作動器，或者叫螺線管，是一種通電產生磁場來控制銜鐵實現理想力矩和位移的設備。銜鐵為鐵磁物質，受到磁場作用后產生吸力并把電能轉化成機械能，用于對負載的速度、方向、位移、力進行控制。
作動器，有時候也稱為制動器、電磁閥、電磁鐵等，其應用領域很廣，如燃料噴射器（油閥的電磁閥）、電能分配器（斷流器、斷路器、繼電器、接觸器等）、各種汽車、液壓工業應用等。
公司針對作動器電磁分析和性能優化、溫升與形變、結構應力分析、控制系統集成等設計需求，提供電磁、結構、流體、控制等多物理集成化設計解決方案，解決作動器的設計問題。
作動器的結構形式有很多，但工作原理基本相同，典型的電磁作動器包含一個繞制在鐵極片的多匝線圈和一個可移動的銜鐵。此外，外殼框架的鐵心部分，為磁通提供閉合回路，圖2展示了框架、磁極片、線圈和銜鐵的幾何結構。
當電磁作動器連接上電壓源時，線圈中通過電流并產生磁通形成磁力，驅動銜鐵從開啟位置移動到閉合位置。有些電磁作動器可采用永磁體來輔助建立磁通，或者幫助銜鐵在線圈電壓關斷時保持在一定的位置，例如： 音圈作動器使用永磁體產生磁通和線圈電流相互作用，使線圈中產生洛倫茲力。這些設備可能是二維或者三維結構，運動部件可能是旋轉運動或者是非圓柱運動（如搖桿擺動）。
作動器中的銜鐵、磁極片和框架均為鐵磁材料，建模時考慮了非線性B-H曲線飽和效應對設備性能的影響。銜鐵形狀和尺寸的設計，以及與磁極片的匹配都會影響作動器關閉時刻的力能指標。另外，線圈的設計決定了其電阻和電感值，尤其是電感，因為它正比于線圈匝數的平方乘以非線性鐵磁材料和空氣氣隙的總磁阻。L/R的比值為設備的電氣時間常數，這個值決定了線圈中電流上升的速度，而設備中磁場建立的速度取決于電渦流，因而電磁擴散時間也會影響作動器性能。
在線圈電流快速上升期間，磁通擴散到作動器的整個磁路前，集中分布在作動器的內表面上，這會延遲了銜鐵電磁力的建立時間，從而延遲了閉合時間。同理，當外加電壓源關斷后從設備上撤銷磁場時，由于殘磁的存在也會延遲作動器銜鐵的重新打開時間。隨著時間推進，磁場穿過設備壁厚，銜鐵受力增加，最后，一旦受力克服了彈簧和負載反作用力后銜鐵閉合。因此，磁極形狀、材料和線圈設計也將直接影響到磁擴散過程，進而影響到作動器閉合時間。Maxwell 瞬態場求解器可分析上述電渦流后局部磁場擴散過程。
Maxwell的靜態或者瞬態求解器可以完成作動器二維和三維電磁場分析。通常，在靜態仿真中把線圈的形狀、匝數和線徑以及幾何尺寸等參數設為參數化/優化變量，改變線圈電流和銜鐵位置而輸出一組反映力和位置的曲線。由于Maxwell使用了自動自適應網格剖分技術，從而使變量的參數化/優化掃描變得非常的容易。
除了靜態方法以外，使用Maxwell瞬態求解器可以仿真在考慮了電氣控制和機械負載條件下，銜鐵到達閉合位置的速度問題。例如：外加激勵電壓源為任意波形（或者使用Maxwell自帶的circuit editor工具），同時考慮材料的非線性，考慮機械的運動方程（包含了阻尼、負載力，而且它們都可以是關于位置、速度或者時間的函數），考慮電渦流和磁擴散等。
作動器絕大多數采用軟磁材料作為導磁路徑。由于軟磁材料BH回線較窄，矯頑力較小，在計算電磁性能時，通常采用初始磁化曲線計算BH工作點。但是，當作動器線圈斷電時后，磁場不會降為0，會出現剩磁現象，因而會直接影響到作動器電磁力和閉合時間計算。Maxwell可通過矢量磁滯材料建模功能，真實地考慮作動器軟磁材料特性，精確地分析軟甲材料的剩磁效應，從而精確地計算作動器磁場擴散、電磁力、閉合時間等瞬態電磁特性。
Maxwell瞬態電磁場仿真分析得到的線圈和鐵芯損耗，可通過ANSYS WB環境映射到Mechanical或者CFD（計算流體動力學）軟件Fluent中做熱分析，如圖8所示。其耦合方式包括：電磁場分析得到的總損耗空間分布映射到Fluent熱模型，通過精確考慮復雜散熱環境，包括對流和傳熱，直接計算各部件的溫升并將溫度數據反饋回Maxwell中修改材料的溫度屬性并重新計算損耗，如此雙向耦合反復迭代，得到作動器線圈和鐵芯等部件穩態溫度；在Mechanical溫度場計算中采用簡單設置，即直接定義傳熱系數，或者此傳熱系數由Fluent計算得到，再通過電磁-熱瞬態熱性能和熱循環分析迭代多次后得到作動器的穩態溫度，此流程的仿真計算速度要比在Fluent中直接計算溫升快，且仿真精度大大提高。
作動器在裝配過程中的偏心問題將會影響在作動器的整體性能。如銜鐵偏離中心，會導致側向電磁力，并造成軸承表面過度摩擦。同時，偏心可能是整體偏心，也可能是軸向偏心，也可能是軸向傾斜。ANSYS Maxwell可以通過云圖或者矢量圖的方式顯示在任意位置、電流密度下的力密度分布。
作動器在啟動工況和最大行程工況時的結構強度及其固有頻率系統的性能也有很大的影響，ANSYS Workbench 同樣可準確分析作動器不同工況下的結構強度和固有頻率。
作動器設計除了需要精確考慮其電磁和多物理域耦合特性外，還需要考慮其供電和控制電路集成。Simplorer既可以實現行為級作動系統設計，快速分析其性能；也可以通過與Maxwell協同仿真（考慮材料的非線性、電渦流和磁擴散等效應），或者通過降價模型（僅考慮作動器位置和電流參數化掃描關系，忽略線圈的渦流效應）接口，實現高精度物理原型級作動系統設計，精確分析其性能。圖1展示Simplorer平臺多層次建模功能，圖2展示Simplorer平臺高精度作動系統設計模型：設備級的電力電子器件、閉環控制系統、精確的二維或者三維作動器模型、以及機械或者液壓負載等。驅動電路與Maxwell有限元模型瞬態鏈接實現協同仿真；機械管腳直接連接定義重量、力、彈簧和停止位限制的裝置。
ANSYS作動器設計解決方案既提供了電磁場有限元分析和優化設計工具，能實現作動器靜態、瞬態磁場分析和性能優化；也提供了靜態熱和瞬態流體熱分析工具，能夠實現電磁、熱雙向耦合分析；還提供了電路和系統設計工具，能夠實現從行為級到物理原型級，多層次、高精度作動系統設計，可以幫助用戶高效實現無縫集成的作動器多物理域集成化設計流程，通過高精度仿真，減少制作樣機次數，縮短開發周期，降低開發成本，有利于用戶在激烈競爭中脫穎而出。
