磁鐵的案例
Amesim電磁鐵仿真：電磁鐵結構參數設計優(yōu)化的新方法
計算機輔助求解技術（Computer Aided Engineering, CAE）能夠縮短設計周期，減小設計成本，在電磁鐵的參數優(yōu)化方面最常用的方法是有限元法和基于Matlab語言的Simulink建模方法。
文獻[8,9]根據經驗公式設計了電磁鐵的結構參數，在Ansys Maxwell有限元軟件中建立了二維仿真模型，研究不同參數對電磁鐵吸力特性的影響，從而對電磁鐵結構參數進行優(yōu)化。文獻[10,11]針對傳統(tǒng)比例電磁鐵僅具備單向驅動能力的不足，研究了具有雙向驅動能力的比例電磁鐵，并利用Maxwell仿真分析參數變化對電磁鐵性能的影響。
上述研究都只從理論上對電磁鐵的設計優(yōu)化進行了分析，缺少實驗驗證。文獻[12]利用Ansys有限元分析軟件和AMESim系統(tǒng)參數仿真軟件對螺管電磁鐵仿真分析得到電磁鐵的磁感應強度、磁力線分布和吸力特性曲線，將仿真結果與實測值進行了對比分析，但仿真部分只有靜態(tài)特性的研究，缺少對動態(tài)特性的分析，不能反映動作過程中機械參量和電磁參量的真實變化情況。
文獻[13]利用Maxwell軟件對電磁鐵進行了動態(tài)仿真分析，并進行了實驗驗證，但對于不能直接通過仿真得到動態(tài)特性參數的情況沒有給出解決方案。文獻[14]在Simulink中搭建了瞬態(tài)仿真模型，并比較了不同電磁鐵結構的瞬態(tài)特性，但是沒有考慮磁飽和，不適用于磁性材料出現(xiàn)飽和的情況。
為解決以上問題，本文以一種雙行程螺管式電磁鐵為研究對象，提出了Ansys Maxwell和ADAMS聯(lián)合仿真的建模方法。
展開 非線性磁鐵仿真參數定義
非線性磁鐵仿真參數定義
在磁場仿真中，對于線性磁鐵的定義比較簡單。輸入剩余磁通密度Br，矯頑力Hc，相對磁導率μr這三個參數的其中2個即可。在揚聲器使用來說，釹鐵硼磁鐵可以認為是線性磁鐵，即退磁曲線線性，相對磁導率μr恒定。 可以自行對照自己使用的磁路仿真軟件來設置。
對于非線性磁鐵，其退磁曲線非線性，相對磁導率μr不恒定，需要通過退磁曲線來定義。當然線性磁鐵也可以通過退磁曲線來定義。對揚聲器來說，非線性磁鐵主要是鐵氧體。
Ansys workbench中定義線性磁鐵，通過矯頑力Hc和剩余磁通密度Br
Ansys workbench中定義非線性磁鐵，通過退磁曲線
Femm中也是可以通過退磁曲線來定義的
更不用說專業(yè)的磁場仿真軟件Ansoft Maxwell之類的軟件了，各種類型的參數模型輸入均可。
在個人使用過的磁場仿真軟件中，唯有Comsol比較奇葩。只能通過相對磁導率μr，和剩余磁通密度Br來定義磁鐵參數。 一般會指定一個相對磁導率μr來進行計算。
不用退磁曲線來定義非線性磁鐵計算應該會有所偏差。 同樣的剩余磁通密度，矯頑力越大，對整個揚聲器的Bl值是略有提升的。
當然也有可能是我不熟悉Comsol中的真正用法，歡迎指正。
展開 隱藏在 iPhone 和 iPad 設備中的小磁鐵，遠比你想象中的重要
更重要的是，對大部分正在使用蘋果設備的用戶來說，他們將產品與配件相互連接時，可能都不會留意到磁鐵的存在。
這種隱性的維系，顯然才是磁鐵對于蘋果設備的最大價值，也是這種原材料的珍貴之處。
案例-Ansoft Maxwell燃油電磁閥電磁鐵的環(huán)境溫度影響特性
上述方程雖能表達電磁力隨環(huán)境溫度變化的機理，但無法描述電磁鐵結構對工作氣隙及附近磁場的影響， 難以獲得準確的電磁力，開展特定電磁鐵結構下的電磁場建模與仿真，獲得溫度對磁場分布的影響，繼而分析其對電磁力的影響機理，為電磁閥及其驅動電源設計提供必要的理論參考。
2 電磁場有限元仿真
2.1 電磁鐵建模
