正弦波交流退磁機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真

趙 強(qiáng)，王彥龍

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正弦波交流退磁機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真

趙 強(qiáng)1，王彥龍2

（1. 海軍駐貴陽(yáng)地區(qū)軍事代表辦事處航空總體辦公室，貴州安順 561000；2. 海軍駐貴陽(yáng)地區(qū)軍事代表辦事處兵器裝備辦公室，貴州遵義 563000）

闡述了正弦波交流退磁的原理及方法。針對(duì)調(diào)零電機(jī)生產(chǎn)加工過程中需要反復(fù)充退磁的特性，利用Ansys Maxwell軟件基于場(chǎng)路耦合方法設(shè)計(jì)了一臺(tái)正弦波交流退磁機(jī)用于調(diào)零電機(jī)AlNiCo磁鋼的退磁。

正弦波 交流退磁機(jī) 仿真

0 引言

隨著國(guó)防科技的發(fā)展，軍用精密微特電機(jī)在生產(chǎn)的過程中工件會(huì)出現(xiàn)許多問題，如工件在磁場(chǎng)中加工產(chǎn)生的磁化，即剩磁。具有剩磁的工件再進(jìn)行加工、組裝，出產(chǎn)的新產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)問題。這些新產(chǎn)品容易吸附鐵屑，從而影響機(jī)械性能和涂層處理等。此外，若產(chǎn)品在靈敏度高的儀表附近使用，則強(qiáng)度很大的磁場(chǎng)將會(huì)影響儀表的正常工作。因此，分析退磁技術(shù)原理和方法，對(duì)退磁技術(shù)的研究具有重要的意義。

1 正弦波交流退磁的原理

退磁的難易取決于材料的矯頑力，但高頑磁性未必與高矯頑力有關(guān)，因此，磁化的強(qiáng)度小能反映出退磁的難易。退磁的方法一般是給工件施加一個(gè)等于或大于磁化的磁場(chǎng)，然后不斷地改變磁場(chǎng)方向并逐漸減小磁場(chǎng)強(qiáng)度到零值。退磁的原理是：將工件置于方向隨時(shí)間交變的磁場(chǎng)中，產(chǎn)生磁滯回線，在幅值逐步遞減至零的過程中，回線軌跡越來越小，工件中剩磁也越來越小，最后接近于零，如圖1所示。

圖1 退磁原理圖

退磁開始時(shí)的磁場(chǎng)幅值必須足以克服材料矯頑力，矯頑力是代表材料退磁難易程度的指示值，只有克服了矯頑力才能使工件中的剩磁隨電流極性的變化而顛倒翻轉(zhuǎn)，逐步減小。實(shí)際上材料的矯頑力往往是未知的，但它總是小于原磁化場(chǎng)H的。因此，退磁磁場(chǎng)的初始幅值須等于或大于原磁化場(chǎng)0的幅值。

2 基于場(chǎng)路耦合退磁機(jī)設(shè)計(jì)方法

調(diào)零電機(jī)中使用AlNiCo磁鋼，該磁鋼的優(yōu)點(diǎn)是其溫度系數(shù)小，因而受溫度變化而引起的磁性能變化很小。其最高工作溫度可達(dá)400攝氏度。目前廣泛應(yīng)用于儀器，儀表這類要求溫度穩(wěn)定性高的產(chǎn)品中，且抗銹蝕能力較強(qiáng)，不需進(jìn)行表面電鍍處理。

但調(diào)零電機(jī)，在加工過程中需要對(duì)磁鋼進(jìn)行反復(fù)充退磁，調(diào)零電機(jī)中使用的磁鋼牌號(hào)及性能如下表所示：

表1 退磁磁鋼牌號(hào)及參數(shù)

若使該材料磁鋼很好地退磁，退磁機(jī)中心最大去磁磁勢(shì)需為AlNiCo5矯頑力的4~5倍，即176 ~220 kA/m。退磁機(jī)基本參數(shù)如下表2。

表2 正弦波交流退磁機(jī)基本采參數(shù)

電壓(V)380匝數(shù)364 外徑(mm)256導(dǎo)線線徑(mm)1.18 內(nèi)徑(mm)120并繞根數(shù)23 長(zhǎng)度(mm)200電密(A/mm2)2.7 總重量(kg)56去磁磁勢(shì)(kA/m)190

為了保證退磁機(jī)工作時(shí)溫升不至于太高，其電流密度設(shè)計(jì)為2.7 A/mm2。

在Ansys Maxwell中，建立退磁機(jī)有限元分析模型，如圖 2所示。

圖2 退磁機(jī)有限元分析模型

退磁機(jī)網(wǎng)格剖分效果如圖3(a)所示，退磁機(jī)外部區(qū)域亦為工作區(qū)域，在此建立一個(gè)1.5 mm×3 mm的Region求解區(qū)域，其剖分效果如圖3(b)所示。

圖3 電機(jī)網(wǎng)格剖分效果

求解得到退磁機(jī)磁密分布云圖和Region區(qū)域磁密分布云圖分別如圖4(a)和(b)所示，磁密最高的地方出現(xiàn)在退磁機(jī)中心通孔處，外部區(qū)域磁密幾乎為0。

圖4 磁密分布云圖

退磁機(jī)磁力線分布云圖和Region區(qū)域磁力線分布云圖分別如圖4(a)和(b)所示，外部Region區(qū)域的劃分很合理。

圖5 磁力線分布云圖

在Maxwell 2D中求解退磁機(jī)單匝電感為9.0252×10-8H，如圖6所示。

圖6 退磁機(jī)單匝線圈電感求解

圖7 退磁機(jī)中心軸線處磁勢(shì)曲線

最大去磁磁勢(shì)為190.2562 kA/m，為AlNiCo矯頑力的4.32倍，能很好地實(shí)現(xiàn)退磁功能。

由退磁磁勢(shì)曲線可見，為了保證退磁效果，在使用時(shí)需將工件沿著軌道緩慢地從線圈中通過并遠(yuǎn)離線圈至少1 m以外斷電。

3 退磁機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

退磁機(jī)樣機(jī)及試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖8所示。

使用該退磁機(jī)很好地將調(diào)零電機(jī)退剛退磁。退磁機(jī)正常工作時(shí)電流為106.8 A。

將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(表 3)，可以看出在三個(gè)工作點(diǎn)，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)比較接近，誤差為5.34%，驗(yàn)證了場(chǎng)路耦合仿真設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性。

圖8 退磁機(jī)樣機(jī)及試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

表3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)誤差 退磁電流(A)101.1106.85.34%

4 結(jié)論

退磁的方法有很多，但都足基于一個(gè)原理，就是給工件加一個(gè)反向的磁場(chǎng)，逐步減小產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在闡述了退磁方法的基礎(chǔ)上，利用場(chǎng)路耦合的方法設(shè)計(jì)了一臺(tái)正弦波交流退磁機(jī)，和與樣機(jī)試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證場(chǎng)路耦合仿真設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性，對(duì)指導(dǎo)正弦波交流退磁機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真具有一定意義。

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Design and Simulation of Sinusoidal AC Demagnetization Machine

Zhao Qiang1, Wang Yanlong2

(1. The Navy Military Aviation General Office Representative Office in Guiyang Area, Anshun 561000, Guizhou, China; 2. Naval Ordnance Office Representative Office in Guiyang Region Military Office, Zunyi 56300, Guizhou, China)

TM154

A

1003-4862（2018）06-0056-03

2018-03-26

趙強(qiáng)(1992-)，男，助理工程師。研究方向：電機(jī)多物理場(chǎng)仿真。Email：402646783@qq.com