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磁力机械研究综述

时间:2018-03-21 15:05来源:未知 作者:360期刊 点击:

  赵进宝(黑龙江完达山豆奶食品有限公司讷河分公司,黑龙江讷河161300)

  摘要:本研究简要介绍了磁学理论的发展历程,选取现代工程磁学典型应用案例进行深入全面的分析,对比分析了不同磁力机械设计的优缺点,对未来磁力机械设计技术发展趋势进行展望。

  关键词:磁力机械;研究:设计方法

  中图分类号:TH.39 文献标志码:A 文章编号:1674-8646( 2014 )02-0068-01

  在过去20年时间里,我国磁性材料获得了快速发展,取得了一系列突出理论研究和实践应用成就,在部分领域达到了国际一流水平。但是同发达国家相比,国内磁力机械方面的研究还存在不小差距。本研究着重阐述这方面的理论研究进度和发展趋势。

  1 磁学的现代应用

  上世纪中期以来,随着科学技术的飞速发展,磁性应用技术也得到了迅速发展,取得了一系列突出成就。磁的应用范围不断拓展,从原来的电力应用领域逐渐向计算机、自动化、机械力学等方面发展,相关零配件种类也日益多样化。经过多年的发展,磁原理的实用技术在生活中随处可见,成为社会生产生活不可缺少的重要技术之一。

  2磁力机械种类与典型磁力机械介绍

  根据磁场源划分,可以将磁力机械分为永磁型、电磁型和永磁电磁混合型三种类型。以下是几种比较常见的磁力机械设备。

  2.1磁力齿轮

  磁力齿轮的主要制作材料是稀土永磁材料,其运动主要由磁场力驱动。外啮合磁力齿轮传动是由一对圆柱磁体或圆环柱体构成,其中每个柱体均被径向多极充磁。内啮合磁力齿轮传动的大齿轮是圆环体,齿轮齿条磁力传动中的齿条则是一磁极沿长度方向分布的带状磁体。目前磁力齿轮在应用中需解决的主要问题是实现大扭矩和传动系统整体结构优化等问题。

  2.2磁力轴承

  磁力轴承的主要工作原理是利用磁场力为转轴提供悬浮力,实现转子与定子之间零接触,目前比较常用的磁力轴承主要有永磁轴承、电磁轴承、混合磁轴承等。其中,永磁轴承具有比较广泛的应用,它主要由转动磁环和静止磁环组成,借助磁场力实现磁环悬浮,以此降低转子与定子之间的摩擦力,提高机械运行效率。它有一个比较致命的缺陷,就是具有不稳定力学状态。电磁轴承工作原理是利用定子对转子的磁吸引力保持转子处于悬浮状态,其采用的电磁铁结构经过特殊设计,通过控制流经电磁铁线圈电流大小来实现传感器信号切换和转变。只要保证设计参数科学合理,就可以实现电磁轴承最大化的承载力和运行效率。

  2.3磁力弹簧

  磁力弹簧采用永磁材料制作,其工作原理同永磁磁力轴承相同,它通过采用不同规则的磁环排列方式,通过不同磁环、不同方向的电磁力相互作用产生弹性力。磁力弹簧采用稀土永磁材料制作而成,其内部结构相对简单,具有良好的工作稳定性。

  3 磁力机械设计与分析中的常用方法

  3.1磁力机械设计的基本问题

  磁力机械设计的主要工作内容是确定科学合理的结构参数和运行规范,最大程度地提高磁能转化和利用效率,为机械运动提供充足的动力。一般而言,磁力机械设计主要由两部分内容组成:即机械结构部分设计和磁场部分设计,二者相互影响,相互促进。磁场部分设计是磁力机械设计的重要工作内容,它主要解决以下几方面问题:执行器静力平衡、磁场受力分布、媒介组合设计以及场源尺寸设计等。在磁力机械开发性设计中遇到的首要问题就是磁场设计问题,也称为反向问题,至今还没有系统成熟的解决办法,相比较而言,磁场分析问题即正向问题得到多种可行的解决办法。因此在磁场设计中可以转化为磁路设计,即化“场”为“路”,并可以参照磁场分析问题的求解方式进行校验修正,是一种行之有效的方法。

  3.2磁力机械设计中电磁计算与分析方法

  3. 2.1图解法

  图解法的应用比较广泛,是一种实用性很强的计算方法。在现实工作中,经常会遇到磁场分布过于复杂难以提取全部计算参数的情况,这时可以利用图解法来计算,在保证计算精度不超过设计要求的前提下,实现对二维场或轴对称场的分解计算。对电动机或一些电器的气隙磁导的确定常用图解法,在电磁场场图的分析研究中也常使用图解法。

  3. 2.2试验法

  电磁场试验法应用十分广泛,具有很强的实用性。试验法主要有两种:即实测法和电模拟法。前者主要测试电磁设备运行参数和磁场性能系数,并以此为基础计算设备的总体运行参数和负荷。电模拟主要采用模型来模拟分析真实电磁装备运行情况和内部规律,模拟量与原电磁模型之间具有一一映射的关系,以保证电模拟结果贴近真实情况。

  4 磁力机械未来发展趋势展望

  综合上述分析结果,今后磁力机械技术发展趋势主要表现在以下几方面:

  A.磁力机械应用范围不断拓宽。当前,磁力机械已开始向一些新的领域渗透和发展,具有比较明显的应用扩展趋势。随着磁力机械技术的不断进步,一些过去磁力机械无法涉足的地方将会被开发和利用,为磁力机械的应用提供广阔的发展空间。

  B.为了在设计和分析过程中使模型更加合理,可以使用祸合和非线性的磁力机械系统建模方法。在磁力机械中使用数学模型时,可以考虑位移场、温度场和电磁场等多场祸合效应的影响,在考虑多种影响下可以使模型更加真实,反应工作过程更加生动。

  C.随着科技发展水平的不断提高,磁力机械系统理论也将获得快速发展机会。而磁力机械理论的成熟和完善,将会促进磁力机械学磁场设计理论的发展。未来磁力机械系统设计将会朝着更加精细化、系统化的方向发展。磁力机械经历了漫长的发展历史,随着科技技术的不断进步和发展,磁力机械技术将会获得更广阔的应用空间。我国拥有丰富的磁力机械开发和利用资源,以及广阔的市场需求,未来磁力机械将成为我国社会经济发展的重要助推器,因此,当前要把握磁力机械未来发展趋势,未雨绸缪,抢占技术最高点,获得先发优势。

  参考文献:

  [1]赵文君,王萍磁力机械学[M].北京:机械教育出版社,2003.

  [2]李磊.电磁轴承最优刚度与系统结构参数关系的研究[J].机械工程学报2005.(8):47-49.

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