CN214043277U - 永磁磁路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种永磁磁路装置。永磁磁路装置包括第一磁体组件，第一磁体组件包括多个第一永磁体和多个第一软磁体，多个第一永磁体和多个第一软磁体连接形成环状结构，多个第一软磁体相对于环状结构的中心对称设置。本实用新型解决了现有技术中永磁装置存在永磁体用量大、成本高、分区不合理的问题。

Description

永磁磁路装置

技术领域

本实用新型涉及电磁设备技术领域，具体而言，涉及一种永磁磁路装置。

背景技术

磁路设计的目的是使用最小的磁体体积，在特定的磁场工作气隙空间产生较高的磁场强度。永磁机构的优化设计是一个磁场设计的逆问题，给定设计气隙的空间尺寸，设计出最优的永磁体的结构。

简单的永磁磁路设计方法就是把两块永磁材料互相平行地对放，形成磁体的两极。在两极的间隙之间产生一定的磁场。为了提高场强，人们使用高磁导率的软磁材料贴在永磁体的两端，形成有磁轭的磁体回路。后来为了进一步增强磁场，有人提出了Halbach(哈尔巴赫)旋转理论，设计出中空的圆柱型磁体，圆柱体被划分为多个磁体块，每一块按照Halbach旋转理论的方向进行充磁，然后组装，磁力线被约束在圆柱的孔内形成高的近似均匀的磁场。基于Halbach旋转原理，不同气隙形状的磁路设计不断涌现，利用一条或者多条磁路在工作气隙处叠加，使得磁场强度提高。

目前为了提高永磁磁场在气隙处的磁场强度，往往采用钕铁硼作为磁体材料，由于其磁能积高，具有优越的性能。然而，钕铁硼的价格昂贵，尤其是磁场需要较强时，比如磁制冷领域永磁磁体磁场强度在0.8T～1.5T左右，尤其是大于1.2T以上时，磁体的成本将很高，不利于商业化。现有的传统技术，存在永磁体用量大、分块不合理的问题。

也就是说，现有技术中永磁装置存在永磁体用量大、成本高、分区不合理的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种永磁磁路装置，以解决现有技术中永磁装置存在永磁体用量大、成本高、分区不合理的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种永磁磁路装置，包括第一磁体组件，第一磁体组件包括多个第一永磁体和多个第一软磁体，多个第一永磁体和多个第一软磁体连接形成环状结构，多个第一软磁体相对于环状结构的中心对称设置。

进一步地，环状结构具有一组磁极对，第一软磁体为两个，且磁极对的两个磁极位于两个第一软磁体所在的区域处。

进一步地，磁极对的两侧具有两个基础磁路，一个基础磁路的方向为逆时针、另一个基础磁路的方向为顺时针，各基础磁路所在位置处的多个第一永磁体的充磁方向构成基础磁路的方向。

进一步地，第一软磁体的磁场小于第一永磁体的磁场。

进一步地，第一软磁体与环状结构的外周面连接。

进一步地，多个第一软磁体的形状相同，多个第一软磁体绕环状结构的周向间隔设置，且相邻两个第一软磁体之间的距离相同。

进一步地，永磁磁路装置还包括第二磁体组件，第二磁体组件为圆柱形，环状结构套设在第二磁体组件的外部且二者同心并间隔设置。

进一步地，第二磁体组件包括至少一个第二永磁体和至少一个第二软磁体，第二软磁体与第二永磁体拼接成圆柱形。

进一步地，环状结构具有多个磁极对，且各磁极对内的两个磁极相对于环状结构的中心对称设置。

进一步地，各磁极对的两侧具有两个基础磁路，一个基础磁路的方向为逆时针、另一个基础磁路的方向为顺时针，各基础磁路所在位置处的第一永磁体和第二永磁体的充磁方向构成基础磁路的方向。

进一步地，第二软磁体的磁场小于第二永磁体的磁场。

进一步地，环状结构和圆柱形均具有多个磁极，且环状结构和圆柱形上彼此靠近的磁极形成一组磁极对，磁极对是偶数。

进一步地，第二永磁体为一个，第二软磁体的个数为多个且成对设置，多个第二软磁体相对于圆柱形的中心对称设置并与圆柱形的外周面连接。

进一步地，第二永磁体的周向具有多个间隔设置的缺口，多个第二软磁体填充在多个缺口处。

进一步地，第二软磁体的数量为两个，磁极对的个数为两组。

进一步地，第一软磁体的个数为四个，且其中两个第一软磁体与两个第二软磁体对应设置。

进一步地，第二软磁体填充在第二永磁体围成的中心孔内。

进一步地，第二永磁体为多个，多个第二永磁体顺次连接形成永磁体环，第二软磁体填充在永磁体环的中心孔内。

进一步地，第二永磁体的个数为偶数；和/或所有第二永磁体的充磁方向均不相同。

进一步地，第一软磁体的数量为四个或六个，磁极对的个数为四对或六对。

应用本实用新型的技术方案，永磁磁路装置包括第一磁体组件，第一磁体组件包括多个第一永磁体和多个第一软磁体，多个第一永磁体和多个第一软磁体连接形成环状结构，多个第一软磁体相对于环状结构的中心对称设置。

