退磁的案例
磁鋼退磁溫度計算
這篇文章是基于2017年聲學樓十二周年年會中，Tymphany的陳植文發表的演講“一種揚聲器磁鋼退磁溫度的仿真方法”。提出了一種結合仿真預測釹鐵硼磁鋼退磁溫度的方法。本文復現了他的工作，并做了一些引申。
01
—
傳統計算方法
首先，很直接的，可以從釹鐵硼磁鋼供應商處拿到推薦的工作溫度范圍。比如不同等級磁鋼N<=80℃,M<=100℃,H<=120℃,SH<=150℃。但是這只是從矯頑力的角度來看。未考慮實際磁路工作狀態的負載。
實際經驗表明，不同磁路中同樣等級磁鋼，其耐溫也是不同的。
所以，需要根據磁路具體工作狀態來計算。
計算磁導系數Pc。通過對漏磁系數和磁阻系數的估算，對Pc進行估算。
在實測不同溫度下的退磁曲線中，作圖得到不同溫度下的工作點。從而得到其大致的退磁溫度范圍。
從上述流程來說，存在過多估算。且最終只能得到比某個已經測量過退磁曲線的溫度高或低的判斷。實用程度不太高。
02
—
新計算方法
首先需要對磁導系數Pc進行準確地仿真。
對磁鋼進行磁導系數Pc的計算公式
其中
然后根據剩磁溫度系數，內稟矯頑力溫度系數等參數和公式進行計算。
可以得到磁鋼的退磁溫度Tm
其中Tc為常溫，通常定義為20℃。ur是磁鋼磁導率，Hcj是內稟矯頑力，Br是剩磁。
計算表達式和演講中的表達式差異較大。原因是演講中Xc是估算的。
而不同磁鋼的Xc是不一樣的，且同一磁鋼，不同溫度下的Xc也是不一樣的。
展開 非線性磁鐵仿真參數定義
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 輪轂電機在新能源汽車驅動系統中應用剖析
電機過熱退磁如何解？
輪轂電機材料退磁是業界比較關注的問題。
如何在 COMSOL 軟件中對鐵磁材料進行建模？
開始時合金棒沒有磁性，線圈通電后被磁化，被從磁路中抽出后（箭頭方向）就會退磁。
我們可以對四種不同工作條件下的磁路進行仿真：
由于線圈通電，鋁鎳鈷合金元件從無磁狀態向磁化狀態轉變。
由于步驟 1 對線圈通電，鋁鎳鈷合金元件被磁化，甚至在線圈斷電后，仍然保持最大的磁化強度。
在步驟 2 最后，磁化的鋁鎳鈷合金元件被從鐵芯中拔出，因此部分退磁。
磁化的鋁鎳鈷合金元件被放回磁路中，基本上保持了被從磁路抽出時的低磁性剩余通量。
我們或許會想調整整個周期的本構關系。這一操作確實可行，但通常需要鐵芯廠商專門進行特殊的獨立測量。例如，我們應該不難知道完全磁化材料的 H 值，以及對應的剩余通量和退磁曲線。
在此例中，假設我們已知外加的 30[kA/m] 磁場達到了磁飽和，B-H 平面第二象限的（單軸）退磁曲線記錄在下方表格中。曲線從 H = 0 處的剩余通量 Br 開始，在（負值）矯頑磁場的 Hc 處 B = 0。需要注意的是。表中記錄的數據精確地表征了 COMSOL Multiphysics “AC/DC 模塊”的“材料庫”中的可退磁非線性磁體 材料。
“AC/DC模塊”的“材料庫”中可用的 可退磁非線性永磁體材料的第二象限 B-H 曲線數據。
四個過程中鋁鎳鈷合金元件中心的磁通密度水平分量的軌跡如下圖所示。
展開 
ANSYS Maxwell二次開發腳本下載
后處理比較繁瑣，如永磁電機磁鋼退磁率、退磁面積、發電機THD、輸出報告的處理等。
缺乏一些常用的模型庫，如永磁電機轉子結構等。
針對上述問題，ANSYS中國技術團隊在新版本功能改進的基礎上，針對客戶常用的一些功能，開發了一些便捷易用的通用腳本程序，增強軟件的易用性，減少建模和后處理的手工操作，減輕用戶工程師的負擔，為您的電機設計工具裝上加速器，大大提高電機設計和仿真的效率。近期完成的腳本程序包括：
旋轉電機的繞組設置（現已開放免費下載）
該腳本能夠自動完成電機的繞組設置，不管是二維、三維、單相還是多相，甚至是旋變類繞組。經測試，原來需要2天才能完成，且及其容易出錯的旋變繞組設置，利用此工具只需要半小時。
下載腳本程序安裝包
