正弦波交流退磁機的設計與仿真

趙 強，王彥龍

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正弦波交流退磁機的設計與仿真

趙 強1，王彥龍2

（1. 海軍駐貴陽地區(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。針對調零電機生產加工過程中需要反復充退磁的特性，利用Ansys Maxwell軟件基于場路耦合方法設計了一臺正弦波交流退磁機用于調零電機AlNiCo磁鋼的退磁。

正弦波 交流退磁機 仿真

0 引言

隨著國防科技的發(fā)展，軍用精密微特電機在生產的過程中工件會出現許多問題，如工件在磁場中加工產生的磁化，即剩磁。具有剩磁的工件再進行加工、組裝，出產的新產品就會出現問題。這些新產品容易吸附鐵屑，從而影響機械性能和涂層處理等。此外，若產品在靈敏度高的儀表附近使用，則強度很大的磁場將會影響儀表的正常工作。因此，分析退磁技術原理和方法，對退磁技術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，因此，磁化的強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等于或大于磁化的磁場，然后不斷地改變磁場方向并逐漸減小磁場強度到零值。退磁的原理是：將工件置于方向隨時間交變的磁場中，產生磁滯回線，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

退磁開始時的磁場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，逐步減小。實際上材料的矯頑力往往是未知的，但它總是小于原磁化場H的。因此，退磁磁場的初始幅值須等于或大于原磁化場0的幅值。

2 基于場路耦合退磁機設計方法

調零電機中使用AlNiCo磁鋼，該磁鋼的優(yōu)點是其溫度系數小，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400攝氏度。目前廣泛應用于儀器，儀表這類要求溫度穩(wěn)定性高的產品中，且抗銹蝕能力較強，不需進行表面電鍍處理。

但調零電機，在加工過程中需要對磁鋼進行反復充退磁，調零電機中使用的磁鋼牌號及性能如下表所示：

表1 退磁磁鋼牌號及參數

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

表2 正弦波交流退磁機基本采參數

電壓(V)380匝數364 外徑(mm)256導線線徑(mm)1.18 內徑(mm)120并繞根數23 長度(mm)200電密(A/mm2)2.7 總重量(kg)56去磁磁勢(kA/m)190

為了保證退磁機工作時溫升不至于太高，其電流密度設計為2.7 A/mm2。

在Ansys Maxwell中，建立退磁機有限元分析模型，如圖 2所示。

圖2 退磁機有限元分析模型

退磁機網格剖分效果如圖3(a)所示，退磁機外部區(qū)域亦為工作區(qū)域，在此建立一個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 電機網格剖分效果

求解得到退磁機磁密分布云圖和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在退磁機中心通孔處，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中求解退磁機單匝電感為9.0252×10-8H，如圖6所示。

圖6 退磁機單匝線圈電感求解

圖7 退磁機中心軸線處磁勢曲線

最大去磁磁勢為190.2562 kA/m，為AlNiCo矯頑力的4.32倍，能很好地實現退磁功能。

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

3 退磁機試驗結果

退磁機樣機及試驗現場如圖8所示。

使用該退磁機很好地將調零電機退剛退磁。退磁機正常工作時電流為106.8 A。

將仿真結果與實驗結果對比(表 3)，可以看出在三個工作點，仿真結果與實驗結比較接近，誤差為5.34%，驗證了場路耦合仿真設計方法的準確性。

圖8 退磁機樣機及試驗現場

表3 仿真結果與實驗結果對比

設計實測誤差 退磁電流(A)101.1106.85.34%

4 結論

退磁的方法有很多，但都足基于一個原理，就是給工件加一個反向的磁場，逐步減小產生磁場的電流和磁場的磁感應強度。在闡述了退磁方法的基礎上，利用場路耦合的方法設計了一臺正弦波交流退磁機，和與樣機試驗對比，驗證場路耦合仿真設計方法的準確性，對指導正弦波交流退磁機的設計與仿真具有一定意義。

[1] 王紅軍, 趙銘. 矩形脈沖波退磁電源[J].軸承, 2012, 10: 23-25.

[2] 劉瑞芳, 嚴登俊, 胡敏強. 釹鐵硼稀土永磁材料交流失磁[J]. 清華大學學報(自然科學版), 2004, 44(6): 721-724.

[3] 任波. 淺述退磁技術的原理及方法[J]. 洛陽理工學院學報(自然科學版), 2001, 21(2).

[4] 趙博等. Ansoft 12在工程電磁場中的應用[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2010.

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

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1003-4862（2018）06-0056-03

2018-03-26

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