通过将第一永磁体和第一软磁体连接成环状结构形成第一磁体组件，在不影响第一磁体组件的磁场的性能的条件下，减少了第一永磁体的用量，大大节省了永磁磁路装置的生产成本。多个第一软磁体相对于环状结构的中心对称设置，便于第一磁体组件的制作和设计，减少了生产成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例一的目标磁体的结构示意图；以及

图2示出了本实用新型的实施例一的带磁场等势线的磁场分布区域图；

图3示出了本实用新型的实施例一的带磁场等势线和磁场等值线的磁场分布区域图；

图4示出了本实用新型的实施例一的永磁磁路装置的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例二的目标磁体的结构示意图；

图6示出了本实用新型的实施例二的等效永磁体的磁路叠加示意图；

图7示出了本实用新型的实施例二的带磁场等势线和磁场等值线的磁场分布区域图；

图8示出了本实用新型的实施例二的永磁磁路装置的二分之一的结构示意图；

图9示出了本实用新型的实施例二的永磁磁路装置的结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例三的目标磁体的结构示意图；

图11示出了本实用新型的实施例三的等效永磁体的磁路叠加示意图；

图12示出了本实用新型的实施例三的带磁场等势线的磁场分布区域图；

图13示出了本实用新型的实施例三的带磁场等势线和磁场等值线的磁场分布区域图；

图14示出了本实用新型的实施例三的永磁磁路装置的四分之一的结构示意图；

图15示出了本实用新型的实施例三的永磁磁路装置的结构示意图；

图16示出了本实用新型实施例四的目标磁体的结构示意图；

图17示出了本实用新型的实施例四的等效永磁体的磁路叠加示意图；

图18示出了本实用新型的实施例四的带磁场等势线和磁场等值线的磁场分布区域图；

图19示出了本实用新型的实施例四的永磁磁路装置的六分之一的结构示意图；

图20示出了本实用新型的实施例四的永磁磁路装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一磁体组件；11、第一永磁体；12、第一软磁体；20、第二磁体组件；21、第二永磁体；22、第二软磁体；30、等效永磁体；50、磁场分布区域；51、子区域；60、磁场等势线；70、磁场等值线；100、目标磁体；110、目标区域。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为了解决现有技术中永磁装置存在永磁体用量大、成本高、分区不合理的问题，本实用新型提供了一种永磁磁路装置。

如图1至图20所示，永磁磁路装置包括第一磁体组件10，第一磁体组件10包括多个第一永磁体11和多个第一软磁体12，多个第一永磁体11和多个第一软磁体12连接形成环状结构，多个第一软磁体12相对于环状结构的中心对称设置。

通过将第一永磁体11和第一软磁体12连接成环状结构形成第一磁体组件10，在不影响第一磁体组件10的磁场的性能的条件下，减少了第一永磁体11的用量，大大节省了永磁磁路装置的生产成本。多个第一软磁体12相对于环状结构的中心对称设置，便于第一磁体组件10的制作和设计，减少了生产成本。

具体的，第一软磁体12的磁场小于第一永磁体11的磁场。或者说第一软磁体12处于第一磁体组件10中磁场强度较小的位置，以使得第一软磁体12不会影响第一磁体组件10的磁场强度和第一磁体组件10的工作性能，同时还能节省第一磁体组件10的制作成本。

在图4、图9、图15、图20中，第一软磁体12与环状结构的外周面连接。由于第一磁体组件10产生的目标磁场区域位于环状结构的内部，将第一软磁体12与环状结构的外周面连接并不会影响目标磁场区域中的磁场强度，能够有效保证第一磁体组件10的工作，同时大大节省了永磁磁路装置的生产和制作成本，使得永磁磁路装置更能适应商业化生产的需求。

在图4、图9、图15、图20中，多个第一软磁体12的形状相同，多个第一软磁体12绕环状结构的周向间隔设置，且相邻两个第一软磁体12之间的距离相同。这样设置便于第一软磁体12的制作，相邻两个第一软磁体12之间具有多个第一永磁体11，便于第一磁体组件10的制作。

