矩形永磁体三维磁场空间分布研究

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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。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。

著录项

作者
刘宏娟;
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作者单位

北京工业大学;

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授予单位北京工业大学;
学科固体力学
授予学位硕士
导师姓名张亦良;
年度 2006
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类电磁波与电磁场;
关键词
磁场分布; 永磁; 磁场测试; 磁悬浮; 解析计算;

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