转、经济社会和教育发展双赢。因此，不仅要求毕业生有较为扎实的理论知识，还需要有较强的动手能力。在此大背景下，原有的教学大纲和教学方法急需要修改，以适应新形式下的教学要求和人才培养的要求。
《电机学》是电气工程及其自动化专业的一门重要基础课，它是架于工科大学公共基础课和专业技术课之间的一座桥梁，具有较强的理论性和实践性，知识的覆盖面较宽，是强电与弱电的结合。可以这样说，《电机学》知识掌握的程度，决定了学生在电机与电器领域的发展潜力。
《电机学》具有理论性和实践性强、概念抽象的特点，学习难度较大[1]。同时，电机结构认识是教学过程中必不可少的环节[2]。目前，培养主要有多思维融合方法[3]，从利用计算机辅助可以模拟磁场，如多媒体[4]、应用虚拟仿真技术[5]等。磁场是一种看不见，摸不着的特殊物质，不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。而按照传统的教学方法过多的讲解基础理论，在学习过程中比较抽象，难以理解，使得许多学生逐渐丧失学习信心，形成恶心循环。同时，传统的考核制度造成了很多同学平时学习的动力不足，仅仅依靠考前突击重点知识点，考后很快的将知识点遗忘，造成了一部分同学高分低能。因此，必须改革原有的教学方法，教学手段和教学内容，同时对考核制度进行相应的改革，注重同学们对知识平时的积累，重在理解。针对电机学中磁场的抽象性和难以理解，本文应用大型有限元分析软件ANSYS，通过2D和3D静态和瞬态磁场分析辅助教学，培养学生对抽象物质的理解能力，提高电机学的学习兴趣。
一 案例分析
（一）建立模型
本文以无刷直流电动机的基本原理为例，设计教学过程。在传统的教学过程中，介绍电机结构中，通常给出电机的平面图，学生理解起来相对比较抽象。今借助计算机设计软甲，如SolidWorks、ANSYS等，建立其三维模型结构，在上课的过程中，可以从不同的角度来展现电机结构，帮助同学们理解并有直观的影响，如利用ANSYS建立无刷直流电机的结构示意图如图1所示。其中(a)为二维结构，(b)为三维结构。对照模型示意图讲解电机的外径、内径、气隙以及绕组的接线方式等等，加深学生对永磁电机的直观理解。同时，在建立模型的过程中，可以方便的理解各个部件所用的材料以及材料属性，对以后掌握和优化电机有很好的帮助作用。
（二）静态模型分析
永磁电机的静态磁场分析是指仅仅依靠永磁体产生的磁场。根据上文建立的二维和三维模型，进行静态磁场分析。在讲解磁密计算时，可以采用有限元分析，具体的过程如剖分图如图2所示。可以清晰的展示出剖分示意图，扫清同学们理解的障碍。比如，在讲解磁力线分布和各个部分的磁通密度分布时，利用ANSYS分析软件，绘制出电机磁力线和磁密的分布情况，如图3所示。借助磁力线分布和磁通密度云图的分布，可以直观的确定电机内磁场的具体分布，以及各个部分磁场的饱和情况，从而是学生掌握可以在那些方面对电机进行优化设计，提高对电机内部磁场的深刻理解。
另外，针对学生难以掌握的知识点，比如电机的磁链、力矩等参数，也可以通过ANSYS软件直观的展示，进一步加深对这些知识点的理解。
（三）瞬态模型分析
瞬态更接近于电机的实际运行状况，因此，是必须要掌握的一个知识点。同样，根据前文的数据，建立瞬态仿真模型。可以借助ANSYS的瞬态场分析。选择需要动态模拟的量，可以对其动态场量进行观察，可以直观的理解电机在不同时刻的磁力线分布和磁通密度的分布示意图4所示，使得抽象的电磁关系用形象的动画图形来描述，便于学生接受。也可以保存为动画图片，进一步加深对变量的理解。
（四）力矩分析
在电机学的教学过程中，力矩是很重要的一个参数，在传统的电机教学过程中，往往利用电磁关系，通过公式推导出其电磁转矩的数学关系表达式，这对于数学和物理的电磁关系要求较高，很多同学在学习过程中常感到难以理解。利用有限元分析软件，可以直观的观察到无刷直流电机的电磁曲线，在直观上有助于同学们理解电机的转矩关系，示意图如图5所示。
二考核原有的考试方法一般采用平时成绩和试卷成绩组成。对于应用型大学的学生，既要求具备一定的理论知识，又需要较强的动手实践能力。因此，原有的考核制度可能不能适应新的要求。
新的考核制度同样也有平时成绩和期终成绩组成，但是改变原有的比例关系，加大平时成绩所占比例。最终成绩由平时成绩60%和期终成绩40%组成。平时成绩由四部分组成，即出勤率（10%），作业（10%），电机厂实习（20%）和ANSYS仿真实验（20%）组成。在电机厂的实习过程中，可以具体了解电机的结构，生产过程以及具体的应用。由于我校电气工程专业的学生安排专业认知实习，因此，对电机学的实习没有进行统一的安排，学生可以利用周末去工厂实习，比如离学校很近的浙江华年电机股份有限公司，实习完成后，交一篇实习心得或是技术性文档。ANSYS仿真实验要求根据学生自身的爱好，选择一种类型的电机结构，建立模型，进行静态和瞬态仿真计算，观察电机内在不同时刻的磁场变化情况，掌握电机的特性。最后以电子文档的格式收集。
三 结论
本文以无刷直流电机为例，结合应用型大学电机学的教学，从电机的静态和瞬态以及后处理方面为例，采用静态、动画等多种形式的教学方式，对传统方式的电机学教学工作有很好的改进作用。考核制度的科学化改革是提高学生对知识本身的理解，从而克服原有的死记硬背的学习方式，提高教学效率。
参考文献
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[6]许会杰，唐拥军.应用型大学与传统大学的对比与思考[J].教育现代化，2016，3(27):254-256.
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