磁锁如何保护你的电子产品

你知道你的可拆卸键盘、平板电脑上的铅笔和手机上的无线充电板背后都有永久磁铁吗?手机、平板电脑、磁锁式壁挂式安全摄像头以及日常生活中无数的电子设备的智能屏幕盖板都是依靠永磁体提供磁性附着机制。

对于某些应用，如安装的安全摄像头，永磁体取代机械紧固件，如螺钉和螺栓。对于其他应用，如无线充电器，磁铁减少了与插拔设备电缆相关的磨损。在任何情况下，精心设计的电子产品磁性附件都能增强用户体验。

什么是永磁体?

永磁体是由材料本身的内部结构产生磁场的材料。设计永磁体闭锁机构的一个基本考虑因素是确保磁体的设计能够提供适当的闭锁力。两块永磁体之间的磁力取决于几个因素，例如两块永磁体之间的分离距离、磁铁的大小以及永磁体本身的材料。一个低频电磁场解算器万博Ansys麦克斯韦可以帮助工程师进行尺寸和材料研究，以优化锁存机构中的力，同时降低磁性锁存器的成本稀土磁铁是昂贵的。

让我们回顾一下磁锁设计中的一些关键考虑因素。

磁闭锁机构中的力

的存在铁磁材料如软钢，除永磁体外，也会影响磁闭锁机构的受力。由于同时使用铁磁材料和永磁体所引入的变量，对铁磁分流器和磁通集中器进行建模对精确的力计算非常重要。

众所周知，由于强磁场，铁磁性钢在某些操作条件下会饱和。闭锁机构中的饱和是不需要的，因为它将限制磁力，并导致杂散磁通，可以与闭锁附近的霍尔传感器(检测磁场)相互作用。例如，软钢分流器在磁铁组件之间有较大的分离距离时可能不会饱和。然而，当磁体锁存和磁体之间的分离距离变小时，软钢分流器可能会由于较高的磁通密度而饱和。同样，软钢分流器的厚度也会影响饱和度。

万博Ansys Maxwell可以捕获采用铁磁钢的磁闭锁设备中的饱和，并提供精确的磁场和力解决方案。

网格分辨率:收敛是关键

网格分辨率是有限元求解器获得精确场解的关键因素。应特别考虑网格单元的分布，以捕捉分离距离和饱和效应。万博Ansys Maxwell自动生成初始网格，并自适应地对其进行细化，以达到用户定义的收敛标准，确保准确的解决方案。

温度变化如何影响磁锁?

设计磁锁存器的工程师面临的挑战之一是获得永磁体和铁磁钢的材料性能，例如B-H曲线。由于永磁体在不同温度下具有不同的材料特性，因此，拥有足够的材料库使工程师能够进行材料扫描并研究温度对磁锁性能的影响。Maxwell和Ansy万博s Granta材料库为用户提供了多个永久磁铁供应商库，包括不同温度下不同等级磁铁的B-H曲线。

避免退磁和建模滞后

永磁体对温度很敏感，在较高的温度下往往会退磁。退磁导致磁锁的力性能变差。在一定的操作条件下，永磁体的不可逆退磁会导致磁锁机构失效。因此，对于工程师来说，在设计磁锁存器时考虑温度效应是很重要的。图5显示了基于Maxwell研究的N42磁体在不同温度(空气中和置于磁路中时)下的工作点。结果表明，在较高的温度下，退磁的程度更大，可以从反冲线中看到。

除了退磁研究，还可以利用麦克斯韦研究高级磁效应，如原始磁体的磁化和铁磁材料中的磁滞效应。铁磁材料中的磁滞行为导致在软钢中当永磁体从附近移走时剩余磁通。残余磁通会产生残余力，在设计类似装置的控制时需要考虑这一点。图6显示了在标准1008碳钢物体中，当永磁体远离或靠近前一个物体时，矢量迟滞回线的轨迹。

图6。永磁体和铁磁性钢的磁闩(左);磁体靠近和远离铁磁钢时的磁滞行为(右)

运行负载场景设计一流的磁锁

运行气隙、材料、形状、尺寸和温度研究将导致一个大的实验设计(DOE)空间。高性能计算(HPC)和Ansys Cloud解决方案可以帮助工程师并行运行万博设计变体，更快地获得解决方案。

如上所示，Maxwell为磁锁设计提供了全面的磁解决方案，包括:

• 磁场和力的解
• 气隙，形状，尺寸和材料研究
• 饱和和杂散通量效应
• 自动自适应网格易于使用和准确的解决方案
• 用于DOE研究的高性能计算和云解决方案
• 磁化和退磁分析
• 矢量迟滞建模

了解闭锁机构的结构动力学

除了设计磁性锁存器外，模拟还使工程师能够研究磁体在锁存和冲击应力期间的运动学运动万博Ansys运动．磁力、扭矩和位置信息在麦克斯韦和运动求解器之间交换，以计算闭锁机构的结构动力学。

图8。万博Ansys Maxwell - Ansys Motion Multiphysics工作流程建模磁闭锁机构的运动学运动(上);永磁体与铁磁性钢锁存时的冲击应力(下)

Maxwell领导的Ansys综合磁性和多物理场解决方案使工程师能够设计可靠的磁锁机制，从而提高用户体验，使您可以轻松万博地将键盘、触控笔等配件连接到平板电脑、手机或其他电子设备上。

下载点播磁闭锁网络研讨会在这里，我们探索设计工程师如何通过在Ansys Maxwell中设置磁铁尺寸和材料研究来实现成本节约和提高磁锁的性能。万博我们将介绍关键的设计方面，如铁磁材料的饱和，包括磁化/退磁在内的高级磁性能力，温度依赖性，矢量滞后建模，以及复杂的运动学/冲击预测。