CN111865038A - 一种高效液态金属磁流体泵 - Google Patents

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赵凌志
彭爱武
陈小强
李建
王�锋
刘保林
李然
夏琦
刘艳娇
张庆贺
沙次文
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Abstract

本发明公开了一种高效液态金属磁流体泵，由直线形磁流体通道、六面体永磁磁体、边框轭铁和平板形电极组成；采用闭合磁路和对称结构，大大降低了外部漏磁场、提高了工作气隙磁场强度，进而提高了液态金属磁流体泵的泵送能力、效率和电磁兼容性，降低了泵的外形尺寸和重量。

Description

一种高效液态金属磁流体泵
技术领域
本发明涉及一种磁流体泵，特别是一种低漏磁的高效液态金属磁流体泵。
背景技术
磁流体泵利用导电流体，如液态金属、血液、人体体液、海水等中电场和磁场的相互作用产生电磁力驱动导电流体流动，是一种导电流体的泵送装置。磁流体泵的电机和泵体合二为一，没有旋转机械部件和传动轴系，提高了可靠性、降低了机械噪声，广泛应用在海水、液态金属输送，生物微流体驱动和控制，以及血液泵等领域。图1是用于液态金属循环冷却系统的液态金属磁流体泵，主要由直线形磁流体通道1、上下两块永磁磁体2和平板形电极3组成，结构简单。磁流体通道1穿过工作气隙，上下两块永磁磁体2产生的磁场通过工作气隙和外周气隙闭合。因此，图1所示液态金属磁流体泵的磁路为开放磁路，外部漏磁大，降低了工作气隙内的磁通密度B、同时对外周的电子设备产生不良影响。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种低漏磁的高效液态金属磁流体泵。本发明采用闭合磁路结构，大大降低了外部漏磁场、提高了工作气隙磁场强度，进而提高了液态金属磁流体泵的泵送能力、效率和电磁兼容性，降低了泵的外形尺寸和重量。
本发明的技术方案为：液态金属磁流体泵采用对称结构和闭合磁路，由磁流体通道、两个永磁磁体、边框轭铁和一对电极组成；两个永磁磁体对称布置在磁流体通道的两侧、边框轭铁布置在两个永磁磁体的四周、一对电极布置在磁流体通道内与磁场方向平行的两个内壁面上。磁流体通道为直线形流道，沿流动方向依次为进口、有效段和出口；磁流体通道有效段内与磁场方向平行的两壁面内壁布置电极，有效段的截面为矩形，有效段位于进口和出口之间，是电场、磁场和流场作用区域；进口和出口位于有效段两侧，与外部管路连接。永磁磁体为长方体，其充磁方向与磁流体通道内的流动方向和电场方向相垂直，与边框轭铁组成闭合磁路。边框轭铁采用对称结构，沿X、Y和Z方向对称；边框轭铁沿X方向紧贴在永磁磁体的外表面，边框轭铁沿Y方向与永磁磁体的间距d1不小于两个永磁磁体之间的间距d2；边框轭铁与磁流体通道的进口和出口相对应的区域中空，其中空截面依据外部连接管路而定。电极为平板形。
所述永磁磁体可采用钕铁硼；所述边框轭铁为高导磁性材料，如电工纯铁或钢Q235；所述磁流体通道采用非导磁非导电材料，如聚甲醛等；所述电极采用无氧铜或紫铜。
附图说明
图1是现有用于液态金属循环冷却系统的液态金属磁流体泵，1磁流体通道，2永磁磁体，3电极，B磁通密度，J电流密度，V液态金属速度；
图2是本发明具体实施例的三维示意图：1磁流体通道，2-1和2-2永磁磁体，3边框轭铁；
图3是本发明具体实施例磁流体通道1的三维示意图：1-1进口，1-2有效段，1-3出口，4-1和4-2平板电极；
图4是本发明具体实施例典型平面磁场矢量分布；
图5是本发明具体实施例漏磁场分布；
图6是本发明具体实施例典型直线路径磁通密度分布；
图7是与本发明具体实施例相对应的无边框轭铁的典型平面磁场矢量分布；
图8是与本发明具体实施例相对应的无边框轭铁的漏磁场分布；
图9是与本发明具体实施例相对应的无边框轭铁的典型直线路径磁通密度分布。
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。
如图2和图3所示，本发明具体实施例由磁流体通道1、永磁磁体2-1和2-2、边框轭铁3和电极4-1和4-2组成，采用对称结构和闭合磁路；永磁磁体2-1和2-2沿X方向对称布置在磁流体通道1的两侧，边框轭铁3布置在永磁磁体2-1和2-2的四周，电极4-1和4-2布置在磁流体通道1的与磁场方向平行的两个内壁面上；磁场方向沿+X，电场方向为+Z，流动方向为+Y。磁流体通道1由进口1-1、有效段1-2和出口1-3组成，为直线形流道；磁流体通道1的有效段1-2的Z方向上下两壁面上布置电极4-1和4-2，电极4-1为阴极，电极4-2为阳极；磁流体通道1的有效段1-2位于进口1-1和出口1-3之间，其截面为矩形，为电场、磁场和流场作用区域；进口1-1位于有效段1-2的左侧，出口1-3位于有效段1-2的右侧，进口1-1和出口1-3与外部管路连接；磁流体通道1采用非导磁和非导电的聚甲醛。永磁磁体2-1和2-2为长方体；永磁磁体2-1和2-2的充磁方向沿+X方向；永磁磁体2-1和2-2与边框轭铁3组成闭合磁路；永磁磁体2-1和2-2采用钕铁硼N52M。边框轭铁3采用对称结构，沿X、Y和Z方向对称；边框轭铁3采用电工纯铁；沿X方向，边框轭铁3紧贴在永磁磁体2-1和2-2的外表面，沿Y方向边框轭铁3与永磁磁体2-1和2-2的距离d1不小于磁流体通道1的X方向的外尺寸d2；边框轭铁3与磁流体通道1的进口1-1和出口1-3相对应的区域中空，中空截面依据外部连接管路而定。电极4-1和4-2为平板形，材质为紫铜或无氧铜。
图4为本发明具体实施例的XY平面，Z＝0，的磁通密度矢量分布。可以看出，永磁磁体2-1和2-2产生的磁场通过磁流体通道1所在的气隙和边框轭铁3闭合；磁流体通道1有效段1-2内的磁场方向为+X方向。
图5为与图4相对应的漏磁场分布。可以看出，距本发明具体实施例永磁磁体2-1和2-2外表面40mm，漏磁场为50Gs。
图6为与图4相对应的气隙中心线，X＝Z＝0，磁通密度分布。可以看出，气隙内磁通密度沿Y方向为平定波分布，中心场为0.9T。
图7～图9为与本发明具体实施例相对应的无边框轭铁3的开放磁路的磁场分布。可以看出，无边框轭铁，漏磁场增强、气隙内磁通密度降低。如图8所示，距永磁磁体外表面27mm，漏磁场为50Gs。如图9所示，气隙中心场约0.825T。

