完成建模后(如 图1 )，由于3D打印的树脂框架和聚氯乙烯鳍片与磁场不发生作用，为节省建模和求解资源在有限元模型中将其忽略，只考虑将线圈和磁铁模型导入ANSYS Maxwell中，然后设置线圈和磁铁的材料属性。线圈材料选择copper，磁铁材料设置为NdFe35，剩磁方向Z改为1，其他方向设置为0。材料选定完成后，考虑到后续的三维瞬态磁场分析操作，网格过大可能会使气隙处的磁场分析不精确，而网格过细会导致计算效率低下 [10] ，于是将线圈的体网格最大尺寸设置为1 mm，面网格为0.5 mm，磁铁的体网格最大尺寸设置为0.4 mm，面网格为0.2 mm。

采用角线圈型的电流作为激励源，由于通电电流为0.25 A，那么总的安匝数为270 A，静磁场中主要分析的是工作时铜线圈的磁场现象，于是暂时先删去磁铁实体模型，采用纽曼边界条件，默认为H平行边界，空气域设置为模型的最大尺寸向外部偏移扩展200%范围。

通过对通电磁线圈的静磁场分析，从 图2 ~ 图5 可以看出，该磁场呈轴对称分布，线圈中间内径处的磁场强度最大，最大磁场强度为22.2 mTesla。在使得磁铁所受驱动力尽量大的条件下，动磁铁的位置应该在线圈中心，因此本文给出的电磁驱动器模型是合理的。

与静磁场分析不同 [11] ，由于动磁铁的存在，需要对Bond域进行建模来规定动磁铁的运动范围。Band域直径为9 mm，高度为7 mm，圆柱磁铁绕X轴运动，运动范围从−360˚至360˚，速度为360度每秒，分析步收敛项设为1，并利用虚功力的方式计算磁铁在磁场中受到的扭矩大小。瞬态磁场分析模型如 图6 所示。同时，还分析了不同激励下的磁铁受到的磁力矩。

通过对电磁驱动器的三维瞬态磁场分析，可以得到驱动装置工作时磁场分布和大小，以及线圈中动磁铁的磁力距大小变化，从而可以得出磁控鱼鳍的推动力大小。如 图7 所示动磁铁的磁力矩与转动角度呈现周期变化的趋势，当动磁铁的圆截面与磁场平行时，所受到的磁力矩最大，当电流安匝数为135 A时，磁力距大小为1.533 N∙mm；当电流安匝数为270 A时，磁力距大小为3.015 N∙mm；当电流安匝数为405 A，磁力矩大小为4.496 N∙mm。当动磁铁的圆截面与磁场垂直时，即转动为90度的整数倍时，动磁铁受到的力矩大小为0。从上述数据可以得出，仿生电磁鱼鳍的运动角度应设置在−90度至90度之间，并且可通过调节电流安匝数大小来获得相应数值的电磁力矩，以应对驱动器在水下的不同工况。

同时，由 图7 可以看出，磁力矩与转角的图像表现出余弦函数特征，而力矩大小又与线圈总安匝数表现出线性关系，通过最小二乘法可以得到磁力矩与转角的数学模型：

$T_M=K_M\cdot I_{\text{n}}\cdot \cos \left(\theta \right)$(1)

式(1)中 $T_M$为磁铁受到的磁力矩， $\theta$为动磁铁的运动角度， $I_{\text{n}}$表示线圈接入电流的总安匝数， $K_M$为磁力矩弹性系数，经拟合得到 $K_M=11.1\times {10}^{-3}N\cdot \text{mm}/A$，拟合优度 $R^2=0.99$，表明该数学模型能够很好的描述动磁铁磁力矩与其空间转角的数值关系。