下載繞組自動設置腳本說明
演示視頻1：基于Maxwell的單相、旋變等變匝數類型電機繞組自動設置
觀看視頻
演示視頻2：基于Maxwell的三相、多相電機的繞組自動設置
觀看視頻
演示視頻3：基于Maxwell的電機三維模型的繞組自動設置
觀看視頻
永磁電機的退磁面積和退磁率計算（待更新）
腳本能夠直接計算并輸出永磁電機的退磁面積和退磁率。
常用場量定義（待更新）
該腳本能夠自動定義一些Maxwell原先沒有的物理場量，例如徑向磁密、磁拉力、磁鋼沿磁化方向的磁密等。
更多二次腳本待更新
注：請關注并收藏本頁面，二次腳本程序僅適用于最新版本的ANSYS軟件，如腳本失效，請至本頁面下載更新。
展開 某轉向節鍛件的探傷工藝制訂過程
退磁
磁性會導致機加工過程中出現鐵屑粘刀等問題，因此，熒光磁粉探傷后適當的退磁是有必要的。退磁方式與磁化方式、材料幾何形狀、材料種類以及允許的殘留磁場強度有關。對于鍛件產品，退磁后的磁場強度H ≤2×10
-4T。
如果工件檢測后要進行熱處理等加熱到居里溫度以上的操作，就不需要額外的退磁操作。在制定的轉向節探傷工藝中，規定探傷完成后，操作者使用磁強計，對退磁后的轉向節進行100%測量，剩磁量H ≤2×10
-4T 為合格。
結束語
鍛造、熱處理工藝特點決定鍛件產品的表面裂紋是無法避免的。對于一些重要產品，防止缺陷產品流入后道工序甚至客戶處，熒光磁粉探傷方式的有效性和可靠性至關重要。了解熒光磁粉探傷的影響因素后，就可以有目的的對磁粉探傷中的影響因素進行控制，選擇最佳的指標進行控制。
作者簡歷
李良晨，鍛造工藝工程師，主要從事鍛造及相關工藝研究工作，參與了某非調質鋼連桿材料、鍛造國產化、前軸鍛造工藝提升等工作。
——來源：《鍛造與沖壓》2020年第15期
展開 悉尼大學鄭榮坤Physical Review Materials：稀土永磁材料-燒結釹鐵硼最新研究進
(a) 基于釹鐵硼三明治模型（主相晶粒1—10 nm寬的晶界—主相晶粒2）的微磁學模擬的退磁曲線，綠色、藍色、粉色和黃色曲線分別代表晶界鐵磁性元素成分為0、40 at.%、38.7 at.%（不均勻）和67 at%；
(b) 在退磁情況下，晶界鐵磁性元素成分為0的三明治模型的磁矩翻轉情況（愿意從邊界開始形成反向磁疇）；
(c) 在退磁情況下，晶界鐵磁性元素成分為67 at%的三明治模型的磁矩翻轉情況（愿意從晶界和主相晶粒的交界面開始形成反向磁疇）。
(d) 在退磁情況下，晶界鐵磁性元素成分為38.7 at.%（不均勻）的三明治模型的磁矩翻轉情況（愿意從鐵磁性元素含量較高的晶界區域和主相晶粒的交界面開始形成反向磁疇）。
圖6：對均勻晶界和不均勻晶界模擬的磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場。發現在退磁過程中，反向磁疇更容易從低磁晶各向異性場、高交換場和高退磁場的區域產生。
(a) 晶界為40 at.% Fe（均勻）的三明治模型模擬的磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場；
磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場的范圍分別是1.17 × 106, 2.29 × 104, 5.51 × 106和 3.35 × 105 A/m
(b) 晶界為38.7 at.%（不均勻）的三明治模型模擬的磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場。
磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場的范圍分別是1.31 × 106, 2.15 × 104, 5.51 × 106和 1.59 × 106 A/m
【小結】
