一种永磁弹簧磁力的增大方法技术

一种永磁弹簧磁力的增大方法，包括：步骤1，通过数值计算软件将两永磁体之间的磁力表示为已知函数的显式；步骤2，基于任意形状的两永磁体之间纵向磁力的解析模型，计算任意形状的固定永磁体与永磁体微元之间F

【技术实现步骤摘要】
一种永磁弹簧磁力的增大方法


[0001]本专利技术属于机械及力学
，涉及一种永磁弹簧磁力的增大方法。
技术背景
[0002]与传统的机械弹簧相比，永磁弹簧不仅具有无机械接触、无磨损、无摩擦、稳定性好等优点，而且永磁弹簧在磁场中不涉及疲劳失效，因此具有几乎无限的寿命。这些特性对改善设备震动、噪声、降低能耗、增加使用寿命和耐久性等方面具有重要意义。
[0003]由于稀土永磁资源是不可再生的战略资源，因此对永磁体能源的有效利用和小体积的研究具有重要意义。为了在有限的体积内提高永磁弹簧的刚度，一般采用以下三种方法：1)混合磁弹簧。永磁弹簧可与电磁铁组合成混合磁弹簧来控制刚度，虽然在设计上具有更大的灵活性，但高功耗的电磁铁,昂贵的传感器和控制器使得它控制复杂、体积较大。2)Halbach阵列。Halbach阵列是提高磁弹簧最大承载力和刚度的一种非常有效的方法，但这种方法不可避免地具有复杂的结构，优化难度大以及自身不稳定的问题。3)差动弹簧结构。差动永磁弹簧具有制造简单、可靠性高、刚度大、力
‑
位移曲线接近平衡位置的线性等诸多优点。然而，目前几乎所有的差动永磁弹簧都采用矩形截面的永磁环，对更有意义的形状的研究很少。

