在物理課本中，我們已經認識到通電的線圈會產生磁場，很多的線圈就會產生強磁場，磁場的方向滿足右手螺旋定則，進而會對線圈的兩個端面的鐵磁性材料產生吸力，那么對螺線管線圈的內部磁場是什么樣子的分布呢，那么受力物體又是在不同位置其受力大小如何呢，后面我們通過電磁鐵的磁場仿真來查看其磁場分布和受力趨勢。

       注：該實例僅用于展示其分布，具體模型和參數未知。(作者：Fwz0703@163.com)

1.仿真模型

       模型采用一個普通僅僅線圈的電磁鐵，電磁鐵的高度和寬度之比為2，內徑外徑之比為3，電流和線圈圈數自定。模型采用1/4模型計算。模型受力采用一個小物體作為檢測點，在中間軸線上，提取其受力。

                                                                            圖1. 計算模型

 

                                                                            圖2.網格劃分

2.網格劃分

    控制中間物體的尺寸和分割尺寸，劃分網格如圖所示

3.加載

將物體的外表面設置磁力線平行，設置線圈材料為銅，設置相應的電流和線圈圈數。                 

                                                                                圖3. 電流加載

                                                                                    圖4.電流分布

4.結果提取

      提取其磁感應強度，如圖5～圖8所示，可以看到一下結果

1. 電磁鐵內部空氣域內，在中間位置其磁感應強度最大，向兩側逐漸降低。

2. 內部空氣域在同一水平面上，中間軸線區域并不一定是最大數值，而是隨著空間半徑的最大其磁感應強度而增大，在達到線圈位置時候起數值達到最大，如圖10所示。

3. 當線圈為不導磁的銅或鋁時，其線圈磁力線螺旋中心在線圈當中靠近外側位置，如圖8和圖9所示。

4. 當受力物體隨著高度的增加其受力逐漸降低，達到中間位置時候受力平衡，其受力為0.之后受力逐漸增大，方向相反，圖11所示。

                                                                        圖5. 三維磁感應強度         

                                                                    圖6.磁感應強度等勢面

                                                                            圖7. 截面維磁感應強度     

                                                                    圖8.截面磁感應強度等勢線

                                                                           圖9.截面磁感應強度矢量圖   

                                                                        圖10.橫截面磁感應強度矢量圖

                                                                圖11.物體在高度方向受力趨勢

                                                圖12. 磁感應強度在軸線上不同高度的值

                                                （中間值過大由于受力物體鐵在中間位置）

5.總結

分析電磁鐵磁場強度和物體受力可以較好的獲取磁感應強度分布和受力分布，當需要電磁鐵對物體的吸附作用時，需要考慮其位置，并不一定是其磁感應強度最大的地方，需要具體問題具體分析。在ANSYS WORKBENCH中提供了較好的模擬方法，但是需要考慮網格質量，進而獲取更優的結果。(作者：Fwz0703@163.com)