CN104157392B

CN104157392B - 一种双气隙闭式环形永磁磁路

Info

Publication number: CN104157392B
Application number: CN201410397458.5A
Authority: CN
Inventors: 赵凌志; 彭爱武; 董增仁; 沙次文; 刘江瑾; 王�锋; 刘保林; 李建; 李然; 夏琦
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-08-12
Also published as: CN104157392A

Abstract

一种双气隙闭式环形永磁磁路，所述永磁磁路由两个横截面为矩形的工作气隙、与两个工作气隙相对应的四个永磁磁极和横截面为矩形的四个填充块以及八边形轭铁外边框组成，所述永磁磁路在结构上上下对称、左右对称、轴向对称；四个永磁磁极包括两个N磁极和两个S磁极，按N‑S‑N‑S顺序串联闭合；一个N磁极和一个S磁极在垂直方向相对应、连同水平方向的两个填充块围成一个矩形工作气隙，工作气隙中产生两极磁场，且两个工作气隙中的磁场方向相反；每个所述工作气隙的N磁极与另外一个工作气隙的S磁极相邻、且位于与工作气隙中的磁场方向垂直的X轴的同侧；四个所述永磁磁极和填充块的外周面紧贴轭铁外边框的内周面。

Description

一种双气隙闭式环形永磁磁路

技术领域

本发明涉及一种永磁磁路，特别是一种双气隙、闭合环形永磁磁路。

背景技术

常规永磁磁路通常分为两大类：开放式和封闭式。其中开放式磁路的典型代表是C型磁路结构；封闭式磁路包含的类型较多，有“口”字型、立柱型、“工”字型、球型、圆柱型等等。与开放式磁路相比，封闭式磁路的漏磁小、场强高、场均匀度高且场稳定性好，广泛应用在核磁共振系统和磁流体能量转换等领域。图1为中国专利201320070242.9公开的一种用于电磁流体海洋溢油分离回收装置的八棱柱两极闭式永磁磁路，八棱柱磁路结构的中心是横截面为矩形的气隙；穿过气隙的磁力线通过边框轭铁闭合，形成两个关于中心线yy’对称的主磁路。对于电磁流体海洋溢油分离回收装置，油污海水处理量及收油效率随电磁力密度以及电磁力作用空间的增大而增大。电磁力密度f＝B×J，其中B、J分别为磁通密度矢量和海水中的电流密度矢量。磁流体分离通道穿过磁体的气隙，因而电磁流体海洋溢油分离回收装置的处置能力随磁体气隙几何尺寸以及气隙磁通密度的增大而增大。然而，永磁磁路结构的体积和重量随气隙磁通密度以及气隙几何尺寸的增大而迅速增大。此外，磁流体分离通道为直流供电，工作电压U＝jd/σ，其中j＝(J_x ²+J_y ²+J_z ²)^1/2，J_x、J_y、J_z分别为J的x、y、z方向的分量，d为电极间距，σ为海水电导率。因而，磁流体分离通道的电极间距、即磁体气隙宽度受到海上船舶安全用电电压限制。海上作业平台受平台空间、作业环境和吊装能力等限制，对所采用的设备和装置的体积和重量提出了严格的要求。随着电磁流体海洋溢油分离回收技术的应用和推广，如何减低其关键部件—永磁磁体的重量和外形尺寸，同时实现双工作气隙、高场强和低漏磁特性，成为重要的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种双气隙闭式环形永磁磁路。本发明适用于电磁流体海洋溢油分离回收装置，在降低永磁磁路重量和外形尺寸的前提下，采用环形闭合磁路结构，实现了双工作气隙、高气隙磁通密度和低漏磁特性。

本发明的技术方案是：一种双气隙闭式环形永磁磁路，所述永磁磁路由两个横截面为矩形的工作气隙、与两个工作气隙相对应的四个永磁磁极和横截面为矩形的四个填充块以及八边形轭铁外边框组成。所述永磁磁路在结构上具有对称：关于X、Y、Z轴对称，且笛卡尔坐标原点在所述永磁磁路几何中心；X轴与所述工作气隙中的磁场方向相垂直，Y轴与所述工作气隙中的磁场方向相平行，Z轴为所述永磁磁路的轴向方向。四个永磁磁极包括两个N磁极和两个S磁极，且按N-S-N-S顺序串联闭合。在Y轴方向相对的一个N磁极和一个S磁极，连同X轴方向布置的两个横截面为矩形的填充块围成一个矩形工作气隙。工作气隙中产生两极磁场，且两个工作气隙中的磁场方向相反。每个所述工作气隙的N磁极与另外一个工作气隙的S磁极相邻、且位于X轴的同侧；每个所述工作气隙的S磁极与另外一个工作气隙的N磁极相邻、且位于X轴的同侧。四个永磁磁极和填充块的外周面紧贴轭铁外边框的内周面。

