1两磁极凹槽深度的优化
虽然两磁极磁指区域的磁场强度满足要求，但磁指表面的特征线均匀性较差，用于磁流变抛光会破坏光学元件的表面质量和光整度。不同凹槽深度影响两磁指表面磁场强度的均匀性，因此，对凹槽深度进行了优化，优化结果如图4所示。由图4可知：凹槽深度越大，两相互夹持磁指表面各特征线的磁场强度越不均匀；相反，就越均匀。当凹槽深度为2mm，两相互夹持磁指表面各特征线上的磁场强度大小较为集中，相差不大（即磁场强度较为均匀）。这是因为凹槽越深，两相互夹持的磁指材料越少，传导磁力线的截面越小，则传到两磁极表面的磁力线越少，并且由于尖端效应，导致指长尖端和中间磁场强度相差很大。当凹槽深度为2mm，两相互夹持磁指的各特征线磁场强度最均匀。如两磁极表面间的特征线X7，两端磁场强度具有周期性变化，基本符合对称，理论上可形成均匀磁场。
2集群式指状电磁铁的试验研究
2.1集群式指状电磁铁磁极头性能测试
为了验证集群式指状电磁铁的磁极头结构设计的合理性，需要用特斯拉计测试两磁指表面各特征线的磁场强度，测量结果如图6所示。由图6可知，随着励磁电流的增加，集群式指状电磁铁磁极表面磁感应强度也增大，并且各特征线之间的磁场强度相差不大，均在一段范围内波动，即较为均匀。当电流I由1A增加到3A，磁感应强度增加的幅度较大，而当电流I由3A到3.7A，磁极头的磁场强度增加不大。
2.2激励电流对集群指状电磁铁表面磁场强度的影响
为了验证两磁指表面特征线处磁场强度的误差，需将该区域磁场强度的实测结果与仿真结果进行对比，以确定实测与仿真之间的误差率，对比结果如图7所示。由图7可知，随着励磁电流的增大，磁极头磁指表面磁场强度实测值与仿真值都增大，且当励磁电流达到3A后，磁场强度的实测值与仿真值都基本保持不变。这是因为当励磁电流达到一定程度后，导磁材料的磁场强度已接近饱和，磁导率随之降低，所以，磁极头磁指区域的磁场强度增速趋于停止。磁感应强度的测试曲线与仿真曲线的趋势基本吻合，但最大相对误差值也达到了12.5%，这说明磁极头仿真分析具有一定的误差。
2.3指状电磁铁的集群效果分析
为了定性的检验集群效应，在磁极头磁指区域上方放置一个厚度3～4mm的容器，容器内装有磁性铁粉，将其放置于通电状态下的指状电磁铁上测试集群效应，铁粉形状如图8所示：如图8（a）可知，励磁电流越大，铁粉的集群效应越明显，且当励磁电流达到3A时，集群效应并没有显著提高。由于铁粉被磁场强度把持的硬度与铁粉集群厚度存在对应的关系，因此，通过8（b）的实验结果可以得知，铁粉集群厚度随着励磁电流的增加而增加。这是因为，励磁电流增加，导磁材料的磁导率也会随着增加，集群点阵表面释放的磁场增强也会增强，瞬间被磁化的铁粉硬度也增加，由于铁粉之间的相互磁化作用，导致铁粉相互堆积厚度增加，集群效应明显。而磁场强度较小的单个永磁体，导致铁粉磁化面积较小，因此在其表面形成不了面域磁场。
3结论
根据集群磁流变效应抛光加工技术，设计出了一种集群式指状电磁铁，详细分析并优化了指状电磁铁的结构参数，依据优化参数加工出实物进行试验，试验结果满足集群磁流变抛光对磁场强度的要求。根据集群效应的思想，设计了一种电磁式指状电磁铁结构，通过对凹槽间隙和是否圆弧处理进行仿真优化，得出当凹槽间隙为1mm且凹槽处圆弧处理，两相互夹持的磁指表面磁场强度较大。利用Ansoft软件对凹槽深度进行优化，得出当深度为2mm时，磁指尖端和中间的磁场强度相差最小，磁极头表面集群点阵磁场强度较为均匀。磁极头磁感应强度的测试曲线与仿真曲线趋势基本吻合，符合集群效应，但最大相对误差值达到12.5%，在距离磁极表面4mm处，磁感应强度B值达到800～120粮食经济论文0Gs范围，满足集群磁流变抛光对磁场强度的要求。
作者：童和平 谢波 张香红 张洲 单位：广东理工职业学院
