环形磁铁空间磁场的解析计算与仿真

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1、第4l卷第5期2011年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVol41No5Seo2011环形磁铁空间磁场的解析计算与仿真王瑞凯，左洪福，吕萌(南京航空航天大学民航学院，江苏南京210016)摘要：从永磁体的磁荷模型出发．运用标量磁位法、广义二项式定理、矢量叠加原理等建立了环形磁铁在磁体外部空间磁场分布的解析表达式．并在MA’I'LAB仿真软件中进行了计算。利用三维数字式特斯拉计实际测量了两种规格的永磁体的磁场分布，利用AnsoftMaxwell电磁场分析软件建立了两种永磁体在磁体外部空间的磁场

2、分布，通过对比解析计算结果、实际剐量结果和An—softMaxwell仿真结果发现解析表达式很好地反映了永磁环空间磁场的分布规律．误差不超过7％，从而验证了解析表达式的正确性。关键词：永磁环；标量磁位法；磁感应强度；广义二项式定理中图分类号：0242文献标识码：A文章编号：1671—654X(2011)05—0019．05AnalyticalCalculationandSimulationforMagneticFieldDistributionofRingMagnetWANGRui-kai，ZUOHong—fu，LVMeng(Coll

3、egeofCivilAviatwn，NnajingUniveni妒oJ‘AeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Startingfromthemagneticchargemodelofpermanentmagnets，usingscalarmagneticpotentialmethod，generalizedbinomialtheoremandvectorsuperpositiontheorem，thisthesisbuildsananalyticalexpres

4、sionofmagnettingsaboutmagneticfielddistributionintheexternalspaceofpermanentmagnets．TheanalyticalexpressionwasimplementedintheMATLABsimulationsoftware．Meanwhile．actualmag—netiefielddistributionsoftwodifferentpermanentmagnetsweremeasuredusingthree—dimensionaldigitaltesla

5、meter．OthermagneticfielddistributionsofthesemagnetwasbuiltinAnsoflMaxwellsimulationsoft．ware．ThroughcheckingtheanalyticalcalculationresultagainstactualmagneticfielddistributionsandAnsoftMaxwellsimulationresult，itisfoundthattheanalyticalexpressiondescribesthemagneticfiel

6、de—volutionaccurately．andthecalculationerrorofthemagnetinductionislessthan7％．Theresultsshowthatthecalcolationformulaiscorrect．Keywords：magnetring；scalarmagneticpotentialmethod；magneticinduction；generalizedbinomialtheo-rem引言在航空机械设备的状态监测和维修保障中，磁场有着广泛的应用。以滑油中的磨粒监测为例。早期的监测设

7、备以离线为主，如磁堵⋯、OLF．4铁谱仪”1等，都是通过定期采集流经磁场时吸附下来的磁性颗粒来监测设备的运行状态。随着监测技术的发展，一批具有代表性在线全流量监测传感器应运而生，其中应用最广泛的当属加拿大GOSTOP公司生产的MetalSCAN油液磨损金属监测传感器，它直接安装在油路中，通过连接电缆与控制单元连接，左右两个线圈产生磁场，中间的线圈感知金属颗粒通过时造成的磁场扰动，能够全液流在线监测大颗粒，同时可统计出各个尺寸范围内的颗粒数量”1。随着稀土永磁材料性能和加工制造水平的提升，通过合理设计极靴等措施稀土永磁体可以产生各种强度

8、和分布的磁场，并且具有无能耗、体积小、成本低、控制方便、工作可靠等优点，尤其是矩形磁铁和环形磁铁(即永磁环)，因其便于在油路中安装，易于在整个油路中产生均匀分布的磁场。在滑油磨粒监测方面具有广泛的应用前景。而永磁体应用的