[发明专利]一种双气隙闭式环形永磁磁路

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁磁路，特别是一种双气隙、闭合环形永磁磁路。

背景技术

常规永磁磁路通常分为两大类：开放式和封闭式。其中开放式磁路的典型代表是C型磁路结构；封闭式磁路包含的类型较多，有“口”字型、立柱型、“工”字型、球型、圆柱型等等。与开放式磁路相比，封闭式磁路的漏磁小、场强高、场均匀度高且场稳定性好，广泛应用在核磁共振系统和磁流体能量转换等领域。图1为中国专利201320070242.9公开的一种用于电磁流体海洋溢油分离回收装置的八棱柱两极闭式永磁磁路，八棱柱磁路结构的中心是横截面为矩形的气隙；穿过气隙的磁力线通过边框轭铁闭合，形成两个关于中心线yy’对称的主磁路。对于电磁流体海洋溢油分离回收装置，油污海水处理量及收油效率随电磁力密度以及电磁力作用空间的增大而增大。电磁力密度f＝B×J，其中B、J分别为磁通密度矢量和海水中的电流密度矢量。磁流体分离通道穿过磁体的气隙，因而电磁流体海洋溢油分离回收装置的处置能力随磁体气隙几何尺寸以及气隙磁通密度的增大而增大。然而，永磁磁路结构的体积和重量随气隙磁通密度以及气隙几何尺寸的增大而迅速增大。此外，磁流体分离通道为直流供电，工作电压U＝jd/σ，其中j＝(J_x²+J_y²+J_z²)^1/2，J_x、J_y、J_z分别为J的x、y、z方向的分量，d为电极间距，σ为海水电导率。因而，磁流体分离通道的电极间距、即磁体气隙宽度受到海上船舶安全用电电压限制。海上作业平台受平台空间、作业环境和吊装能力等限制，对所采用的设备和装置的体积和重量提出了严格的要求。随着电磁流体海洋溢油分离回收技术的应用和推广，如何减低其关键部件—永磁磁体的重量和外形尺寸，同时实现双工作气隙、高场强和低漏磁特性，成为重要的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种双气隙闭式环形永磁磁路。本发明适用于电磁流体海洋溢油分离回收装置，在降低永磁磁路重量和外形尺寸的前提下，采用环形闭合磁路结构，实现了双工作气隙、高气隙磁通密度和低漏磁特性。

本发明的技术方案是：一种双气隙闭式环形永磁磁路，所述永磁磁路由两个横截面为矩形的工作气隙、与两个工作气隙相对应的四个永磁磁极和横截面为矩形的四个填充块以及八边形轭铁外边框组成。所述永磁磁路在结构上具有对称：关于X、Y、Z轴对称，且笛卡尔坐标原点在所述永磁磁路几何中心；X轴与所述工作气隙中的磁场方向相垂直，Y轴与所述工作气隙中的磁场方向相平行，Z轴为所述永磁磁路的轴向方向。四个永磁磁极包括两个N磁极和两个S磁极，且按N-S-N-S顺序串联闭合。在Y轴方向相对的一个N磁极和一个S磁极，连同X轴方向布置的两个横截面为矩形的填充块围成一个矩形工作气隙。工作气隙中产生两极磁场，且两个工作气隙中的磁场方向相反。每个所述工作气隙的N磁极与另外一个工作气隙的S磁极相邻、且位于X轴的同侧；每个所述工作气隙的S磁极与另外一个工作气隙的N磁极相邻、且位于X轴的同侧。四个永磁磁极和填充块的外周面紧贴轭铁外边框的内周面。

每个所述永磁磁极由一个横截面为矩形的聚磁软铁、一个横截面为矩形的主磁钢、两个横截面为矩形的侧磁钢、两个横截面为等腰直角三角形的边磁钢和两个横截面为矩形的端磁钢组成。所述聚磁软铁朝向工作气隙的一面为磁极面，所述聚磁软铁除磁极面外的其余五个面分别贴有一个主磁钢、两个侧磁钢和两个端磁钢。所述主磁钢贴于聚磁软铁与其磁极面平行的一个侧面上，所述端磁钢贴于聚磁软铁轴向的两个端面上，所述侧磁钢贴于聚磁软铁的其余两个平行的侧面上。所述边磁钢分别贴于主磁钢和侧磁钢之间。每个所述永磁磁极的边磁钢的与X轴平行的边的边长为L，满足2L>H，H为所述工作气隙的磁极间距。

所述聚磁软铁周围的一个主磁钢、两个侧磁钢和两个端磁钢的充磁方向垂直指向或背向与聚磁软铁相接触的矩形面；与所述聚磁软铁相对应的两个边磁钢的充磁方向垂直背向或指向所述边磁钢的斜面。以X轴为对称轴的所述永磁磁路的上、下永磁磁极的极性相反。位于X轴同侧的所述两个相邻永磁磁极的边磁钢的充磁方向相同，且沿X轴的间距为0。

所述两个矩形工作气隙的四个永磁磁极在闭合磁回路按N-S-N-S顺序依次串联，连同轭铁外边框的上、下部分组成一个主磁路；所述四个永磁磁极产生的其他磁力线通过轭铁外边框的左、右部分闭合形成另外两个关于Y轴对称的主磁路。