基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法、电子设备与流程

本发明属于磁性能测试及数值计算，尤其涉及基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法、电子设备。

背景技术：

1、主动式磁轴承是一种利用电磁力实现转子悬浮的机电系统。该种类型磁轴承可分为两大类：纯电励磁磁轴承和永磁偏置磁轴承。其中的永磁偏置磁轴承使用永磁体产生偏置磁场，同时电磁铁重新分布磁场以提供所需的合力。由于具有无接触、低损耗、可控刚度及阻尼等多项优点，永磁偏置磁轴承在新能源电力、航空航天、核工业和军事保障等领域具有广阔的应用前景。

2、在磁轴承的设计及运行过程中，有些结构的电磁磁路穿过环形磁钢，对磁钢进行反复充退磁。环形磁钢在长期运行过程中磁性能参数发生改变。准确测量磁钢的磁性能参数对于降低运行风险、提升磁轴承可靠性具有重要的研究意义。另外在环形磁钢充磁完成后，生产检测部门也迫切需要一种检验充磁效果、评估磁化程度的测试方法。

3、经检索，中国专利申请号201310607163.1的专利申请文件公开了瓦形铁氧体磁性能测试方法。该方法通过与瓦形磁体内弧面对应的蛇形扫描轨迹，分别绘制出铁氧体弧长方向及轴向的磁强分布曲线，以确定整块瓦形铁氧体磁分布及材料均匀程度情况。虽然该方法可以给出磁体的表磁分布及磁场均匀性，但由于缺少表磁分布与磁体磁性能之间的数值关系，该方法实际上无法给出铁氧体材料的磁性能参数。另外在测试过程中，磁场均匀性的评估结果也会受到扫描位置准确性、测量精度等因素的显著影响。中国专利申请号201410406412.5的专利申请文件公开了一种永磁体的平均磁场强度的无损伤测试方法及装置。该装置及方法通过采集感应线圈的电流值，根据磁场强度与感应电流的关系式得到永磁体的平均磁场强度。该方法确定的平均磁场强度与感应线圈的形状及大小有关，并不能定量给出永磁体材料的磁性能参数，更适宜表征在一定空间范围内永磁体的时间稳定性及温度稳定性。目前，磁钢磁性能参数的表征方法仍存在一定的局限性，有待进一步的研究。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法。

2、本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

3、基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，包括以下步骤：

4、步骤1，对环形永磁磁钢外形尺寸进行测量，得到所述环形永磁磁钢的实测尺寸数据；

5、步骤2，测量环形永磁磁钢在中轴线处的磁场分布f实测(z)；

6、步骤3，将环形永磁磁钢的磁场分布f实测(z)及实测尺寸数据代入到基于分子电流理论的解析表达式中，拟合确定表面磁化电流密度值k实测；

7、步骤4，根据环形永磁磁钢的实测尺寸数据，建立永磁磁钢的有限元模型；

8、步骤5，输入环形磁钢材料的估算性能参数，完成磁钢空间磁场的有限元仿真，提取出磁钢中轴线的磁场分布f仿真(z)；

9、步骤6，将磁钢的磁场分布f仿真(z)及实测尺寸数据代入到基于分子电流理论的解析表达式中，拟合确定表面磁化电流密度值k仿真；

10、步骤7，对比k仿真与k实测的差异性，通过调整磁钢有限元模型中材料的磁性能参数，重复步骤4-6，直至k仿真与k实测相等，有限元模型中材料的输入参数即为环形永磁磁钢的磁性能参数。

11、在上述技术方案中，所述环形永磁磁钢的充磁方向为轴向。

12、在上述技术方案中，步骤1中所述环形永磁磁钢的实测尺寸数据包括环形永磁磁钢的外径、内径及高度。

13、在上述技术方案中，步骤2中所述环形永磁磁钢的磁场分布f实测(z)包括轴向磁感应强度b实测(z)或轴向磁场强度h实测(z)。

14、在上述技术方案中，步骤3中所述基于分子电流理论的解析表达式为：

15、

16、式中：当磁场分布f(z)为轴向磁感应强度b(z)时，m等于μ0，当磁场分布f(z)为轴向磁场强度h(z)时，m等于1/μr，μ0为真空磁导率，μr为相对磁导率，k为表面磁化电流密度值，z为实测位置距离磁钢表面的轴向距离，h为磁钢的高度，a为磁钢的外径，b为磁钢的内径。