本文使用三維原子探針技術定量化研究了元素沿晶界和穿過晶界的成分變化?；趯嶒灁祿M合了不同成分的晶界的飽和磁化強度、磁晶各向異性常數和交換常數，并定量化分析了晶界納米尺度下的成分變化對矯頑力的影響。
展開 混合式永磁同步電機轉子磁路結構研究
校核混合式永磁電機的退磁情況，需要考慮不同磁材的磁特性，要分別校核釹鐵硼材料的高溫退磁情況和鐵氧體材料的低溫退磁情況。本文校核了釹鐵硼永磁體160 ℃的高溫退磁情況，鐵氧體磁材-20 ℃的低溫退磁情況。經計算，不同磁材的退磁特性如圖11、圖12所示。
圖11 釹鐵硼永磁體高溫退磁計算
圖12 鐵氧體永磁體低溫退磁計算 由以上計算可見，此時電機高溫及低溫均沒有明顯的退磁現象，可以滿足電機的基本使用。
由表4可見，相同輸出轉矩下，保持混合式永磁電機與原型機的體積、定子外徑、鐵心長度等參數均一致的條件下，使用混合式永磁電機后，永磁體的價格將下降336.3元，下降比例達到56.5%。
表4 混合式永磁電機成本比較
4 結 語
本文首先研究了磁阻轉矩對永磁電機輸出轉矩影響，從原理上分析了調整電機轉子磁路結構對改變磁阻轉矩占比，提升電機功率密度的可行性。針對“C”形及“U”形磁障結構的永磁同步電機磁障形狀進行研究分析，發現二、三層磁障結構車用驅動電機，“C”形磁障結構更適合高功率密度設計。通過對磁障深度、磁障寬度與磁障間隔寬度的研究，發現磁障深度對輸出轉矩影響相對較大，磁障寬度及間隔寬度存在一個最優區間，使電機的輸出轉矩達到最大值。最后針對使用鐵氧體與釹鐵硼兩種永磁材料的混合式永磁電機，研究了“C”+“一”形三層磁障轉子結構、“C”+“V”形三層磁障轉子結構及“C”+“V”形兩層磁障轉子結構特性，得出首層少量使用釹鐵硼，二層使用鐵氧體的“C”+“V”形兩層磁障轉子結構基本滿足當前車用驅動電機的性能及功率密度要求，兩種磁材的結合使電機退磁特性有所提升，也可以彌補單一鐵氧體磁材功率密度不足、單一釹鐵硼永磁體高溫性能下降明顯等問題。混合式永磁電機的使用也將顯著降低電機的制造成本。
展開 混合式永磁同步電機轉子磁路結構研究
校核混合式永磁電機的退磁情況，需要考慮不同磁材的磁特性，要分別校核釹鐵硼材料的高溫退磁情況和鐵氧體材料的低溫退磁情況。本文校核了釹鐵硼永磁體160 ℃的高溫退磁情況，鐵氧體磁材-20 ℃的低溫退磁情況。經計算，不同磁材的退磁特性如圖11、圖12所示。
圖11 釹鐵硼永磁體高溫退磁計算
圖12 鐵氧體永磁體低溫退磁計算 由以上計算可見，此時電機高溫及低溫均沒有明顯的退磁現象，可以滿足電機的基本使用。
由表4可見，相同輸出轉矩下，保持混合式永磁電機與原型機的體積、定子外徑、鐵心長度等參數均一致的條件下，使用混合式永磁電機后，永磁體的價格將下降336.3元，下降比例達到56.5%。
表4 混合式永磁電機成本比較
4 結 語
本文首先研究了磁阻轉矩對永磁電機輸出轉矩影響，從原理上分析了調整電機轉子磁路結構對改變磁阻轉矩占比，提升電機功率密度的可行性。針對“C”形及“U”形磁障結構的永磁同步電機磁障形狀進行研究分析，發現二、三層磁障結構車用驅動電機，“C”形磁障結構更適合高功率密度設計。通過對磁障深度、磁障寬度與磁障間隔寬度的研究，發現磁障深度對輸出轉矩影響相對較大，磁障寬度及間隔寬度存在一個最優區間，使電機的輸出轉矩達到最大值。
展開 悉尼大學鄭榮坤：稀土永磁材料-燒結釹鐵硼最新研究進展
(a) 基于釹鐵硼三明治模型（主相晶粒1—10 nm寬的晶界—主相晶粒2）的微磁學模擬的退磁曲線，綠色、藍色、粉色和黃色曲線分別代表晶界鐵磁性元素成分為0、40 at.%、38.7 at.%（不均勻）和67 at%；
(b) 在退磁情況下，晶界鐵磁性元素成分為0的三明治模型的磁矩翻轉情況（愿意從邊界開始形成反向磁疇）；
(c) 在退磁情況下，晶界鐵磁性元素成分為67 at%的三明治模型的磁矩翻轉情況（愿意從晶界和主相晶粒的交界面開始形成反向磁疇）。
(d) 在退磁情況下，晶界鐵磁性元素成分為38.7 at.%（不均勻）的三明治模型的磁矩翻轉情況（愿意從鐵磁性元素含量較高的晶界區域和主相晶粒的交界面開始形成反向磁疇）。
