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   Multipolar homogen magnetisierter Magnet mit acht Polen

Dieses Beispiel ist ein Tutorial, welches die grundlegende Handhabung von PS-PERMAG sowie dessen Eigenschaften zeigt. Das beschriebene Berechnungsproblem besteht hier in einem aus acht anisotropen Ferritsegmenten hergestellten Zylinder, wobei jedes Segment eine Remanenzinduktion von 0.40T aufweist. Das Tutorial zeigt die Bedienung hier anhand der Version 2.6. Das unten stehende Beispiel sowie ähnliche Probleme lassen sich auch mittels der Demoversion von PS-PERMAG ausführen. Die in diesem Tutorial nicht explizit gezeigten Features der Version 2.6 sind außerdem leicht anhand des ausführlichen Hilfesystems der Software erlernbar.

Nach dem Programmstart von PS-PERMAG klicken Sie bitte auf das M-Symbol in der oberen Symbolleiste der Software, welches für am Umfang multipolar homogen magnetisierte Zylindermagnete  steht, siehe nächstes Bild. Dies öffnet einen entsprechenden Eingabedialog, in den die grundlegenden Parameter für diesen Magneten eingegeben werden. Basis für die Eingabe der Magnetparameter ist im Fall von Zylindermagneten ein zu diesen symmetrisches zylindrisches Koordinatensystem,  so wie im Bild oben dargestellt. Dies bedeutet zum Beispiel, daß auf halber axialer Höhe des Magneten immer z=0 ist. Beim Winkel phi=0 beginnt jeweils immer ein nach außen weisender Nordpol. Nach Eingabe der Magnetdaten und Drücken der OK-Taste werden die eingegebenen Informationen zusammenfassend auf dem Bildschirm angezeigt. Zur Änderung der Darstellungsgröße klicken Sie bitte auf den Plus- oder Minusbutton in der zweiten oberen Symbolleiste.  Mit diesen Buttons kann der Zoomfaktor zur Bildschirmdarstellung den Wünschen des Users angepasst werden. Klicken Sie nun bitte auf das “GO”-Symbol in der oberen Symbolleiste. Die Felder werden nun berechnet wobei ein entsprechender Fortschrittsbalken gezeigt wird. Eine typische Berechnungszeit mit modernen Personalcomputern liegt für das hier dargestellte Problem bei etwa einer Sekunde.

Wir kommen nun zur Betrachtung der ersten Resultate, siehe unten. In der oberen Symbolleiste klicken Sie bitte auf das erste der vier grauen Symbole mit den weiß angedeuteten Kurven. Dieses Symbol sollte die Buchstaben r und x beinhalten. Hiermit wird ein  Kurvendiagramm angezeigt, welches die r- also die radiale Komponente oder die x-Komponente des Feldes als Funktion des Ortswinkels oder der Pfadposition wiedergibt. Die anderen drei grauen Symbole stehen für die graphische Darstellung der übrigen Feldkomponenten sowie des Feldbetrages. Anstatt den vollen Bereich des Feldes wiederzugeben, kann man den Winkelbereich oder Streckenbereich auch einschränken. Hierzu klicken Sie bitte auf das entsprechende Symbol in der zweiten Symbolreihe (Options Bar), womit sich ein entsprechender Eingabedialog öffnet.

Die Felder können natürlich auch in der Form von Zahlenkolonnen dargestellt werden, wozu man auf die entsprechenden hellgrauen Symbolknöpfe in der ersten Symbolleiste klickt.  Der erste dieser Knöpfe öffnet die entsprechenden Liste für das radiale Feld im Fall zylindrischer Ergebnisskordinaten.  Im Fall von kartesischen Koordinaten wird in der Tabelle die x-Komponente aufgelistet. Generell sollte für einen zylindrischen Magneten zur Ergebnisausgabe ein zylindrisches Koordinatensystem voreingestellt sein. Allerdings lässt sich für alle Magnete die Ausgabe auch in kartesische Koordinaten ändern Durch Anklicken des entsprechende Buttons mit den zwei gepunkteten Linien in der zweiten Symbolleiste, wie unten per Pfeil spezifiziert, kann man die Anzahl der berechneten Werte pro Pfad verändern. Anschließend ist dann eine Neuberechnung der Felder notwendig.  

Zusätzliche Auswertungen, die auf die errechneten Feldwerte basieren, sind zum Beispiel Fourier-Reihen- Entwicklungen von periodischen Feldkonfigurationen. Im Fall dass eine graphische Übersicht über eine derartige Approximationen z.B. für das r-Feld gewünscht wird, klicken Sie bitte in der dritten Symbolreihe (Evaluation Bar) auf das erste graue Symbol aus der letzten Vierergruppe. Darauf wird die Originalkurve der r-Komponente zusammen mit einer Annäherung durch Fourierreihen unterschiedlicher maximaler Ordnung angezeigt. Unten ist dies für die ersten beiden Pole des Magneten nach Einschränkung der graphischen Anzeige auf  90° dargestellt. Welche und wie viele Ordnungen dargestellt werden, kann durch Klick auf den ersten Knopf in der zweiten Symbolreihe bestimmt werden. Eine numerische Liste aller Fourierkoeffizienten kann für die jeweilige Feldkomponente durch Klicken auf das entsprechende mit c gekennzeichnete Symbol in der dritten Symbolreihe angezeigt werden, wie unten per Pfeil spezifiziert. Des weiteren lässt sich die Verteilung der unterschiedlichen Ordnungen auch graphisch darstellen, siehe das durch Pfeil entsprechend markierte Symbol in der vorletzten Vierergruppe der unteren Symbolleiste. Neben den drei Feldkomponenten lässt sich auch der Absolutbetrag des Feldes in seiner Fourierreihenentwicklung analysieren.

