Magnetostrukturanalyse eines planaren magnetischen Aktuators

Allgemeine Einführung

Magnetschwebebahn (Magnetic Levitation, Maglev) ist eine Methode zum Aufhängen von Objekten ohne jegliche Unterstützung oder Berührung mithilfe eines Magnetfelds. Die von Maglev erzeugte Magnetkraft wird verwendet, um den Auswirkungen der Gravitationskraft und anderer Beschleunigungen entgegenzuwirken. Magnetschwebebahn wird vor allem in Magnetschwebebahnen eingesetzt. Es wird auch zum berührungslosen Schmelzen, für Magnetlager und zur Produktdarstellung verwendet. Permanentmagnete, Elektromagnete und Supraleiter können zusammen angeordnet werden, um eine erfolgreiche Levitation und Steuerung aller 6 Achsen zu erreichen.

Bewegliche Planarantriebe zeigen vielversprechende Leistung, erreichten jedoch nicht die erforderliche Positioniergenauigkeit. Eine der größten Herausforderungen ist die genaue Modellierung von Magnetkräften und Auslenkungen des Aktuators. In diesem Beispiel wird ein planarer magnetischer Aktuator behandelt. Es besteht aus einer Reihe von Halbach-Magneten, die auf einer Aluminiumplatte montiert sind. Ziel ist es, die auf die Platte einwirkenden Magnetkräfte zu berechnen.

Multiphysics-Simulation mit EMS für SOLIDWORKS

EMS ist in der Lage, Magnetfeld- und Strukturanalyse zu koppeln. Die mechanische Struktur, auf der die Anordnung von Permanentmagneten montiert ist, verformt sich aufgrund von Magnetfeldern und Kräften.

Abbildung 1 - Planarer Stellantrieb auf einem Aluminiumträger montiert

Problembeschreibung

Das zu analysierende magnetostrukturelle System besteht aus einem Halbach-Array (11x11), das auf der leitenden Aluminiumplatte montiert ist (siehe Abbildung 2). Das Hauptziel dieses Beispiels ist die Untersuchung der Plattenablenkung.
Alle Maße sind in Millimetern angegeben.

Abbildung 2 - Das Modell des planaren Stellantriebs




Abbildung 3 - Koerzitivfeldstärke (in blauen Pfeilen) der Magnete, die das Halbach-Array bilden

Materialeigenschaften

Ineinander greifen

Eine hohe Maschenqualität ist die wichtigste Voraussetzung für die Genauigkeit der Ergebnisse. EMS bietet flexible Maschenkontrollwerkzeuge an. Sie können die Netzqualität an Flächen, Kanten und Körpern problemlos verfeinern. Bei diesem Modell werden die Aluminiumplatte und die Anordnung der Magnete mit einem feinen Netz versehen, um eine genaue Berechnung der Magnetkräfte zwischen ihnen zu gewährleisten. Die mechanische Spannungsanalyse hängt von der Genauigkeit der Ergebnisse ab, die im magnetischen Teil des Problems erhalten werden.

In Abbildung 4 sehen Sie das für die aktuelle Analyse verwendete Netz.

Abbildung 4 - Das vermaschte Modell

Magnetostrukturelle Ergebnisse

• Diagramm der magnetischen Flussdichte

Abbildung 5 - 3D-Streudiagramm der magnetischen Flussdichte im Modell

• Darstellung der magnetischen Kraftdichte

Unten (Abbildung 6) ist ein Streifendiagramm der Magnetkraftdichte dargestellt. Es ist zu beobachten, dass die Maximalwerte dieser Kräfte an den Grenzen der Magnete liegen, an denen die Magnete einander zugewandt sind.

Abbildung 6 - Darstellung der Magnetkraftdichte

• Verschiebung entlang der Z-Achse der Platte

Die Platte biegt sich unter dem Einfluss der auf sie einwirkenden Magnetkräfte in Richtung ihrer Mitte. Die Größe dieser Ablenkung ist signifikant. Die EMS-Ergebnisse stimmen sehr gut mit den in [1] angegebenen experimentellen und numerischen Ergebnissen überein.

Abbildung 7 - Verschiebung entlang der Z-Achse der Platte (die deformierte Form)

Fazit

Dieser Artikel zeigt die magnetostrukturelle Analyse eines auf einer Aluminiumplatte montierten Halbach-Arrays. Die mechanischen Ergebnisse zeigen, dass die Plattenverformung signifikant ist und gut mit der Referenz übereinstimmt

Verweise