[发明专利]一种磁路优化方法

说明书

本发明提供了一种磁路优化方法，属于磁路设计技术领域。采用对磁路进行数学建模的方式建立磁路优化问题，并采用多目标粒子群算法对优化问题进行求解，得到优化问题的帕累托最优解集，从解集中挑选符合要求的解作为磁路的最优解。与传统方法相比，本发明能挑选出不被支配的帕累托最优解，避免盲目进行费时费力的三维电磁仿真，大大加快磁路的设计时间，并且能实现更优的磁化强度水平和更低的电流水平。

技术领域

本发明属于磁路设计技术领域，具体涉及一种磁场强度可调谐磁路的优化方法。

背景技术

在电磁铁、微波可调谐磁器件中，均会涉及软磁磁路的设计。例如，微波旋磁材料在施加一定的偏置磁场后会呈现出张量磁导率，当电磁波作用到微波旋磁材料上之后，由于张量磁导率的作用会呈现出奇特的微波特性。由于微波旋磁材料需要施加一定的偏置磁场才能正常工作，因此这些器件都会带有偏置磁路。这就需要进行软磁磁路的设计以实现磁场的施加。传统的软磁磁路设计是通过磁路定理对磁路进行手工求解，然后建立CAD模型在电磁仿真环境中进行三维有限元等数值方法的求解，若磁场强度不满足要求，则改变CAD模型再次进行数值求解，直到满足要求。传统的软磁磁路设计流程费时费力，需要大量的时间才能完成整个磁路的设计，并且需要大量的人为干涉。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术需要反复进行CAD模型修改、费时费力的缺陷，提出了一种磁路优化方法，大大减小了磁路优化的工作量，且能实现更好的最优解。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种磁路优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对磁路中的线圈部分的电阻建立模型：

假设线圈按照二维空间圆形的最密堆积方式进行排列，忽略每一层线圈之间的相互连接部分，即假设每一层线圈均为一个闭合的圆环，根据电阻公式可得线圈的电阻值R：

其中，ρ为铜线的电阻率，d为磁极柱的直径，d_Cu为带绝缘漆的铜线的直径，d'_Cu为纯铜线的直径，N_r为径向方向铜线的匝数，D为磁路腔体的直径，N_h为高度方向铜线的匝数，h为线圈高度，上式中所有[·]代表高斯取整函数；

步骤2、对磁路的磁场强度建立模型：

其中，H_a为磁路的磁场强度，N为线圈匝数，N＝N_rN_h，I为线圈中通过的电流大小，l_a为磁路气隙间隙，l_m为磁路长度，S_a为磁路气隙空气柱面积，S_m为磁极柱面积，μ_m(H_a)为磁路材料在磁场强度H_a下的磁导率；根据磁路材料的磁化曲线得到离散的μ-H关系，再根据三次样条插值得到任意点处的μ-H关系。

步骤3、建立磁路优化模型：