每个所述永磁磁极由一个横截面为矩形的聚磁软铁、一个横截面为矩形的主磁钢、两个横截面为矩形的侧磁钢、两个横截面为等腰直角三角形的边磁钢和两个横截面为矩形的端磁钢组成。所述聚磁软铁朝向工作气隙的一面为磁极面，所述聚磁软铁除磁极面外的其余五个面分别贴有一个主磁钢、两个侧磁钢和两个端磁钢。所述主磁钢贴于聚磁软铁与其磁极面平行的一个侧面上，所述端磁钢贴于聚磁软铁轴向的两个端面上，所述侧磁钢贴于聚磁软铁的其余两个平行的侧面上。所述边磁钢分别贴于主磁钢和侧磁钢之间。每个所述永磁磁极的边磁钢的与X轴平行的边的边长为L，满足2L>H，H为所述工作气隙的磁极间距。

所述聚磁软铁周围的一个主磁钢、两个侧磁钢和两个端磁钢的充磁方向垂直指向或背向与聚磁软铁相接触的矩形面；与所述聚磁软铁相对应的两个边磁钢的充磁方向垂直背向或指向所述边磁钢的斜面。以X轴为对称轴的所述永磁磁路的上、下永磁磁极的极性相反。位于X轴同侧的所述两个相邻永磁磁极的边磁钢的充磁方向相同，且沿X轴的间距为0。

所述两个矩形工作气隙的四个永磁磁极在闭合磁回路按N-S-N-S顺序依次串联，连同轭铁外边框的上、下部分组成一个主磁路；所述四个永磁磁极产生的其他磁力线通过轭铁外边框的左、右部分闭合形成另外两个关于Y轴对称的主磁路。

由于采用了上述技术方案，在有效工作气隙尺寸和中心场磁通密度相同的情况下，本发明的双气隙闭式环形永磁磁路较两个现有技术的单气隙闭式磁路省去了一个轭铁外边框左右部分的尺寸和重量。相对现有技术的一个具有与双气隙尺寸相同的单气隙闭式磁路，由于四个永磁磁极本身形成一个磁回路，同样减小了轭铁外边框左右部分的尺寸和重量。聚磁软铁及其周围磁钢所形成的永磁磁极，充分汇聚磁通，减少漏磁通，使磁钢、特别是主磁钢产生的磁通全部通过聚磁软铁进入工作气隙，进而提高了工作气隙中磁场强度和均匀度，为海面浮油回收创造了条件。

附图说明

图1是现有技术单气隙两极闭式永磁磁路磁通密度矢量分布图；

图2是本发明具体实施例的结构主视示意图：1轭铁外边框，2第一侧磁钢，3边磁钢，4主磁钢，5第二侧磁钢，6第一填充块，7第二填充块，8聚磁软铁；

图3是图2的A-A剖面图：9端磁钢，10端部铝块；

图4是本发明具体实施例轴向中心XY平面的磁通密度矢量分布图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。

图2～图4为本发明的具体实施例。图2中，X轴为所示结构上下方向的对称轴，Y轴为所示结构左右方向的对称轴；图3中，Z轴为本发明具体实施例的轴向方向。

本实施例的双气隙闭式环形永磁磁路由两个矩形工作气隙、四个永磁磁极、两个第一填充块6、两个第二填充块7、端部铝块10和八边形轭铁外边框1组成，本发明的永磁磁路在结构上关于X、Y、Z轴对称。

四个永磁磁极包括两个N磁极和两个S磁极。每个工作气隙由对称设置于其平行的两边外侧的一个N磁极和一个S磁极，以及非导磁第一填充块6和非导磁第二填充块7共同围成；所述的非导磁第一填充块6和非导磁第二填充块7对称设置于工作气隙另外平行的两边外侧，横截面为矩形。N磁极和S磁极的垂直距离为H。

每个永磁磁极由一个横截面为矩形的聚磁软铁8、一个横截面为矩形的主磁钢4、横截面为矩形的第一侧磁钢2和第二侧磁钢5、两个横截面为等腰直角三角形的边磁钢3和两个横截面为矩形的端磁钢9组成。聚磁软铁8朝向工作气隙的一个侧面为磁极面。如图2所示，除磁极面外，在聚磁软铁8的其余三个矩形侧面上贴有主磁钢4、第一侧磁钢2和第二侧磁钢5。两个横截面为等腰直角三角形的边磁钢3的两个直角面分别贴在主磁钢4和第一侧磁钢2或第二侧磁钢5的一个面上，第一侧磁钢2和第二侧磁钢5的与X轴平行的边的边长为L，且2L>H。如图3所示，在聚磁软铁8的两个轴向端面上分别贴有端磁钢9，在端磁钢9的外端面贴有非导磁的端部铝块10。聚磁软铁8处于主磁钢4、第二侧磁钢5、第一侧磁钢2、边磁钢3和端磁钢9的包围中，形成工作气隙的N磁极或S磁极。