在图9、图15、图20中，永磁磁路装置还包括第二磁体组件20，第二磁体组件20为圆柱形，环状结构套设在第二磁体组件20的外部且二者同心并间隔设置。这样设置使得第一磁体组件10和第二磁体组件20之间的区域为转子活动的区域。这种双筒型嵌套的形式，优选地用于磁制冷或者磁热泵机组中作为磁场源，磁制冷或者磁热泵是通过对基于磁热效应的磁热材料进行周期性加磁和去磁，多个循环之后实现制冷，因此需要有加磁和去磁的过程。当装有磁热材料的磁工质床在圆环型气隙空间与双筒型嵌套磁体相对运动时，就可以实现磁热材料周期性被圆环形气隙中的高磁场区域和低磁场区域扫过，从而实现周期性的加磁和去磁。

在图9、图15、图20中，第二磁体组件20包括至少一个第二永磁体21和至少一个第二软磁体22，第二软磁体22与第二永磁体21拼接成圆柱形。通过设置多个第二永磁体21和多个第二软磁体22拼接成圆柱形，能够保证第二磁体组件20与第一磁体组件10之间的目标区域的磁场强度的同时，大大节省了第二磁体组件20的制作成本。

可选地，环状结构具有多个磁极对，且各磁极对内的两个磁极相对于环状结构的中心对称设置。一对磁极对中的有两个异名磁极，这样能够得到目标区域中的磁场方向。需要说明的是不同的磁极对的情况下，第一软磁体12的数量和位置不同。

各磁极对的两侧具有两个基础磁路，一个基础磁路的方向为逆时针、另一个基础磁路的方向为顺时针，各基础磁路所在位置处的第一永磁体11和第二永磁体21的充磁方向构成基础磁路的方向。这样设置使得磁极对两侧的基础磁路均能够在磁极对处叠加，以使得磁极对处区域的磁场最强。

具体的，第二软磁体22的磁场小于第二永磁体21的磁场。或者说第二软磁体22处于第二磁体组件20中磁场强度较小的位置，以使得第二软磁体22不会影响第二磁体组件20的磁场强度和第二磁体组件20的工作性能，同时还能节省第二磁体组件20的制作成本。

可选地，环状结构和圆柱形均具有多个磁极，且环状结构和圆柱形上彼此靠近的磁极形成一组磁极对，磁极对是偶数。这样设置使得第一磁体组件10和第二磁体组件20中的磁极一一对应形成磁极对，在具有第二磁体组件20的情况下，磁极对的数量必须是偶数才能实现周期性的加磁和去磁。

第一永磁体11和第二永磁体21的材料包括但不限于钕铁硼、钐钴合金、永磁铁氧体、铝镍钴、MnBi、钐铁氮等。同时在第一永磁体11中的实心箭头为第一永磁体11的磁场方向，第二永磁体21中的实心箭头为第二永磁体21的磁场方向。

第一软磁体12和第二软磁体22的材料包括但不限于纯铁、低碳钢、软磁铁氧体、硅钢、工业纯铁、铁钴钒合金、坡莫合金等。第一软磁体12和第二软磁体的成本较低，大大降低了永磁磁路装置的生产成本。

实施例一

在本实施例中，永磁磁路装置仅包括第一磁体组件10。

在图1至图4中所示的具体实施例中，磁极对为一组，第一软磁体12为两个，且磁极对的两个磁极位于两个第一软磁体12所在的区域处。这样设置使得第一软磁体12并不会影响目标区域中的磁场强度和磁场方向，保证第一磁体组件10工作的稳定性。

在本实施例中，磁极对的两侧具有两个基础磁路，一个基础磁路的方向为逆时针、另一个基础磁路的方向为顺时针，各基础磁路所在位置处的多个第一永磁体11的充磁方向构成基础磁路的方向。这样设置使得磁极对两侧的基础磁路均能够在磁极对处叠加，以使得磁极对处区域的磁场最强。

需要说明的是，相邻两个第一永磁体11的充磁方向不同，以使得各基础磁路所在位置处的多个第一永磁体11的充磁方向能够构成基础磁路的方向。本实施例是在传统的单极对圆柱形halbach阵列上进行新的设计优化。

首先，确定目标磁体100的参数。

在图1所示的具体实施例中，目标磁体100是圆环形结构，目标磁体100的边界就是圆环形结构的边界、目标磁体100磁极对数是一对，目标磁体100的磁场方向为图中的实心箭头的方向。

