在本篇博客中，我们将介绍在 Ansys Maxwell 中模拟特定永磁体（N48SH）磁化的完整工作流程，仅使用其制造商的数据表。然后，我们将根据 Maxwell 的内置材料库验证我们的结果，以证明这一强大技术的准确性。
1.磁化物理学及我们的模拟模型
在深入研究模拟之前，让我们先简要回顾一下基础物理学。磁性材料的行为由其 B-H 曲线或磁滞回线描述。当我们第一次对材料进行磁化时，材料会沿着从（0,0）到饱和的 “初始磁化 “路径运行。一旦外部磁化场被移除，磁体的磁通密度就会 “反冲 “到第二象限的一个点，即工作点。第二个象限，即退磁曲线，决定了磁体在应用中的性能。
典型钕铁硼磁体的磁滞回线，显示初始磁化曲线和第二象限退磁区域。
露天的永磁体会在自身内部产生一个 “退磁 “场，其中磁场 (H) 与磁化方向相反。该自退磁磁场与材料的 B-H 曲线的交点决定了磁体的工作点。
N48 磁体退磁曲线上的工作点示例（左）。显示永磁体外部磁场和内部退磁磁场的 H 场矢量图（右图）。
为了模拟这一过程，我们在 Ansys Maxwell 中创建了一个简单的磁化器模型。它由两个载流线圈和两个钢芯组成，这两个线圈和钢芯共同作用，在它们之间的空间产生并引导一个强大、均匀的磁场（H-场）。我们将把未磁化的 N48SH 材料（一个简单的矩形块）放置在这个待磁化区域。
模拟显示了线圈中的电流密度 (J) 以及线圈之间产生的磁场 (H)。
显示整个磁化器组件内部和周围磁场 (H) 的矢量图。
2.创建自定义初始充磁曲线
的 安世学习中心 提供了关于磁性闭锁的精彩教程，演示了普通钕磁铁的磁化过程。
在本博客中，我们希望更进一步，模拟一种特定材料，即钕磁铁。 N48SH然后将其最终工作点与麦克斯韦内置 N48 材料的最终工作点进行比较，验证我们的结果。
我们的第一步是将材料数据输入到麦克斯韦中。 N48SH 数据表 提供了其退磁曲线图。我们可以利用麦克斯韦强大的 SheetScan 实用程序将此曲线数字化。
阿诺德磁性技术公司的 N48SH 数据表（左）。使用 Ansys Maxwell 中的 SheetScan 工具将数据表图像中的 B-H 曲线数字化（右图）。
(我们有关于如何使用 SheetScan 工具的详细教程，您可以在此链接中找到： Ansys Maxwell：SheetScan – 导入材料特性曲线 )
接下来，我们需要一条初始磁化曲线。Ansys Learning Hub magnetization workshop 文件提供了一条通用钕铁硼磁体的 “原始”（初始）BH 曲线。我们的目标是修改这条通用曲线，使其顺利连接到我们刚刚提取的 N48SH 去磁曲线。
Ansys Maxwell 培训资料中提供的通用 NdFeB 原始 BH 曲线。
通过绘制我们提取的 N48SH 曲线并将其推断到第一象限，我们可以看到通用曲线需要如何调整才能正确对齐。
通用初始 BH 曲线（绿色）与外推 N48SH 数据表曲线（蓝色）的比较。右侧为推断后的曲线。
使用 BH 曲线平滑工具，我们可以 修改通用初始曲线（绿色），使其与 N48SH 数据表曲线（蓝色）保持一致。
修改后与 N48SH 数据表曲线（蓝色）一致的新 BH 初始曲线（绿色）。
修改好曲线后，我们在麦克斯韦中创建一个名为 “N48_Unmagnetized “的新材料，并导入自定义的初始 BH 曲线。
使用自定义非线性 BH 曲线在麦克斯韦中定义新材料。
最后，这是关键的一步，我们必须告诉麦克斯韦，我们打算计算永磁体的最终磁化状态。右键单击 激发选择 集合磁化计算并选中 PM 对象的 “计算磁化工作点”。
为永磁体启用 “计算磁化工作点 “选项。
3.运行模拟并评估结果
现在我们准备运行模拟。这是一个使用链接磁静力分析的两步过程。
步骤 1：磁化事件
我们在线圈通电的情况下进行第一次模拟。麦克斯韦对磁场进行求解，并确定永磁体的工作点，此时永磁体正被强大的外部氢场驱动沿着初始磁化曲线上升。
磁化过程中线圈产生的 H 场。
显示磁化过程中工作点的曲线图，位于原始 BH 曲线上。
步骤 2：模拟最终磁化状态
为了找到磁化器关闭后的最终工作点，我们创建了第一个设计的副本。在这个新设计中，我们要做两件事：
- 将磁化线圈中的电流设为零。
- 指定一个 永磁磁场 到 PM 对象。该功能将第二次模拟与第一次模拟连接起来，将第一次分析中计算出的磁化状态作为第二次模拟中永磁体磁场的来源。
在第二次分析中设置永磁体磁场，并将其与第一次磁化事件的结果相链接。
运行第二次分析后，我们可以绘制完整的历史记录。下图显示了磁铁的工作点从(0,0)开始，在充磁过程中沿着绿色的初始充磁曲线向上移动，然后沿着反冲线向下移动到第二象限新的稳定工作点。我们还用黄色绘制了 N48 材料的 BH 曲线，显示磁体的最终状态如何位于预期的退磁路径上。
显示完整磁化历史的曲线图：初始曲线（绿色）、磁化过程中的峰值点、反冲路径以及最终的新磁化工作点。
步骤 3：验证
最后一步，我们将创建第三个版本的模型，同样是零电流。这一次，我们将不使用自定义材料，而是为 PM 指定麦克斯韦材料库中内置 N48SH 材料的材料属性。
为验证模拟分配内置 N48SH 材料属性。
通过运行第三次仿真，我们可以直接比较定制磁化 PM 的工作点和标准 N48 磁体的工作点。如最后的曲线图所示，两点几乎完全相同，验证了我们的工作流程已成功准确地模拟了 N48SH 磁体的磁化。
最终对比图显示，我们新磁化的 PM（蓝色圆圈）的工作点与内置 N48 材料（红色圆点）的工作点几乎完全相同，验证了工作流程的准确性。
4.结论
此工作流程展示了 Ansys Maxwell 的强大功能。从制造商数据表中的图形退磁曲线开始，您可以创建自定义的初始 BH 曲线，以精确模拟整个磁化过程。通过两步链接分析，您可以首先计算磁化，然后确定新创建永磁体的最终稳定工作点。
我们的模拟磁体与麦克斯韦的内置 N48 材料之间的密切一致性验证了这种方法。这让工程师们有信心将相同的技术应用于几乎任何永磁材料，即使在没有现成的全套材料数据的情况下，也能进行高保真模拟和稳健的设计。