永磁体间的磁力和磁力矩研究

发布时间：2017-10-17 00:28

  本文关键词：永磁体间的磁力和磁力矩研究

  更多相关文章： 等效磁荷理论 库伦定律 磁力 磁力矩 磁力机械

【摘要】：磁力机械利用磁场作用力进行工作,具有无接触传递动力的特点,可以应用于机械、航天、化工和医药等领域。近些年来,随着高性能稀土永磁材料磁能积的不断提高,为改善磁力机械的工作性能和扩大磁力机械的应用领域奠定了基础。工程上主要采用等效磁路法计算永磁磁场,而理论分析上常用数值计算方法。等效磁路法的数据准备简单,计算量小,缺点是对气隙磁场的计算不准确。数值计算方法的结果准确,但求解程序复杂,计算耗时。因此,本文针对磁力机械中常用的立方形和环形(包括扇形和圆柱形)永磁体,利用等效磁荷理论和库伦定律研究磁力和磁力矩的计算方法,并通过实验对磁力和磁力矩计算模型的准确性进行验证。本文主要做了以下工作:1.根据等效磁荷理论,利用磁能量法研究了两立方形磁体间磁力和磁力矩的计算方法,考虑到实际磁体形状、尺寸和机械结构存在的误差,针对两磁体平行放置和相互倾斜放置,分析确定了磁力和磁力矩的计算模型,在此基础上,研究了两磁体间磁化方向配置对磁力和磁力矩计算的影响。2.根据等效磁荷理论,利用磁库伦定律研究了一个磁环位于另一个磁环内部时,磁力和磁力矩的计算方法,针对两磁环同轴、偏心和相互倾斜,分别建立了磁力和磁力矩的计算模型。通过对两同轴磁环间轴向磁力的测量,验证了磁力计算模型的准确性。3.依据验证的计算模型,分析了两磁环空间姿态参数、磁体几何尺寸和磁场气隙对磁力和磁力矩计算的影响,取得的结果对磁体尺寸公差、磁路结构和形位公差所引起的磁力和磁力矩变化具有数值预测作用。4.针对一个磁环位于另一磁环外部,并且两磁环轴线相互垂直的情况,研究建立了磁力和磁力矩的计算模型,并进行了数值计算和分析。5.利用两个同轴配置的稀土永磁材料(Nd-Fe-B)制成的磁环,设计制作了一个直线往复式磁力泵实验台,通过对磁环间轴向力和轴向位移的动态测量,分析了两同轴磁环间往复传递轴向力的性能,并对磁力计算模型确定的轴向磁力与动态实验测得的轴向磁力进行了对比分析。本文工作的创新点:1.根据等效磁荷理论和库伦定律,建立了两磁环间磁力和磁力矩计算的通用模型。通过编程,该模型的计算参数设置与修改方便,适于磁场的分析与优化设计计算。2.通过对永磁体尺寸和相互间位置参数的设置,建立的两磁环间磁力和磁力矩计算模型可以扩展为两圆柱形磁体间、或磁环与圆柱形磁体间的磁力和磁力矩计算模型。3.本文研究处于任意相对位置和姿态的两磁环间磁力和磁力矩的方法,同样适用于立方形磁体之间磁力和磁力矩的计算。
【关键词】：等效磁荷理论 库伦定律 磁力 磁力矩 磁力机械
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题研究的意义13
• 1.2 磁性材料13-16
• 1.2.1 材料的磁性14
• 1.2.2 软磁材料与永磁材料14
• 1.2.3 稀土永磁材料14-16
• 1.3 磁力机械16-17
• 1.4 磁力机械研究进展17-21
• 1.5 本文研究内容21-23
• 第2章 稳恒磁场的计算理论与方法23-31
• 2.1 稳恒磁场的计算理论23-25
• 2.2 稳恒磁场的计算方法25-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第3章 两立方形磁体之间的磁力和磁力矩31-45
• 3.1 平行放置、磁化方向相同时的磁力和磁力矩31-35
• 3.1.1 平行放置、磁化方向相同时的磁力31-33
• 3.1.2 平行放置、磁化方向相同时的磁力矩33-35
• 3.2 平行放置、磁化方向相互垂直时的磁力和磁力矩35-39
• 3.2.1 平行放置、磁化方向相互垂直时的磁力35-36
• 3.2.2 平行放置、磁化方向相互垂直时的磁力矩36-39
• 3.3 相互倾斜时两立方形磁体之间的磁力和磁力矩39-44
• 3.3.1 相互倾斜、常规磁化时的磁力和磁力矩40-42
• 3.3.2 相互倾斜、非常规磁化时的磁力和磁力矩42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 同轴或偏心时两个磁环之间的磁力和磁力矩45-61
• 4.1 用等效磁荷法计算两环形磁极之间磁力的理论基础45-47
• 4.2 同轴时两磁环之间的磁力和磁力矩47-50
• 4.2.1 同轴时两磁环之间的磁力47-50
• 4.2.2 同轴时两磁环之间的磁力矩50
• 4.3 同轴时两扇形磁体之间的磁力和磁力矩50-52
• 4.3.1 同轴时两扇形磁体之间的磁力50-51
• 4.3.2 同轴时两扇形磁体之间的磁力矩51-52
• 4.4 偏心时两磁环之间的磁力和磁力矩52-58
• 4.4.1 偏心时两磁环之间的磁力53-56
• 4.4.2 偏心时两磁环之间的磁力矩56-58
• 4.5 磁化不均时磁环间的磁力和磁力矩58-59
• 4.6 本章小结59-61
• 第5章 相互倾斜时两磁环之间的磁力61-89
• 5.1 相互倾斜时两磁环之间磁力的数学模型61-74
• 5.1.1 磁力的数学模型61-69
• 5.1.2 磁力数学模型的理论验证69-71
• 5.1.3 磁力数学模型的实验验证71-74
• 5.2 各参数对磁力的影响74-84
• 5.2.1 空间姿态参数对磁力的影响74-78
• 5.2.2 几何参数对磁力的影响78-84
• 5.3 小倾角、小偏心时两磁环间的磁力分析84-87
• 5.4 本章小结87-89
• 第6章 相互倾斜时两磁环之间的磁力矩89-101
• 6.1 相互倾斜时两磁环之间磁力矩的数学模型89-94
• 6.2 各参数对磁力矩的影响94-98
• 6.3 小倾角、小偏心时两磁环间的磁力矩分析98-100
• 6.4 本章小结100-101
• 第7章 相互垂直时两磁环之间的磁力和磁力矩101-107
• 7.1 相互垂直时两磁环之间的磁力101-104
• 7.2 相互垂直时两磁环之间的磁力矩104-106
• 7.3 本章小结106-107
• 第8章 同轴直线往复式磁力泵的动态实验研究107-119
• 8.1 实验台系统107-108
• 8.1.1 实验设备与仪器108
• 8.1.2 实验条件108
• 8.2 动态实验108-112
• 8.2.1 数据采集系统简介108-109
• 8.2.2 动态实验分析109-112
• 8.3 实验数据的提取与分析112-118
• 8.3.1 实验数据的提取112
• 8.3.2 实验数据的分析112-118
• 8.4 本章小结118-119
• 第9章 结论与展望119-121
• 9.1 结论119-120
• 9.2 不足和展望120-121
• 参考文献121-128
• 附录A 附图128-134
• 附录B 磁环SI受到磁环SII的作用力后对坐标轴的磁力矩134-139
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果139-141
• 致谢141

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本文编号：1045800