硕士论文 强永磁机构设计中异常磁化的处理.pdfVIP

沈阳工业大学硕士学位论文

摘要

烧结钕铁硼具有优异的磁性能，可用来制作成强磁场永磁机构。强永磁魔环是一种

特殊的永磁机构，由若干充磁方向连续变化的永磁体组成，通过合理的设计，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强磁场，这在诸多科学技术领域具

有重要应用价值。

强永磁魔环机构装配过程中永磁体内容易产生局部饱和、局部退磁和旋转磁化等异

常磁化现象，从而永磁体的工作点可能落在磁滞回线的四个象限内，另外旋转磁化涉及

矢量磁滞问题。国外一些研究者虽然已制作出场强为4~5Ｔ的强永磁机构，但并未充分

考虑其中出现的异常磁化现象，理论设计值一般比实测值偏高。只有在磁场计算中准确

模拟异常磁化，才能设计出符合预定要求的永磁机构。而一般的矢量磁滞模型，主要针

对低磁场情况磁记录材料以及软磁材料的模拟，而且应用起来比较复杂。关于永磁机构

中产生的强磁场下外场按任意规律变化的旋转磁化问题，其研究成果的报导较少。

针对以上问题，本文在研究了烧结钕铁硼的显微组织结构和技术磁化微观机理的基

础上，提出了一种二维简化各向异性矢量Preisach磁滞模型，将该矢量磁滞模型与有限

元分析耦合，只需利用永磁材料易轴和难轴方向上极限磁滞回线的数据，即可全面模拟

强永磁机构装配过程中出现的局部饱和、局部退磁和旋转磁化现象，该方法简洁易于计

算机编程实现。

本文利用上述各向异性矢量Preisach磁滞模型结合有限元法模拟了魔环装配过程，

并设计制造了一种新的增强型永磁魔环机构。采用了加入软磁材料、调整充磁方向、选

用两种不同牌号永磁材料以及采用磁屏蔽固定外壳等一系列方法，并利用正交实验法结

合穷举法法优化永磁魔环各部分尺寸和充磁方向，有效降低了局部饱和与退磁，增强了

魔环有效区场强。

永磁魔环制造完成后，气隙内磁感应强度达到4.10T，测试结果与理论计算值相比

偏小，误差主要源于装配过程、加工精度、材料性能及测试等方面影响。基本证明了魔

环机构设计方法的合理性和优化方法的有效性，为强永磁机构的设计奠定了理论基础。

关键词：永磁魔环，矢量Preisach磁滞模型，旋转磁化，烧结钕铁硼

I

强永磁机构设计中异常磁化的处理

II

沈阳工业大学硕士学位论文

SolveofAbnormalMagnetizationinTheDesignofPermanent

MagnetMechanismwithHighField

Abstract

SinteredNd-Fe-Bwhichhasexcellentpropertiescanbeusedtoproducthighfield

permanentmagneticmechanism.Thereisakindofspecialpermanentmagneticmechanism—

—highfieldmagicringwhichismadeupofpermanentmagnetsegmentswithdifferent

magnetizationdirections.Amagneticfluxdensitylevelseveraltimesasmuchasthe

remanenceofpermanentmagnetmaterialcanbeachievedifwedesignthemagicring

properly.

However,abnormalmagnetizationincludinglocalsaturation,localdemagnetizationand

rotationalmagnetizationoccurintheassemblyprocessofhighfieldpermanentmagnetic

foreignresearchersproductedsomemechanismswhichfluxdensitiesreached4-5