磁力研磨的一种永磁铁磁路

磁力研磨的一种永磁铁磁路
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1 引言
磁力研磨是利用磁路的气隙（工作间隙）对工件表面进行研磨、抛光精加工，研磨用磁场一般是用带铁心的电磁铁线圈形成，也可以用永磁铁组成的磁路形成。

日本的进村武男把永磁铁组成的磁路系统用于磁力研磨，取得很好效果。

电磁铁在使用时需要经常励磁，消耗能量，体积庞大，而且在有运动要求时，这些因素都影响运动速度的提高。

永磁铁磁路系统不消耗能量、不产生焦耳热，系统结构简单，可靠性好，
易于维修。

由于永磁铁磁路系统的这些优点，必然有广阔的应用前景。

2 永磁铁磁路的计算
2.1 计算永磁铁磁路的基本公式
在永磁铁磁路中，永磁铁相当于一个磁势的作用，同时它又有磁阻。

计算永磁磁路的方法与分析软磁材料构成的电磁铁磁路的方法基本相同。

但是，要用永磁材料磁滞回线的第二象限部分既退磁曲线来进行计算。

计算永磁铁磁路时，最重要的是选择永磁铁的工作状态，它标志着永磁铁的效能和利用率，可由永磁铁材料退磁曲线上的一个点来描述，这个点叫永磁铁的工作点，工作点的横坐标既磁场强度，纵坐标既磁感应强度；永磁铁磁路的计算用漏磁系数法与经验公式计算最为简单和实用。

在实际磁路中，总存在着漏磁，漏磁可以用磁路的磁导计算
K f=ΣG/G q（1）式中：ΣG—磁路的总磁导H，它包括气隙磁导和漏磁导；G q—气隙磁导H；K f —漏磁系数，取值由磁路结构决定，差别很大，可在1—20范围变化，对于永磁的磁力研磨磁路可以缩小到1.2—5.0范围内。

由基尔霍夫磁路定律，（1）式可变成：
B m•S m=K f·B q·S q （2）
S m= K f·B q·S q/ B m（3）
式中；B m—磁感应强度T，为永磁铁的工作点；B q—工作间隙需要的磁感应强度T；
S m、S q—分别为永磁铁和工作间隙的截面积m2。

当磁路含有轭铁时，依据基尔霍夫第二定律可以得到：
H m·L m= K r·H q·L q （4）
L m= K r·H q·L q /H m （5）
式中： K r —为磁阻系数，与磁轭的长短、接合处的多少及工作间隙有关，对于永磁铁磁路，一般取值为1.05～1.45。

L m 、 L q —表示永磁铁和气隙的长度m ； H m 、H q —分别表示永磁铁和气隙的磁场强度A/m.
由公式（3）、（5）两式即可计算永磁铁尺寸。

磁场强度与磁感应强度之间的关系，
即B q = μO H q ，其中μO =1.25×10-6H/m ，真空磁导率。

2.2 磁力研磨的永磁铁磁路
磁力研磨是利用气隙（工作间隙）进行加工的
装置，其磁路系统可设计成如图1所示，将四块永
磁铁的磁极面尽可能地接近，并靠近工作间隙，能
产生聚磁效应，靠永磁铁产生的磁场的叠加，使工
作间隙的磁场强度达到较大值。

磁极头应可以相对
移动，从而改变气隙的长度，适应不同尺寸零件加
工, 磁极头端面形状根据工件表面形状成包围状(一
般呈镰形研磨效果好)。

在研磨外圆等回转面时，磁
极头截面形状及尺寸，如图2所示。

铁心与磁轭框
架的截面积，要足够大，以免磁饱和而降低磁导率。

磁极头前端制成倒角，截面变小，使磁力线 图1 永磁体分布位置 更加集中。

3 永磁铁磁路计算
永磁铁选用LNG52铝镍钴材料，首先在
材料的退磁曲线上，用作对角线的方法找到
永磁铁工作点，如图3所示。

工作点的两个坐标分别是B m =1.1T ，
H m =46.95A/m 。

根据加工需要，取气隙长度L q =2mm ，
气隙内的磁感应强度为1.2 T 宽度A =30mm ；包角θ=π/2部分弦长15mm ；工件直径按 假定漏磁系数为1.5入（3）和（5何尺寸： S m = 1.5×1.2×0.465×10L m =1.30×1.2×2×10-3/=53.0×10-3（m ）
划分成主磁通管、1/4圆柱体磁通管和1/4空心圆柱筒磁通管，再计算磁导和漏磁系数[7]。

三部分磁导分别是G q=μO× 30×15/2=0.225μO；
G1=0.52LμO =0.057μO（式中L=110mm）；
G2=(2μO L/π)㏑(1+m/△) =0.049μO。

由（1）式计算漏磁系数：
K f=（0.225+0.057++0.049）μO /(0.225μO)=1.47，
与原先假定的1.5相差不大。

计算工作间隙的磁感应强度，把它与设计值相比较，若误差不超过5%—10%范围，则设计可用，若相差较大则重复上述计算，直至合适为止。

由（2）式导出B q =K f·S q /B m•S m ，把K f=1.47代入，得B q =1.1×0.76×10-3/ (1.47×0.465×10-3)=1.223（T），与磁感应强度设计值1.2 T比较，误差为1.9 %，满足要求。

研磨装置的最小外形尺寸可以作成150 mm×150 mm×30mm，这个尺寸相同条件下的电磁铁装置体积要小得多。

4 结束语
在永磁铁组成的磁路中，采用单块永磁铁很难在气隙中达到很高的磁感应强度，
即使达到较高的强度，漏磁量也将很大。

将永磁铁合理地分散布置在磁路中，组成聚
磁磁路，不仅提高永磁铁的利用率，而且它能把更多的磁通汇聚到工作气隙中去，使
工作气隙中叠加成很强的磁场。

用永磁体代替以往电磁铁进行磁力研磨，有许多优点,具有广阔发展前景。

用漏磁系数法计算永磁磁路最为简单和实用，实际设计还要根据经验和反复计算才能适合要求。

永磁体组成的磁力研磨磁路系统，可有多种形式，具体结构要根据磁力研磨工艺进行设计。