一种加强型非均匀螺线管式退磁工作线圈

摘要

本发明所设计的一种加强型非均匀螺线管式退磁工作线圈，包括具有多匝线圈的螺线管式退磁工作线圈，螺线管式退磁工作线圈第一匝线圈与第二匝线圈之间的距离为A，螺线管式退磁工作线圈倒数第一匝线圈与倒数第二匝线圈之间的距离为B，第二匝线圈至倒数第二匝线圈之间均匀设有若干匝线圈，若干匝线圈中相邻的两匝线圈之间的距离为C，且有C大于A，C大于B。本发明加大了线圈首尾端的工作磁场，使线圈首尾端的磁场幅值衰减变慢，而且接近中间均匀区的磁场，这样，就能在不增加退磁场地长度的情况下尽量增大退磁线圈产生磁场的均匀区，进而实现节省电缆、提高退磁效率的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及消磁技术领域，具体地指一种加强型非均匀螺线管式退磁 工作线圈。

技术背景

在飞机、船舶等装备的制造与修理过程中，铁磁性部件的内部会生成 剩余磁性和残余应力，从而影响工件加工工艺及降低工件加工质量， 同时给设备或装备的运行埋下较大的技术隐患。尤其是工业（如飞机 制造业）用的精密铁磁性工件，微小的剩余磁性及残余应力都可能会 引起较大的故障。而一些大型铁磁性设备长期使用后，会产生固定磁 性，可能会影响设备的正常运行，因此，对一些铁磁性设备、工件进 行退磁以消除其剩余磁性是非常重要的。

常用的退磁方法主要有一般退磁法和综合退磁法。一般退磁法是在铁 磁物体剩磁的反方向上加一个比该铁磁物体矫顽力大的磁场，使得在 该方向上有较大静磁能的那部分磁畴反转到靠近外磁场的方向，静磁 能较小的那部分磁畴仍旧留在原来的方向上，使外磁场方向的总磁矩 略大于剩磁方向的总磁矩，然后去掉外磁场，一部分磁畴中的磁矩在 磁晶各向异性和应力的作用下又回到剩磁方向。结果使外磁场方向的 磁矩恰好抵消剩磁方向的磁矩，从而使得铁磁物体整体对外显示的磁 性为零，从而达到退磁的目的。

综合退磁法就是利用退磁原理和无磁滞磁化原理进行退磁。即把被退 磁对象放在无任何恒定磁场分量的交变磁场中，令交变磁场的振幅逐 渐衰减至零，在不断改变交变磁场方向并减小幅值的过程中，使铁磁 物质内的磁畴在正反两个方向上将呈均匀分布，在宏观 上不显示磁性，也就是在不存在外磁场的条件下，用一个初值足够大 、正负交替、幅值逐渐衰减的交变磁场将铁磁物体的剩余磁性消除。

从退磁效果的稳定性上，综合退磁法要优于一般退磁法。这是由于综 合退磁法使得退磁后铁磁物质内部磁畴的分布更趋于磁中性状态，而 一般退磁法对磁畴的作用仅仅使得磁畴内部磁矩的分布在两个方向上 正负抵消，经一般退磁法处理的铁磁物体在外部磁场的作用下更容易 恢复到原来的状态。基于以上原因，综合退磁法在退磁领域中使用得 更为广泛。

综合退磁法中退磁线圈的设置直接决定着交流脉冲磁场和稳定补偿磁 场的效果，而交流脉冲磁场和稳定补偿磁场产生的效果直接关系到退 磁的质量，因而退磁线圈的形状至关重要。

综合退磁方法中的退磁线圈系统主要由工作线圈和补偿线圈组成。工 作线圈用于产生交变脉冲磁场，用于消除铁磁物体的剩余磁性；补偿 线圈用于抵消铁磁物体所在空间的地磁场，以构成综合退磁时所需的 零磁空间。

退磁工作线圈的设计要根据被退磁对象所用铁磁材料的磁特性，以退 磁工作线圈产生磁场的均匀度和对线圈周围建筑物的磁化效果为考察 指标，从工作线圈的形状选择、疏密程度等角度对退磁工作线圈进行 综合分析与优化设计。

对于大型铁磁性物体，退磁工作线圈的敷设形状一般可采用两种形式 ，分别为马鞍式工作线圈（图1）和螺线管式工作线圈（图2）。马鞍 式退磁工作线圈主要利用其产生的垂向脉冲磁场来消除铁磁物体的剩 余磁性，螺线管式退磁工作线圈主要利用其产生的纵向脉冲磁场来消 除铁磁物体的剩余磁性。