圖6：對均勻晶界和不均勻晶界模擬的磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場。發現在退磁過程中，反向磁疇更容易從低磁晶各向異性場、高交換場和高退磁場的區域產生。
(a) 晶界為40 at.% Fe（均勻）的三明治模型模擬的磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場；
磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場的范圍分別是1.17 × 106, 2.29 × 104, 5.51 × 106和 3.35 × 105 A/m
(b) 晶界為38.7 at.%（不均勻）的三明治模型模擬的磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場。
磁化強度、交換場、磁晶各向異性場、退磁場的范圍分別是1.31 × 106, 2.15 × 104, 5.51 × 106和 1.59 × 106 A/m
【小結】
本文使用三維原子探針技術定量化研究了元素沿晶界和穿過晶界的成分變化。基于實驗數據擬合了不同成分的晶界的飽和磁化強度、磁晶各向異性常數和交換常數，并定量化分析了晶界納米尺度下的成分變化對矯頑力的影響。
展開 混合式永磁同步電機轉子磁路結構研究
校核混合式永磁電機的退磁情況，需要考慮不同磁材的磁特性，要分別校核釹鐵硼材料的高溫退磁情況和鐵氧體材料的低溫退磁情況。本文校核了釹鐵硼永磁體160 ℃的高溫退磁情況，鐵氧體磁材-20 ℃的低溫退磁情況。經計算，不同磁材的退磁特性如圖11、圖12所示。
圖11 釹鐵硼永磁體高溫退磁計算
圖12 鐵氧體永磁體低溫退磁計算 由以上計算可見，此時電機高溫及低溫均沒有明顯的退磁現象，可以滿足電機的基本使用。
由表4可見，相同輸出轉矩下，保持混合式永磁電機與原型機的體積、定子外徑、鐵心長度等參數均一致的條件下，使用混合式永磁電機后，永磁體的價格將下降336.3元，下降比例達到56.5%。
表4 混合式永磁電機成本比較
4 結 語
本文首先研究了磁阻轉矩對永磁電機輸出轉矩影響，從原理上分析了調整電機轉子磁路結構對改變磁阻轉矩占比，提升電機功率密度的可行性。針對“C”形及“U”形磁障結構的永磁同步電機磁障形狀進行研究分析，發現二、三層磁障結構車用驅動電機，“C”形磁障結構更適合高功率密度設計。通過對磁障深度、磁障寬度與磁障間隔寬度的研究，發現磁障深度對輸出轉矩影響相對較大，磁障寬度及間隔寬度存在一個最優區間，使電機的輸出轉矩達到最大值。
展開 
如何在 COMSOL 軟件中對鐵磁材料進行建模？
開始時合金棒沒有磁性，線圈通電后被磁化，被從磁路中抽出后（箭頭方向）就會退磁。
我們可以對四種不同工作條件下的磁路進行仿真：
由于線圈通電，鋁鎳鈷合金元件從無磁狀態向磁化狀態轉變
由于步驟 1 對線圈通電，鋁鎳鈷合金元件被磁化，甚至在線圈斷電后，仍然保持最大的磁化強度
在步驟 2 最后，磁化的鋁鎳鈷合金元件被從鐵芯中拔出，因此部分退磁
磁化的鋁鎳鈷合金元件被放回磁路中，基本上保持了被從磁路抽出時的低磁性剩余通量
我們或許會想調整整個周期的本構關系。這一操作確實可行，但通常需要鐵芯廠商專門進行特殊的獨立測量。例如，我們應該不難知道完全磁化材料的 H 值，以及對應的剩余通量和退磁曲線。
在此例中，假設我們已知外加的 30[kA/m] 磁場達到了磁飽和，B-H 平面第二象限的（單軸）退磁曲線記錄在下方表格中。曲線從 H = 0 處的剩余通量 Br 開始，在（負值）矯頑磁場的 Hc 處 B = 0。需要注意的是。表中記錄的數據精確地表征了 COMSOL Multiphysics “AC/DC 模塊”的“材料庫”中的可退磁非線性磁體 材料。
