矩形永磁体三维磁场空间分布研究.doc

矩形永磁体三维磁场空间分布研究.doc矩形永磁体三维磁场空间分布研究
工学硕士学位论文矩形永磁体三维磁场空间分布研究刘宏娟北京工 业大学2006年5月
分类号：0441. 6单位代码：10005学号：S200301002密级：公开北 京工业大学硕士学位论文题目矩形永磁体三维磁场空间分布研究英 文并列题目 RESEARCH OF THE THREE-DIMENSIONAL MAGNETICFIELD DISTRIBUTION AROUND A RECTANGULARPERMANENT MAGNET 研究生姓名： 刘宏娟专业：固体力学研究方向：计算机测试与控制技术导师：张亦 良职称：教授论文报告提交日期：2006年5月学位授予日期：授予 单位名称和地址：北京工业大学（北京市朝阳区平乐园100号）
独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期:
摘要T-摘要随着永磁材料在磁悬浮系统中的应用，对永磁体周围空 间场的系统认知显得越来越重要。本文围绕矩形永磁体的空间磁场分 布问题，进行了系列理论研究、基础实验研究及数值模拟研究。理论 研究方面，针对矩形永磁体的静磁问题，选择解析方法推导磁体空间 磁场表达式。基于分子环流理论，建立单方向饱和充磁矩形永磁体的 计算模型，对单磁体空间三维磁场进行详尽的数学推导，并以敘铁硼 磁体的实验测试为算例，发现磁化方向分量受磁体厚度影响最大，强 磁范围为
53倍厚度和21倍宽度；在单磁体磁场解析式基础上推导相 斥双磁体、相吸双磁体的空间磁场表达式，考察双磁体磁场的相互作 用、分布特征及磁体间距对双磁体空间磁场形态的影响。验证了单磁 体和双磁体理论结果与实验结果的一致性，并证明永磁分子环流模型 的计算结果分别与磁偶极子模型、磁标位模型相符。基础实验研究包 括单磁体和双磁体的三维磁场测试O通过实际测试单磁体三方向磁场 分量沿不同坐标轴的量值分布，得到单磁体磁场空间分布形态及分布 特征：磁化方向分量在空间上呈中心对称分布，与磁化方向垂直方向 分量呈中心反对称分布。并分别测试相斥双磁体、相吸双磁体空间磁 场三分量的量值分布，获得双磁体磁场空间分布形态，重点分析了磁 化方向分量Hz的相互作用特点：O1近距离时，相斥双磁体Hz分布 形态发生变化，相吸双磁体Hz分布形态不变化；02中距离时，双 磁体中每个单磁体的分布形态保持独立，中间区域Hz数值符合线性 叠加规律；03远距离时，双磁体中每个单磁体独立保持各自分布。 对多磁体磁场分布采用数值模拟研究：以单磁体磁场解析表达式为基 础，推导出多块磁体分别沿长度方向、宽度方向串联形成磁轨后的磁 场解析式，每种串联方式中各包括磁体紧密串联和有间隙串联两种状 态，通过Matlab编程模拟得到磁轨磁场的空间分布，着重分析磁化 方向分量的分布形态，考察串联间隙对磁化方向分量分布的影响。模 拟结果表明工程应用中可以利用多块矩形永磁体得到大范围恒磁场 区域，磁体排列间隙会引发磁场波动:沿长度方向串联时，a/128的 间隙产生约23. 5%的波动；沿宽度方向串联时，b/128的间隙产生约 22. 0%的波动。
北京工业大学工学硕士学位论文-I I-本文推导出的矩形永磁体磁场 解析式可准确表达单磁体、双磁体及任意组合多磁体的空间三维磁场 分布形态，与大量实验数据结合，为复杂形状永磁体或永磁机构的磁 场研究提供方法借鉴及基础性实验数据；对串联多磁体的模拟研究探 讨了永磁磁轨的磁场特性和串联间隙对磁轨磁化方向分量分布的影 响，为永磁体的实际工程应用和磁轨磁场的控制提供理论依据。关键 词磁场分布；永磁；磁场测试；磁悬浮；解析计算
Abstract-III-ABSTRACTWith increasing application of magnets in the magnetic levitation, the comprehensiveunderstanding of the three-dimensional magnetic field becomes more important. Surrounding thespecial magnetic fi