基于永磁体磁场的数值计算与仿真分析研究

兰州交通大学土木工程学院 杨禄权 孙子阳 周志奇

引言

随着新的永磁材料的应用领域不断扩大，人们对永磁体磁场的探讨更加关注。目前,对永磁材料磁场分布的研究方法有理论研究和实验研究。苟晓凡等人[1]根据分子环流模型和毕奥-萨伐尔定理,对仅在一个方向均匀、完全充磁的矩形永磁体,导出了一块及多块磁体按极性相反并列放置时的磁场解析表达式。李鑫等人[2]根据等效电流模型得出了永磁体位于坐标原点时的磁场分布。然而由理论研究方法所求得的结果往往缺少试验数据的验证，因此结果的正确性难以得到验证。宋浩等人[3]运用实验和COMSOL（“静磁场，无电流”的应用模式）模拟给出了相对放置的永磁条、具有磁回路结构的磁轭磁极、环形磁体的磁场分布。马俊等人[4]运用实验方法研究了不同辅助永磁体厚度的磁场分布。在理论研究中，常采用数值计算法和有限元法来计算永磁体的磁场强度，因此对于数值计算和有限元方法的研究是非常有必要的。

本文根据等效电流模型及安培分子环流定律，运用基于剩余磁通密度Br的Comsol multiphysics软件与基于面电流密度Js的Fortran程序分别研究了圆柱形永磁体与矩形永磁体的磁场分布，对比分析了永磁体剩余磁通密度Br与面电流密度Js的优越性。

1 永磁体模型的建立

1.1 Fortran计算原理

假设永磁体内部分布着密度为J的分子电流，外部分布着密度为Js的表面电流。如果磁介质整体匀称，则由同一性可知，在磁介质内的任意位置都存在着两个相邻的分子环流，由于它们拥有等大反向的电流，所以其磁场相互抵消，但截面边界处的分子电流不被抵消。……