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1、电磁场基础知识第二章电磁场基础知识第二章1第1页，本讲稿共23页永磁体永磁体线性永磁体线性永磁体感应曲线为线性感应曲线为线性可模拟大部分稀土磁体可模拟大部分稀土磁体计算需要有计算需要有“感应曲线感应曲线”要求两种材料性质要求两种材料性质相对磁导率相对磁导率 r各向同性各向同性正交各向异性正交各向异性矫顽磁力矫顽磁力 Hc 矢量值矢量值利用单元坐标系定义材料性质利用单元坐标系定义材料性质缺省缺省:总体直角坐标系总体直角坐标系H(Amp/m)B(T)BrHc固有曲线固有曲线感应曲线感应曲线第二象限曲线图第二象限曲线图稀土磁体典型曲线稀土磁体典型曲线2第2页，本讲稿共23页r 和和Hc 可以是随温度
2、变化可以是随温度变化磁化方向磁化方向平行平行/垂直于磁体中心线垂直于磁体中心线相对于某中心点径向相对于某中心点径向/环向环向材料库中不提供材料库中不提供r 和和 Hc的缺省值。的缺省值。现代技术的进步使磁体性能现代技术的进步使磁体性能不断提高不断提高 年代年代3第3页，本讲稿共23页相对于直线感应曲线的磁体只要求相对于直线感应曲线的磁体只要求Hc和一个单值的磁导率和一个单值的磁导率对于永磁材料，为了改善精度，利用剩磁感应密度对于永磁材料，为了改善精度，利用剩磁感应密度(Br)和和Hc 来计算磁导率来计算磁导率r =Br/(0 Hc)为使用方便，自由空间磁导率参数为使用方便，自由空间磁导率参数M
3、UZ可以在命令窗口输入可以在命令窗口输入MUZ=acos(-1)*IE-7缺省值时，角度的单位为弧度。用缺省值时，角度的单位为弧度。用SIN或或COS 函数来计算函数来计算Hc的分量时，常用的分量时，常用“度度”单位。因此单位。因此角度的单位要变换：角度的单位要变换：Utilityparametersangular units选择 OK 在输入窗口中输入HC*COS(60)来代替数值输入4第4页，本讲稿共23页各向同性各向同性单元坐标系缺省为总体直角坐标系单元坐标系缺省为总体直角坐标系Preprocmaterial propsisotropic材料材料 2 磁化方向平行于总体坐标+X 方向Br
4、=1T Hc=700,000 A/m空气空气选择选择 OK选择选择 OK5第5页，本讲稿共23页正交各向异性正交各向异性单元坐标系缺省为总体直角坐标系单元坐标系缺省为总体直角坐标系Preprocmaterial propsorthotropic 材料 2 磁化方向为总体坐标磁化方向为总体坐标+X 方向方向反时针旋转反时针旋转60 度度Br=1 Hc=700,000 A/m选择选择 OK选择选择 OK6第6页，本讲稿共23页Hc值仍然为值仍然为700,000 A/mHc是在总体直角坐标下表示的是在总体直角坐标下表示的由于模型对称，由于模型对称，B的最大值不变的最大值不变 材料材料 27第7页，本
5、讲稿共23页问题描述问题描述平面，园环磁体平面，园环磁体磁体四极设置在磁体外圆圈上磁体四极设置在磁体外圆圈上磁化方向为极向（柱坐标系）磁化方向为极向（柱坐标系）分析目的分析目的模拟磁化特性模拟磁化特性SN应用应用永磁体永磁体SN磁极中心（象征性的）磁极中心（象征性的）8第8页，本讲稿共23页属性属性磁体磁体:Hc=50,000 A/m Br=850 Gauss尺寸尺寸:内径内径=.5 cm 外径外径=1 cm励磁励磁:没有没有永磁体永磁体9第9页，本讲稿共23页对称条件对称条件只需模拟一个磁极只需模拟一个磁极边界条件边界条件侧边侧边:通量平行通量平行外半径外半径:通量垂直通量垂直为了确定外半径
