Ansoft Maxwell穩態磁場求解器仿真實例

問題描述:求解一段通有100A電流的銅導線在穩定磁場中的受力情況。磁場由永磁體產生。磁性材料為材料庫中的NdFe35。磁性材料屬性如下定義(X方向磁化)。

模型圖如下。其中紅色框線為求解區域。

注:磁體外部磁感線設置方向是從+X面出發垂直穿過導線進入-X面。即+X面是N極,-X面為S極。

Maxwell前處理

求解樹如下圖:

Boundaries邊界條件:這里邊界條件未指定,系統自動選取默認邊界條件加載到物體外邊界。

Excitations激勵:在導線兩個端面加載100A穩定電流,兩端面電流大小方向均一致都流向+Y方向(注意斷開導體端面需與求解區域表面重合,否則無法計算)

Parameters參數:選中通電導線然后添加Force力參數。

Mesh operations網格劃分:右擊鼠標選擇Assigned>Inside selection>Length based… 其中導線劃分尺寸為0.5mm,磁鐵劃分尺寸3mm。

Analysis分析設置:這里直接添加分析設置默認即可。

結果查看:

鼠標右擊Result選擇Solution data得到如下結果窗口。

安培力大小為Fz=0.57657N(+Z方向)

理論驗證:

根據安培定律F=BIL可知通電導線受力大小為磁感應強度B*電流*導體長度。受力方向可根據左手定則確定。

選中銅導線右擊云圖按鈕Field overlays>Field>B>B_Vector 查看導線處磁場強度H,磁感應強度B

導線磁場強度H

導線磁感應強度B

上面B、H云圖的中間數值之比恰好與真空中的磁導率接近。這與物理課本中講的介質磁導換算公式B=U*H是相符和的。下面直接取用B云圖的中間數值B=0.557T參與理論驗算。電流I取輸入值I=100A,導線長度由幾何模型可知L=0.01M。

理論計算值F=B*I*L=0.557*100*0.01=0.557N,方向由左手定則:電流+Y,磁場-X,所以可確定力朝向+Z方向。

仿真模擬值FZ=0.57657(+Z方向)。與理論計算值數值誤差為3.4% 方向一致。(由于導線處的磁感線并不是完全朝-X,故X,Y方向的安培力分量此處忽略不計)