[发明专利]一种基于环电流的漏磁仿真方法

摘要

本发明公开了一种基于环电流的漏磁仿真方法，通过立体角的方法，推导出单个环电流的磁场分布，再分析磁介质磁化状态下环电流的排列，得出用半无限长螺线管模型描述漏磁场的结论，并给出公式；为得到准静态漏磁场的磁场强度分布，引入JA磁滞模型，分析缺陷面处的环电流的分布与激励磁场值的关系，结合上述的螺线管模型，推导出准静态漏磁场的磁场强度分布。本发明通过引入磁滞模型和缺陷面法向量克服了磁偶极子模型的上述不足，得到的模型公式简单有效，相对于有限元法效率更高，且漏磁信号和缺陷形状的函数关系可由公式直接推导。

主权项

一种基于环电流的漏磁仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、平板状铁磁性试件(以下简称试件)的均匀磁化状态确定试件置于方向为x轴正方向的激励磁场中，激励磁场为均匀磁场，其磁场强度值为Hex；对于试件，若认为达到均匀磁场状态，则饱和区域的磁化强度饱和值为Ms_sp，且试件中饱和区域占总区域的比例为ks；首先，在试件端面处应用螺线管模型，求出试件端面与激励磁场的作用下，在根据比例ks确定的饱和区域与非饱和区域交界处，空气域中的磁场强度：H→air=H→ex+(Ms_spr→airds)/(4πrair3)---(1)]]>其中，为端面微元ds到空气中场点的矢量；由于磁场在边界面上切向分量连续，且磁场基本沿x轴正方向，因此磁场强度的x向分量值便与试件中磁场强度的x向分量值相等，将试件中磁场强度的x向分量值代入JA模型，得到试件中的磁化强度若Mx_sp＞kM*Ms_sp，则可认为试件已达到饱和状态，试件均匀磁化状态，其中，kM为一个小于1的比例常数；比例常数ks、kM根据漏磁场要求求解精度确定，值越大，求解越精确；(2)、忽略螺线管间作用时基于环电流的漏磁场仿真试件置于方向为x轴正方向的均匀磁场中，试件被磁化至均匀状态时，根据分子电流的磁化理论，试件中环电流呈均匀分布；2.1)、计算半无限长螺线管的磁场分布场点P处于环电流磁矩所指方向的半空间内，环电流在场点P处产生的磁感应强度值为：Bcp=-μ0I4π▿Ω---(2)]]>其中，Ω＝(Scosγ)/rc2为环电流对场点P所张立体角，S为环电流所围面积，rc为场点P到环电流中心的距离，γ为场点P与环电流中心的连线与环电流的轴线的夹角，I为环电流的电流大小，μ0与π分别为真空磁导率和圆周率；被磁化的试件中，环电流沿磁化强度方向致密排列组成螺线管，在试件中螺线管致密排列；当试件无缺陷时，螺线管不漏磁；当试件存在缺陷时，设缺陷面上的环电流和与环电流对应的螺线管中所通过的电流大小相等，螺线管尺寸设为半无限长；通过对式(2)积分，得到半无限长螺线管在空气域中产生的磁感应强度：B→sp=μ0nPm4πr→srs3---(3)]]>其中，n为螺线管的环电流排列线密度，为环电流的磁矩，的模Pm＝SI，方向与电流I的方向成右手螺旋关系，和rs分别为从螺线管端点到场点的向量和向量的模；螺线管轴向方向与缺陷面垂直时，完全漏磁；而两者相平行时，完全不漏磁；将环电流磁矩在缺陷面单位法向量方向上的分量作为有效分量Pme，即其中指向空气域，可得缺陷面上某一环电流处产生的磁感应强度为B→ls=μ0nPme4πr→srs3---(4)]]>又根据真空中磁场强度和磁感应强度的关系可得缺陷面上某一环电流处产生的磁场强度为：H→ls=nPme4πr→srs3---(5);]]>上述缺陷面计算同样适用于试件的其他界面，从而得到半无限长螺旋管的磁场分布；2.2)、忽略螺线管间作用时引入JA磁滞模型仿真漏磁场将激励磁场的磁场强度值Hex代入JA磁滞模型，求出缺陷面处磁化强度值Md，由于激励磁场的磁场强度与缺陷面处磁化强度一致，这样得到缺陷面处磁化强度从而进一步得到有效磁化强度值其中为缺陷面的法向量；则由公式(5)，求出缺陷面处任意微元ds在漏磁场场点A处产生的磁场强度为：H→ld=Mde4πr→lrl3ds---(6)]]>和rl分别为从微元到场点A的向量和向量的模；这样得到缺陷面上某一点对漏磁场的贡献，同时，将试件端面视为缺陷面，应用公式(6)，得到试件端面上某一点对漏磁场的贡献，沿缺陷面和端面积分便可得到忽略螺线管间作用力时准静态漏磁场的磁场强度分布，即仿真漏磁场；(3)、引入缺陷面螺线管间相互作用下的漏磁场仿真在试件有效磁矩为正值和负值的两个端面上分别均匀布置3×3个螺线管来模拟作用力的作用源，其有效磁矩值均为磁化强度饱和值Ms_sp；首先计算出在激励磁场的作用下，缺陷面上螺线管有效磁矩的正负，再计算出在激励磁场和上述3×3的作用源影响下，缺陷面处的磁化强度的方向，以此作为新的的方向，再结合缺陷面的法向量计算出修正后的有效磁化强度值Mde：四个相邻作用源围成的矩形面积为Ss，将以作用源为中心的面积为Ss/4的矩形区域上的有效磁化强度值Mde置为该矩形四条边上的平均值，完成修正；然后将公式(6)应用到缺陷面和端面上积分求解，便可得到考虑螺线管间作用时准静态漏磁场的磁场强度分布，即仿真漏磁场。