然后，根据目标磁体100的参数确定目标区域110的参数。

在图1所示的具体实施例中，圆环形结构的中心为目标区域110，目标区域110中的空心箭头的方向为目标区域110的磁场方向。

然后，根据目标区域110的参数将目标区域110等效为等效永磁体30，并求解等效永磁体30的磁场分布区域50。

在图2所示的具体实施例中，磁场分布区域50分布在目标区域110和目标磁体100的边界内，图2中的磁场矢量图主要是磁场矢量的大小、方向，以及绘制出的磁场等势线。磁场等势线将目标磁体100的边界分为多个子区域51，通过调节磁场等势线60的疏密，找出合适的划分结果，用计算机算法或其他方式对磁场等势线60做近似直线处理，以进行磁场区域的规则化划分，并对每一块划分好的区域，用计算机算法或其他方式对磁场矢量方向做近似化处理，使得每一块划分区域的内部具有一致的磁场方向。

在图3所示的具体实施例中，在图2的基础上叠加磁场等值线70，通过调节磁场等值线70的疏密，对磁场设计区域再次划分形成子区域51，用计算机算法或其他方式对磁场等值线70做近似直线处理，以进行磁场区域的规则化划分，并对每一块划分好的区域，用计算机算法或其他方式对磁场矢量大小做近似化处理。使得每一块划分区域的内部具有一致的磁场大小。

如图4所示，通过前面步骤处理，空间磁场设计区域，通过磁场等势线60和磁场等值线70将磁场分布区域区块划分以及规则化，得到多块内部磁场大小和方向一致的子区域51。

根据互易定律，设计出与之对应的具有一致内部充磁方向以及相应剩磁的第一磁体组件10。对磁场矢量大小较小的区域进行软磁材料的替代优化。在图3中，磁场矢量大小较小的区域是箭头的长度较小、箭头的颜色较浅的区域。在图4所示的具体实施例中，用软磁材料替代了部分永磁材料形成，第一永磁体11和第一软磁体12拼接而成的第一磁体组件。

当然还可以是对磁场矢量大小较小区域采用铁氧体等剩磁较小但价格便宜的永磁材料对钕铁硼永磁材料进行部分或全部的优化替代。

优先地，所述方法的步骤可以通过计算机程序部分或连贯的实现。

通过目标函数，比如最小永磁体体积或最小磁体成本为目标函数，通过优化算法进行寻优设计，找出最优的划分子区域51。

优化算法可以是遗传算法、神经网络算法、蚁群算法、模拟退火算法等等。

实施例二

与实施例一的区别是，永磁磁路装置还包括第二磁体组件20

在图2所示的具体实施例中，第二永磁体21为一个，第二软磁体22的个数为多个且成对设置，多个第二软磁体22相对于圆柱形的中心对称设置并与圆柱形的外周面连接。在本实施例中磁极对的数量为两个，且两个磁极对的产生的磁场方向是相同的，设置一个第二永磁体21就可以满足两个磁极对产生的磁场，以保证第一磁体组件10和第二磁体组件20之间能够稳定工作。

在图2所示的具体实施例中，第二永磁体21的周向具有多个间隔设置的缺口，多个第二软磁体22填充在多个缺口处。这样设置并不会影响第二永磁体21的产生磁场强度和磁场方向，同时还能够减少第二永磁体21的用量，减少了第二磁体组件20的生产成本。

在图2所示的具体实施例中，第二软磁体22的数量为两个，磁极对的个数为两组。这样设置能够形成两个高磁场区域和两个低磁场区域，从而实现周期性的加磁和去磁。需要说明的是图2中第一磁体组件10和第二磁体组件20之间的区域中，带空心箭头的区域为高磁场区域，不带空心箭头的区域为低磁场区域。

在本实施例中，第一软磁体12的个数为四个，且其中两个第一软磁体12与两个第二软磁体22对应设置。或者说，由两对磁极对的双筒型的永磁磁路装置中，第一磁体组件10上具有四个磁场较小的区域。第一软磁体12并不会影响第一磁体组件10产生磁场强度，大大减少了第一永磁体11的使用量，大大节省了生产成本。

首先，确定目标磁体100的参数。

在图5所示的具体实施例中，目标磁体100包括一个磁环和一个磁柱，磁环和磁柱嵌套设置，磁环和磁柱的区域就是目标磁体100的边界，目标磁体100的磁极对数是两对。

然后，根据目标磁体100的参数确定目标区域110的参数。

在图5所示的具体实施例中，阴影部分为目标磁体100的边界，圆环型区域为设计磁场的气隙区域，为了形成两对磁极，也就是说形成两个高磁场区域，同时也相间有两个低磁场区域。本实施方式设计的磁场，主要用于磁制冷机中的磁场源。磁制冷是通过对基于磁热效应的磁热材料进行周期性加磁和去磁，多个循环实现制冷，因此需要有加磁和去磁的过程。图中的环形区域中带有空心箭头的区域为目标区域110，空心箭头的方向为目标区域110的磁场方向。带空心箭头的区域为高磁场区域。

