在工业自动化、精密传感与电磁驱动领域,螺线管作为核心的电磁转换元件,其磁场均匀性、强度及效率直接决定了整个系统的性能。某客户在设计一款高性能多层异相螺线管时,需要在其中加入陶瓷隔片以兼顾绝缘与结构支撑,但不确定该隔片会对磁场分布及最终驱动力产生何种影响,特委托我司进行精确的静磁场仿真分析。
应用领域
此项目的研究在多个领域都有重要应用:电气工程、电子设备、能源领域、医疗设备、航空航天等。
计算方法
(1)模型搭建
使用MAXWELL模块进行模型搭建,该装配体由三种种材料组成,分别为由纯铜(copper)组成的线圈,结构钢(steel_1008)组成的各个线圈金属芯、金属夹层板和中心金属芯,陶瓷(ceramic5)组成的陶瓷隔片。
(2)材料赋予
进入MAXWELL中,在MAXWELL 3D中定义零件材质特性。
(3)前处理
修改解决方案类型,选择Magnetostatic,设置线圈体网格(Assign Mesh Operation),设置陶瓷隔片体网格(Assign Mesh Operation),使用MAXWELL 3D对模型进行边界条件赋予:添加Current激励,正向线圈添加相同方向的激励。激励大小为10A。
(4)模拟计算
根据实验结果,可以得出陶瓷隔片对于磁场有阻碍作用,虽然陶瓷材料导磁率极低,但仍会被磁化,导致部分磁场(展现为磁力线)出现逃逸现象。
对于其他位置,一部分磁场通过金属夹层板和中心金属芯流出,另一部分磁场通过多层线圈的互感现象,磁场得到加强,加速离开多层异相螺线管。非导磁材料不影响磁场空间分布,只有导磁材料才会产生束磁作用,把磁感线束缚一部分在材料内部,造成空间磁场的重新分布,也就是有的地方磁感线密(磁场增大),有的地方磁感线疏(磁场减小)。
磁场的穿透力不能被阻隔实际上是指磁屏蔽现象,大多数金属都有磁屏蔽作用,在一些高精密磁电设备或仪器上为了减少外界磁场对设备的影响,多用铜、铝、钢薄片材进行磁屏蔽处理,既有防止外磁场对内部的影响,也有防止内部磁场泻漏而对外部产生影响两方面的用途。