Comsol带磁芯的线圈电感计算
线圈电感是利用电磁感应原理工作的元件，以磁场形式储能，具有阻碍电流变化的特性，常用于滤波和振荡等电路，利用有限元计算可以得到带磁芯的线圈的电感值。供稿｜电子F430编辑｜小苏审核｜赵佳乐图｜软件截图有限元法是一种高效的数值分析方法，核心是将复杂连续的求解域离散为有限个简单单元，通过求解单元方程组，近似得到整体问题的数值解。有限元法兼具精度与灵活性，核心步骤包括建模、离散、加载求解及结果分析。其优势在于无需复杂解析推导，能精准模拟结构的应力、应变、位移等物理量。1线圈电感电感线圈是由导线绕成的线圈，当电流通过时，会在周围产生磁场，这个磁场又会对线圈自身或其他导线产生感应作用。线圈对自身产生的作用称为自感，对其他导线产生的作用称为互感。电感量L与线圈的圈数、形状、尺寸及介质有关，而与外加电流大小无关。电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。电感线圈的性能指标主要就是电感量的大小。另外，绕制电感线圈的导线一般来说总具有一定的电阻，通常这个电阻是很小的，可以忽略不记。但当在一些电路中流过的电流很大时线圈的这个很小的电阻就不能忽略了，因为很大的电流会在这个线圈上消耗功率，引起线圈发热甚至烧坏，所以有些时候还要考虑线圈能承受的电功率。图1.常见的电感线圈2几何建模根据设计图纸搭建了带磁芯的电感线圈三维简化模型，如图2所示。模型计算过程需设置材料的电导率、相对介电常数和相对磁导率，为了结果的准确性，以上参数均从相关论文资料以及现有实验数据中获得，如图3所示。图2.微纳薄膜三维模型图3.材料参数3物理场边界条件计算模型选择磁场模块进行计，激励线圈设置1V电压激励，感应线圈设置0A，磁芯设置磁化模型BH曲线条件，其余外侧边界设为磁绝缘边界。详细的物理场边界条件如图4所示。图4.物理场边界条件4网格划分根据有限元法的求解原理，剖分越精细，求解越准确，数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理，采用非结构网格对模型进行划分，网格分布如图5所示。图5.网格分布5结果展示计算模型稳态求解器求解，通过计算得到带磁芯的电感线圈模型的磁场特性分布和线圈电感/互感计算数值如下所示。图6.磁场分布图7.磁感线分布图8.磁场强度分布图9.线圈电感计数值来源：Comsol有限元模拟
