使用 COMSOL 计算单面磁体产生的力

作者 Mark Fowler

2014年 3月 21日

在设计磁体的时候,你希望尽可能节省材料,同时还在所研究的物体上产生尽可能大的力。对于这个问题,您可以使用 COMSOL Multiphysics 及其附加的 AC/DC 模块计算单面磁体的力。

单面永磁体

很有可能,您家里的冰箱上或办公室的白板上都有一些磁体。这是单面永磁体的一种常见用途,但它们也会被用在更先进的应用中,例如粒子加速器、磁共振成像(MRI)仪和高速列车的磁悬浮(Maglev),等等。

大家可能都知道,传统的磁体有南北两极。磁场从北极发出,然后弯曲回到相对的南极,使它成为一个磁偶极。单面磁体在一侧有一个单极,如下图所示。

图片显示了冰箱贴磁体的磁通量分布
冰箱贴磁铁的磁通量分布。

单面通量计算

要为单面磁体建模,您可以按照 COMSOL 案例库的单面磁体和金属板教程模型中的说明进行操作。该模型使用的数学表达式包含了来自一篇 IEEE 论文 “One-sided fluxes in planar, cylindrical, and spherical magnetized structures” 的数据。另外,您也可以通过将磁体排列成这样的方式来模拟单面磁通量,即使净磁场在一边得到增强,而在另一边被抵消,详细请看下文的介绍。

磁屏蔽

为了计算出准确的力,您需要对磁体旁边的物体进行建模。但是,对整个白板、冰箱或其他什么东西进行 3D 建模,会消耗大量计算资源。因此,您可以利用AC/DC 模块中的磁屏蔽边界条件。

两幅箭头图显示了一个单面永磁体在磁性材料旁边的磁通密度和另一个有磁屏蔽边界的磁通密度。
单面永磁体的磁通密度箭头图。左图:含磁性材料模型的图;右图:含磁屏蔽边界的图。

将磁屏蔽建模为一块板而不是整个三维物体,可以节省时间。在这种模拟中,一种常见的材料是 \mu-金属,它是一种具有高渗透性和延展性的金属合金。您还可以为板设置不同的材料属性,看看对结果有什么影响。

例如,一些应用要求考虑磁饱和效应。为此,您可以使用非线性磁性材料对平板进行建模。有关这方面的详细说明也可以在模型文档中找到。

磁通量计算

如果您使用 AC/DC 模块建立并求解这个模型后,会发现单面磁体产生的力很大。

绘图显示了磁体上的磁通密度和磁通密度方向。
磁体上的磁通密度和磁通密度方向绘制在模型几何的横截面上。使用一个单独的图例尺标表示板中的磁通密度。

模型下载

博客分类


评论 (0)

正在加载...
浏览 COMSOL 博客