6、上的磁极中心，需要定义一个局为了确定外半径上的磁极中心，需要定义一个局部坐标系，该局部坐标系的部坐标系，该局部坐标系的X轴为总体轴为总体X轴反时轴反时针旋转针旋转45度度通量平行条件通量平行条件磁极中心磁极中心10第10页，本讲稿共23页输入输入cir1pole.mac宏建立模型宏建立模型定义材料定义材料2的磁体性质的磁体性质 Preprocmaterial propsorthotropic材料材料 2材料材料 1 选择选择 OK11第11页，本讲稿共23页输入输入Y方向磁体属性（柱坐标系的切线方向，该坐标系待后定义）方向磁体属性（柱坐标系的切线方向，该坐标系待后定义）选择选择OK选择选择OK
7、输入空气的各向同性磁导率（材料输入空气的各向同性磁导率（材料1）Preproc.material propsisotropic选择选择OK12第12页，本讲稿共23页在外半径上离总体坐标系在外半径上离总体坐标系+X 轴轴45度处，定义局部坐标度处，定义局部坐标11Utilityworkplanelocal coord.systemscreate local CSat specified loc在在ANSYS输入窗口中，利用外半径输入窗口中，利用外半径0.01，角度，角度45，输入局部坐标系原点位置坐，输入局部坐标系原点位置坐标标回车（键盘）回车（键盘）在建立局部坐标系框内选择在建立局部坐标系框
8、内选择OK13第13页，本讲稿共23页定义了局部坐标系定义了局部坐标系11后，在单元图上会显示其标志后，在单元图上会显示其标志11号局部极坐标系，其与磁号局部极坐标系，其与磁极中心相对应极中心相对应14第14页，本讲稿共23页输入输入11以标志该坐标系以标志该坐标系选择坐标系的类型选择坐标系的类型在命令行输入的参数表达在命令行输入的参数表达式的结果式的结果选择选择 OK15第15页，本讲稿共23页磁体单元的单元坐标系磁体单元的单元坐标系(ESYS)属性相应于属性相应于11号局部坐标系号局部坐标系改变单元坐标系改变单元坐标系通过材料属性通过材料属性(2)选择磁体单元选择磁体单元Utilityse
9、lectentitieselementsby attributesmaterial 2Preprocmove/modifymodify attrib在选择框内选择在选择框内选择“Pick All”选择选择 OK16第16页，本讲稿共23页在模型侧边施加通量平行边界条件在模型侧边施加通量平行边界条件.Preprocloadsapplyboundary-flux parl-on lines进行求解进行求解 Soluelectromagneticopt&solv 17第17页，本讲稿共23页图形显示磁力线图形显示磁力线观察通量平行边界条件观察通量平行边界条件在磁体平面内磁力线呈圆在磁体平面内磁力线呈
10、圆形性质形性质由于磁体磁导率低而产生漏由于磁体磁导率低而产生漏磁磁18第18页，本讲稿共23页利用磁通密度的矢量图能观察场量的大小和方向利用磁通密度的矢量图能观察场量的大小和方向选择选择 OK19第19页，本讲稿共23页磁通密度磁通密度B的方向相应于的方向相应于MGYY和和11号坐标系正切向号坐标系正切向20第20页，本讲稿共23页磁体非线性感应曲线也能用于模拟磁体非线性感应曲线也能用于模拟.MGXX,MGYY 视为线性磁体输入视为线性磁体输入感应曲线用与非永磁体材料相同的方法感应曲线用与非永磁体材料相同的方法输入输入感应曲线的输入值被偏置一个感应曲线的输入值被偏置一个Hc 值值Br(T)B(T)Hc(Amp/m)H(Amp/m)21第21页，本讲稿共23页Hc=50,400(Amp/m)单位单位:H(Amp/m)&B(T)ALNICO 5 系列材料实例系列材料实例输入数据的输入数据的BH曲线曲线22第22页，本讲稿共23页最后数据点所对应的最后数据点所对应的H值应于比值应于比Hc大大最末斜率接近于自由空间的磁导率最末斜率接近于自由空间的磁导率第一个数据点并不是原点（即（第一个数据点并不是原点（即（0，0）点不需要输入）点不需要输入）观察结果观察结果23第23页，本讲稿共23页