当装有磁热材料的磁工质床在圆环型气隙空间与双筒形磁体相对运动时，就可以实现磁热材料周期性被圆环形气隙中的高磁场区域和低磁场区域扫过，从而实现周期性的加磁和去磁。

如图5所示，两对磁极双筒形磁场磁体组件主要由磁环和磁柱组成，在磁环和磁柱之间形成圆环型气隙空间，空间区域初始划分为4块，其中带有空心箭头的区域有2块，表示高磁场区域，或者说目标区域110，其上的箭头表示，设计目标区域110的磁场矢量方向。其他区域表示低磁场或零磁场区域。高磁场区域和低磁场或零磁场区域两两相邻。

然后，根据目标区域110的参数将目标区域110等效为等效永磁体30，并求解等效永磁体30的磁场分布区域50。

如图6所示，为两个等效永磁体30的磁路叠加示意图，通过两个基础环形磁路，在磁场设计气隙处相邻两个环形磁路叠加，其特征是相邻的两个磁路的时针方向相反，换句话说，当参照的磁路为顺时针时，与其相邻的磁路则为逆时针。

图7为图6中的等效永磁体30产生的一半的磁场矢量图及磁场等势线图。通过有限元等数值仿真方法或者软件求解出等效永磁体30在目标磁体100的边界内产生磁场分布。图7中磁场矢量图主要是磁场矢量的大小、方向，以及绘制出的磁场等势线60和磁场等值线70。

在图7所示的具体实施例中，磁场等势线60和磁场等值线70将目标磁体100的边界划分为多个子区域51，通过调节磁场等势线60、磁场等值线70的疏密，找出合适的划分结果，用计算机算法或其他方式对磁场等势线60、磁场等值线70做近似直线处理，以进行磁场区域的规则化划分，并对每一块划分好的子区域51，用计算机算法或其他方式对磁场矢量方向做近似化处理，使得每一块划分的子区域51的内部具有一致的磁场方向。

如图8所示，通过前面步骤处理，空间磁场设计区域，通过磁场等势线60和磁场等值线70将磁场分布区域划分以及规则化，得到多块内部磁场大小和方向一致的子区域51。

根据互易定律，设计出与之对应的具有一致内部充磁方向以及相应剩磁的第一磁体组件10和第二磁体组件20。对磁场矢量大小较小的区域进行软磁材料的替代优化。在图7中，磁场矢量大小较小的区域是箭头的长度较小、箭头的颜色较浅的区域。在图8所示的具体实施例中，用软磁材料替代了部分永磁材料形成，第一永磁体11和第一软磁体12拼接成第一磁体组件，第二永磁体21和第二软磁体22拼接成第二磁体组件20。

图8中是本实施例中的一半的设计图，通过对称布置，可以得到完整的第一磁体组件10和第二磁体组件20，如图9所示。

优先地，所述方法的步骤可以通过计算机程序部分或连贯的实现。

通过目标函数，比如最小永磁体体积或最小磁体成本为目标函数，通过优化算法进行寻优设计，找出最优的划分区块，也可以为多个目标设置不同的权重，进行多目标的参数化优化设计。

优化算法可以是遗传算法、神经网络算法、蚁群算法、模拟退火算法等等。

实施例三

与实施例二的区别是，磁极对的数量不同。

在图3所示的具体实施例中，磁极对的数量为四个，第二软磁体22填充在第二永磁体21围成的中心孔内。在本实施例中的第二磁体组件的中心处的磁场强度最小，将第二软磁体22填充在中心孔内，能够有效避免第二软磁体22影响第二磁体组件20的产生的磁场强度，同时减少了第二磁体组件20的生产成本。

在图3所示的具体实施例中，第二永磁体21为多个，多个第二永磁体21顺次连接形成永磁体环，第二软磁体22填充在永磁体环的中心孔内。这样设置使得第二永磁体21将第二软磁体22包覆起来，避免第二永磁体21在中心孔处产生磁场进行干涉，同时并不会降低了第二磁体组件20的生产成本。

