正弦波交流退磁机的设计与仿真

赵 强，王彦龙



正弦波交流退磁机的设计与仿真

赵 强1，王彦龙2

（1. 海军驻贵阳地区军事代表办事处航空总体办公室，贵州安顺 561000；2. 海军驻贵阳地区军事代表办事处兵器装备办公室，贵州遵义 563000）

阐述了正弦波交流退磁的原理及方法。针对调零电机生产加工过程中需要反复充退磁的特性，利用Ansys Maxwell软件基于场路耦合方法设计了一台正弦波交流退磁机用于调零电机AlNiCo磁钢的退磁。

正弦波 交流退磁机 仿真

0 引言

随着国防科技的发展，军用精密微特电机在生产的过程中工件会出现许多问题，如工件在磁场中加工产生的磁化，即剩磁。具有剩磁的工件再进行加工、组装，出产的新产品就会出现问题。这些新产品容易吸附铁屑，从而影响机械性能和涂层处理等。此外，若产品在灵敏度高的仪表附近使用，则强度很大的磁场将会影响仪表的正常工作。因此，分析退磁技术原理和方法，对退磁技术的研究具有重要的意义。

1 正弦波交流退磁的原理

退磁的难易取决于材料的矫顽力，但高顽磁性未必与高矫顽力有关，因此，磁化的强度小能反映出退磁的难易。退磁的方法一般是给工件施加一个等于或大于磁化的磁场，然后不断地改变磁场方向并逐渐减小磁场强度到零值。退磁的原理是：将工件置于方向随时间交变的磁场中，产生磁滞回线，在幅值逐步递减至零的过程中，回线轨迹越来越小，工件中剩磁也越来越小，最后接近于零，如图1所示。

图1 退磁原理图

退磁开始时的磁场幅值必须足以克服材料矫顽力，矫顽力是代表材料退磁难易程度的指示值，只有克服了矫顽力才能使工件中的剩磁随电流极性的变化而颠倒翻转，逐步减小。实际上材料的矫顽力往往是未知的，但它总是小于原磁化场H的。因此，退磁磁场的初始幅值须等于或大于原磁化场0的幅值。

2 基于场路耦合退磁机设计方法

调零电机中使用AlNiCo磁钢，该磁钢的优点是其温度系数小，因而受温度变化而引起的磁性能变化很小。其最高工作温度可达400摄氏度。目前广泛应用于仪器，仪表这类要求温度稳定性高的产品中，且抗锈蚀能力较强，不需进行表面电镀处理。

但调零电机，在加工过程中需要对磁钢进行反复充退磁，调零电机中使用的磁钢牌号及性能如下表所示：

表1 退磁磁钢牌号及参数

若使该材料磁钢很好地退磁，退磁机中心最大去磁磁势需为AlNiCo5矫顽力的4~5倍，即176 ~220 kA/m。退磁机基本参数如下表2。

表2 正弦波交流退磁机基本采参数

电压(V)380匝数364 外径(mm)256导线线径(mm)1.18 内径(mm)120并绕根数23 长度(mm)200电密(A/mm²)2.7 总重量(kg)56去磁磁势(kA/m)190

为了保证退磁机工作时温升不至于太高，其电流密度设计为2.7 A/mm²。

在Ansys Maxwell中，建立退磁机有限元分析模型，如图 2所示。

图2 退磁机有限元分析模型

退磁机网格剖分效果如图3(a)所示，退磁机外部区域亦为工作区域，在此建立一个1.5 mm×3 mm的Region求解区域，其剖分效果如图3(b)所示。

图3 电机网格剖分效果

求解得到退磁机磁密分布云图和Region区域磁密分布云图分别如图4(a)和(b)所示，磁密最高的地方出现在退磁机中心通孔处，外部区域磁密几乎为0。

图4 磁密分布云图

退磁机磁力线分布云图和Region区域磁力线分布云图分别如图4(a)和(b)所示，外部Region区域的划分很合理。

图5 磁力线分布云图

在Maxwell 2D中求解退磁机单匝电感为9.0252×10-8H，如图6所示。

图6 退磁机单匝线圈电感求解

图7 退磁机中心轴线处磁势曲线

最大去磁磁势为190.2562 kA/m，为AlNiCo矫顽力的4.32倍，能很好地实现退磁功能。

由退磁磁势曲线可见，为了保证退磁效果，在使用时需将工件沿着轨道缓慢地从线圈中通过并远离线圈至少1 m以外断电。

3 退磁机试验结果

退磁机样机及试验现场如图8所示。

使用该退磁机很好地将调零电机退刚退磁。退磁机正常工作时电流为106.8 A。

将仿真结果与实验结果对比(表 3)，可以看出在三个工作点，仿真结果与实验结比较接近，误差为5.34%，验证了场路耦合仿真设计方法的准确性。

图8 退磁机样机及试验现场

表3 仿真结果与实验结果对比

设计实测误差 退磁电流(A)101.1106.85.34%

4 结论

退磁的方法有很多，但都足基于一个原理，就是给工件加一个反向的磁场，逐步减小产生磁场的电流和磁场的磁感应强度。在阐述了退磁方法的基础上，利用场路耦合的方法设计了一台正弦波交流退磁机，和与样机试验对比，验证场路耦合仿真设计方法的准确性，对指导正弦波交流退磁机的设计与仿真具有一定意义。

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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

赵强(1992-)，男，助理工程师。研究方向：电机多物理场仿真。Email：402646783@qq.com