Magnetische Flussdichte vom Dauermagnet mittels FEM, Messung und analytisch ermitteln

Die Simulation zeigt aber leider ein Ergebnis, dass nicht mit dem der 
Messung bzw. berechnung übereinstimmt, was mache ich da falsch ?

Kann keiner helfen?

Femm kann kein 3D, sondern nur ebene, unendlich dicke oder 
rotationssymmetrische Felder rechnen.

Außerdem hast du IMHO zu wenig Luft drumrum.

Was hast du als N52 Materialmodell genommen?

Sind die Randbedingungen richtig? Ich hatte schon eine Flussdichte von 
ein paar Megatesla bei zehn Windungen und ein paar Ampere, weil die 
Randbedingungen falsch waren.

dumdi dum schrieb:
> Schieb mal den Magneten auf die Rotationsachse. So ist das doch eher ein
> Ringmagnet oder?

Wol soll denn ein Würfel eine Rotationsachse oder eine 
Rotationssymmetrie haben?

>Wo soll denn ein Würfel eine Rotationsachse oder eine Rotationssymmetrie haben?

Hat er doch. repetiert sich alle 90 Grad.

Dussel schrieb:
> Sind die Randbedingungen richtig? Ich hatte schon eine Flussdichte
> von ein paar Megatesla bei zehn Windungen und ein paar Ampere, weil die
> Randbedingungen falsch waren.

Was soll ich bei solch einem einfachen fall annehmen als Randbedingung 
??? Bzw woran erkennt man dass die Umgebung bei Luft zu klein Ist ? Wie 
groß soll ich dir Machen ?

Nenns schrieb:
> Was soll ich bei solch einem einfachen fall annehmen als Randbedingung
> ???
Gute Frage. Das ist der Grund, warum ich dann JMAG benutzt habe. In der 
Anleitung sind für einen Fall die Randbedingungen gegeben. Wie man die 
allgemein bekommt, habe ich in der Dokumentation nicht gefunden.

Da steht was darüber: 
http://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_FEM_-_Tutorial_-_Magnetfeld_-_Randbedingungen

Nenns schrieb:
> ... Bzw woran erkennt man dass die Umgebung bei Luft zu klein Ist ? Wie
> groß soll ich dir Machen ?

Das erkennt man schon an der 0,05-0,1T Farbfläche, oder daran daß die 
Feldlinien aussen gestaucht aussehen.

Mach die Luft doch einfach mal in Schritten größer. Dann siehst du 
selber wie sich die Feldlinien erst noch ändern, und irgendwann nicht 
mehr.

btw: Falls Du die Luft nur über eine maximale Flächenelementgröße 
definiert hast: besser/schneller ist oft eine eher grobe 
Flächenelementgröße, aber zusätzlich eine feine Elementgröße auf den 
Linien (hier die des Magneten).

nicht Gast schrieb:
> Mach die Luft doch einfach mal in Schritten größer. Dann siehst du
> selber wie sich die Feldlinien erst noch ändern, und irgendwann nicht
> mehr.

Am einfachsten ist die automatisch Methode (im Anhang mit r=25mm):
http://www.femm.info/wiki/OpenBoundaryExample

Ansonsten liegt es tatsächlich an der 2-D-Analyse. Bei 
rotationssymetrischer Eingabe (r=11.3mm d.h. Fläche/Volumen~Würfel) wird 
das Ergebnis besser. Auch könnte man noch Hc im vorgegebenen Material 
N52 anpassen.
http://www.femm.info/wiki/PermanentMagnetExample

cidra schrieb:
> nicht Gast schrieb:
>> Mach die Luft doch einfach mal in Schritten größer. Dann siehst du
>> selber wie sich die Feldlinien erst noch ändern, und irgendwann nicht
>> mehr.
>
> Am einfachsten ist die automatisch Methode (im Anhang mit r=25mm):
> http://www.femm.info/wiki/OpenBoundaryExample
>
> Ansonsten liegt es tatsächlich an der 2-D-Analyse. Bei
> rotationssymetrischer Eingabe (r=11.3mm d.h. Fläche/Volumen~Würfel) wird
> das Ergebnis besser. Auch könnte man noch Hc im vorgegebenen Material
> N52 anpassen.
> http://www.femm.info/wiki/PermanentMagnetExample

Vielen Dank, wie ich sehe, hast du eine Remanenz von knapp 0.6 Tesla, 
ich probiere das mal mit dem openBoundary,

ist denn eine 3d-Simulation da besser`?

cidra schrieb:
> Ansonsten liegt es tatsächlich an der 2-D-Analyse. Bei
> rotationssymetrischer Eingabe (r=11.3mm d.h. Fläche/Volumen~Würfel) wird
> das Ergebnis besser. Auch könnte man noch Hc im vorgegebenen Material
> N52 anpassen.
> http://www.femm.info/wiki/PermanentMagnetExample

Warum wird das Ergebniss eig. bei rotationssysmmetrie besser ?