電磁力由電磁鐵組件 產生，不考慮電磁閥殼體結構對磁場的影響，在An? soft Maxwell中建立簡化的電磁鐵3維有限元模型（如圖 2 所示）進行瞬態(tài)磁場仿真。靜鐵芯與外殼為 靜止部件且材料相同，可視為是一體的，建立環(huán)形電 磁線圈幾何模型，在環(huán)的任意縱截面上添加激勵源。因銜鐵為運動部件，需在其外部建立Band域，其作用 是將靜止部件與運動部件分開，提高動態(tài)計算所需的 網格質量。設置銜鐵為直線運動，最大運動距離為電 磁閥的工作行程，z軸負方向為運動的正方向。考慮 到電磁鐵周圍漏磁的影響，需設置1個較大尺寸的空氣域模擬電磁鐵正常工作時的外部環(huán)境，最后建立1個求解域包圍所有部件。鐵芯、銜鐵和外殼通常采用電工純鐵 DT4 制造，因其磁導率高且易于磁化，剩磁也易消失。線圈采用 銅材料，其它非軟磁材料因導磁性能與空氣相近，可視為空氣。電磁閥的主要參數見表 1，對各部件進行網格劃 分，求解時間為210ms。
圖2 電磁鐵3維有限元模型
2.2 動態(tài)響應特性
電磁閥在一定頻率 PWM 信號（占空比為 0.5）下 1.5 個工作周期內的電磁鐵輸出動態(tài)響應如圖 3 所 示，圖中V為銜鐵的運動速度。
圖3 電磁鐵輸出動態(tài)響應
從圖中可見，由于電磁鐵線圈存在感應電流，使得電磁閥的開啟和關閉均滯后于 PWM 的控制信號。
展開 
蘇黎世科學家使用嵌入式磁鐵3D打印人造心臟泵
2018年10月30日，從外媒獲悉，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院機械與加工工程系的博士生Kai von Petersdorff-Campen開發(fā)了一種3D打印技術，用于制造含磁鐵的產品。 他通過3D打印人工心臟泵原型展示了他的方法，稱為“嵌入式磁體打印”，并獲得了美國人工內臟器官協(xié)會（ASAIO）的原型設計一等獎。
△原型的橫截面，深灰色的磁性元件清晰可見
Petersdorff-Campen說：“我的目標不是制造出良好的心臟泵，而是要展示如何在一步中將其制造出來。”
人工心臟泵不僅是幾何形狀復雜的產品，更重要的是，它們含有磁鐵 - 而且在使用磁鐵進行3D打印的領域，研究仍處于起步階段。因此，Petersdorff-Campen的心臟泵是首批使用3D打印制造磁性元件的原型之一。
這位26歲的博士生今年春天開發(fā)了原型。 Petersdorff-Campen稱他新開發(fā)的方法是“嵌入式磁鐵打印”。關鍵是要確保磁鐵直接在塑料中3D打印。磁粉和塑料在打印前混合并加工成稱為線材。使用FDM技術，這些線材通過噴嘴打印出來，自動打印出計算機生成的形狀。然后將打印的成品在外部磁場中磁化。塑料心臟泵原型總共花了15個小時進行打印。
最大的困難之一是線材的研發(fā)：添加到顆粒混合物中的磁性粉末越多，磁體越強，但這會導致最終產品更脆。 “我們對各種塑料和混合物進行了測試，直到線材具有足夠的柔韌性以進打印，同時仍具有足夠的磁力，”Petersdorff-Campen說。
Petersdorff-Campen在一本學術期刊上發(fā)表了他的著作。反應各不相同，他解釋說：“有些人已經在詢問他們可以在哪里訂購材料。”有人批評3D打印不適合生產醫(yī)療設備，因為他們必須經歷各種審批程序。 “不過，這不是我的重點，”Petersdorff-Campen強調說。
展開 電磁鐵中的磁感應強度分布 ￥11
磁感應強度在軸線上不同高度的值
（中間值過大由于受力物體鐵在中間位置）
5.總結
分析電磁鐵磁場強度和物體受力可以較好的獲取磁感應強度分布和受力分布，當需要電磁鐵對物體的吸附作用時，需要考慮其位置，并不一定是其磁感應強度最大的地方，需要具體問題具體分析。在ANSYS WORKBENCH中提供了較好的模擬方法，但是需要考慮網格質量，進而獲取更優(yōu)的結果。(作者：Fwz0703@163.com)
3D打印人工心臟泵展示嵌入式磁鐵打印的應用