如图2所示，四个永磁磁极和两个填充块7的外周面紧贴八边形轭铁外边框1的内周面。两个工作气隙的相邻永磁磁极的第一侧磁钢2和第二侧磁钢5的与X轴垂直的一矩形面重合。

图2和图3中箭头所示为磁钢的充磁方向。贴于聚磁软铁8周围的主磁钢4、第一侧磁钢2和第二侧磁钢5以及两块端磁钢9的充磁方向垂直指向或背向与聚磁软铁8相接触的矩形面；相应的两个边磁钢3的充磁方向垂直背向或指向所述边磁钢3的斜面。图2中，定义+X轴和+Y轴间为第一象限，按顺时针依次定义第二、三和四象限。则位于第一象限的永磁磁极为相应工作气隙的N磁极，位于第二象限的永磁磁极为同一工作气隙的S磁极；位于第三和第四象限的为另一工作气隙的N磁极和S磁极。每个工作气隙的N磁极与另一个工作气隙的S磁极相邻、且位于X轴的同一侧。四个永磁磁极按N-S-N-S顺序串联闭合，在两个工作气隙中产生两极磁场，且两个工作气隙中的磁场方向相反。

图4是轴向中心XY平面的磁通密度分布图。如图所示，两个工作气隙的四个永磁磁极按N-S-N-S顺序依次串联、连同轭铁外边框1的上、下部分组成一个主磁路。第一和第二象限的两个永磁磁极连同相应的工作气隙和轭铁外边框1的右边部分形成第二个主磁路；第三和第四象限的两个永磁磁极连同相应的工作气隙和轭铁外边框1的左边部分形成第三个主磁路，第二和第三主磁路关于Y轴对称。在有效工作气隙尺寸和中心场磁通密度相同的情况下，由于四个永磁磁极产生的一半磁通通过本身形成的主磁路闭合，本发明的永磁磁路和两个图1所示的磁路比较，省去了一个轭铁外边框左右部分的尺寸和重量。或与一个与本发明的双气隙尺寸相同的图1所示的磁路比较，本发明的永磁磁路同样省去了一个轭铁外边框左右部分的尺寸和重量。

Claims

1.一种双气隙闭式环形永磁磁路，其特征在于：所述永磁磁路由两个横截面为矩形的工作气隙、与两个工作气隙相对应的四个永磁磁极和横截面为矩形的四个填充块，以及八边形轭铁外边框组成；所述永磁磁路在结构上具有对称性：关于以所述永磁磁路几何中心为笛卡尔坐标原点的笛卡尔坐标系的X、Y、Z轴对称，且X轴与所述工作气隙中的磁场方向相垂直，Y轴与所述工作气隙中的磁场方向相平行，Z轴为所述永磁磁路的轴向方向；四个永磁磁极包括两个N磁极和两个S磁极，且四个永磁磁极按N-S-N-S顺序串联闭合；在Y轴方向相对的一个N磁极和一个S磁极，连同X轴方向布置的两个填充块围成一个矩形工作气隙；工作气隙中产生两极磁场，且两个工作气隙中的磁场方向相反；每个所述工作气隙的N磁极与另外一个工作气隙的S磁极相邻、且位于X轴的同侧，每个所述工作气隙的S磁极与另外一个工作气隙的N磁极相邻、且位于X轴的同侧；四个所述永磁磁极和填充块的外周面紧贴轭铁外边框的内周面。

2.按照权利要求1所述的双气隙闭式环形永磁磁路，其特征在于：每个所述永磁磁极包括一个横截面为矩形的聚磁软铁、一个横截面为矩形的主磁钢、两个横截面为矩形的侧磁钢、两个横截面为等腰直角三角形的边磁钢和两个横截面为矩形的端磁钢；所述聚磁软铁朝向工作气隙的一面为磁极面，所述聚磁软铁除磁极面外的其余五个面分别贴有一个主磁钢、两个端磁钢和两个侧磁钢；所述主磁钢贴于聚磁软铁的与其磁极面平行的一个侧面上，所述端磁钢贴于聚磁软铁的轴向的两个端面上，所述侧磁钢贴于聚磁软铁的其余两个平行的侧面上，所述边磁钢分别贴于主磁钢和侧磁钢之间。

3.按照权利要求1所述的双气隙闭式环形永磁磁路，其特征在于：每个所述永磁磁极的聚磁软铁周围的一块主磁钢、两块侧磁钢和两块端磁钢的充磁方向垂直指向或背向与聚磁软铁相接触的矩形面；与所述聚磁软铁相对应的两个边磁钢的充磁方向垂直背向或指向所述边磁钢的斜面；同一工作气隙的X轴两边的永磁磁极的极性相反。

4.按照权利要求1所述的双气隙闭式环形永磁磁路，其特征在于：所述四个永磁磁极按N-S-N-S顺序依次串联，连同轭铁外边框的上、下部分组成一个主磁路；所述四个永磁磁极产生的其他磁力线通过轭铁外边框的左、右部分闭合形成另外两个关于Y轴对称的主磁路。

5.按照权利要求3所述的双气隙闭式环形永磁磁路，其特征在于：工作气隙的磁极间距H和每个永磁磁极的侧磁钢的与X轴平行的边的边长L满足2L>H；位于X轴同侧的所述两个相邻永磁磁极的、沿X轴的间距为0的侧磁钢的充磁方向相同。