可选地，第二永磁体21的个数为偶数。这样设置使得第二永磁体21形成的永磁体环是对称的，同时部分第二永磁体21能够与相邻的磁极对进行共用。

具体的，所有第二永磁体21的充磁方向均不相同。同时多个第二永磁体21排布成的永磁体环的磁场方向呈径向分布，以满足四个磁极对的产生的磁场的需求。

在本实施例中，第一软磁体12的数量为四个，且四个第一软磁体12的位置位于四个磁极对的位置对应设置。

首先，确定目标磁体100的参数。

在图10所示的具体实施例中，目标磁体100包括一个磁环和一个磁柱，磁环和磁柱嵌套设置，磁环和磁柱的区域就是目标磁体100的边界，目标磁体100的磁极对数是四对。

然后，根据目标磁体100的参数确定目标区域110的参数。

在图10所示的具体实施例中，阴影部分为目标磁体100的边界，圆环型区域为设计磁场的气隙区域，为了形成四对磁极，也就是说形成四个高磁场区域，同时也相间有四个低磁场区域。本实施方式设计的磁场，主要用于磁制冷机中的磁场源。磁制冷是通过对基于磁热效应的磁热材料进行周期性加磁和去磁，多个循环实现制冷，因此需要有加磁和去磁的过程。图中的环形区域中带有空心箭头的区域为目标区域110，空心箭头的方向为目标区域110的磁场方向。带空心箭头的区域为高磁场区域。

当装有磁热材料的磁工质床在圆环型气隙空间与双筒形磁体相对运动时，就可以实现磁热材料周期性被圆环形气隙中的高磁场区域和低磁场区域扫过，从而实现周期性的加磁和去磁。

如图10所示，两对磁极双筒形磁场磁体组件主要由磁环和磁柱组成，在磁环和磁柱之间形成圆环型气隙空间，空间区域初始划分为8块，其中带有空心箭头的区域有4块，表示高磁场区域，或者说目标区域110，其上的箭头表示，设计目标区域110的磁场矢量方向。其他区域表示低磁场或零磁场区域。高磁场区域和低磁场或零磁场区域两两相邻。

然后，根据目标区域110的参数将目标区域110等效为等效永磁体30，并求解等效永磁体30的磁场分布区域50。

如图11所示，为四个等效永磁体30的磁路叠加示意图，通过四个基础环形磁路，在磁场设计气隙处相邻两个环形磁路叠加，其特征是相邻的两个磁路的时针方向相反，换句话说，当参照的磁路为顺时针时，与其相邻的磁路则为逆时针。

图12为图11中的等效永磁体30产生的四分之一的磁场矢量图及磁场等势线图。磁场具有一定的对称性，取其截面四分之一区域进行永磁磁路装置的设计，其他区域可以同理镜像等效。通过有限元等数值仿真方法或者软件求解出等效永磁体30在目标磁体100的边界内产生磁场分布。图12中磁场矢量图主要是磁场矢量的大小、方向，以及绘制出的磁场等势线60和磁场等值线70。

在图12所示的具体实施例中，磁场分布区域50分布在目标区域110和目标磁体100的边界内，图12中的磁场矢量图主要是磁场矢量的大小、方向，以及绘制出的磁场等势线。磁场等势线将目标磁体100的边界分为多个子区域51，通过调节磁场等势线60的疏密，找出合适的划分结果，用计算机算法或其他方式对磁场等势线60做近似直线处理，以进行磁场区域的规则化划分，并对每一块划分好的区域，用计算机算法或其他方式对磁场矢量方向做近似化处理，使得每一块划分区域的内部具有一致的磁场方向。

在图13所示的具体实施例是在图12的基础上叠加磁场等值线70，通过调节磁场等值线70的疏密，对磁场设计区域再次划分形成子区域51，用计算机算法或其他方式对磁场等值线70做近似直线处理，以进行磁场区域的规则化划分，并对每一块划分好的区域，用计算机算法或其他方式对磁场矢量大小做近似化处理。使得每一块划分区域的内部具有一致的磁场大小。

如图14所示，通过前面步骤处理，空间磁场设计区域，通过磁场等势线60和磁场等值线70将磁场分布区域区块划分以及规则化，得到多块内部磁场大小和方向一致的子区域51。

根据互易定律，设计出与之对应的具有一致内部充磁方向以及相应剩磁的第一磁体组件10和第二磁体组件20。对磁场矢量大小较小的区域进行软磁材料的替代优化。在图13中，磁场矢量大小较小的区域是箭头的长度较小、箭头的颜色较浅的区域。在图14所示的具体实施例中，用软磁材料替代了部分永磁材料形成，第一永磁体11和第一软磁体12拼接成第一磁体组件，第二永磁体21和第二软磁体22拼接成第二磁体组件20。

图14中是本实施例中的四分之一的设计图，通过对称布置，可以得到完整的第一磁体组件10和第二磁体组件20，如图15所示。

优先地，所述方法的步骤可以通过计算机程序部分或连贯的实现。

通过目标函数，比如最小永磁体体积或最小磁体成本为目标函数，通过优化算法进行寻优设计，找出最优的划分区块，也可以为多个目标设置不同的权重，进行多目标的参数化优化设计。