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院機械與加工工程系的博士生Kai von Petersdorff-Campen開發(fā)了一種增材制造技術，用于制造含磁鐵的物體。Petersdorff-Campen通過3D打印人工心臟泵原型展示了他的方法，稱為“嵌入式磁體打印”。這位博士生補充說：“我的目標不是制造一個好的心臟泵，而是要證明它如何一步到位地生產出來。”
嵌入式磁鐵印刷
根據Petersdorff-Campen的說法，用磁鐵進行3D打印的研究仍處于起步階段。作為蘇黎世心臟項目的一部分，研究人員決定通過創(chuàng)造一種幾何復雜且具有磁性的人工心臟泵來測試他的方法。因此，創(chuàng)建嵌入式磁體印刷以確認將磁體直接印刷到塑料中的能力。在該過程中，將磁粉和塑料混合并形成長絲。使用FDM技術，這些細絲被打印，因為噴嘴自動輸出計算機生成的形式及其各種組件。然后將印刷部件在外部磁場中磁化。塑料心臟泵原型總共花了15個小時進行打印。心臟泵原型的橫截面。深灰色的磁性元件清晰可見。
開發(fā)磁性3D打印材料
Petersdorff-Campen實驗過程中的主要挑戰(zhàn)之一是細絲的開發(fā)。添加到顆粒混合物中的磁性粉末越多，磁體越強，但這會導致最終產品更脆。“我們測試了各種塑料和混合物，直到長絲具有足夠的柔韌性以進行印刷，但仍具有足夠的磁力，”Petersdorff-Campen補充道。 Petersdorff-Campen的嵌入式磁鐵印刷工藝還獲得了美國人工內臟器官協(xié)會（ASAIO）的原型設計一等獎。盡管有實用價值，但由于各種批準程序，嵌入式磁鐵印刷已經面臨一些批評，因為其他人認為它不適合生產醫(yī)療器械。
“在材料和加工方面還有很多需要改進的地方; Petersdorff-Campen表示，我不希望植入這樣的設備。
展開 單磁鐵電磁懸浮系統(tǒng)研究
摘要: 從增強懸浮穩(wěn)定性的目的出發(fā), 在對磁懸浮控制系統(tǒng)進行數學建模的基礎上, 提出了采用氣隙變化、磁鐵垂
向位移變化速度和磁鐵垂向位移變化加速度作為反饋控制量的具體控制方法, 并在多體動力學軟件SIMPACK中建立真
實模型時考慮現(xiàn)實控制系統(tǒng)中軌道的激擾和控制器本身的干擾, 最后通過對仿真結果的分析, 得到控制的各項性能表
現(xiàn), 證明了這種控制方法的可行性。
單磁鐵電磁懸浮系統(tǒng)研究.pdf
單磁鐵系統(tǒng)的穩(wěn)定性與仿真分析
摘要$ 采用帶狀態(tài)觀測器的氣隙%速度&加速度反饋控制系統(tǒng)" 在多體系統(tǒng)仿真軟件SIM PA CK 平臺
上"考慮懸浮系統(tǒng)&電磁系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的耦合作用"建立單磁鐵’軌道梁(控制器的綜合模型"模擬磁浮列
車在彈性軌道梁上靜止懸浮的過程"分析軌道梁的特征對車軌耦合振動的影響"研究共振的產生及解決方法"
為磁懸浮列車的整車靜止懸浮穩(wěn)定性分析提供依據#
單磁鐵系統(tǒng)的穩(wěn)定性與仿真分析.pdf
永久磁鐵及鋼材在Maxwell中的特性仿真
永久磁鐵及鋼材在Maxwell中的特性仿真 Permanent Magnets & Steels properties Simulation in Maxwell - 課程類型：視頻課程 - 發(fā)布年份：2026 - 視頻格式：MP4 | 視頻：h264, 1920x108
電機中的稀土釹磁體，制造工藝究竟有哪些？
燒結
壓制后，磁鐵還不是很堅固，燒結有助于通過加熱將磁性顆粒鎖定到位，小心地將合金混合物加熱到足夠高以粘附但足夠低以避免液化的溫度。燒結將已經壓制的顆粒融合在一起形成一個固體塊，一個完整的磁體通過一個稱為淬火的過程快速冷卻，最大限度地提高了磁性能，并最大限度地減少了在低于燒結溫度下可能產生的磁性能較差的合金變體。
