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电磁铁中的磁感应强度分布

2021-10-14 10:10| 查看: 31| 评论: 0

摘要: 在物理课本中,我们已经认识到通电的线圈会产生磁场,很多的线圈就会产生强磁场,磁场的方向满足右手螺旋定则,进而会对线圈的两个端面的铁磁性材料产生吸力,那么对螺线管线圈的内部磁场是什么样子的分布呢,那么受 ...
在物理课本中,我们已经认识到通电的线圈会产生磁场,很多的线圈就会产生强磁场,磁场的方向满足右手螺旋定则,进而会对线圈的两个端面的铁磁性材料产生吸力,那么对螺线管线圈的内部磁场是什么样子的分布呢,那么受力物体又是在不同位置其受力大小如何呢,后面我们通过电磁铁的磁场仿真来查看其磁场分布和受力趋势。
       注:该实例仅用于展示其分布,具体模型和参数未知。(作者:Fwz0703@163.com)

1.仿真模型
       模型采用一个普通仅仅线圈的电磁铁,电磁铁的高度和宽度之比为2,内径外径之比为3,电流和线圈圈数自定。模型采用1/4模型计算。模型受力采用一个小物体作为检测点,在中间轴线上,提取其受力。

                                                                            图1. 计算模型

                                                                            图2.网格划分

2.网格划分
    控制中间物体的尺寸和分割尺寸,划分网格如图所示
3.加载
将物体的外表面设置磁力线平行,设置线圈材料为铜,设置相应的电流和线圈圈数。                 
                                                                                图3. 电流加载

                                                                                    图4.电流分布

4.结果提取
      提取其磁感应强度,如图5~图8所示,可以看到一下结果
  • 电磁铁内部空气域内,在中间位置其磁感应强度最大,向两侧逐渐降低。
  • 内部空气域在同一水平面上,中间轴线区域并不一定是最大数值,而是随着空间半径的最大其磁感应强度而增大,在达到线圈位置时候起数值达到最大,如图10所示。
  • 当线圈为不导磁的铜或铝时,其线圈磁力线螺旋中心在线圈当中靠近外侧位置,如图8和图9所示。
  • 当受力物体随着高度的增加其受力逐渐降低,达到中间位置时候受力平衡,其受力为0.之后受力逐渐增大,方向相反,图11所示。

                                                                        图5. 三维磁感应强度         
                                                                    图6.磁感应强度等势面

                                                                            图7. 截面维磁感应强度     

                                                                    图8.截面磁感应强度等势线


                                                                           图9.截面磁感应强度矢量图   

                                                                        图10.横截面磁感应强度矢量图



                                                                图11.物体在高度方向受力趋势

                                                图12. 磁感应强度在轴线上不同高度的值
                                                (中间值过大由于受力物体铁在中间位置)


5.总结
分析电磁铁磁场强度和物体受力可以较好的获取磁感应强度分布和受力分布,当需要电磁铁对物体的吸附作用时,需要考虑其位置,并不一定是其磁感应强度最大的地方,需要具体问题具体分析。在ANSYS WORKBENCH中提供了较好的模拟方法,但是需要考虑网格质量,进而获取更优的结果。


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