[发明专利]永磁磁路设计方法

说明书

本发明提供了一种永磁磁路设计方法。永磁磁路设计方法包括：确定目标磁体的参数；根据目标磁体的参数确定目标区域的参数；根据目标区域的参数将目标区域等效为等效永磁体；求解等效永磁体的磁场分布区域；根据互易定律设计永磁体。本发明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。

技术领域

本发明涉及电磁设备技术领域，具体而言，涉及一种永磁磁路设计方法。

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。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种永磁磁路设计方法，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，根据本发明的一个方面，提供了一种永磁磁路设计方法，包括：确定目标磁体的参数；根据目标磁体的参数确定目标区域的参数；根据目标区域的参数将目标区域等效为等效永磁体；求解等效永磁体的磁场分布区域；根据互易定律设计永磁体。

进一步地，在确定目标磁体的参数的过程中包括：确定目标磁体的磁极对的数量；确定目标磁体的磁场强度和磁场方向；确定目标磁体的边界。

进一步地，在根据目标磁体的参数确定目标区域的参数的过程中，确定目标区域的磁场方向和目标区域的磁场强度。

进一步地，在根据目标区域的参数将目标区域等效为等效永磁体的过程中，将目标区域等效为以目标区域的磁场强度的大小为剩磁、目标区域的磁场方向为充磁方向的等效永磁体。

进一步地，在求解等效永磁体的磁场分布区域的过程中包括：求解等效永磁体在目标磁体的边界内产生的磁场分布区域；将磁场分布区域划分为多个子区域；对子区域进行规则化。

进一步地，在求解等效永磁体在目标磁体的边界内产生的磁场分布区域的过程中，通过有限元等数值仿真方法或者软件求解等效永磁体在目标磁体的边界内产生的磁场分布区域。

进一步地，在将磁场分布区域划分为多个子区域的过程中，在磁场分布区域内绘制磁场等势线和磁场等值线将磁场分布区域分为多个子区域。

进一步地，在对子区域进行规则化的过程中包括：调节磁场等势线和磁场等值线的疏密，以使磁场等势线、磁场等值线和目标磁体的边界围成子区域，以便加工。用计算机算法对子区域中的磁场方向做近似处理，确定子区域的内部磁场方向；将磁场等势线和磁场等值线做直线处理。

进一步地，在根据互易定律设计永磁体的过程中，设计出以目标区域的磁场强度的大小为剩磁且具有与目标磁体的一致充磁方向的永磁体；对子区域中磁场强度较小的子区域用软磁材料结构替代。