機械加工
燒結通常會使磁鐵收縮，通常需要為其各自的應用提供特定的尺寸和形狀，因此使用稱為機加工的過程來定義形狀及公差。冷卻后，使用線切割放電或金剛石切割工具將磁鐵加工成所需形狀，并在電鍍前進行清潔和干燥，以防腐蝕。
鍍層
釹會腐蝕，因此為防止腐蝕，磁體上有鍍層，大多數釹磁鐵都是先鍍上一層鎳，然后再鍍上一層銅，最后再鍍上一層鎳，也可以根據具體要求，使用其他專業(yè)鍍層及涂層。
磁化
現(xiàn)在磁鐵幾乎準備好了，但它們還沒有完全磁性，換句話說，它們已被分配了磁極方向，但尚未激活磁力，它們不會發(fā)揮其全部磁性能力吸引或排斥。為了激活它們的磁性，經常使用工業(yè)磁化器。將磁塊放入其中并暴露在強磁場中，然后將磁鐵放置在電磁線圈內，并暴露在比磁鐵所需強度至少強3倍的磁場中，并磁化至飽和，以實現(xiàn)最大磁輸出，這是通過將磁鐵及其磁化方向與磁場對齊來實現(xiàn)的。
磁極方向
磁極方向識別磁鐵磁極的最簡單方法是使用數字磁極標識符，或使用已識別磁極的磁鐵。識別磁鐵的磁極方向一個指南針就足夠了，當使用指南針來識別磁鐵的磁極時，重要的是要記住磁極被吸引到其相反的磁極上，指南針的指針本身是一個小磁棒，因此有一個北極和一個南極。
磁極的排列可以通過使用磁性觀察膜來觀察，它會對其下方磁鐵的磁力線產生反應，觀查膜的深色區(qū)域表示磁極面，淺色區(qū)域表示磁極之間的間隙。通過測量磁力線之間的間隙，可以確定磁極間距（頻率），磁性觀查膜不會指出北極是北極還是南極。
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電磁鐵運動和溫升耦合仿真---Maxwell的靜態(tài)、瞬態(tài)和Icepak耦合仿真 ￥29
然后計算穩(wěn)態(tài)閉合狀態(tài)下的電磁鐵功耗，后面使用Maxwell中的Icepak功能完成動作器的溫升，獲取相應的溫度分布和流場分布。
模型如圖所示
1.瞬態(tài)運動分析
動作器在線圈通電狀態(tài)下，其周圍產生磁場，將上方的銜鐵吸合，其設在采用瞬態(tài)方法，計算在短時間時間內的運動狀態(tài)，本例計算了1ms的時間，電流采用1000*4A，銜鐵考慮了其重量和轉動慣量的影響，轉動慣量可以將模型導入到ansys結構分析中，查看在對應坐標系下的轉動慣量，分析結果如圖所示
分析結果顯示銜鐵在0.95ms左右閉合，速度逐漸增大，另外銜鐵受到的扭矩可以看到隨著閉合其受力顯著增大
2.靜態(tài)磁場分析
取值閉合狀態(tài)進行靜態(tài)磁場分析，獲取其磁場分布和功率損耗
3.溫升分析
在Maxwell中插入Icepak模塊，將磁場分析模塊的模型復制進來，設置網格劃分的水平，設置空氣域的邊界條件，然后設置相應的發(fā)熱功率EMloss，讀取本次磁場分析的模型，軟件自動讀取功耗，設置setup，設置相應的流體分析收斂數值
另外本實例需要注意的是重力方向的設置，默認的的重力是不考慮的，
其網格如下所示，可以看到Maxwell繼承了Icepak的網格劃分方法，完全為結構化網格，相當的規(guī)則，需要注意的是模型當中不能出現(xiàn)曲線，都需要設置成多邊形模式
溫度分布如圖所示，可以看到鐵芯和線圈的溫度類似，銜鐵的溫度偏低，主要是由于其銜鐵和鐵芯沒有直接接觸，故沒有熱傳導的效果，而另外模型是接觸狀態(tài)，其溫度類似
相應的流體分布 和流動矢量如圖所示
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展開 電動汽車電機"冷卻"技術