技术实现思路

[0004]本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种永磁弹簧磁力的增大方法，在有限体积内提高永磁弹簧的刚度，节省不可再生的稀土永磁资源。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：一种永磁弹簧磁力的增大方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，通过数值计算软件将两永磁体微元之间的纵向磁力表示为已知函数的显式。由于永磁体磁力遵循叠加原理，理论上任何形状的永磁体都可以看做无数永磁体微元组合而成，因此任意形状的两永磁体之间纵向磁力可以通过如下解析模型进行计算：
[0007][0008]其中，l为永磁体长度，B1、B2分别为永磁体微元ds1与ds2的剩余磁感应强度，μ0为真空磁导率，ds1、ds2分别为两永磁体微元的截面面积。r为ds1与ds2之间的直线距离，θ为直线r与横坐标x正方向的夹角，α、β分别为磁感应强度B1、B2与横坐标x正方向的夹角。
[0009]步骤2，基于任意形状的两永磁体之间纵向磁力的解析模型，计算任意形状的固定永磁体与永磁体微元之间F
z
＝0的相对位置的离散坐标。
[0010]步骤3，将离散坐标相连建立固定永磁体的吸
‑
斥边界线，进而绘制出排斥区域和吸引区域。
[0011]步骤4，通过排斥区域和吸引区域确定移动永磁体的设计范围。
[0012]步骤5，通过上述步骤中的吸
‑
斥边界线、排斥区域和吸引区域、设计范围确定移动永磁体磁力最大时的形状。
[0013]本专利技术的有益效果是，提出一种永磁体的吸
‑
斥边界线，绘制出固定永磁体的排斥区域和吸引区域，这些区域对解决小体积、最大承载力、稳定性、确定优化设计范围等问题提供重要参考。用该方法设计的永磁弹簧与传统矩形截面的永磁弹簧相比，其优点包括：
[0014]1)小体积。有效地降低了永磁弹簧的体积，因此具有较大的体积力，特别适用于航天航空、高速和超纯净等特殊领域。
[0015]2)优化方便。确定了永磁弹簧有效磁力和稳定的位置，缩小了永磁弹簧的优化设计范围，提高了弹簧设计的效率。
[0016]3)大刚度。保证了两永磁体之间仅受排斥力，有效提高了永磁弹簧的刚度和承载力。
[0017]4)环保。减少了对不可再生的稀土永磁资源的浪费，环保效果显著。
[0018]5)结构简单，成本低。无需使用电磁铁、控制器进行辅助控制、无需使用halbach阵列，保留了传统弹簧轻巧简单的特征。
附图说明
[0019]图1是本专利技术方法的流程图。
[0020]图2是为本专利技术方法永磁体微元示意图。
[0021]图3是本专利技术方法实施例1的单个固定永磁环的吸
‑
斥边界线的位置坐标示意图。
[0022]图4a是本专利技术方法实施例1的单个固定永磁环与向下充磁永磁微元之间的排斥区和吸引区示意图。
[0023]图4b是本专利技术方法实施例1的单个固定永磁环与向左充磁永磁微元之间的排斥区和吸引区示意图。
[0024]图4c是本专利技术方法实施例1的单个固定永磁环与向上充磁永磁微元之间的排斥区和吸引区示意图。
[0025]图4d是本专利技术方法实施例1的单个固定永磁环与向右充磁永磁微元之间的排斥区和吸引区示意图。
[0026]图5是本专利技术方法实施例2的两个固定永磁环的吸
‑
斥边界线的位置坐标示意图。
[0027]图6a是本专利技术方法实施例2的两个固定永磁环平衡状态示意图。
[0028]图6b是本专利技术方法实施例2的两个固定永磁环运动状态示意图。
[0029]图6c是本专利技术方法实施例2的两个固定永磁环局部放大示意图。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图对本专利技术专利的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0031]实施例1
[0032]参见图1～图4d，其示出了本专利技术的流程图。其详细步骤如下所示：
[0033]步骤1，由于永磁体的磁力遵循叠加原理，理论上任何形状的两平行永磁体都可以看做无数图2中的两永磁体微元IPM
‑
1和IPM
‑
2组合而成，因此任意形状的两永磁体之间z向磁力可以通过如下解析模型进行计算：
[0034][0035]在数值计算软件中对上式进行积分展开得到已知函数的显式。式中，l为永磁体长度，B1、B2分别为两永磁体微元1、2的剩余磁感应强度，μ0为真空磁导率，ds1、ds2分别为永磁体微元1、2的截面面积。r为ds1与ds2之间的距离，θ为直线r与横坐标x正方向的夹角，α、β分别为磁感应强度B1、B2与横坐标x正方向的夹角。
[0036]步骤2，如图3，基于上面两永磁体间磁力的解析模型，通过数值计算软件可计算固定永磁体PM
‑
1与永磁体微元IPM之间F
z
＝0的相对位置的离散坐标，其中(x1,z1),(x2,z2),
……
，(x
n
,z
n
)是靠近外径的IPM的离散坐标，(x1’
,z1’
),(x2’
,z2’
),
……
，(x
n
’
,z
n
’
)是靠近内径的IPM的离散坐标。图2中的矩形截面永磁环PM
‑
1的充磁方向向上，永磁环上方大量永磁微元IPM的充磁方向向下。其中永磁环PM
‑
1的截面尺寸为a、b，永磁微元IPM的截面尺寸需要远小于永磁环PM
‑
1的截面尺寸，可取0.01mm
×
0.01mm。
[0037]步骤3，如图4a，将这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁弹簧磁力的增大方法，包括如下步骤：步骤1，通过数值计算软件将两永磁体微元之间的磁力表示为已知函数的显式；由于永磁体磁力遵循叠加原理，理论上任何形状的永磁体都可以看做无数永磁体微元组合而成，因此任意形状的两永磁体之间纵向磁力可以通过如下解析模型进行计算：其中，l为永磁体长度，B1、B2分别为永磁体微元ds1与ds2的剩余磁感应强度，μ0为真空磁导率，ds1、ds2分别为两永磁体微元的截面面积；r为ds1与ds2之间的直线距离，θ为直线r与横坐标x正方向的夹角，α、β分别为磁感应强度B1、B2与横坐标x正方向的夹角；步骤2，基于任意形状的两永磁体之间纵向磁力的解析模型，计算任意形状的固定永磁体与永磁体微元之间F
z
＝0的相对位置的离散坐标；步骤3，将离散坐标相连建立固定永磁体的吸
‑
斥边界线，进而绘制出排斥区域和吸引区域；步骤4，通过排斥区域和吸引区域确定移动永磁体的设计范围；步骤5，通过上述步骤中的吸
‑
斥边界线、吸
‑
斥区域、设计范围确定移动永磁体磁力最大时的形状。2.如权利要求1所述的一种永磁弹簧磁力的增大方法，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晨航，张晨晨，孟彬，衡垚圳，徐豪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：