Ansys maxwell仿真——悬浮球的磁场仿真

2024-06-13 15:35:48

Ansys maxwell仿真——悬浮球的磁场仿真

1.物理参数

悬浮线圈：高2.5，内半径2.5mm,外半径4.2。仿真中用铜材料“copper”
永磁体：铷铁硼，直径19.4mm，高2.9mm，仿真中用铷铁硼材料“NdFe36”
小球：直径4.5mm，仿真中用铁材料“iron”

2.思路

悬浮方面用正向思路，即多大的电磁力能使小球悬浮。
小球质量m=4/3 πr^3，代入已知条件得m=0.0003748所以悬浮系统提供的力应该在3.673mN附近。

3.仿真模型

在开始的仿真中，加入了已经设计出的电路里的电流，即悬浮线圈的电流<=1A，但是效果很不理想，磁场到中间几乎消失，所以不断加大激励电流，直到100安培附近，磁场及产生的磁力才达到所需要的数量级。

4. 仿真结果

（1）小球受力
Z轴方向上，受力竖直向上，如图

受力10.329420mN。
（2）磁场分布

5总结

小球受力与磁场分布都符合我们的预期。但是这里很明显小球的磁轴与Z轴有一个夹角，我记得这个是旋转中才会出现的现象，不明白为什么悬浮就有了。
这个仿真还有许多改进之处，这个悬浮线圈我是做成了一个扁的螺线管来近似，而不是直接做成多匝绕组，还有就是线圈实际用的是绞线，仿真中也有这个材料的，但是我还没摸索清楚。
网上有永磁体磁力仿真，有单层线圈仿真，完全没有这个线圈产生磁力和永磁体进行耦合的仿真，完全是我自己摸索出来的，甚至这个线圈近似代替的方法也是我自己想的。仿真跑一次就三四个小时，改一个数据就跑一次，辛亏最终还是出了点好看的结果，不然我就崩溃了。

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