传统的螺线管式退磁工作线圈是均匀敷设，匝数和间距平均分配。但 线圈首尾端工作磁场衰减过快，使工作磁场的均匀区减小，这样减小 了被退磁目标的长度范围，降低了退磁效果。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种加强型非均匀螺线管式退磁工作线圈， 该退磁工作线圈具有较大的工作磁场均匀区，能节省电缆、提高退磁 效率。

为实现此目的，本发明所设计的一种加强型非均匀螺线管式退磁工作 线圈，包括具有多匝线圈的螺线管式退磁工作线圈，其特征在于：所 述螺线管式退磁工作线圈第一匝线圈与第二匝线圈之间的距离为A，螺 线管式退磁工作线圈倒数第一匝线圈与倒数第二匝线圈之间的距离为 B，第二匝线圈至倒数第二匝线圈之间均匀设有若干匝线圈，所述若干 匝线圈中相邻的两匝线圈之间的距离为C，且有C大于A，C大于B。

所述螺线管式退磁工作线圈第一匝线圈与第二匝线圈之间的距离A等于 螺线管式退磁工作线圈倒数第一匝线圈与倒数第二匝线圈之间的距离 B。

所述螺线管式退磁工作线圈第一匝线圈与第二匝线圈之间的距离A的范 围为0～C/2；螺线管式退磁工作线圈倒数第一匝线圈与倒数第二匝线 圈之间的距离B的范围为0～C/2；所述若干匝线圈中相邻的两匝线圈之 间的距离C的范围为0.5~5m。

所述螺线管式退磁工作线圈第一匝线圈与第二匝线圈之间的距离A为C /2；螺线管式退磁工作线圈倒数第一匝线圈与倒数第二匝线圈之间的 距离B为C/2；所述若干匝线圈中相邻的两匝线圈之间的距离C为5m。

本发明通过减少第一匝线圈与第二匝线圈之间的距离、倒数第一匝线 圈与倒数第二匝线圈之间的距离，从而加大了线圈首尾端的工作磁场 ，使线圈首尾端的磁场幅值衰减变慢，而且接近中间均匀区的磁场， 这样，就能在不增加退磁场地长度的情况下尽量增大退磁线圈产生磁 场的均匀区，进而实现节省电缆、提高退磁效率的目的。

附图说明

图1为马鞍式退磁工作线圈示意图；

图2 为传统螺线管式退磁工作线圈示意图；

图3为马鞍式退磁工作线圈在线圈中轴线处产生的工作磁场曲线；其中 ，纵坐标为磁场，单位为奥斯特（Oe），横坐标为位置，单位为米（ m）。

图4为传统螺线管式退磁工作线圈在线圈中轴线处产生的工作磁场曲线 ；其中，纵坐标为磁场，单位为奥斯特（Oe），横坐标为位置，单位 为米（m）。

图5为本发明的结构示意图；

图6为传统螺线管式退磁工作线圈与本发明的效果对比曲线图。其中， 纵坐标为磁场，单位为奥斯特（Oe），横坐标为位置，单位为米（m） 。

其中，1—螺线管式退磁工作线圈、1.1—第一匝线圈、1.2—第二匝线 圈、1.3—倒数第一匝线圈、1.4—倒数第二匝线圈。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图5所述的一种加强型非均匀螺线管式退磁工作线圈，包括具有多匝 线圈的螺线管式退磁工作线圈1，所述螺线管式退磁工作线圈1第一匝 线圈1.1与第二匝线圈1.2之间的距离为A，螺线管式退磁工作线圈1倒 数第一匝线圈1.3与倒数第二匝线圈1.4之间的距离为B，第二匝线圈1 .2至倒数第二匝线圈1.4之间均匀设有若干匝线圈，所述若干匝线圈中 相邻的两匝线圈之间的距离为C，且有C大于A，C大于B。

上述技术方案中，所述螺线管式退磁工作线圈1第一匝线圈1.1与第二 匝线圈1.2之间的距离A等于螺线管式退磁工作线圈1倒数第一匝线圈1 .3与倒数第二匝线圈1.4之间的距离B。

