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O. Muthsam:
"Magnetic Field Freezing";
Betreuer/in(nen): D. Süss; Institut für Festkörperphysik (E138), 2016.

Simulationen von isotropen Permanentmagneten verlangen die Modellierung von vektorieller Hysterese. Diese Hysteresemodelle sind oft sehr kompliziert und benötigen meist großen rechnerischen Aufwand und Messungen am Material um die benötigten Materialdaten abzuleiten. Ziel dieser Arbeit ist es ein einfacheres Vektor-Hysterese Modell, das sogenannte Freezing Modell, zu untersuchen und den benötigten Parameter, das Freezing Feld Hfreeze, für verschiedene Geometrien und unterschiedliche Materialien zu finden. Für die Simulationen des isotropen Magneten wurde zur Lösung von magnetostatischen Maxwell Gleichungen eine Koppelung von FEM und BEM verwendet.[1] Als spezielle Implementierung wurde in dieser Arbeit FEMME genutzt, in dessen Code sich die Freezing Bedingung leicht einfügen lässt. Das Freezing Modell wurde mit einem Hysterese-freiem anisotropen Magnetmodell verglichen und die Unterschiede analysiert. Mit Hilfe eines Computerexperiments, das auf einem Stoner- Wohlfarth Modell basiert, konnten Grenzen für das Freezing Feld theoretisch bestimmt werden. Messungen mit echten Magneten, produziert von der Magnetfabrik Bonn, wurden anschließend mit den FEMME Simulationen verglichen. Es wurde herausgefunden, dass das Freezing Feld höher ist, als es aufgrund eines Stoner-Wohlfarth Modells erwartet wird. Außerdem ist Hfreeze sehr stark abhängig von der Wahl der Remanenzmagnetisierung in den Simulationen und bleibt somit in gewisser Weise ein Fitting Parameter. In der folgenden Arbeit werden die Grundlagen der Simulationen von isotropen Permanentmagneten erklärt und verschiedene Hysteresemodelle aufgeführt. Anschließend wird das Freezing Modell genauer untersucht und das Freezing Feld Hfreeze gesucht.

Simulations of isotropic permanent magnets require modeling of vectorial hysteresis. These hysteresis models are often complicated and have high computational effort and measurements on the material to identify various needed material parameters. The goal of this work is to analyze a simpler vector hysteresis model, the so-called freezing model, and to determine the needed freezing parameter Hfreeze for different geometries and various materials. To simulate isotropic magnets magnetostatic Maxwell equations are solved with the help of FEM-BEM coupling. The implementation that is used in this work is FEMME. The freezing condition can easily be implemented additionally to already existing simulations of isotropic magnets. The freezing model was compared to a hysteresis free, anisotropic magnet model and differences were analyzed. With the help of a thought experiment, which is based on a Stoner-Wohlfarth model, boundaries of the freezing field were theoretically determined. Measurements of real magnets, produced by Magnetfabrik Bonn were afterwards compared with FEMME simulations. The obtained freezing field was higher than expected by a Stoner-Wohlfarth model. Additionally Hfreeze heavily depends of the choice of the remanent magnetization in the simulations and thus somehow is a fitting parameter. In the following work basics of isotropic permanent magnets will be explained and different hysteresis models will be presented. Afterwards the freezing model will be explained more precisely and the freezing field Hfreeze will be determined.