如何计算交流线圈上方磁铁受力
低频时域求解器(LT-Solver)可用于求解时域中的瞬态电磁场问题，它可以计算随时间变化的损耗和能量，也可以计算力和扭矩。低频时域求解器可以求解两种类型的方程：准静磁 (MQS)和 准静电 (EQS)。由于线圈中通交变电流，因此需要采用LT-Solver，因为LT-Solver才可以设置Excitation Signal。
1.首先新建一个仿真工程（在此示例中我们选择不使用仿真模板创建新的仿真工程）：启动CST后，点击功能区的File选项卡，进入到下图所示的界面。选择New and Recent，点击页面左下角的3D Simulation，在其下拉菜单中选择Low Frequency后，进入到仿真工程界面。
2.新建仿真工程后，首先在 Home 选项卡下点击Units图标，进入下图所示对话框，将单位设置为mm, Hz, s。
3.在 Home 选项卡下展开Setup Solver图标的下拉菜单，选择LF Time Domain Solver，将求解器切换到低频时域求解器。
4.创建线圈，首先创建一个矩形来定义线圈的横截面：在Modeling选项卡下，展开Curves的下拉菜单，点击Rectangle，按ESC键弹出对话框。
5.在弹出的Rectangle对话框中，按下图所示输入矩形截面的尺寸，然后点击OK按钮完成。
6.创建线圈的路径：在Modeling选项卡下，点击Local WCS图标，激活局部坐标系，然后点击Local WCS图标旁边的Transform WCS图标，弹出Transform Local Coordinate System对话框，将局部坐标系绕V轴旋转90°。
7.再创建一个矩形来定义线圈的路径，在Modeling选项卡下，展开Curves下拉菜单，点击Rectangle，按ESC键弹出Rectangle对话框。按下图所示输入矩形的尺寸，点击OK按钮完成。
8.在Simulation选项卡下，点击线圈图标的下拉菜单，选择Coil。然后在3D界面中先双击线圈矩形轮廓rectangle1，再双击线圈路径rectangle2，弹出Define Coil的对话框。
9.在弹出的对话框中设置线圈电流为5A，线圈匝数为100，然后点击OK按钮完成，这样就创建了一个线圈。
创建好的线圈如下图所示：
10.创建位于线圈上方的磁铁：在Modeling选项卡下点击六面体图标，弹出Brick对话框。
11.在弹出的对话框中按下图所示尺寸创建磁铁，其中磁铁与线圈的垂直距离（W方向上）设为变量d，d初始值设为2。在Material一栏中，在其下拉选项中选择Load from Library，进入到Load from Material Library对话框。
12.在Load from Material Library对话框搜索steel，选择Steel-1008，此材料通过软磁BH曲线来描述其非线性特性。点击下方的Load按钮后，将Steel-1008从CST材料库中加载并使用，然后回到Brick的对话框，点击OK按钮完成。
模型创建完成，如下图所示：
13.设置边界条件：在Simulation选项卡下，点击Boundaries图标，弹出Boundary Conditions对话框，在所有方向上均设置为电边界。
14.设置背景属性：在Simulation选项卡下，点击Background图标，在结构周围增加一些空间，建议背景加大一些。此示例中增加的空间如下图所示，仅作参考；要想更准确，需要进行边界条件收敛验证，一般大一点更准，但所需仿真时间更长。
15.设置网格：在Simulation选项卡下，点击Global Properties图标，弹出网格属性对话框，按下方右图所示设置网格，点击OK完成。网格数量可以适当增加，对提高精度也有好处。
16.创建一个交流激励信号，在导航树中选中Excitation Signals，然后右键选择New Excitation Signal，弹出激励信号对话框。
17.在弹出的Excitation Signal对话框中，信号命名为signal1，Signal type选择正弦信号Sine，信号持续时间Ttotal为1s，信号频率Frequency为10Hz，点击OK完成。
18.设置场监视器：在Simulation选项卡下，点击Field Monitor图标，弹出3D Field Monitor对话框。
19.在Type一栏选择B-Field，Start time设置为0， Step width设置为0.05，然后点击Apply按钮，磁感应强度监视器设置完成。按照同样的方式，在Type的下拉菜单中选择磁场H-Field、电场E-Field和Cond. Current Dens.，设置磁场/电场/电流监视器。
20.定义力监视器：如果要计算力，必须定义监视器。在Simulation选项卡下，点击Monitor on Entity的下拉菜单，选择Monitor on Volume，弹出对话框。Type一栏设置为Force and Torque（力和扭矩），Monitor Volume一栏选择磁铁solid1，也就是监控磁铁上所受的力。点击OK按钮完成。
21.在Simulation选项卡下，点击LT求解器图标，进入低频时域求解器参数对话框。Equation type选择Magnetoquasistatic（准静磁），网格类型为Tetrahedral（四面体），仿真持续时间设为1.2s，时间积分类型选择High order， 时间步长选择Adaptive。高阶方法对时间步长之间的结果进行更精确的插值；而低阶方法是假设时间步长之间的解是线性变化的，所需计算时间更短。时间步长可以选择为Constant（恒定的）或者自适应（Adaptive），时间步长应尽量设小一些。一般来说，建议使用自适应确定时间步长，此示例中采用自适应时间步长的默认设置。
22.在上图的低频时域求解器参数对话框中，点击Excitations按钮，进入下图所示的Excitation Selection对话框，激励源选择线圈coil1，激励信号一栏选择signal1，也就是前文中创建的正弦信号作为交流激励信号。点击OK完成，回到低频时域求解器对话框，然后点击Start按钮运行仿真。
仿真完成后，在导航树 Navigation Tree > 1D Results > Force文件夹下查看磁铁受力情况，如下图所示，可见磁铁受力主要是沿-X方向，符合实际情况。还可以在导航树中2D/3D Results文件夹下查看电场、磁场、电流分布。