17、在上述技术方案中，步骤5中所述磁钢的磁场分布f仿真(z)包括轴向磁感应强度b仿真(z)或轴向磁场强度h仿真(z)。

18、在上述技术方案中，所述环形永磁磁钢在中轴线处磁场分布f实测(z)的测试位置原点与磁场分布计算值f仿真(z)的提取位置原点相同且均位于环形磁钢上或下表面的圆心位置。

19、在上述技术方案中，所述环形永磁磁钢在中轴线处磁场分布f实测(z)的测试位置数量不少于4个，磁场分布计算值f仿真(z)的提取位置数量不少于4个。

20、在上述技术方案中，所述永磁磁钢的磁性能参数包括相对磁导率和磁感矫顽力。

21、在上述技术方案中，所述磁钢有限元模型中材料磁性能参数的优化方法为退火算法、遗传算法、神经网络算法中的一种或几种的组合算法。

22、本发明的第二个发明目的在于：提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法。

23、本发明具有的优点和积极效果是：

24、1.本发明综合应用分子电流理论和有限元法解决了环向磁钢磁性能参数确定的问题，降低了磁钢性能入院验收、长期运行后衰减程度评估的难度，有助于提高磁钢的检测效率、经济性及运行可靠性，对环形磁钢的磁性能研究及数值计算具有重要的工程意义。

25、2.本发明通过基于分子电流理论的环形永磁磁钢中轴线磁场分布解析式拟合磁场实测结果，有效降低了测试位置准确性、测量精度对磁钢中轴线磁场分布准确性的影响。

26、3.本发明采用有限元法完成了一定尺寸、指定性能参数条件下环形磁钢的空间磁场仿真，给出了指定位置处的磁场仿真分布，为确定磁钢的磁性能参数提供了对比依据。

27、4.本发明以表面磁化电流密度值作为优化目标，进一步降低了测试位置准确性、测量精度对环形磁钢磁性能确定结果的影响，提高了磁性能参数结果的准确性。

28、5.本发明中，通过表磁测量法确定磁钢性能参数，避免了反复充退磁过程对磁钢性能的影响。

技术特征：

1.一种基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：所述环形永磁磁钢的充磁方向为轴向。

3.根据权利要求2所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：步骤1中所述环形永磁磁钢的实测尺寸数据包括环形永磁磁钢的外径、内径及高度。

4.根据权利要求3所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：步骤2中所述环形永磁磁钢的磁场分布f实测(z)包括轴向磁感应强度b实测(z)或轴向磁场强度h实测(z)。

5.根据权利要求4所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：步骤3中所述基于分子电流理论的解析表达式为：

6.根据权利要求2所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：步骤5中所述磁钢的磁场分布f仿真(z)包括轴向磁感应强度b仿真(z)或轴向磁场强度h仿真(z)。

7.根据权利要求6所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：所述环形永磁磁钢在中轴线处磁场分布f实测(z)的测试位置原点与磁场分布计算值f仿真(z)的提取位置原点相同且均位于环形磁钢上或下表面的圆心位置。

8.根据权利要求7所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：所述环形永磁磁钢在中轴线处磁场分布f实测(z)的测试位置数量不少于4个，磁场分布计算值f仿真(z)的提取位置数量不少于4个。

9.根据权利要求1所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法，其特征在于：所述永磁磁钢的磁性能参数包括相对磁导率和磁感矫顽力。

10.一种电子设备，其特征在于：包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1-9任一项所述的基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法。

技术总结
本发明属于磁性能测试及数值计算技术领域，尤其涉及基于分子电流理论的环形永磁磁钢磁性能参数确定方法、电子设备，包括：测量环形永磁磁钢的实测尺寸数据；测量环形永磁磁钢在中轴线处的磁场分布f<subgt;实测</subgt;(z)；确定表面磁化电流密度值K<subgt;实测</subgt;；建立永磁磁钢的有限元模型；提取出磁钢中轴线的磁场分布f<subgt;仿真</subgt;(z)；确定表面磁化电流密度值K<subgt;仿真</subgt;；对比K<subgt;仿真</subgt;与K<subgt;实测</subgt;的差异性，调整磁钢有限元模型中材料的磁性能参数。本发明综合应用分子电流理论和有限元法解决了环向磁钢磁性能参数确定的问题，降低了磁钢性能入院验收、长期运行后衰减程度评估的难度，有助于提高磁钢的检测效率、经济性及运行可靠性，对环形磁钢的磁性能研究具有重要的意义。

技术研发人员：李昂,吴福,张毅,陈开媛,高蔚
受保护的技术使用者：核工业理化工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11