Maxwell顺态求解器电磁力分析

文源：技术邻

问题描述：求解一段通有正弦交流电的直导线在某一稳态磁场中的受力情况，并简单验证仿真结果。

模型介绍：

如上几何模型中10mm边长立方体代表永磁体，材料属性为材料库中的NdFe35,修改磁化方向为X方向，其他属性不变，如下图所示。其中黄色圆柱体代表铜导线，红色框线代表求解区域（真空）。导线端面与求解域重合，电流不会泄漏以便顺利计算。

Maxwell求解树如下：

Solution type: Transient瞬态求解器

Boundaries:未指定，系统选取默认求解边界。

Excitations: 添加绕组Wingding1，绕组激励类型为电流（绞线），电流函数sin(pi*time)，即周期为2秒，幅值为1A，初相位0的正弦曲线。

然后在线圈上添加激励加载面（铜线的两个端面）。截面绞线数量相同都为1且电流方向一致。如下图所示。

Parameters:选择圆柱导线，然后添加右击Parameters选择Assign>Force即可。

Mesh Operations:对圆柱体划分网格尺寸为0.4mm，磁铁网格尺寸4mm。模型网格如下。

Tips：

Q1:如果发现上面的网格剖分结果不理想（太密或太疏），如何重新设置重新剖分？

A1：project manager--->Analysis---->右击------>revert to initial mesh---->重新设置网格尺寸（这步操作必须要，否则，就算你重新设置了网格尺寸，你得到的依然是第一次网格剖分的结果）

Q2:从新设置网格尺寸后，怎么应用设置进行划分，并查看网格划分效果？

A2：操作方法：project manager--->Analysis---->右击------>apply mesh operations；然后

project manager--->field overlaps---->右击------>plot mesh---->弹出对话框----->DONE.

Analysis：分析时间stop time 8sec即刚好2个正弦周期，time step 0.1sec。每一求解步都储存云图。

 

 

Result: 显示电流激励曲线  result右击create transient report>rectangular plot

激励输入曲线如下。与之前设置的电流激励函数符合。

同理在category中选force, quantity中选Fore1.force_z显示出圆柱导体Z向分力曲线如下图。

可以看出Z方向力输出曲线与激励输入曲线的变化是完全一致的。由安培定律公式F=BIL也可以验证输入激励电流I与输出力F是完全成线性关系的。

圆柱导体磁感线云图：

这里的磁感应强度B是根据真空中的磁导率公式B=u_0*H，以及导线和永磁体的距离求解得来。

简单验证：

可以取磁感线云图的中间值进行简单的理论验算。B=0.569T，电流I取最大值1A，导线长度L由几何模型可知L=0.010M，所以安培力理论值F=B*I*L=0.569*1*0.01=0.00569N=5.69mN。与模拟计算Z向分力波峰值5.2mN基本一致，仿真结果可信。

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