热变形纳米晶永磁环自锁阀锁闭特性研究

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1、第39卷第3期2013年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．39．№．3Jun．2013热变形纳米晶永磁环自锁阀锁闭特性研究柳珊，张晓东，陈健(上海空间推进研究所，上海201112)摘要：为了减轻宇航推进系统用自锁阀的重量，采用理论、数值仿真和试验相结合的方法对永磁环材料进行了研究。研究结果表明，和传统材料相比，新型永磁材料在性能上更优，装上新型永磁材料的自锁阀的锁闭特性有很大程度的优化，而且自锁阀的体积更小、重量更轻。关键词：纳米钕铁硼；永磁环；自锁阀中图分类号：V4

2、34—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2013)03—0083—04LatchcharacteristicofnanoNd—Fe—Bmagnet—ringlatchingvalve'_'一'一LIUShan，ZHANGXiao—dong，CHENJian(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai2012，China)Abstract：Inordertolightentheweightoflatchvalveusedinspacecraftpr

3、opulsionsystem，theresearchisdoneonnewnanoNd-Fe-Bmagnetbyusingtheoretical，numericalandexperimentalmethods．TheresultshowsthatthenewnanoNd—Fe—Bmagnethasbetterperformancethantheoldone．Thelatchcharacteristicofthelatchvalvemadebythenewmagnetmaterialhasgreatsup

4、eriority．Therefore，thelatchingvalvecanbemorecompactedandlighter．KeTwords：nanoNd—Fe—B：magnetring；latchvalveO引言宇航推进系统高压部分配置有高压白锁阀，在系统中高压自锁阀的功能是连通或切断高压气源。自锁阀是一种具有位置自保持功能的电磁式阀门，其动作过程通常是给驱动线圈施加具有一定幅值和宽度的脉冲电流来改变阀门的状态，在去掉激励电流后，阀门状态靠锁位机构保持不变。自锁阀要实现无源自保持特性，关键在于锁位

5、机构，目前国内外应用最广泛的锁位机构为永磁锁位，即通过永磁铁产生的永磁力将阀门保持在开启(或关闭)状态，而不需要任何电源。永磁环性能的高低及体积的大小在很大程度上决定了自锁阀的体积和重量。现采用的烧结式Nd—Fe—B磁环厚度一般在5mm左右，在目前的收稿日期：2012—10一11：修回日期：2013—01—04基金项目：中国航天科技集团公司支撑项目(2007JY06)作者简介：柳珊(1982一)，女，工程师，研究领域为阀门设计火箭推进2013年6月工艺下，减少壁厚将使永磁的充磁难以饱和，反而降低永磁的磁

6、能积。相对于烧结式磁环，热变形纳米晶Nd—Fe—B磁环具有高磁能积，可制备成高壁、薄壁或小尺寸的磁环，且其环境稳定性更好。因此，为提高自锁阀的环境稳定性及减小自锁阀的体积、重量，可采用热变形纳米晶Nd—Fe—B磁环。1国内外热变形磁体技术发展现状和趋势美国通用电气、德国OGutfleisch及日本Daido制钢等公司对热变形磁体各向异性形成机制、影响形变速率的因素以及元素添加对变形能力和磁性能影响等问题进行了研究；国内北京钢铁研究总院较早对热变形磁体基础理论和工艺进行了研究，同时在热压磁环应用领域进行了

7、大量研究。德国Dresden固体所及日本大同制钢公司已成功地将热压环应用于无刷伺服电机，使电机的效率显著提高。北京钢铁研究总院长期从事辐向和多级磁环的研制，获得了多项辐向、多织构磁环制备及充磁技术的国家发明专利，承担过多项永磁环的军工任务，广泛应用于航天、航空军工型号。国内目前是北京钢铁研究总院拥有试验及批量生产的快淬设备，对于}夹淬带制备积累了丰富经验，承担过多项快淬技术相关国家课题，并申请了多项国家发明专利。通过对热压环成分、工艺和模具设计等长期研究，成功解决了小尺寸磁环热挤出过程中的开裂问题。针对

8、热压工艺特点，进一步设计制造了适用于纳米晶磁体热变形的热压设备。其快速升温、降温，以及位移控制和压力控制兼备的特点满足了热压环制备对工艺条件的要求，并在国内首先成功制备出高性能热压环。2纳米晶永磁环在自锁阀中的研究应用2．1自锁阀工作原理典型的自锁阀结构图如图1所示。关永开阀芯阀吸合线衔磁线过滤器组件座台座圈铁铁圈组件图1典型自锁阀结构图Fig．1Structureoftypicallatchingvalve工作原理如下：阀门处于关闭状态，