大吨位永磁起重设备磁场设计及优化

发布时间：2017-04-08 11:16

  本文关键词：大吨位永磁起重设备磁场设计及优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：稀土永磁材料的迅速发展，使得制作小体积、大吨位的永磁起重设备成为一种可能。以永磁体为磁源的永磁起重设备的开发成为了永磁材料应用的新领域，也是起重技术发展中的一个具有广阔前景的新方向。本文在某公司永磁起重设备的现有模型的基础上，首先通过理论分析得到吸力达100吨的永磁体起重设备的磁路尺寸，然后结合有限元分析软件Maxwell对整个磁路进行有限元分析，最后针对永磁起重设备的残余磁场强度进行了优化设计。 本文首先研究了永磁起重设备的工作原理及磁路设计原理，选择最合适的磁性材料，并根据永磁起重设备设计的具体要求，对磁路结构进行设计并初步确定了磁路尺寸。基于永磁起重设备的磁路尺寸，采用等效磁路网络法求解其等效磁路，并计算出了磁极面处的吸力大小。应用有限元分析软件Maxwell研究了在吸物状态时磁极面处的磁感应强度分布以及钢板所受的吸力的大小，在卸物状态时磁极面处的残余磁场强度分布及残余磁力的值，仿真结果与解析计算得出的结果一致，验证了磁路尺寸计算的正确性。但是，仿真结果也表明剩磁较大，需要做进一步的优化。 采用永磁体尺寸的优化分析方法，应用Maxwell软件优化设计模块中的参数扫描分析（Parametric）分别对永磁体B、C、E、F的磁化长度和宽度对磁路的影响进行分析，确定了优化方案。通过后处理得出仿真数据，比较了永磁起重设备的残余磁场强度、吸重比（吸重/永磁体重量）以及磁路结构的吸重成本比（永磁体成本/吸重），得到了最佳设计方案。通过仿真分析对比优化前后的指标，证明了优化后的磁路结构大大优于优化前的磁路结构。
【关键词】：永磁起重设备 磁吸力 Maxwell软件 优化设计
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH21
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 永磁起重设备的发展及现状10-13
• 1.3 永磁体磁场计算的国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国外发展概况14
• 1.3.2 国内发展概况14-15
• 1.4 本课题研究的目的和意义15
• 1.5 本课题的研究内容及主要工作15-18
• 第2章 永磁起重设备的工作原理及磁路的设计原理18-34
• 2.1 永磁起重设备组成及其工作原理18-20
• 2.1.1 永磁起重设备概述18
• 2.1.2 永磁起重设备的磁路结构及其工作原理18-19
• 2.1.3 永磁起重设备磁路开关原理19-20
• 2.2 磁性材料的技术基础20-23
• 2.2.1 永磁材料的发展概况20-21
• 2.2.2 磁性材料的分类及磁化曲线21-22
• 2.2.3 磁性材料的选择原则及常用的磁性材料性能分析22-23
• 2.3 静态磁路法23-28
• 2.3.1 静态磁路中工作点的选择23-26
• 2.3.2 静态磁路中漏磁系数的确定26-28
• 2.4 动态磁路法28-32
• 2.4.1 动态磁路的最佳起始工作点的选择28-31
• 2.4.2 永磁起重设备的机械功与有用回复能的关系31-32
• 2.5 永磁体吸力公式的推导32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 大吨位永磁起重设备磁场的设计34-44
• 3.1 大吨位永磁起重设备的选材34-35
• 3.1.1 永磁材料的选择34
• 3.1.2 磁轭材料的选择34-35
• 3.2 大吨位永磁起重设备磁路尺寸的计算分析35-38
• 3.3 基于等效磁路网络法对永磁起重设备磁路的计算38-41
• 3.3.1 等效磁路网络法的简介38
• 3.3.2 等效磁路模型的建立38-39
• 3.3.3 等效磁路网络的参数求解39-41
• 3.4 大吨位永磁起重设备的吸重的计算分析41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第4章 大吨位永磁起重设备的有限元分析44-62
• 4.1 有限元方法44-46
• 4.1.1 有限元方法的概论44
• 4.1.2 有限元方法的基本思想44-45
• 4.1.3 有限元分析（FEA）的求解步骤45-46
• 4.2 电磁场有限元分析概要46-50
• 4.2.1 电磁场基本理论46-48
• 4.2.2 电磁场中的边界条件48-49
• 4.2.3 Ansoft 分析对象和求解器49-50
• 4.3 吸物状态时永磁起重设备的二维有限元分析50-55
• 4.3.1 永磁起重设备的有限元建模50
• 4.3.2 有限元中材料的定义及分配50-52
• 4.3.3 边界条件和运动选项设置52-53
• 4.3.4 求解选项参数设定53-54
• 4.3.5 求解及后处理54-55
• 4.4 卸物状态时永磁起重设备的二维有限元分析55-57
• 4.5 磁路开关原理的验证57-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第5章 磁场设计结果分析及优化设计62-82
• 5.1 引言62
• 5.2 结构参数对磁路的影响62-69
• 5.2.1 参数扫描分析62-63
• 5.2.2 永磁体 B、C 的磁化长度对磁路的影响63-64
• 5.2.3 永磁体 B、C 的宽度对磁路的影响64-65
• 5.2.4 永磁体 E、F 的磁化长度对磁路的影响65-67
• 5.2.5 永磁体 E、F 的宽度对磁路的影响67-68
• 5.2.6 永磁体 E、F 的材料对磁路的影响68-69
• 5.3 优化方案的确定69-70
• 5.4 优化分析70-80
• 5.4.1 永磁体 B、C 的尺寸优化70-72
• 5.4.2 永磁体 E、F 的尺寸优化72-74
• 5.4.3 永磁体 B、E 的磁化长度优化74-77
• 5.4.4 优化设计最佳方案77-79
• 5.4.5 优化结果的分析及对比79-80
• 5.5 本章小结80-82
• 结论82-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录88-90
• 致谢90-91
• 详细摘要91-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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