烧结钕铁硼具有优异的磁性能,可用来制作成强磁场永磁机构。强永磁魔环是一种特殊的永磁机构,由若干充磁方向连续变化的永磁体组成,通过合理的设计,可以在其中心位置的有效空腔内产生永磁材料自身剩磁数倍的强磁场,这在诸多科学技术领域具有重要应用价值。强永磁魔环机构装配过程中永磁体内容易产生局部饱和、局部退磁和旋转磁化等异常磁化现象,从而永磁体的工作点可能落在磁滞回线的四个象限内,另外旋转磁化涉及矢量磁滞问题。国外一些研究者虽然已制作出场强为4～5 T的强永磁机构,但并未充分考虑其中出现的异常磁化现象,理论设计值一般比实测值偏高。只有在磁场计算中准确模拟异常磁化,才能设计出符合预定要求的永磁机构。而一般的矢量磁滞模型,主要针对低磁场情况磁记录材料以及软磁材料的模拟,而且应用起来比较复杂。关于永磁机构中产生的强磁场下外场按任意规律变化的旋转磁化问题,其研究成果的报导较少。针对以上问题,本文在研究了烧结钕铁硼的显微组织结构和技术磁化微观机理的基础上,提出了一种二维简化各向异性矢量Preisach磁滞模型,将该矢量磁滞模型与有限元分析耦合,只需利用永磁材料易轴和难轴方向上极限磁滞回线的数据,即可全面模拟强永磁机构装配过程中出现的局部饱和、局部退磁和旋转磁化现象,该方法简洁易于计算机编程实现。本文利用上述各向异性矢量Preisach磁滞模型结合有限元法模拟了魔环装配过程,并设计制造了一种新的增强型永磁魔环机构。采用了加入软磁材料、调整充磁方向、选用两种不同牌号永磁材料以及采用磁屏蔽固定外壳等一系列方法,并利用正交实验法结合穷举法法优化永磁魔环各部分尺寸和充磁方向,有效降低了局部饱和与退磁,增强了魔环有效区场强。永磁魔环制造完成后,气隙内磁感应强度达到4.10T,测试结果与理论计算值相比偏小,误差主要源于装配过程、加工精度、材料性能及测试等方面的影响。基本证明了魔环机构设计方法的合理性和优化方法的有效性,为强永磁机构的设计奠定了理论基础。