作者 | Wang Jieyu
CST Studio Suite作为一款强大的电磁仿真软件，广泛应用于电磁设备的设计、分析和优化。通过其先进的仿真技术，我们可以精准模拟电磁铁的磁力分布，深入理解其工作原理，优化性能，为各类应用提供更高效、更可靠的解决方案。
【仿真建模与设置】
Step1：选择合适的求解器
磁力仿真优先选择Ms solver及LT solver。
下面这个demo采用Ms solver来展示电磁力的仿真流程。
Step2：仿真模型
仿真模型很简单，包括铁芯，线圈以及位于电磁铁不远处的一个铁块。
材料参数设置：在这个demo中，铁芯和铁块的材料使用CST材料库中的iron材料。该材料为非线性材料，其B-H曲线及μ-H曲线如下图所示。
Step3：仿真基本设置
仿真激励：coil，电流current=100A，匝数：n=100。
Ms solver求解器设置以及边界条件设置如下。
Step4：设置Force and Torque Monitor
在这里如果勾选了Compute Force Density，则会得到磁场力的分布3D结果。
【仿真结果对比分析】
1D results：在1D results中的Force文件夹中可以得到所添加的monitor的结果，包括X，Y，Z三个方向及Abs的结果。
2D/3D results：在2D/3D results中的可以得到B-Field磁感应强度分布、H-Field磁场强度分布等结果。此外，由于之前添加了force的monitor，并勾选了compute force density，同样可以得到force的分布结果。如下图所示
仿真探索一：探究电流大小与电磁铁磁力的关系
通过参数扫描（parameter sweep）改变电流大小，仿真磁力随电流的变化。仿真结果汇总如下，从下图可知，在该模型的情况下，磁力与电流大小的平方成正比。
仿真探索二：探究线圈匝数对电磁铁磁力的影响
通过参数扫描改变线圈匝数，仿真磁力随线圈匝数的变化。仿真结果汇总如下，从下图可知，在该模型的情况下，磁力与匝数的平方成正比。
仿真探索三：探究铁芯粗细对电磁铁磁力的影响
只改变电磁铁铁芯的半径，其他参数不变，从仿真结果来看，在某种结构尺寸范围内，铁芯横截面积变大，会使磁力增加。但简单的经验公式并不能覆盖所有场景，磁场力的计算建议通过仿真软件来计算。
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