如果您希望導入自己的數據，請查閱軟件內置的案例材料。需要注意的是，您需要提供矯頑磁場 Hc和適當放置的退磁曲線?？紤]到初始的曲線跨越了第二象限，曲線應沿 H 軸平移 abs(Hc)。操作后，輸入的 B-H 曲線將從 (0,0) 開始，在 abs(Hc) 值處剩余通量密度達到 Br。更多操作指導請查閱 AC/DC Module User’s Guide。
展開 新功能 | Ansys Maxwell 2021 R2 新版功能要點
04、支持溫度相關的BH退磁曲線
永磁體在實際運行過程中，在不同溫度下的其退磁曲線是不同的。2021 R2版本能夠對溫度相關的退磁模式進行建模，該功能適用于釹鐵硼及鐵氧體等所有永磁體類型，使用該功能時，用戶需要輸入多條不同溫度下的退磁曲線。
不同溫度下的退磁曲線
05、支持單個物體的 渦流損耗和鐵耗輸出
2021 R2版本支持單個物體的渦流損耗和鐵耗輸出，用戶可以更加方便精準的查看到某一部件或某一物體的損耗結果，為進一步對其優化設計提供了參考。
設置方法需要在求解設置中勾選Output per object core loss及Output per object solid loss，這樣在后處理報告中即可單獨顯示每個物體的損耗。
勾選Output per object core loss及Output per object solid loss
后處理報告中單獨顯示每個物體的損耗
06、集成了用于無線充電仿真的 3D Components模型庫
無線能量傳輸(WPT)是指發射和接收單元之間的能量傳輸，這項技術主要用于對電子設備進行無線充電，比如手機和電動汽車。
展開 船舶自動系泊系統最新發展
磁力吸盤有電磁式和永磁式等多種型式，而永磁式磁力吸盤按照退磁方式，又可以分為機械退磁、電力退磁和機械電力復合退磁的永磁式磁力吸盤。磁力吸盤是系泊裝置的關鍵部件，正確選用合理型式，直接關系到船舶的安全。電磁式磁力吸盤在被系物(碼頭、船舶等)上使用時，需要電力才能產生磁力，在船舶停泊時，需要長時間通電才能保持磁力達到系泊要求，因此，這種形式的磁力吸盤經濟型與可靠性較差，在出現電力故障時會失去系泊作用，所以不能在被系物上使用。
從考慮船舶安全的角度出發，應當采用機械電力復合退磁的永磁式磁力吸盤。這類磁力吸盤在不通電時具有額定的吸力，保證船舶的正常系泊。因此船舶在靠泊時，如遇特殊情況，吸盤的額定吸力不足以固定船舶時，可以通過控制設備反向通電，增加吸力，從而確保系泊安全。正向通電時，吸力消失，使船舶離泊。在某些危急情況下，船舶必須和被系物及時分離，而被系物又不能提供退磁電力時，能夠通過機械(即人工)方式迅速退磁。磁力吸盤產生電磁場將用于船舶系泊，當船舶停靠在碼頭上時，船首被引導至兩個凹陷松弛結構之間的碼頭登陸橋。
對于磁性系泊可能產生的有害性磁場，可使用磁性擋板等防止磁場損壞船上設備或系統。磁性擋板是一種有助于降低電磁鐵磁場的超厚高效磁性合金板，特別為電路產品、并行計算機用戶以及任何需要在墻上使用平面屏蔽材料的情況而設計，能提供卓越的屏蔽效果。盡管使用磁性擋板被認為是有潛力的磁場保護措施，然而在每艘鋼制船舶的每個部分安裝磁性擋板是難以實現的，如何合理地布置磁性擋板仍需進一步優化。
2.優缺點
相對于傳統的纜繩系泊而言，磁力自動系泊具有顯著的優點，如表1所示。
展開 Maxwell電動汽車的驅動電機電磁方案分析
額定UDO輸出
額定轉矩
氣隙磁密
氣隙磁密FFT
集中力（考慮偏心）
磁徑向力
磁徑向力FFT
LQLD結果曲線圖
磁鏈
反電動勢
磁力線云圖（分析下漏磁情況）
磁密云圖（分析下局部飽和）
5 驅動電機齒槽轉矩分析
齒槽轉矩是永磁同步電機分析需要重點關注性能之一，它會影響電機的運行波動，影響電機振動噪聲
齒槽轉矩
6 驅動電機退磁分析
我們知道引起電機退磁的常見因素是電流和溫度，基于Maxwell分析電機退磁分析指的是電流引起的退磁，確認電機產生的最大電流，以它為激勵源
7 驅動電機Map圖分析
