磁性材料设计参考资料.doc

磁性材料设计参考资料
材料从研制角度而言,是希望性能尽可能地优越。但从使用角度考虑,对已研制出的材料,如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。具体到永磁材料,则涉及到磁体的选用和磁路的设计。下面对永磁磁路设计做简单介绍。·永磁磁路的基本知识磁路:
最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。磁路之所以采用路的说法,是从电路借用而来,所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的,为了更明了地说明这个问题,简单比较如下图:
磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路,其形式同于电路。
静态磁路基本方程:
静态磁路有两个基本方程:
其中k f为漏磁系数,k r为磁阻系数,Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度;Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。由以上两式可得: 上式中Vm=,Vg=,(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。·磁路设计的一般步骤: ·根据设计要求(Bg Ag、Lg的值由要求提出),选择磁路结构的磁体工作点。在选择磁路结构时,需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸,设法使磁体的位置尽量靠近气隙,磁轭的尺寸要够大,以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和,即φ=B轭A轭,式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。如果B轭等于饱和磁通密度的话,则磁轭本身的磁阻增加很多,磁位降加大,或者说磁动势损失太大。
·估计一个Kf和Kr,利用初步算出磁体尺寸Am 、 Lm;
·据磁体尺寸、磁轭尺寸,算出整个磁路的总磁导P(其中关键是漏磁系数Kf的计算),再将原工作点代入下式:
Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)]
·据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R,看Bg是否与要求相符,否则再从头起设计。
在已知气隙要求(Bg、Ag、Lg)和磁体工作点的情况下,欲求磁体的尺寸(Lm、Am),则需要知道漏磁系数Kf和磁阻系数Kr。Kr的值变化较小,。Kf的值在不同磁路结构(不同的尺寸、磁势分布)中,差别很大。计算Kf的方法,带有很大的经验性质,原因是磁路中的磁通(磁流)、磁动势、磁阻都是非集中参量,很难准确计算,理论计算与实际结果误差往往在10%以上。虽然如此,作为一种方法,下面还是要对Kf的理论计算作一个简单介绍。·漏磁系数Kf的计算: 从磁路设计和方法可见,磁路设计之关键是漏磁系数Kf的计算。对于Kf的计算,一般有磁导法和经验公式法:
,先把磁路等效成电路,计算磁路各部分的磁导,再根据基尔霍夫方程组,求Kf : 其中,Pb为气隙上下边缘的磁导,Pi为磁体外侧面的磁导。
对于各部分的磁导Pi的求法有二:
·
· (该方法使用更广泛)
,经推导可有以下关于常见磁路磁导的计算公式:
·磁体工作点的确定: 磁路设计,首先要据磁路选取合适的磁体,并确定其工作点Bm、Hm。为满足磁通稳定性的要求,磁体工作点应选在磁体最大磁能积点的上方。由于磁体工作点与磁性能和磁体尺寸有关,故选定所使用的磁体后,便是要选择合适的磁体尺寸,以得到合理的工作点。为判断所选取的工作点是否合理,我们简单谈一下如何确定磁体的工作点:
1. 孤点磁体单位磁导(退磁系数PC)的确定:
由电磁场理论