Magn2: Плунжерный электромагнит

Приводной механизм в виде соленоидального плунжерного электромагнита состоит из обмотки, окруженной ферромагнитным сердечником и якоря в виде плунжера. Задача состоит в расчете магнитного поля в устройстве и тягового усилия, приложенного к якорю.

Тип задачи:
Нелинейная осесимметричная задача магнитостатики.

Геометрия:

Все размеры заданы в сантиметрах.

Дано:
Относительная магнитная проницаемость воздуха и катушки μ = 1;
Плотность тока в катушке j = 1,000,000 A/м²;
Кривая намагничивания для материала сердечника и якоря:

Задача:
Рассчитать магнитное поле в соленоиде и определить тяговое усилие, приложенное к якорю.

Решение:
Магнитная система соленоида полностью замкнута, поэтому внешнюю границу модели можно поместить относительно близко к сердечнику соленоида. Более протяженный слой воздуха включен в модель со стороны якоря, поскольку в этой зоне нельзя пренебречь выпучиванием поля.

Плотность сетки выбрана по умолчанию, однако для улучшения распределения сетки в модель включены три дополнительных вершины. Мы поместили одну из них на внутреннюю поверхность катушки вблизи угла якоря, и две другие - против углов сердечника на обеих сторонах якоря.

Замкнутый контур для вычисления силы должен окружать якорь. Поместим его в середину воздушного зазора между якорем и сердечником. Определяя контур интегрирования, используйте сильное увеличение масштаба, чтобы избежать прилипания линий контура к сторонам модели.

Сила, действующая на якорь составила F = 374.1 Н.

См. задачу Magn2.pbm в папке с примерами.

Сравнение результатов
Наибольшее значение z-составляющей магнитной индукции в якоре:

Источник
D. F. Ostergaard, "Magnetics for static fields", ANSYS revision 4.3, Tutorials, 1987.