优化算法可以是遗传算法、神经网络算法、蚁群算法、模拟退火算法等等。

实施例四

与实施例三的区别是，磁极对的数量不同。

在图4所示的具体实施例中，磁极对的数量为六个，第二软磁体22填充在第二永磁体21围成的中心孔内。在本实施例中的第二磁体组件的中心处的磁场强度最小，将第二软磁体22填充在中心孔内，能够有效避免第二软磁体22影响第二磁体组件20的产生的磁场强度，同时减少了第二磁体组件20的生产成本。

在图4所示的具体实施例中，第二永磁体21为多个，多个第二永磁体21顺次连接形成永磁体环，第二软磁体22填充在永磁体环的中心孔内。这样设置使得第二永磁体21将第二软磁体22包覆起来，避免第二永磁体21在中心孔处产生磁场进行干涉，同时并不会降低了第二磁体组件20的生产成本。

可选地，第二永磁体21的个数为偶数。这样设置使得第二永磁体21形成的永磁体环是对称的，同时部分第二永磁体21能够与相邻的磁极对进行共用。

具体的，所有第二永磁体21的充磁方向均不相同。同时多个第二永磁体21排布成的永磁体环的磁场方向呈径向分布，以满足六个磁极对的产生的磁场的需求。

在本实施例中，第一软磁体12的数量为六个，且六个第一软磁体12的位置位于六个磁极对的位置对应设置。

首先，确定目标磁体100的参数。

在图16所示的具体实施例中，目标磁体100包括一个磁环和一个磁柱，磁环和磁柱嵌套设置，磁环和磁柱的区域就是目标磁体100的边界，目标磁体100的磁极对数是六对。

然后，根据目标磁体100的参数确定目标区域110的参数。

在图16所示的具体实施例中，阴影部分为目标磁体100的边界，圆环型区域为设计磁场的气隙区域，为了形成六对磁极，也就是说形成六个高磁场区域，同时也相间有六个低磁场区域。本实施方式设计的磁场，主要用于磁制冷机中的磁场源。磁制冷是通过对基于磁热效应的磁热材料进行周期性加磁和去磁，多个循环实现制冷，因此需要有加磁和去磁的过程。图中的环形区域中带有空心箭头的区域为目标区域110，空心箭头的方向为目标区域110的磁场方向。带空心箭头的区域为高磁场区域。

当装有磁热材料的磁工质床在圆环型气隙空间与双筒形磁体相对运动时，就可以实现磁热材料周期性被圆环形气隙中的高磁场区域和低磁场区域扫过，从而实现周期性的加磁和去磁。如图10所示，两对磁极双筒形磁场磁体组件主要由磁环和磁柱组成，在磁环和磁柱之间形成圆环型气隙空间，空间区域初始划分为12块，其中带有空心箭头的区域有6块，表示高磁场区域，或者说目标区域110，其上的箭头表示，设计目标区域110的磁场矢量方向。其他区域表示低磁场或零磁场区域。高磁场区域和低磁场或零磁场区域两两相邻。

然后，根据目标区域110的参数将目标区域110等效为等效永磁体30，并求解等效永磁体30的磁场分布区域50。

如图17所示，为六个等效永磁体30的磁路叠加示意图，通过六个基础环形磁路，在磁场设计气隙处相邻两个环形磁路叠加，其特征是相邻的两个磁路的时针方向相反，换句话说，当参照的磁路为顺时针时，与其相邻的磁路则为逆时针。

图18为图11中的等效永磁体30产生的六分之一的磁场矢量图及磁场等势线图。磁场具有一定的对称性，取其截面四分之一区域进行永磁磁路装置的设计，其他区域可以同理镜像等效。通过有限元等数值仿真方法或者软件求解出等效永磁体30在目标磁体100的边界内产生磁场分布。图12中磁场矢量图主要是磁场矢量的大小、方向，以及绘制出的磁场等势线60和磁场等值线70。

在图18所示的具体实施例中，磁场等势线60和磁场等值线70将目标磁体100的边界划分为多个子区域51，通过调节磁场等势线60、磁场等值线70的疏密，找出合适的划分结果，用计算机算法或其他方式对磁场等势线60、磁场等值线70做近似直线处理，以进行磁场区域的规则化划分，并对每一块划分好的子区域51，用计算机算法或其他方式对磁场矢量方向做近似化处理，使得每一块划分的子区域51的内部具有一致的磁场方向。

如图18所示，通过前面步骤处理，空间磁场设计区域，通过磁场等势线60和磁场等值线70将磁场分布区域划分以及规则化，得到多块内部磁场大小和方向一致的子区域51。

根据互易定律，设计出与之对应的具有一致内部充磁方向以及相应剩磁的第一磁体组件10和第二磁体组件20。对磁场矢量大小较小的区域进行软磁材料的替代优化。在图18中，磁场矢量大小较小的区域是箭头的长度较小、箭头的颜色较浅的区域。在图19所示的具体实施例中，用软磁材料替代了部分永磁材料形成，第一永磁体11和第一软磁体12拼接成第一磁体组件，第二永磁体21和第二软磁体22拼接成第二磁体组件20。

