永磁驱动液态金属磁-电-流-热耦合特性

雷贤良; 郭汶沧; 李智宁

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (3) : 67 -76.

永磁驱动液态金属磁-电-流-热耦合特性

雷贤良, 郭汶沧, 李智宁

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摘要

针对可靠、低成本的液态金属驱动方法仍十分缺乏的现状，利用旋转永磁本身磁场与导电流体中产生的错位感应磁场间的洛伦兹力来驱动液态金属，提出了磁-电-流-热的多物理场耦合计算的有限元仿真方法，构建了U型通道耦合分析模型，研究了气隙间距、磁体数量、剩余磁通密度、磁盘转速等参数对U型液态金属流道内磁场、感应电流、流动与传热的影响规律。仿真结果表明：气隙间距由6 mm增加至14 mm时，轴向扭矩显著衰减7.5倍；永磁体数量由4块增长2倍时，扭矩由波动达到稳定，由于周向单磁体作用于液态金属时间减小，感应电流峰值降低2.5倍，平均轴向扭矩降低5.2倍；高剩余磁通密度条件下输出扭矩非线性增加，2.0 T时产生的扭矩是1.0 T时的4.67倍；当磁盘转速由200 r/min增加至800 r/min时，产生的扭矩可提升2.52倍。该研究结果可为开发高效、稳定的永磁驱动装置提供参考。