單面雙極性磁鐵空間磁感應強度模型*

蘇徐昆 冷永剛 張雨陽 范勝波

(天津大學機械工程學院, 天津 300350)

(2021 年3 月8日收到; 2021 年4 月6日收到修改稿)

1 引 言

基于磁體間相互作用的應用可追溯至上千年前.如今, 永磁體也被廣泛應用在工業(yè)界和日常生活中[1].例如, 永磁體被大量應用于振動控制[2]和振動能量采集裝置[3,4]中, 利用磁力的非線性性質使系統(tǒng)產生雙穩(wěn)或多穩(wěn)狀態(tài)[5,6].在各類應用永磁體的裝置中, 磁力的計算顯得尤為重要, 而磁感應強度的計算是磁力計算中關鍵的一步.目前, 除去采用有限元算法或經驗公式的辦法外[7], 計算永磁體空間磁感應強度或永磁體間相互作用力的理論模型主要有磁化電流法和磁荷法[8-10], 二者本質上是等效的[11].

本課題組最近的研究發(fā)現, 尺寸差異較大的成對永磁體相互作用時, 若兩磁鐵相同的極性互相靠近到一定距離, 斥力會轉變?yōu)槲? 小磁鐵最終會吸附在大磁鐵上.大磁鐵在小磁鐵磁場的作用下發(fā)生局部退磁[12].在撤掉小磁鐵后, 大磁鐵形成單面雙極性磁鐵而小磁鐵保持不變.定性層面上,小尺寸磁鐵在退磁曲線上負載線斜率的絕對值更大, 因而它對外加磁場的敏感性要小于大尺寸磁鐵[13,14], 小尺寸磁鐵僅用于產生方向和大磁鐵磁化強度方向相反的外加退磁場.在機電系統(tǒng)中利用該單面雙極性磁鐵, 能夠產生近場局部可調控的磁場而不影響遠場的值, 在多穩(wěn)態(tài)非線性裝置[15]、直流電機[16]和新型位移傳感器[17]等研發(fā)領域中可能有一定應用……