本文设计了一款多模式电磁搅拌器，并利用有限元分析软件Ansoft Maxwell建立了多模式磁场电磁搅拌器的三维数值模型，同时利用高斯计对实验平台的电磁场参数进行测量。将两者进行比较之后，发现两者整体趋势一致，数值偏差很小，证明了数值仿真模型的准确性。最后，利用搭建的三维数值模型，研究分析励磁电流强度以及励磁电流频率对旋转磁场、行波磁场以及螺旋磁场的磁感应强度以及电磁力分布规律的影响，以此达到优化工艺参数的目的。

电磁搅拌利用线圈激发的交变磁场渗透到金属熔体中，在其中感生起感应电流，感应电流与当地磁场互相作用产生电磁力。该搅拌方式不与坯体直接接触，却能够有效的改善铸坯表面、皮下以及内部质量。目前在金属冶炼行业应用相对广泛的电磁搅拌器，基本可以按照搅拌区域和激发磁场形态进行分类，其中各模式磁场的电磁搅拌工艺针对不同的铸坯形状和材料特性有不同的效果。近年来，许多钢铁企业、有色金属生产企业以及各大科研院所着力于开发新型的复合型材料，这些材料在具有高性能的同时也对冶金工艺提出了新的要求[1,2]。单一磁场形态的电磁搅拌已经难以达到高性能复合材料的冶金要求，由此湖南理工学院和湖南科美达电气股份有限公司联合设计开发了一款多模式磁场电磁搅拌器，用来产生旋转磁场、行波磁场以及螺旋磁场，可根据不同材料特性或铸坯形状，在金属冶炼过程中选择不同的磁场形态进行电磁搅拌，以求达到最佳的冶金效果。

电磁搅拌的过程受到磁流体力学和传热学等诸多领域的耦合作用[3,4,5]，是一个非常复杂的过程，虽然多方面因素影响着电磁搅拌效果，但整体而言搅拌磁场模式、励磁电流强度、励磁电流频率以及搅拌的时间是制约电磁搅拌效用的主要参数。为了研究分析各模式磁场的分布规律以及各主要工艺参数对磁场的影响，本文利用有限元分析软件Ansoft Maxwell对多模式磁场电磁搅拌器建立了有限元数值分析模型，主要对磁场中的磁感应强度和电磁力的分布特征以及数值变化规律进行研究，以验证本设计的有效性，并为后续设计提供参考。

1、多模式磁场电磁搅拌器的结构与原理

多模式磁场电磁搅拌器主体是由非磁性外壳、铁芯、旋转线圈绕组以及行波线圈绕组组成，在铁芯和线圈之间加入了压圈和连接片等固定结构的零件。共有十二个线圈绕组，其中六个线圈绕组垂直缠绕在铁芯上，为线圈Ⅰ，负责激发旋转磁场；另外六个线圈绕组水平嵌于铁芯中，为线圈Ⅱ，负责激发行波磁场。两组线圈同时输入励磁电流，则激发出螺旋磁场，螺旋磁场的螺旋角度由旋转磁场线圈电流和行波磁场线圈电流的大小和方向共同确定。