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Additive Manufactured and Topology Optimized Passive Shimming Elements for Permanent Magnetic Systems

机译：用于永磁系统的经过添加剂制造和拓扑优化的无源匀场元件

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摘要

A method to create a highly homogeneous magnetic field by applying topology optimized, additively manufactured passive shimming elements is investigated. The topology optimization algorithm can calculate a suitable permanent and nonlinear soft magnetic design that fulfills the desired field properties. The permanent magnetic particles are bonded in a polyamide matrix and they are manufactured with a low-cost, end-user 3D printer. Stray field measurements and an inverse stray field simulation framework can determine printing and magnetization errors. The customized shimming elements are manufactured by a selective melting process which produces completely dense soft magnetic metal parts. The methodology is demonstrated on a simple example of two axial symmetric cylindrical magnets, which generates a high inhomogeneous magnetic field. In this case, the maximum magnetic field density is 25 mT and the the homogeneity can be increased by a factor of 35 or down to 6‰. Simulation and measurement results point out a good conformity. Additional topology optimizations of more than one shimming element layer show the opportunity to make the manufactured magnetic system even more homogeneous.

机译：研究了一种通过应用拓扑优化，添加制造的无源匀场元件来创建高度均匀磁场的方法。拓扑优化算法可以计算出满足所需磁场特性的合适的永久性和非线性软磁设计。永磁粒子粘结在聚酰胺基体中，并使用低成本的最终用户3D打印机制造。杂散场测量和反向杂散场仿真框架可以确定打印和磁化误差。定制匀场元件是通过选择性熔化工艺制造的，该工艺可生产出完全致密的软磁性金属零件。在两个轴向对称的圆柱形磁体的简单示例上演示了该方法，该磁体产生了高的不均匀磁场。在这种情况下，最大磁场密度为25 mT，均匀性可以提高35倍或降至6‰。仿真和测量结果表明良好的一致性。超过一个匀场元件层的其他拓扑优化显示了使所制造的磁性系统更加均匀的机会。

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期刊名称 Scientific Reports
作者
Christian Huber; Michael Goertler; Claas Abert; Florian Bruckner; Martin Groenefeld; Iulian Teliban; Dieter Suess;
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作者单位

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年(卷),期 -1(8),-1
年度 -1
页码 14651
总页数 8
原文格式 PDF
正文语种
中图分类
关键词
入库时间 2022-08-21 10:55:35

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