APM200電機的重量約為49kg （108 lb），最高轉速為10,000rpm，最大功率和最大扭矩分別為220kW（295 hp） and 450 N·m （332 lb·ft），采用了成本更低的釹鐵硼磁鐵（NdFeB），降低了電機整體造價，并搭載了5.5:1整體行星齒輪箱，齒輪箱的輸出軸和輪轂直接相連。此外，Equipmake還為APM200研發(fā)了專用逆變器，采用了結合碳化硅二極管和IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的動力電子技術，使得電機能在高變頻下保持大功率運轉。
輪輻電機系統(tǒng)剖析圖(Equipmake)
一冷再冷
冷卻是決定電機性能的關鍵。電機磁鐵的溫度越低，電機輸出峰值功率的時間就越長。但是，光做到冷卻還不夠，必須要保證冷卻的成本適中、質量可靠、量產效率高。
Foley表示，“輪輻電機的結構能夠滿足以上這些要求。傳統(tǒng)的永磁電機的磁鐵呈V型，被壓在轉子四周的壓片上，壓入深度很淺，而輪輻電機的磁鐵則像輻條一樣垂直于鋁制轉子的表面，使得磁鐵得以非常接近冷卻液（60℃水/乙二醇）。換言之，傳統(tǒng)電機的磁鐵是分布在壓片上，所以無法接近冷卻液；而輪輻電機磁鐵的一端是在鋁制中心轂上，所以我們可以讓冷卻液足夠靠近磁鐵，達到散熱的目的。盡管和傳統(tǒng)電機相比，輪輻電機的生產難度更高，但是我們設計的電機已經可以量產，對此我們很有信心。”
Foley表示，實現(xiàn)電機量產的關鍵在于落實設計細節(jié)，比如找到將壓片安裝在中心轂上的方法，“中心轂基本上是鍛造件。我們的冷卻非常高效，所以能獲得所需的高強度。鋁制中心轂的溫度控制在100℃以下，因此我們可以使用成本低但性能、可靠性、壽命都毫不遜色的磁鐵。熱能工程是讓一款電動汽車電機脫穎而出的一大關鍵。”
據Foley介紹，雖然輪輻結構在汽車行業(yè)的知名度還不高，但事實上其拓撲結構早已廣為人知。
展開 磁性材料的居里溫度與工作溫度
對同一磁鐵而言，工作磁路越閉合，磁體的最高使用溫度就越高，磁鐵的性能就越穩(wěn)定。所以磁鐵的最高使用溫度并不是一個確定的值，而是隨著磁路的閉合程度而變化。
以上是對居里溫度概念的介紹，生活中利用居里溫度原理的地方也不少，其中家用電飯煲就是利用居里溫度實現(xiàn)自動跳檔的。
在電飯鍋底盤的中間，有個圓圓的凸起物，也就是上面右邊圖中的感溫軟磁鐵，在它的下面有一塊永久磁鐵，當我們按下開關時，永久磁鐵會由于杠桿作用上升，與軟磁鐵貼合在一起，同時將彈簧壓縮，這時電路的上下觸電會接通，電熱元件開始通電加熱，鍋內的食物開始升溫，當內膽底部的溫度加熱到103-105℃時，也就是軟磁鐵的居里溫度，它就會失去磁性，在壓縮彈簧的作用下，永久磁鐵會自動脫落，連帶著電路一同斷開，于是，我們就能聽到“跳檔”的聲音了。
展開 適用于電表的防干擾隔離反激式電源
為了防止任何磁鐵過于靠近變壓器，高大的元件（例如大電容、Y電容和輸出電容）位于變壓器周圍以形成屏障（圖3）。使用扁平骨架也能增強“元件屏障”的 效果。
圖3：所示為DER-711的電路板實例 - 在變壓器周圍放置“高大”元件， 可最大程度防止任何外部磁鐵接近變壓器
測試方法
測試時使用的磁鐵可以從側面或頂部移向變壓器。在此處描述的測試中，將一塊強度為3451高斯的6.35mm方 形N35級釹鐵硼(NdFeB)磁鐵放置在變壓器鐵芯旁邊，以制造初級電感至少減少50%的“最差情況”（圖4）。在此測試條件下，電源能夠在100%負載和75VAC輸入電壓下啟動（也是最差情況）。
圖4. 使用3451高斯磁鐵對DER-711 PCB進行測試， 磁鐵直接放置在磁芯旁邊（紅色方框中的銀色元件）
測試結果和性能比較
設計抗磁干擾電源時，需要考慮更高的電磁干擾(EMI)、更長的啟動時間、更低的功率變換效率以及可能產 生音頻噪聲。將磁鐵放置到磁芯上會降低符合標準所需的EMI裕量，而抗磁干擾電源設計需要更大的EMI裕 量。DER-711設計具有>6dB的傳導EMI裕量。
如上所述，當在磁芯附近放置外部磁場時，電感會降低，從而導致開關頻率增加。
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