【正文】 坐標 Fi 表示的是在 i 方向上的力 這個公式是計算磁力的基本公式，磁力包括吸引力和排斥力吸引力。牌號示例： NdFeb380/80 表示（ BH） max 為366~398kj/m3,Hcj 為 800KA/MR 的燒結釹鐵硼永磁材料。 每類產品按最大磁能積大小劃分若干個牌號。其中稀土ND 為了獲得不同性能可用部分鏑（ Dy）、鐠（ Pr）等其他稀土金屬替代，鐵也可被鈷（ Co）、鋁（ Al）等其他金屬部分替代，硼的含量較小，但卻對形成四方晶體結構金屬間化合物起著重要作用，使得化合物具有高飽和磁化強度，高的單軸各向異性和高的居里溫度。釹鐵硼的優(yōu)點是性價比高，具良好的機械特性；不足之處在于居里溫度點低，溫度特性差，且易于粉化腐蝕，必須通過調整其化學成分和采取表面處理方法使之得以改進，才能達到實際應用的要求。由于表面極易被氧化腐蝕，釹鐵硼必須進行表面涂層處理。 本文選用釹鐵硼（ NdFeB）為永磁體材料。在應用稀土的各個領域中，稀土永磁材料是發(fā)展速度最快的一個。目前稀土永磁應用已滲透到汽車、家用電器、電子儀表、核磁共振成像儀、音響設備、微特電機、移動電話等方面。我國研制生產的各種稀土永磁材料的性能已接近或達到國際先進水平。稀土永磁材料是現在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比十九世紀使用的磁鋼的磁性能高 100 多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多，比昂貴的鉑鈷合金的磁性能還高一倍。我國稀土永磁行業(yè)的發(fā)展始于60 年代末，當時的主導產品是釤 鈷永磁，目前釤 鈷永磁體世界銷售量為630 噸，我國為 噸（ SmCo 磁粉），主要用于軍工技術。 稀土永磁分釤鈷（ SmCo）永磁體和釹鐵硼（ NdFeB）系永磁體，其中SmCo磁體的磁能積在 1530MGOe之間， NdFeB系永磁體的磁能積在 2750 MGOe 之間，被稱為“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。新的稀土過渡金屬系和稀土鐵氮系永磁合金材料正在開發(fā)研制中，有可能成為新一代稀土永磁合金。 稀土永磁材料 稀土永磁材料是指稀土金屬和過渡族金屬形成的合金 用粉 末冶金方法壓型燒結，經磁場充磁后制得的一種磁性材料。當然，在具體的應用中，材料成本也是一個必須考慮的重要因素。但是，無論是哪一類應用，都與永磁材料的剩余磁通密度 (B)和矯頑力 (H)有直接的關系。例如，電動玩具、電動 揚聲器、立體聲耳機，計算機磁盤驅動器和打印機，微波爐加熱用磁控管等。根據磁力的不同對象和作用原理，可將永磁材料用于不同的領域。 中國礦業(yè)大學 (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 15 永磁材料 永磁材料相關介紹 永磁材料，就是產生磁場的功能材料。根據同性相斥、異性相吸的原理，相鄰感應磁場對永磁體的作用力在旋轉方向上是疊加的，帶動從動轉子同步轉動，有助于獲得更高轉矩。如下圖所示： 圖 8 磁路耦合原理圖 銅環(huán)通過切割永磁體的磁感線，在其表面產生渦流，形成感應磁場。由這個原理可以知道，通過調整氣隙可以獲得可調整的、可控制的、可以重復的負載轉速，永磁調速就是通過調節(jié)磁轉子與銅轉子之間氣隙的大小，控制傳遞扭矩的大小，實現負載轉速的調節(jié)，達到減速節(jié)能的效果。裝置中銅轉子和磁轉子可以自由獨立旋轉，當動力側的銅轉子旋轉時，銅轉子和磁轉子產生相對運動，銅轉子在磁場中切割磁力線從而產生渦電流，渦電流產生感應磁場與永磁體相互作用，產生扭矩，從而 帶動負載旋轉工作。由圖中可見，渦流式永磁磁力耦合驅動器主要由銅轉子、永磁轉子和控制器三部分組成。 本文所用磁力傳動裝置 鑒于諸多優(yōu)點，且聯系本課題所研究的主要內容，即改變永磁材料的尺寸對磁力的影響，所以應該選擇只有一個永磁轉子的渦流式永磁傳動裝置。 (8) 體積小，安裝方便，可方便地對現有系統進行改造或用在新建系統。 (7) 結構簡單，適應各種惡劣環(huán)境。 節(jié)電率達到 25%66%。 (4) 帶 緩沖的軟啟動 /軟制動（剎車）。過載中國礦業(yè)大學 (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 12 保護功能。 (3) 容忍較大的安裝對中誤差（ 5mm） 。 