Wir haben doch einen Würfel mit 20 x 20 x 20....das wäre doch eig. 
Planar??

Wäre hier eine 3D-Simulation besser?

Gibt es eig. kostenlose 3D-FEM Programme oder sind diese alle 
kommerziell?

Nenns schrieb:
> Wir haben doch einen Würfel mit 20 x 20 x 20....das wäre doch eig.
> Planar??
Im Prinzip ja - das Problem ist, dass die Berechnung der Felder 
tatsächlich nur in einer Ebene erfolgt, während die Tiefe nur für die 
integrierenden Berechnungen (z.B. Kraft) herangezogen wird. Mit den 
entsprechenden Abweichungen.

> Warum wird das Ergebniss eig. bei rotationssysmmetrie besser ?
Weil hier die Feldverteilung eher dem 3D-Verlauf entspricht.

> Wäre hier eine 3D-Simulation besser?
Bei einzelnen (Neodym)-Magneten schon, bei einem Motor oder Trafo sind 
die Abweichungen nicht ganz so extrem - die Streufelder an den "Enden" 
sind da meistens vernachlässigbar, da µr(Fe)>>µr(NeFeB).

> Gibt es eig. kostenlose 3D-FEM Programme oder sind diese alle
> kommerziell?
Wenn du viel Geduld mitbringst z.B.
http://www.freefem.org/ff++/index.htm
https://www.csc.fi/web/elmer
Als halbkomerzielles Produkt käme noch Radia in Frage.
http://www.esrf.eu/Accelerators/Groups/InsertionDevices/Software/Radia
Das Programm selber ist kostenlos, benötigt aber Mathematica.

Das Problem dabei ist, dass diese Programme eher aus dem akademischen 
Umfeld stammen und du jedes einzelne Detail - Differenzialgleichungen, 
Geometrie, Boundaries, Mesh, Solver, Plot... - über mehr oder weniger 
intuitive Kommandos/Scripte und ggfls. Zusatzprogramme selber 
parametrieren mußt.

Das ist auch ein Grund dafür, warum ich FEMM gegenüber anderen 
2D-Programmen wie z.B. Agros2d bevorzuge - die wesentlichen Schritte 
sind auch ohne Scripting "auf Knopfdruck" vorhanden, so dass eigenlich 
nur Materialeigenschaften zu erstellen sind.

cidra , vielen lieben Dank für deine Antwort.

Vll. arbeite ich mich mit Ansys-Magnetostatik ein, das müsste doch 3D 
können oder ?

Wir haben nämlich hier in der Hochschule ne Lizenz....

@ cidra,

bekommst du auch eine Anordnung hin, wo zwei Permanentmagneten sich 
abstoßen und kannst du daraus die Kraft ermitteln mittels FEMM ?

Oder ist das ebenfalls eine 3D-Angelegenheit?

Nenns schrieb:
> bekommst du auch eine Anordnung hin, wo zwei Permanentmagneten sich
> abstoßen und kannst du daraus die Kraft ermitteln mittels FEMM ?

Benjamin? Wie gesagt, FEMM kann Kräfte berechnen.
http://www.femm.info/wiki/ACForceExample
Mit einem Script kann auch ein Abstand-Kraft-Diagramm erstellt werden.
http://www.femm.info/wiki/CoilGun

Die Genauigkeit hängt aber sehr stark von der des Feldverlaufs ab. 
Näheres beim Vergleich der beiden Methoden "Weighted Stress Tensor 
Volume Integral" bzw. "Maxwell Stress Tensor Line Integral" im User's 
Manual.