Claims (2)

1.一种高效液态金属磁流体泵，其特征在于：所述液态金属磁流体泵由磁流体通道(1)、永磁磁体(2-1、2-2)、边框轭铁(3)和电极(4-1、4-2)组成，采用对称结构和闭合磁路；永磁磁体(2-1、2-2)沿X方向对称布置在磁流体通道(1)的两侧，边框轭铁(3)布置在永磁磁体(2-1、2-2)的四周，电极(4-1、4-2)布置在磁流体通道(1)内与磁场方向平行的两个内壁面上；磁流体通道(1)为直线形流道，沿流动方向依次为进口(1-1)、有效段(1-2)和出口(1-3)；磁流体通道(1)有效段(1-2)内沿Z方向上下两壁面内壁布置电极(4-1、4-2)，磁流体通道(1)的有效段(1-2)位于进口(1-1)和出口(1-3)之间，磁流体通道(1)的有效段(1-2)的截面为矩形，磁流体通道(1)的有效段(1-2)是电场、磁场和流场作用区域，磁流体通道(1)的进口(1-1)和出口(1-3)位于有效段(1-2)的两端且与外部管路连接；永磁磁体(2-1、2-2)为长方体，其充磁方向沿X方向，与边框轭铁(3)组成闭合磁路；边框轭铁(3)采用对称结构，沿X、Y和Z方向对称，边框轭铁(3)沿X方向紧贴在永磁磁体(2-1、2-2)的外表面，边框轭铁(3)沿Y方向与永磁磁体(2-1、2-2)的间距d1不小于磁流体通道(1)的X方向的外尺寸d2，边框轭铁(3)与磁流体通道(1)的进口(1-1)和出口(1-3)相对应的区域中空，其中空截面依据外部连接管路而定；电极(4-1、4-2)为平板形。
2.按照权利要求1所述的液态金属磁流体泵，其特征在于：所述永磁磁体(2-1、2-2)采用钕铁硼，所述边框轭铁(3)为高导磁性材料：电工纯铁或钢Q235；所述磁流体通道(1)采用非导磁非导电材料；所述电极(4-1、4-2)采用无氧铜或紫铜。
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