最近在试图用永磁+铁芯产生强磁场,仿真结果是能得到1.8T的磁感应强度,但是实测只有1.2T。这误差大的难以接受……现在还没能查到具体的原因,这里把已知的信息发出来,请各位指导一下。
做出来的东西长这样
图里标了箭头的亮银色的东西是钕铁硼磁铁,箭头指示磁力线方向。磁铁来自淘宝,标的牌号是N38,尺寸是100*30*10mm。
上下两个灰色的东西是铁芯,材料为A3或者说Q235。
磁铁的淘宝链接是这个
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXm?id=533854903053测量的结果是这样的,最强的地方也只有1.2T,很多地方都只有1.1T多点……
这东西的仿真结果是这样的
图中结构的几何中心处,磁感应强度为1.8008T。使用的磁铁,系统库里叫NdFe35,应该是牌号N35的钕铁硼,磁化强度为890kA/m,对应1.118T的剩磁。铁芯的材料是系统库里的1008钢。和实际制作用的材料几乎一样。
现在的问题在于,仿真的1.8T和实测的1.2T,首先就差了1/3……而且关键是,由于纯铁的饱和磁感应强度大约是2T,所以最困难的地方应该在于接近2T的部分。所以从1.8T到1.2T,甚至可以说是有成倍的性能恶化……
现在也想到了一些可能的原因,不过还没时间或者没条件验证:
1. 磁铁问题
拼这个东西的时候有点着急,忘了先测一下这些磁铁的磁强了,所以现在也不知道这些磁铁的性能是啥样的,比如是不是真能达到仿真时用到的1.1T剩磁。然后这东西拼起来之后,应该就没可能拆开了……至少徒手是没戏了……所以现在没法排除磁铁是挫的,而且挫得厉害的可能。
2. 仿真不准
仿真用的是Maxwell(Ansys EM Desktop 19.0版本的),不知道会不会是某些设置不对,这里把仿真模型贴出来供大家检查
A3Core.aedt
139.20KB
AEDT
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3. 特斯拉计不准
毕竟我手头只有一个特斯拉计,而且还没有任何办法去校准它(因为没有磁感应强度基准……)所以虽然可能性较小,但是也没法排除它是坏的可能。
4.加工误差
为了省钱,铁芯加工用的貌似是激光切割,表面异常得粗糙,看起来像锉刀一样……会引入一些气隙。不过仿真表明,气隙也不应该会有这么大的影响。比如下图中有一侧的铁芯和磁铁之间出现了一条1mm的缝,磁场才减弱到1.5T……
可以排除的原因:
1. 铁芯材料问题
虽然A3钢不是啥正经的磁性材料,但是由于含碳量非常低,大约只有0.2%,所以其实特性上和纯铁也差不了太多,“常用钢材磁特性曲线速查手册”给出的数据如下
可以看到,不论是饱和磁感应强度,还是磁导率,都不应该会造成如此大的影响。从手册上看,即使卖家不小心给我用成了45钢,同时把所有会降低磁性能的热处理都来了一遍,也不应该会出现这种倍数上的性能差别……
2.铁芯两端没有闭合昨天在科创的电炮群里,
@刀尖上的海 ,提到可能是因为铁芯两端没有闭合。不过仿真表明,两侧闭合会极大的降低中间气隙的磁感应强度,比如下面这张图里降低到0.85T。
从磁路的角度上看,这相当于在磁动势源(磁铁,类似电压源)两端并联了一根短路线,将大量的磁通量(类似电流)短路掉了,所以负载处(中间气隙)得到的磁通量就变小了。