图19中是本实施例中的一半的设计图，通过对称布置，可以得到完整的第一磁体组件10和第二磁体组件20，如图20所示。

优先地，所述方法的步骤可以通过计算机程序部分或连贯的实现。

通过目标函数，比如最小永磁体体积或最小磁体成本为目标函数，通过优化算法进行寻优设计，找出最优的划分区块，也可以为多个目标设置不同的权重，进行多目标的参数化优化设计。

优化算法可以是遗传算法、神经网络算法、蚁群算法、模拟退火算法等等。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种永磁磁路装置，其特征在于，包括第一磁体组件(10)，所述第一磁体组件(10)包括多个第一永磁体(11)和多个第一软磁体(12)，多个所述第一永磁体(11)和多个所述第一软磁体(12)连接形成环状结构，多个所述第一软磁体(12)相对于所述环状结构的中心对称设置。

2.根据权利要求1所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述环状结构具有一组磁极对，所述第一软磁体(12)为两个，且所述磁极对的两个所述磁极位于两个所述第一软磁体(12)所在的区域处。

3.根据权利要求2所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述磁极对的两侧具有两个基础磁路，一个所述基础磁路的方向为逆时针、另一个所述基础磁路的方向为顺时针，各所述基础磁路所在位置处的多个所述第一永磁体(11)的充磁方向构成所述基础磁路的方向。

4.根据权利要求1所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第一软磁体(12)的磁场小于所述第一永磁体(11)的磁场。

5.根据权利要求1所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第一软磁体(12)与所述环状结构的外周面连接。

6.根据权利要求1所述的永磁磁路装置，其特征在于，多个所述第一软磁体(12)的形状相同，多个所述第一软磁体(12)绕所述环状结构的周向间隔设置，且相邻两个所述第一软磁体(12)之间的距离相同。

7.根据权利要求1所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述永磁磁路装置还包括第二磁体组件(20)，所述第二磁体组件(20)为圆柱形，所述环状结构套设在所述第二磁体组件(20)的外部且二者同心并间隔设置。

8.根据权利要求7所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第二磁体组件(20)包括至少一个第二永磁体(21)和至少一个第二软磁体(22)，所述第二软磁体(22)与所述第二永磁体(21)拼接成所述圆柱形。

9.根据权利要求8所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述环状结构具有多个磁极对，且各所述磁极对内的两个磁极相对于所述环状结构的中心对称设置。

10.根据权利要求9所述的永磁磁路装置，其特征在于，各所述磁极对的两侧具有两个基础磁路，一个所述基础磁路的方向为逆时针、另一个所述基础磁路的方向为顺时针，各所述基础磁路所在位置处的所述第一永磁体(11)和所述第二永磁体(21)的充磁方向构成所述基础磁路的方向。

11.根据权利要求8所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第二软磁体(22)的磁场小于所述第二永磁体(21)的磁场。

12.根据权利要求8所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述环状结构和所述圆柱形均具有多个磁极，且所述环状结构和所述圆柱形上彼此靠近的所述磁极形成一组磁极对，所述磁极对是偶数。

13.根据权利要求12所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第二永磁体(21)为一个，所述第二软磁体(22)的个数为多个且成对设置，多个所述第二软磁体(22)相对于所述圆柱形的中心对称设置并与所述圆柱形的外周面连接。

14.根据权利要求12所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第二永磁体(21)的周向具有多个间隔设置的缺口，多个所述第二软磁体(22)填充在多个所述缺口处。

15.根据权利要求12所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第二软磁体(22)的数量为两个，所述磁极对的个数为两组。

16.根据权利要求15所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第一软磁体(12)的个数为四个，且其中两个所述第一软磁体(12)与两个所述第二软磁体(22)对应设置。

17.根据权利要求12所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第二软磁体(22)填充在所述第二永磁体(21)围成的中心孔内。

18.根据权利要求17所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第二永磁体(21)为多个，多个所述第二永磁体(21)顺次连接形成永磁体环，所述第二软磁体(22)填充在所述永磁体环的中心孔内。

19.根据权利要求18所述的永磁磁路装置，其特征在于，

所述第二永磁体(21)的个数为偶数；和/或

所有所述第二永磁体(21)的充磁方向均不相同。

20.根据权利要求18所述的永磁磁路装置，其特征在于，所述第一软磁体(12)的数量为四个或六个，所述磁极对的个数为四对或六对。

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