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磁性材料设计参考资料.docx磁性材料设计参考资料材料从研制角度而言,是希望性能尽对能地优越。但从使用角度考虑,对已研制出的材料,如何介理利用以期茯得最人的收益则显得更为重耍。具体到永磁材料,则涉及到磁体的选川和磁路的设计。下面对永磁磁路设计做简单介绍。•永磁磁路的基木知识磁路:最简单的永磁磁路山磁体、极靴、辘铁、空气隙组成。磁路之所以采用路的说法,是从电路借用而來,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:电路磁路电流I磁通e电压U磁动势F电导P磁导p电流1=极化程度JX面积S磁通e=磁感应程度bx面积s电导=电导率X截面/导体长度磁导p=磁导率x截面/长度串并联电路关系式串并联磁路关系式磁路的丛木类型有并联磁路、串联磁路,其形式同于电路。静态磁路基木方程:F= 丄静态磁路有两个基本方程:其中kf为漏磁系数,kr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5?=(-甘風)乞-^—强度、气隙面积和长度。由以上两式可得: sfr上式中Vm=Am丄m表示水磁体体积,Vg=,(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。•磁路设计的•般步骤:•根据设计要求(BgAg、Lg的值由要求提岀),选择磁路结构的磁体工作点。在选择磁路结构时,需要结合磁体性能來考虑磁体的尺寸,设法使磁体的位置尽量靠近气隙,磁辘的尺寸要够大,以便通过其中的磁通不至于使磁馳饱和,即(p=B轨A轨,式屮的B轨最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。如果B轨等于饱和磁通密度的话,则磁辘本身的磁阻増加很多,磁位降加人,或者说磁动势损失人人。•估计一个Kf和Kr,利用初步算出磁体尺寸Am、Lm;•据磁体尺寸、磁轨尺寸,算岀整个磁路的总磁导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+l/P)]•据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r■和磁轨的磁阻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)和磁体工作点的悄况下,欲求磁体的尺寸(Lnr、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,带冇很大的经验性质,原因是磁路中的磁通(磁流)、磁动势、磁阻都是非集屮参量,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,下面还是耍对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Z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:一①_P一]」+目目%存勺 々其中,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:e.▼▲(该方法使用更广泛)p=~p=m~=^^,经推导可有以下关于常见磁路磁导的计算公式: « «+丄In长方帮卓奴宸面坯异v=rh1+当讥X,P=-X2Inx+J”y2•磁体匸作点的确定: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人磁能积点的上方。由于磁体工作点与磁性能和磁体尺寸冇关,故选定所使用的磁体后,便是要选择介适的磁体尺寸,以得到介理的工作点。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:(退磁系数PC)的确泄:沿辐向磁化圆棒:4 ,下而分情况说明:Pe~2RW“伍+莊)辐向充磁圆柱磁导块状磁体,七卄站加|M .▼b3 方块磁导实际测定值与理论值有些差晁,但完全可以定性地说明问题。:负载线Pc^tga磁体退磁曲线如右:过0点作负载线,其斜率即为导磁系数Pc,该负载线与Br-Hcb连线相交于一点,该点对应的BrmHm即为磁体工作点。据此我们既可对所选磁体的工作点进行计算,从而进行下一•步的磁路设计,也可在选用磁体时采用合适的磁体尺寸,使磁体工作点满足磁路设计Z耍求。磁铁间吸引或排斥力的计算:对于如下图屮所示的磁铁与铁磁性材料之间的吸引力F的算法:永硏体1Xr了 rf9 ,』,:f: /N永磁体1yr f <<4 ZZflrfl■ - - ~9 9 9 _ 尸_~f f f J才 f f f永瞪体犷Afrf,u/f ti4▲S2FF永埠体2永***体2ii;铁2F设气隙磁密Bg,磁场强度F=丄BsHsAgHg,气隙面积Ag,气隙长Lg,则吸引力F为: 2 即磁体与衔铁间的磁力与气隙磁密,磁场强度及气隙血积成正比。而对于图中两块磁