作者 | Wang Jieyu

 

CST Studio Suite作為一款強(qiáng)大的電磁仿真軟件，廣泛應(yīng)用于電磁設(shè)備的設(shè)計、分析和優(yōu)化。通過其先進(jìn)的仿真技術(shù)，我們可以精準(zhǔn)模擬電磁鐵的磁力分布，深入理解其工作原理，優(yōu)化性能，為各類應(yīng)用提供更高效、更可靠的解決方案。

 

【仿真建模與設(shè)置】

Step1：選擇合適的求解器

磁力仿真優(yōu)先選擇Ms solver及LT solver。

      

下面這個demo采用Ms solver來展示電磁力的仿真流程。

 

Step2：仿真模型

仿真模型很簡單，包括鐵芯，線圈以及位于電磁鐵不遠(yuǎn)處的一個鐵塊。

 

 

材料參數(shù)設(shè)置：在這個demo中，鐵芯和鐵塊的材料使用CST材料庫中的iron材料。該材料為非線性材料，其B-H曲線及μ-H曲線如下圖所示。

 

 

 

 

Step3：仿真基本設(shè)置

仿真激勵：coil，電流current=100A，匝數(shù)：n=100。

 

 

Ms solver求解器設(shè)置以及邊界條件設(shè)置如下。

 

 

Step4：設(shè)置Force and Torque Monitor

在這里如果勾選了Compute Force Density，則會得到磁場力的分布3D結(jié)果。

 

 

【仿真結(jié)果對比分析】

1D results：在1D results中的Force文件夾中可以得到所添加的monitor的結(jié)果，包括X，Y，Z三個方向及Abs的結(jié)果。

 

 

 

2D/3D results：在2D/3D results中的可以得到B-Field磁感應(yīng)強(qiáng)度分布、H-Field磁場強(qiáng)度分布等結(jié)果。此外，由于之前添加了force的monitor，并勾選了compute force density，同樣可以得到force的分布結(jié)果。如下圖所示

 

 

仿真探索一：探究電流大小與電磁鐵磁力的關(guān)系

通過參數(shù)掃描（parameter sweep）改變電流大小，仿真磁力隨電流的變化。仿真結(jié)果匯總?cè)缦?，從下圖可知，在該模型的情況下，磁力與電流大小的平方成正比。

 

 

仿真探索二：探究線圈匝數(shù)對電磁鐵磁力的影響

通過參數(shù)掃描改變線圈匝數(shù)，仿真磁力隨線圈匝數(shù)的變化。仿真結(jié)果匯總?cè)缦拢瑥南聢D可知，在該模型的情況下，磁力與匝數(shù)的平方成正比。

 

 

仿真探索三：探究鐵芯粗細(xì)對電磁鐵磁力的影響

只改變電磁鐵鐵芯的半徑，其他參數(shù)不變，從仿真結(jié)果來看，在某種結(jié)構(gòu)尺寸范圍內(nèi)，鐵芯橫截面積變大，會使磁力增加。但簡單的經(jīng)驗(yàn)公式并不能覆蓋所有場景，磁場力的計算建議通過仿真軟件來計算。

 

 

（內(nèi)容、圖片來源：CST仿真專家之路公眾號，侵刪）

 

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