表 1 永磁磁力傳動裝置分類表 序號 分類 結構特點 現有產品和研發(fā)狀況 1 轉子式 由主動磁組件、被動磁組件和隔離套三部分組成，三組件是同心的圓環(huán)體 磁力傳動泵、磁力傳動閥門、磁力增速器或減速器、磁力調速器，有的已投入市場應用，有的尚在研發(fā) 2 渦流式 由銅轉子、永磁轉子和控制器三部分組成，銅轉子和永磁轉子為圓盤式的 有限矩型、延時型、調速型磁力耦合器多種產品，已投入市場使用 3 離合式 由 主動磁盤、被動磁盤及控制器三部分組成，主動件和被動件均為圓盤式 永磁離合器、永磁制動器，有的產品已投入市場使用 4 磁懸浮式 有圓周磁懸浮和直線導軌磁懸浮兩種 磁力軸承、無軸承電動機及磁懸浮導軌等，有的形成產品，有的正在研發(fā) 其中渦流式永磁傳動裝置具有以下優(yōu)點： (1) 總成本最低。隨著新型永磁材料的研制 , 如稀土類永磁 , 性能優(yōu)良 , 可密集排列磁體 , 七十年代中期出現組合型磁路 , 利用磁極間同性相斥 (推力 ) 和異性相吸 (拉力 ) 的作用 , 使尺寸較小 , 而傳遞功率較大。 （ a） (b) 圖 3 旋轉運動磁力傳動 1主動軸 2從動軸 中國礦業(yè)大學 (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 10 從永磁體的配置上又分為分散型和組合型磁路 , 示于圖 4。圖 3 a 表示軸向磁力傳動 , 主動軸 (1) 上安裝一個法蘭盤 , 其上鑲嵌幾塊永磁體 , 極性為軸向 , N 與 S 極相間排列 , 從動軸 (2) 上亦然。 圖 1 磁力傳動示意圖 1外永磁體 2內永磁體 3 工作機組 4全封閉機罩 5原動機 磁力傳動對旋轉運動或往復運動均適用 , 如圖 2 所示。這樣 , 軸無需穿通密封系統器壁而獲得了運動 (或動力 ) 的傳遞。 中國礦業(yè)大學 (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 8 2 磁力傳動裝置 和永磁材料 的選擇 磁力傳動技 術 磁力傳動的原理 磁力傳動技術的基本原理如圖 1 所示 ,工作機組 (3 )完全封閉在機罩(4 )內 , 通過磁性傳動聯軸器 ( l 及 2 ) 將原動機 (5 )的運動 (或動力 ) 傳輸到密閉的工作機組?；谠撛恚_定其他參數，當改變永磁體的尺寸時，由于銅盤上感應磁場會發(fā)生變化，導致所傳遞的轉矩發(fā)生變化，由此結果便可進一步分析永磁體材料的尺寸對磁力的影響規(guī)律。該技術實現了在驅動（電動機）和被驅動（負載）側沒有機械鏈接。 本文的研究內容 本文的主要研究內容是基于 ANSYS 有限元分析軟件的磁力傳動模型的建立和磁場、磁力的計算機模擬，以及磁力計算和結果的分析。由煙臺水泵廠研制的 75kW 磁傳動離心泵 ,1996 年 7 月通過了山東科委組織的專家鑒定 ,測試性能達到了設計要求 ,運行結果令人滿意。但總體來看國內的研制水平 ,不論從研發(fā)的力度還是制造工藝水準都與世界先進水平差距較大 ,18kW 以下的產品基本趨于成熟 ,高效大功率磁傳動泵的研究已做了一些有益的嘗試 ,并積累了一定的經驗。 1992 年沈陽水泵廠設計制造 CIH 系列磁傳動泵 ,涉及 29 個規(guī)格 ,流量 :2～150m3/ h ,揚程 :3. 5～ 380m ,電機功率 100kW 以下 ,工作溫度低于 250 ℃ 。甘肅省科學院磁性器件研究所也是國內最早開展磁傳動泵研制的單位之一 ,現已有單、多級磁傳動離心泵的系列產品投入使用。 21 世紀制造的產品應是符合生態(tài)環(huán)保，與人友好的 綠色產品，磁力傳動技術正是適應這一發(fā)展態(tài)勢，我國應借鑒國外先進經驗努力推動這一技術的發(fā)展。此外，磁傳動的特殊性能同樣應用于無泄漏的攪拌器、閥門等設備。 加拿大 Nova 磁 有限公司生產的超壓風機，在 170bar 氦氣壓力下，泄漏率小 1cm3/h，軸承壽命超過 10000h。 1992 年改用磁傳動三螺桿泵后，一直連續(xù)運轉，不用任何維護。地處美國邊界猶地州氣體動力廠，透平壓縮機的潤滑泵是常軌的外嚙合齒輪泵。 各種類型的泵均可改造為磁力傳動泵，離心泵是磁力泵的主導產品，磁傳動回轉位移泵雖有 25 年的歷史，僅近七八年在設計制造水平以及大扭矩能力方面才有廣泛的基礎。最低流量為 10ml/min，壓差7bar。微型泵是專門為某些部門研究開發(fā)出來的，例如激光器的冷卻、分析儀器的供料、化學劑的補充、生物工程 、冷卻循環(huán)，以至于打印機的噴嘴等。問題的解決靠的是 Dickow 磁傳動多級端吸泵，它的流量是 15m3/h，壓差 400m,確保了甲醇的零泄漏 ,保證操作人員與工廠的安全，并解決了甲醇中含有氣泡輸送問題。美國一大型化工廠面臨著輸送甲醇的嚴重困難。