Du solltest auch berücksichtigen, dass die Simulation zwar keine Kraft 
in radialer Richtung ausweist, in der Praxis aber die Magnete sich 
verschieben, drehen und im Endeffekt aufeinander klatschen werden - je 
nach Größe der Magneten auch mit Splitterbildung.
Ohne mechanische Führung ist die abstoßende Wirkung ein labiles 
Gleichgewicht. https://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw%27s_theorem

cidra schrieb:
> Nenns schrieb:
>> bekommst du auch eine Anordnung hin, wo zwei Permanentmagneten sich
>> abstoßen und kannst du daraus die Kraft ermitteln mittels FEMM ?
>
> Benjamin? Wie gesagt, FEMM kann Kräfte berechnen.
> http://www.femm.info/wiki/ACForceExample
> Mit einem Script kann auch ein Abstand-Kraft-Diagramm erstellt werden.
> http://www.femm.info/wiki/CoilGun
>
> Die Genauigkeit hängt aber sehr stark von der des Feldverlaufs ab.
> Näheres beim Vergleich der beiden Methoden "Weighted Stress Tensor
> Volume Integral" bzw. "Maxwell Stress Tensor Line Integral" im User's
> Manual.
>
> Du solltest auch berücksichtigen, dass die Simulation zwar keine Kraft
> in radialer Richtung ausweist, in der Praxis aber die Magnete sich
> verschieben, drehen und im Endeffekt aufeinander klatschen werden - je
> nach Größe der Magneten auch mit Splitterbildung.
> Ohne mechanische Führung ist die abstoßende Wirkung ein labiles
> Gleichgewicht. https://en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw%27s_theorem

Super,vielen Dank !

Das mit dem Script muss ich mir da mal genauer anschauen, aber das wäre 
schon super mit einem ABstands-Kraft-Diagramm, wobei eine Kraft von 51N 
ist schon ordentlich, ob das Ergebnis auch stimmt....

Echt super, vielen dank !

Cidra, echt vielen Dank für deine Antwort.

Anbei noch eine Frage:

Mit Hilfe des Biot-Savart-Gesetz kann ich das Magnetfeld einer Spule in 
einem bestimmten Punkt berechnen.

Nun möchte ich mit Hilfe von FEMM diese Rechteckspule


77http://www.spulen.com/media/catalog/product/cache/1/image/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/s/b/sb135x76.jpg

zeichnen und mir das Feld in der z-Koordinate ausspucken lassen, ist das 
möglich?

Sorry, das ich viel frage, nur habe ich grad mega interesse daran mich 
in FEMM einzuarbeiten !

Toll das du dir die zeit zum antworten nimmst !

cidra schrieb:
> Die Genauigkeit hängt aber sehr stark von der des Feldverlaufs ab.
> Näheres beim Vergleich der beiden Methoden "Weighted Stress Tensor
> Volume Integral" bzw. "Maxwell Stress Tensor Line Integral" im User's
> Manual.

Alles klar nur wenn ich die Kraft berechne, steht bei mir immer nur 
Force via WEIGHT Stress Tensor, wo steht denn die Funktion Maxwell 
Stress Tensor?

Nenns schrieb:
> Nun möchte ich mit Hilfe von FEMM diese Rechteckspule
> zeichnen und mir das Feld in der z-Koordinate ausspucken lassen, ist das
> möglich?
Probier es einfach aus. Als Planarproblem die beiden Spulenhälften mit 
verschiedenem Abstand zueinander zeichnen und
a) bei 1kHz die Induktivität rechnen lassen
b) B-Verlauf entlang der Mittelachse anzeigen
c) Die Auswirkung einer Überlagerung anzeigen - so als wären zwei Spulen 
daran beteiligt.

Nenns schrieb:
> wo steht denn die Funktion Maxwell Stress Tensor?
Wenn du den Contour-Modus aktivierst (ist ja ein Linienintegral) und den 
Umriss einzeichnest (Punkt=rechte Maustaste), dann ändert sich die 
Auswahl des Integrate-Menüs.
Wichtig ist dabei der Umlaufsinn - weshalb bei mir mit den drei Linien 
0,0 > 15,0 > 15,30 > 0,30 eine negative Kraft errechnet wird.

@ cidra, ich kann mich echt nicht oft genug bei dir bedanken !

Du hast mir sehr viel geholfen, vielen Dank !

Wenn ich Fragen habe, melde ich mich gerne wieder !

Hallo cidra,

ich habe mich heute das erste mal mit Lua auseinandergesetzt und dabei 
die Konsole von FEMM verwendet.

Ich habe es zwar geschafft, mir ein Kraft-Abstands-Diagramm zu 
berechnen, nur die Ergebnisse bekomme ich auf der Konsole angezeigt in 
Form von

--> 3 0.2

Was ich gerne machen würde, ist das ganze zu visualisieren oder die 
Werte mir in ein Format abzuspeichern, um das in Matlab grafisch 
darstellen zu können, weiß du wie das geht ?

Besten dank !

Vll würde ich das problem bessser in den Griff bekommen, wenn ich wüsste 
ich die Simulation von Matlab aus starten würde`??