[發明專利]一種基于環電流的漏磁仿真方法

有效

• 申請號: 201710344531.6
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107273573B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 程玉華;白利兵;王永剛;張杰;殷春;史帥;陳雪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于環電流的漏磁仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、平板狀鐵磁性試件簡稱試件的均勻磁化狀態確定

試件置于方向為x軸正方向的激勵磁場中，激勵磁場為均勻磁場，其磁場強度值為H_ex；對于試件，若認為達到均勻磁場狀態，則飽和區域的磁化強度飽和值為M_{s_sp}，且試件中飽和區域占總區域的比例為k_s；

首先，在試件端面處應用螺線管模型，求出試件端面與激勵磁場的作用下，在根據比例k_s確定的飽和區域與非飽和區域交界處，空氣域中的磁場強度：

其中，為端面微元ds到空氣中場點的矢量；

由于磁場在邊界面上切向分量連續，且磁場基本沿x軸正方向，因此磁場強度的x向分量值便與試件中磁場強度的x向分量值相等，將試件中磁場強度的x向分量值代入JA磁滯模型，得到試件中的磁化強度若M_{x_sp}＞k_M*M_{s_sp}，則可認為試件已達到飽和狀態，試件均勻磁化狀態，其中，k_M為一個小于1的比例常數；比例常數k_s、k_M根據漏磁場要求求解精度確定，值越大，求解越精確；

(2)、忽略螺線管間作用時基于環電流的漏磁場仿真

試件置于方向為x軸正方向的均勻磁場中，試件被磁化至均勻狀態時，根據分子電流的磁化理論，試件中環電流呈均勻分布；

2.1)、計算半無限長螺線管的磁場分布

場點P處于環電流磁矩所指方向的半空間內，環電流在場點P處產生的磁感應強度值為：

其中，Ω＝(S cosγ)/r_c²為環電流對場點P所張立體角，S為環電流所圍面積，r_c為場點P到環電流中心的距離，γ為場點P與環電流中心的連線與環電流的軸線的夾角，I為環電流的電流大小，μ₀與π分別為真空磁導率和圓周率；

被磁化的試件中，環電流沿磁化強度方向致密排列組成螺線管，在試件中螺線管致密排列；當試件無缺陷時，螺線管不漏磁；當試件存在缺陷時，設缺陷面上的環電流和與環電流對應的螺線管中所通過的電流大小相等，螺線管尺寸設為半無限長；

通過對式(2)積分，得到半無限長螺線管在空氣域中產生的磁感應強度：

其中，n為螺線管的環電流排列線密度，為環電流的磁矩，的模P_m＝SI，方向與電流I的方向成右手螺旋關系，和r_s分別為從螺線管端點到場點的向量和向量的模；

螺線管軸向方向與缺陷面垂直時，完全漏磁；而兩者相平行時，完全不漏磁；

將環電流磁矩在缺陷面單位法向量方向上的分量作為有效分量P_me，即其中指向空氣域，可得缺陷面上某一環電流處產生的磁感應強度為

又根據真空中磁場強度和磁感應強度的關系可得缺陷面上某一環電流處產生的磁場強度為：

上述缺陷面計算同樣適用于試件的其他界面，從而得到半無限長螺旋管的磁場分布；

2.2)、忽略螺線管間作用時引入JA磁滯模型仿真漏磁場

將激勵磁場的磁場強度值H_ex代入JA磁滯模型，求出缺陷面處磁化強度值M_d，由于激勵磁場的磁場強度與缺陷面處磁化強度一致，這樣得到缺陷面處磁化強度從而進一步得到有效磁化強度值其中為缺陷面的法向量；

求出缺陷面處任意微元ds在漏磁場場點A處產生的磁場強度為：

和r_l分別為從微元到場點A的向量和向量的模；

這樣得到缺陷面上某一點對漏磁場的貢獻，同時，將試件端面視為缺陷面，應用公式(6)，得到試件端面上某一點對漏磁場的貢獻，沿缺陷面和端面積分便可得到忽略螺線管間作用力時準靜態漏磁場的磁場強度分布，即仿真漏磁場；

(3)、引入缺陷面螺線管間相互作用下的漏磁場仿真

在試件有效磁矩為正值和負值的兩個端面上分別均勻布置3×3個螺線管來模擬作用力的作用源，其有效磁矩值均為磁化強度飽和值M_{s_sp}；

首先計算出在激勵磁場的作用下，缺陷面上螺線管有效磁矩的正負，再計算出在激勵磁場和上述3×3個螺線管作用源影響下，缺陷面處的磁化強度的方向，以此作為新的的方向，再結合缺陷面的法向量計算出修正后的有效磁化強度值M_de：

四個相鄰作用源圍成的矩形面積為S_s，將以作用源為中心的面積為S_s/4的矩形區域上的有效磁化強度值M_de置為該矩形四條邊上的平均值，完成修正；

然后將公式(6)應用到缺陷面和端面上積分求解，便可得到考慮螺線管間作用時準靜態漏磁場的磁場強度分布，即仿真漏磁場。

2.根據權利要求1所述的基于環電流的漏磁仿真方法，其特征在于，步驟(1)中，所述試件中飽和區域占總區域的比例為k_s＝3/4，比例常數k_M＝0.95。