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: 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 ICFIELD DISTRIBUTION AROUND A RECTANGULARPERMANENT 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-I- 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, 并以钕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。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:○1 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; ○2 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; ○3 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 % 的波动;沿宽度方向串联时, b/128 的间隙产生约 % 的波动。北京工业大学工学硕士学位论文-II- 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 s in the ic levitation,prehensiveunderstanding of the three-dimensional ic field es more thespecial ic field distribution of the rectangular ,