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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