Page 177 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 江友亮，等：磁气混合隔振电磁结构分析与输出特性研究 2635

大以及结构任一处的磁感应强度不饱和为目标，优 值，永磁体径向长度 D x 和轴向长度 D z 在 10~40 mm
化电磁单元结构参数，确定电磁弹簧优化设计准则。 之间变化，分析线圈气隙处磁场的变化规律。仿真
经过一系列初步分析，其中永磁体结构和永磁 分析过程中，以有效线圈截面处磁感应强度的均值
体保护环结构等参数具有非线性规律，气隙、外导 作为线圈气隙处磁感应强度值，以中间导磁块截面
磁体等参数为线性规律。下面对非线性规律参数进 处磁感应强度的均值作为结构的磁感应强度 (此处
行分析。 结构磁感应强度最大)。上、中、下磁极线圈处磁感
（1）永磁体结构参数分析 应 强 度 以 及 中 间 导 磁 块 磁 感 应 强 度 变 化 曲 面 如
永磁体尺寸是影响磁场的关键参数。结合初始 图 5 所示。

1.8 0.6
1.6 0.5
B / T 1.4 B / T 0.4
1.2
1.0 0.3
0.8 0.2
0.6 0.1
40 40
35 40 35 40
30 30 30
25 30 25 20
20 20 D z / mm 20
15 10 D x / mm 15 10 D x / mm
D z / mm
(a) 中间导磁块处 (b) 上线圈处
(a) Position of intermediate magnetic (b) Position of upper coil
conducting block
0.6
1.2
1.0 0.5
0.4
B / T 0.8 B / T 0.3
0.6
0.4 0.2
40
40 35
35 40 30 40
30 25 30
25 30 20 20
20 20 D z / mm 15 10 D x / mm
15 10 D x / mm
D z / mm
(c) 中线圈处 (d) 下线圈处
(c) Position of middle coil (d) Position of lower coil

图 5 各处磁感应强度变化曲面
Fig. 5 The surface of magnetic induction intensity variation at various locations

从图 5 中各处磁感应强度随 D z 和 D x 变化云图 化，分析上、中、下线圈气隙处以及中间导磁块的磁
可知，随 D z (或 D x ) 变化，磁感应强度 B 都呈类似对数 感应强度的变化规律，上、中、下线圈气隙处以及中
增长，但 D z 与 D x 对 B 的影响大小不同。横向对比 间导磁块处的磁感应强度随 d 的变化如图 7 所示。
上、中、下与导磁块处的线圈磁感应强度，发现其变 从图 7 可知，线圈气隙处磁感应强度随 d 的增大而
化规律一致。因此，本文以中间导磁块为分析对象，
分析其磁感应强度等高梯度，如图 6 所示。 40 1 1.8
从图 6 等高梯度图分析可知，磁感应强度随永 0.7 0.8 0.9 1.1 1.15 1.2 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.6
35 1.3
磁体轴向长度 D z 的变化梯度低于永磁体径向长度
1.4
D x 的变化梯度，即磁感应强度对沿着永磁体充磁方 30 0.6
向的敏感度低于垂直于充磁方向的敏感度。因此， 1.2
设计永磁体结构时，敏感度斜率拐点即为永磁结构 D z / mm 25 1 1.1 1.2 1.4 1.5 1.6 1.0
的最优设计点。 20 0.7 0.8 0.9 1.15 o (25,20,1.15)
1.3
本文选取传统材料磁饱和 1.2 T，设计磁感应强 0.8
度需小于 1.2 T，本文取 1.15 T。依据图 6 中 1.15 T 的等 15 0.5 0.6 1.2 0.6
1.15
1.1
1
高线，选取 D z 方向梯度减小拐点作为 D z 最终的优化
10 15 20 25 30 35 40
值，即 D z =20 mm；则对应的 D x =25 mm，此时，B=1.15 T。 D x / mm

（2）永磁体保护环参数分析 图 6 导磁块磁感应强度 B 等高梯度
永磁体保护环尺寸 d 为导磁体相对永磁体凸出 Fig. 6 Contour nephogram of magnetic induction intensity(B)
部分，具有保护永磁体的作用。d 在 0~15 mm 之间变 at magnetic block