Eine weitere mögliche Auswertung der Feldkomponenten bezieht sich auf die Feldwinkel, deren Kenntnis zum Beispiel in der Sensortechnik von Relevanz ist. Mittels der untersten Symbolreihe kann durch das Anklicken eines der Knöpfe aus der zweiten Dreiergruppe der jeweilige Verlauf des Feldwinkels als Funktion des geometrischen Winkels (bei Zylinderkoordinaten) oder als Funktion der Ortsposition (bei kartesischen Koordinaten) graphisch dargestellt werden. Im Bild unten ist zum Beispiel der Winkel der Feldprojektion in der r-phi-Ebene als Funktion des Pfadwinkels gezeichnet. Die erste Dreiergruppe von Buttons in der unteren Symbolreihe ermöglichen das jeweilige numerische Listing. Alle Winkel sind zwischen -180grad und +180grad definiert. Graphikfarben können generell durch Klick in der Optionsleiste und im anschließenden Dialog gewählt werden, wie ebenfalls im Bild unten gezeigt wird.

Neben kreisförmigen Pfaden sind auch geradlinige Pfade im Raum, auf denen sich die Feldkomponenten berechnen lassen, für alle Magnettypen definierbar. Des weiteren können alle Resultate auf allen Arten von Pfaden sowohl in zylindrischen als auch  kartesischen Koordinaten berechnet werden. Im unten stehenden Bild sind die Wahl der entsprechenden Buttons für den Wechsel der Pfadgeometrie als auch für die Auswahl eines Ergebniskoordinatensystems mit Pfeil gekennzeichnet. Betätigt man den entsprechenden Button für die Problemdefinition und hat statt eines kreisförmigen Pfades einen linearen Pfad gewählt, so wird ein Eingabedialog wie in der Abbildung unten geöffnet. Im unten stehenden Fall soll der Pfad 1mm oberhalb des ersten Pols zwischen  dem Radius r=4mm bis r=10mm verlaufen, und zwar genau oberhalb der Polmitte. Für geradlinige Pfade sind stets die kartesischen Koordinaten des Start- und Endpunktes einzugeben. Da sich die Polmitte des ersten Pols bei 22.5° befindet sowie für die Magnethöhe der Wert hm=.5mm gilt, so ergeben sich für die einzelnen  Koordinaten des Anfangs-Punktes die folgenden Werte x=4*cos(22.5)=3.6955, y=4*sin(22.5)=1.5307, z=hm/2+1=3.5. Für die Werte des Endpunktes des Pfades gelten: x=10*cos(22.5)=9.2388, y=10*sin(22.5)=3.8268, z=hm/2+1=3.5. Nach Eingabe wird mittels des Go-Buttons wie oben die entsprechende Berechnung gestartet.

Im nächsten Screenshot ist das Resultat der x-Komponente des Feldes nach Eingabe wie in der obigen Abbildung sowie nach zusätzlichem Wechsel der Ausgabekoordinatensystems auf kartesische Koordinaten abgebildet. Wegen des linearen Pfades werden die Felder nun als Funktion der Wegstrecke ausgegeben.

Zum Abschluß dieses Tutorials sollten noch einige weitere Möglichkeiten der Software erwähnt werden (Version 2.6): Durch Klick in der oberen Symbolreihe kann ein Dialog zur Texteingabe einer Beschreibung der laufenden Analyse geöffnet werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die momentane Anzeige von PS-PERMAG in den Speicher zu kopieren, um diese zum Beispiel in Berichten in der Form von Graphiken weiter zu verwenden. Dies erfolgt durch Klicken auf das Kamerasymbol. Neben dem üblichen binären Speichern der primären und sekundären Analyseresultate, welches auch eine Vielzahl der momentanen Programmeinstellungen umfaß, besteht auch die Möglichkeit durch Klick auf das “txt”-Symbol die Felder als ASCII-File zu exportieren Ein anderer wichtiger Button ist in der ersten Symbolreihe der rote Knopf neben dem “Go”-Symbol, welcher einen Abbruch der laufenden Berechnung ermöglicht. In der Optionsleiste sind in Ergänzung zu den bisher erwähnten Möglichkeiten Dinge wie das Ändern der Rechengenauigkeit oder die Eingabe und Speicherung der wichtigsten User-Daten möglich, welche dann in den ausführlichen Ausdrucken von PS-PERMAG stets mit angegeben werden. Die Größe von Schrift und Graphiken kann einerseits durch Bedienung der + und - Buttons den jeweiligen Bedürfnissen des Anwenders angepaßt werden. Des weiteren sind die Schrift- und Kurvenstärke sowie die Darstellung der Diagrammgitter mittels eines weiteren Buttons in der Optionsleiste festlegbar. Drei Sorten von Symbolknöpfen zur Speicherung und Wiederherstellung der Grundeinstellungen der Software stehen in der Optionsleiste ebenfalls zur Verfügung. Nicht zu vergessen ist, daß alle Symbole auch ihre Entsprechung in einem jeweiligen Menübefehl haben. Die Menübefehle sind mittels der Menüleiste ganz oben im Programmfenster zugänglich. Weitere Programmfeatures können Sie mittels des ausführlichen Hilfesystems der Software leicht erlernen.

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