磁力泵結(jié)構(gòu)及工作原理的介紹

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1、磁力泵結(jié)構(gòu)及工作原理的介紹1磁力泵的結(jié)構(gòu)及工作原理內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與葉輪一起同定在泵軸；外磁轉(zhuǎn)子與電機相連接。在電機的驅(qū)動下，外磁轉(zhuǎn)子做旋轉(zhuǎn)運動。由于外磁轉(zhuǎn)子與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子相互之間的磁作用力，使得內(nèi)磁轉(zhuǎn)子帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)。2.Halbach陣列介紹20世紀80年代，美國勞倫斯伯克利國家實驗室KlausHalbach教授提出了一種永磁體陣列Halbach陣列。隨后的10年里，Halbach陣列被許多研究機構(gòu)相繼應(yīng)用于粒子加速器，自由電子激光裝置，同步輻射裝置，真空設(shè)備，磁懸浮技術(shù)等高能物理領(lǐng)域。基于當前的生產(chǎn)加工工藝，要獲得理想Halbach陣列需

2、要整體環(huán)形充磁。巾于利用現(xiàn)有的技術(shù)對整體工藝還不夠完善，因此在絕大多數(shù)的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，都采用分段拼裝方式的分段式Halbach陣列。Halbach陣列使得陣列的內(nèi)部磁場加強，同時陣列的外部磁場得到削弱。同理，通過磁體的不同排列，可以得到外部磁場加強，內(nèi)部磁場削弱的陣列。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子采用這種陣列，可以加強磁力傳動機構(gòu)的氣隙磁場強度，進而達到增大磁傳動機構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)矩的S的。3幾何模型的建立及材料屬性磁極為24極。Rl=35mm，R2=45mm，R3=55mm,R4=58mm，R5=68mm，R6=78mm.內(nèi)，外軛鐵的磁導率取4000H/m;

3、磁體磁導率取l.lH/m，矯頑力取Hc=870000A/m;空氣的磁導率取1.0H/m.4磁場力與轉(zhuǎn)矩的計算方法4.1電磁場基本方程麥克斯韋方程組是支配所有宏觀磁現(xiàn)象的一組基本控制方程。由以下4個微分方程組成：D=vE=-BtB=0H=J+Dt式中：D為電位移（或稱電通密度），C/m2；v為單位體積中的電荷，即電荷體密度；E為電場強度，V/m；B為磁感應(yīng)強度（或稱磁通密度），T;H為磁場強度，A/m；J為電流密度，A/m2o以上4個微分方程也分別稱為：高斯電通定律，法拉第電磁感應(yīng)定律，高斯磁通定律以及安培環(huán)路定律（或稱全電流定律）。以

4、上的微分方程并不能得到確定的解，還有與材料相關(guān)的本構(gòu)方程（或稱電磁性能關(guān)系式）：D=EB=H在電源以外區(qū)域，存：J=E式中：，和分別為介電常數(shù)，F(xiàn)/m，磁導率，H/m,電導率，S/m.4.2力與轉(zhuǎn)矩的計算經(jīng)典電磁理論提供了麥克斯韋應(yīng)力法，虛位移法等解析計算方法等。4.2.1麥克斯韋應(yīng)力法經(jīng)過有限元分析，通過已經(jīng)得到個單元的磁感應(yīng)強度和磁場強度，只有適當選定封閉曲面，通過上式就可求出作用在S面所包圍磁性體上的合力及轉(zhuǎn)矩。4.2.2虛位移法根據(jù)虛功原理，當磁場能量用磁鏈表示時，處于磁場中的物體受到的作用力及轉(zhuǎn)矩可由下式計算：fg=-Wmg

5、140磁力泵Halbach陣列傳動機構(gòu)有限元分析叢小青王利偉白濱等M=-Wm#式中：Wm為所研究系統(tǒng)的磁場能量；g為廣義坐標；#為角度坐標。當媒介為線性時有：Wm=12#vHBdv+12sHAds5數(shù)值模擬數(shù)值模擬過程為二維瞬態(tài)磁場分析，利用Ansoft有限元分析軟件來進行模擬計算。麥克斯韋方程組通過簡化可以得到二維瞬態(tài)磁場的計算方程：vA=J-At-v+Hc式中：He為永磁體的矯頑力；v為運動物體的速度；A為磁矢量；J為電流密度。模擬過程保持外磁轉(zhuǎn)子固定，使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來計算內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩大小。此模擬去除了隔離套，只考慮磁轉(zhuǎn)子的傳動

6、效應(yīng)。而只有隔離套的渦流損失與轉(zhuǎn)動速度有關(guān)，因此模擬過程中內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度可以任意設(shè)定，不會對轉(zhuǎn)矩的大小有影響。這里，我們設(shè)其轉(zhuǎn)速為360/s.瞬態(tài)計算總時間為ls，每0.001s做一次求解。對內(nèi)，外軛鐵施加磁通量平衡條件。6模擬結(jié)果及分析分別對傳統(tǒng)陣列，緊密陣列和Halbach陣列進行數(shù)值計算，采用Ansoft商用軟件的二維瞬態(tài)分析模塊。6.1傳統(tǒng)陣列傳統(tǒng)陣列內(nèi)磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的變化曲線圖，取其一個變化周期。對于傳統(tǒng)陣列，一個變化周期的轉(zhuǎn)角為30.從轉(zhuǎn)矩圖可以看出第一個最大轉(zhuǎn)矩絕對值為T=4380Nm/m,丼轉(zhuǎn)角為7.5（即實際工作中內(nèi)

7、外磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角差為7.5）。對于磁力轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實際工作情況，取磁塊軸向長度L=40mm，則實際傳動最大轉(zhuǎn)矩值Tmax=TL=175.2Nm.6.2緊密陣列取一個變化周期。一個變化周期的轉(zhuǎn)角為60.第一個最大轉(zhuǎn)矩絕對值處的位移角為15,轉(zhuǎn)矩值為4720Nm/m，對于磁力轉(zhuǎn)動機構(gòu)的實際工作情況，取磁塊長度為40mm，則實際傳動最大轉(zhuǎn)矩值為188.8Nm.圖8緊密陣列轉(zhuǎn)矩變化曲線（取一個周期）6.3Halbach陣列（每極4段）一個變化周期的轉(zhuǎn)角為60.第一個最大轉(zhuǎn)矩絕對值出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角差為15處，轉(zhuǎn)矩值為5400Nm/m,取磁塊長度為40mm

8、,則實際工作的最大轉(zhuǎn)矩為216Nm.Halbach陣列（每極4段）轉(zhuǎn)矩變化曲線（取一個周期）6.4分析H前，磁力泵傳動機構(gòu)主要使用傳統(tǒng)陣列和緊密陣列。從模擬結(jié)果來看緊密陣列與傳統(tǒng)陣列相比，緊密陣列只有約7.8%的提升，而