美國一家制藥廠有上百個裝有機械密封的離心泵，處理各種酸類，這些泵由于設計問題常常干運轉，僅能使用 23 個月就自行破壞，換用了 Ansimag 公司生產的 K1516 系列磁傳動泵，自 1993 年投入 運行（每天操作 小時每年 365 天）至 1998 年還在運行。永磁傳動技術在這些領域找到了用武之地。永磁傳動即永磁聯軸器對于需要密封的機械，對有害、有毒、污染、危險、純凈、貴重的產品和生產過程是最安全的解決方法，它的應用范圍很寬。永磁傳動技術的應用領域已經愈發(fā)廣泛，技術性能也正在逐步提高。永磁傳動技術主要應用于化學工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)中的泵和壓縮機、攪拌機與閥門等。磁力泵代表著一個國家制造技術的水平，近年來工業(yè)發(fā)達國家的磁力泵在效率、壽命、制造周期、成本、可靠性等方面有了突破性的進展。 1983 年高性能釹鐵硼（ NdFeB） 永磁材料的問世，為磁力驅動泵的快速發(fā)展提供了關鍵部件的材料。 中國礦業(yè)大學 (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 4 磁力傳動技術的國內外發(fā)展現狀 磁力傳動技術的國外研究狀況 1940 年英國人 Charles 和 Geoffrey Hwward 首次解決了具有危險性介質化工泵的泄漏問題，解決的方法是用磁力驅動泵。其中電磁場問題的分析包括，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應、電路和能量損失等。軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。它也是一個多用途的有限元法計算機設計程序，可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰 撞等問題。 本課題是利用 ANSYS 有限元分析軟件進行模型的建立和參數設定，以及磁力、磁場的模擬，和結果的計算、輸出。磁力與磁場正是這樣，無法通過視覺上的直觀觀察進行分析，所以需要借助計算機軟件進行建模和模擬。當采用高矯頑力的永磁材料時 ,雖過載滑脫也不會相互退磁 , 一旦載荷正常 , 內、外兩半又協調運轉。同時因傳動無直接接觸而使噪聲降低 , 振動減小。絕對密封系統和高真 空系統中的傳動結構。此外，這種結構主動件與從動件相互無接觸，不存在剛性連接問題，實現工作機械的平穩(wěn)運作。利用永磁材料或電磁鐵產生的磁力，可以實現力和轉矩無接觸傳遞，實現無機械連接的耦合。 70 年代后期隨著稀土永磁材料發(fā)展，特別是稀 土鈷和銣鐵硼的發(fā)展，得到快速提高和推廣應用。 磁力傳動技術的有待解決的缺點： 磁 場的存在干擾周圍環(huán)境； 力的傳遞過程容易產生滯后； 中國礦業(yè)大學 (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 2 與接觸性傳遞相比，效率相對較低。 磁力傳動技術的優(yōu)點： 將力的軸傳遞動力的動密封轉化為靜密封，實現動力的零泄漏傳遞； 可避免振動傳遞，實現機器的平穩(wěn)工作； 主動件與被動件無剛性連接，具有過載保護功能； 主動件與被動件之間有間隙，結構簡單，維護方便； 可實現直線、旋轉、螺旋復合等動作，如位移或角度的二維、三維機械運動。近些年來，永磁磁力傳動技術異軍突起，發(fā)展迅速，以其特有的優(yōu)勢逐漸形成一種新的傳動形式，應當引起我們的重視。其中位于動力機與工作機之間，擔負傳遞動力和改善動力特性的裝置稱為傳動裝置。 Permanent mag materials。 關鍵詞： 磁力傳動；磁場及磁力計算機模擬；永磁材料；幾何參數對磁力的影響 ABSTRACT With the development of permanent magic drive technology, practical application issues are being increasingly stand out. In particular, how to get a more efficient transmission torque meanwhile saving costs and in line with actual conditions is a problem remain to be resolved. This issue is a puter simulation study of the choice for the size of the perm