上述技术方案中，所述螺线管式退磁工作线圈1第一匝线圈1.1与第二 匝线圈1.2之间的距离A的范围为0～C/2；螺线管式退磁工作线圈1倒数 第一匝线圈1.3与倒数第二匝线圈1.4之间的距离B的范围为0～C/2；所 述若干匝线圈中相邻的两匝线圈之间的距离C的范围为0.5~5m。

所述螺线管式退磁工作线圈1第一匝线圈1.1与第二匝线圈1.2之间的距 离A优选为C/2；螺线管式退磁工作线圈1倒数第一匝线圈1.3与倒数第 二匝线圈1.4之间的距离B优选为C/2；所述若干匝线圈中相邻的两匝线 圈之间的距离C优选为5m。

利用本发明对某一铁磁性物体进行退磁处理时，包括以下步骤：

（1）根据被退磁对象所用铁磁材料的磁特性，进行退磁工作线圈的磁 设计，以确定退磁工作线圈磁场均匀区磁场的幅值；

由铁磁学理论可知，为使铁磁物体达到退磁目的，外加在铁磁物体上 的交变磁场最大幅值应满足H_m=1.4H_c(1+Dχ_m)。

其中H_m为交变磁场的最大幅值，H_c为被磁化铁磁材料的矫顽力，D为铁 磁物体磁化方向上的退磁因子，χ_m为最大临界场时的磁化率。一般而 言，即使在形成闭路的样品内，物体中总存在一些杂质和气隙等不均 匀因素，形成一定的去磁场，所以交变磁场的最大幅值也应大于1.4H _c，即外加在铁磁物体上的交变磁场最大幅值应满足H_m=1.4H_c。

（2）以传统退磁工作线圈产生磁场的均匀度和对周围建筑物磁化效果 为考察指标，确定退磁工作线圈的形状、均匀区的长度、线圈的间距 等指标。

（3）采用电磁场数值仿真技术对退磁工作线圈进行综合分析与仿真优 化设计，确定退磁工作线圈的匝数、第一匝线圈1.1与第二匝线圈1.2 之间的距离A、倒数第一匝线圈1.3与倒数第二匝线圈1.4之间的距离B 、若干匝线圈中相邻的两匝线圈之间的距离C。

（4）绕制退磁补偿线圈，抵消被退磁目标周围的地磁场。

（5）绕制螺线管式退磁工作线圈，并按步骤（3）确定参数制 作加强型非规则螺线管式退磁工作线圈。

（6）退磁工作线圈和退磁补偿线圈通电，对铁磁物体进行退磁作业。

下面介绍本发明的设计构思：

首先比较背景技术中提到的马鞍式退磁工作线圈与螺线管式退磁工作 线圈的效率：

对两种退磁工作线圈磁场产生的效果进行对比，基于毕奥—萨伐定理 ，仿真分析了两型退磁工作线圈通电时在线圈中轴线上工作磁场的分 布。计算场点坐标分别为：x坐标范围为[-100,100] m、计算点间距 1m；y坐标取0 m；z坐标取0 m。马鞍式退磁工作线圈通电时在线圈 中轴线上工作磁场的分布曲线见图3，螺线管式退磁工作线圈通电时在 线圈中轴线上工作磁场的分布曲线见图4。由图3、图4可知，螺线管式 退磁工作线圈比马鞍式退磁工作线圈产生磁场的效率更高。

以上结论得到了螺线管式退磁工作线圈的优越性，然而因为传统的螺 线管式退磁工作线圈一般是均匀敷设的，线圈的匝数和匝间距平均分 配。但这样一来，线圈首尾端工作磁场衰减得过快（见图4），使工作 磁场的均匀区减小，这样减小了被退磁目标的长度范围，从而降低了 退磁效果，因此，为了提高螺线管式退磁工作线圈的退磁效果，必须 增加其产生磁场的均匀区。

为了增加磁场的均匀区，首先可以考虑加长螺线管线圈的长度，但这 样一来对电缆的消耗增大、对电源功率的消耗也增大，而且退磁场地 也要加长，非常不经济。

针对上述技术问题，采用上述技术方案中记载的减少第一匝线圈与第 二匝线圈之间的距离、倒数第一匝线圈与倒数第二匝线圈之间的距离 的方法，能加大线圈首尾端的工作磁场，使线圈首尾端的磁场幅值衰 减变慢，并接近中间均匀区的磁场，这样，就能在不增加退磁场地长 度的情况下尽量增大退磁线圈产生磁场的均匀区，进而实现节省电缆 、提高退磁效率的目的。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技 术。