永磁双魔环机构的研究与设计

论文摘要

永磁双魔环是一种特殊的永磁机构,由内、外两个同心的魔环组成,各魔环由若干充磁方向连续变化的永磁磁块构成。永磁材料的磁导率接近于空气,外环产生的磁场可以毫无阻碍地穿过内环,中心磁场为内外环两个磁场的矢量叠加。通过合理设计,可以在其中心位置的有效空腔内产生永磁材料自身剩磁数倍的磁场,并通过内环和外环的同步反向旋转,实现磁场在零到最大值的范围内连续变化。永磁双魔环的结构及工作过程较为复杂,内环需承受外环一定程度的去磁场作用,随着各磁块位置的移动,磁块间将产生相互影响,容易产生局部饱和、局部去磁和旋转磁化等异常磁化现象,局部磁场的工作点可能在磁滞回线的四个象限内移动,导致理想的双魔环机构无法在理论值下正常工作。国外一些研究者虽然已制作出一些双魔环机构,但磁场值均较低,且没有全面模拟其装配及工作过程中的磁场分布和磁化状态。针对以上问题,本文在通过对永磁双魔环基本结构及工作过程的分析基础上,提出了一种改进的双魔环结构。内环采用矫顽力较高的材料,外环采用剩磁较大的材料,并合理调整内外环尺寸。数值计算结果表明,改进的双魔环结构不但可在较小体积下产生较大场强,而且较好的减小了x轴方向的磁场分量,可以作为进一步研究双魔环结构的初期模型。本文运用矢量Preisach磁滞模型结合有限元法模拟了上述永磁双魔环的装配及工作过程,并在此基础上在双魔环中心气隙内加入一定形状的软磁或永磁材料,分析设计了两类特殊的增强型永磁双魔环:软铁增强型和磁极增强型,中心磁场可达3.5T,可根据不同的需要选择合适的结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.2.1 永磁魔环
• 1.2.2 磁滞模型
• 1.3 课题研究的任务
• 第二章 Preisach磁滞模型
• 2.1 标量Preisach磁滞模型
• 2.1.1 经典Preisach磁滞模型
• 2.1.2 Preisach磁滞模型的发展
• 2.1.3 一种新的标量Preisach磁滞模型
• 2.3 矢量Preisach磁滞模型
• 2.3.1 Mayergoyz提出的矢量Preisach磁滞模型
• 2.3.2 简化的矢量Preisach磁滞模型
• 2.4 小结
• 第三章 永磁双魔环机构的数值模拟
• 3.1 磁体材料及尺寸的初步确定
• 3.2 永磁双魔环基本结构的分析
• 3.2.1 理想的永磁双魔环
• 3.2.2 改进的永磁双魔环
• 3.2.3 数值模拟结果的可靠性
• 3.3 永磁双魔环装配及工作过程的数值计算方法
• 3.3.1 异常磁化现象
• 3.3.2 数值计算方法
• 3.4 永磁双魔环装配过程的数值模拟
• 3.4.1 内环装配
• 3.4.2 外环装配
• 3.5 永磁双魔环工作过程的数值模拟
• 3.5.1 理想的永磁双魔环
• 3.5.2 改进的永磁双魔环
• 3.6 小结
• 第四章 两类特殊永磁双魔环的设计
• 4.1 软铁增强型永磁双魔环
• 4.1.1 磁极中加入软磁材料
• 4.1.2 气隙中加入软磁材料
• 4.2 磁极增强型永磁双魔环
• 4.2.1 针孔气隙永磁双魔环
• 4.2.2 磁盘气隙永磁双魔环
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录A 钕铁硼极限磁滞回环数据
• 致谢