COMSOL Multiphysics 仿真步骤1算例介绍电磁铁模型截及何尺如 图1所， 铁芯为软铁，磁化曲线(B-H)曲线如图2所，励磁电流密度J=250 A/cm2现需分析磁铁内的磁场分布图1电磁铁模型截图(单位cm)图2 铁芯磁化曲线2 COMSOL Multiphysics 仿真步骤根据磁场计算原理，结合算例特点，在COMSOL Multiphysics中实现仿真1) 设定物理场COMSOL Multiphysics 4.0以上的版本中，在AC/DC模块下定 义有8种应模式，分别 为：静电场 (es)、电流(es)、电流-壳(ecs)、磁场(mf)、磁场和电场(mef)、带电粒追踪(cpt)、电路(cir)、磁场-电流 (mfnc)o其中，“磁场(meff是以磁 势A作为因变量，可应于：① 已知电流分布的DC线圈；② 电流趋于表的 频AC线圈；③ 任意时变电流下的电场和磁场分布；根据所要解决的问题的特点——分析磁铁圈通电情况下的电磁场分布，选择2维“磁场(mf)”应模 式，稳态求解类型2) 建立何模型根据图1,在COMSOL Multiphysics中建立等例的何模型，如 图3所。
al-；J J -3 T i|- V 7 i~ li ¥3图3 何模型 有限元仿真是针对封闭区域，因此在磁铁外添加空域，包 围磁铁 由于磁铁的磁导率 ，因此空域的外 轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点， 即(21) 式中，L为空外边界3) 设置分析条件①材料属性本算例中涉及到的材料有空和磁 铁，在软件 带的材料库中选取Air和Soft Iron对于磁铁的B-H曲线，在该节点下将已定义的离散B-H曲线表单导其中即可②边界条件 由于磁铁的磁导率 ，因此空域的外 轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点， 即(21) 式中， L 为空外 边界为引磁 铁的B-H曲线，除在材料属性节点下导 B-H表单之外，还需在“磁场(mef)”节点下选择“安培定 律”，域为“2”，即磁铁区域，在“磁场 > 本构关系”处将本构关系选择为“H-B曲线”此时，即表将材料 性质表达为磁通密度B的函数，也符合以磁 势A作为因变量时的表达，从避免在本构关系中定 义循 环变量 设置窗如下 图所图4 磁铁本构关系设置该模型中，线圈中励磁电流密度为J=250 A/cm2,因此，在“磁场(mef)”节点下，选择两个“外部电流密度” 节点，分别于设置两个线圈的电流密度。
根据式(2),该电流密度因为z轴向的 电流密度，且两个线 圈的电流密度向应相反事先在模型树下定义参数J，表达式为“250e4[A/cm人2]”设置窗如下图所(a) 线圈 1(b) 线圈 1图 5 线 圈 电 流 设 置(4) 格划分格 节点下直接创建三形格， 结果如下图所5) 求解选择“稳态”求解模式，直接进行计算 该模型结构 较简单，求解时间为2 s精品档4 后处理磁通密度如图 7所图7 磁通密度分布由图 6可以看出，磁通密度主要集中分布在磁铁上，在转 处磁通密度较 （图中红区域 ）；在空域磁 通密度很磁通密度等值分布图如下所：磁通密度向如下 图所，图8 磁通密度等值线分布图中箭头表磁通密度向图9 磁通密度等值线分布» J w磁力线分布如下图所：图 10 磁 势 分布由图10可看出，磁势A围绕线圈，在磁铁中形成闭合曲线，图中线的密度形象表了磁场的强弱，在转 处的线较稠密2 结论本在 COMSOL Multiphysics中实现了对 简单电磁铁模型磁场分析，并有以下结论：(1) COMSOL Multiphysics中，弓I B-H曲线数据时，需指定本构关系中的设置，避免在本构关系中出现循环变量；同时，需另在该域上定义安培定律；(2) COMSOL Multiphysics中，等值线所表的和流 线所表的意 义不同；等值线是将值相等的点连接成，流线只是表向，即 线上某点切线表该点的实际向；图10中等值线表磁 势A z即是磁力线；。
