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电磁铁轭铁和极头收缩角分析

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  电磁铁作为一款非常实用的励磁设备,被广泛的应用在磁性材料测试装置、振动样品磁强计、霍尔效应研究、磁阻效应研究和磁场取向等方方面面。在进行磁路设计和极头收缩过程中,一般凭经验进行设计和加工。如何选择磁轭的截面积?以及极头采用什么样的角度进行收缩才能发挥最大效率?介绍比较少。 经常遇到一些电磁铁,设计轭铁非常不合理,效率低下,在励磁中造成大量的能源浪费,极头收缩角也五花八门。为回报磁性材料行业的用户,将湖南省永逸科技有限公司设计电磁铁的方法进行公开,供大家参考和共享。
  1、如何选择轭铁的截面积 设计电磁铁轭铁的要求是:磁导率尽可能高,长度尽可能小,截面积尽可能大,一般使用轭铁的截面积S为极头截面积S的1.2到1.4倍。以避免由于轭铁的饱和使得磁导率u下降。这是由于:假定轭铁和极柱是良好接触的,无漏磁,则极头中磁通全部通过轭铁,即BS=BS。对于一般的软磁材料,磁化曲线的膝形弯曲处为饱和值的70%-80%处。为了提高效率,减小漏磁,我们一般设计轭铁的截面积为:1/0.80--1/0.70 ,也就是S/S>1.2--1.4。在设计测量电磁铁时,为了满足极头的调节,我们一般选择上限1.4倍,设计固定间隙的电磁铁选择1.2倍。
  2、如何收缩极头 电磁铁的极头有园柱和园台之分,对于园柱极头,用纯Fe(BS为2.15T)或Fe-Co(BS为2. 4 T)合金,。采用圆台极头(或收缩极头)是尽可能在同样励磁功率条件下的提高极头中的间隙磁场,有些人根据测量国外一些电磁铁的收缩角度,盲目认为国外设计的就是最好的,说半角度认为关于半角39°圆台极头是最好的,实际上是没有科学依据。参考文献,对于圆台极头锥角有精确的计算理论(如下图),
  可以由库仑定律求得,使用的解析式为:ΔHx=(Ms*2π*r*dr*cosа)/[4r*μ0*(r2+x2)*cosa] 图片 其中:Ms为极头的饱和磁极化强度,若要满足ΔHx是极大值,可在r不变的情况下,改变x的值使得a 改变,并满足:d(ΔHx)/dx=0, 由此可得:x= SQRT(2)*2,即:tana=r/x=2。 则可以推出:a=54°44’(很惊奇的发现该角度与铁单晶难磁化[1 1 1]轴方向是完全一致的,从这也能解释收缩极头按此角度收缩便于磁力线的聚合)。 为了便于加工规范,我们一般将收缩半角设计为60°。
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