钕铁硼永磁体是一种稀土功能材料,具有较高的剩余磁通密度,较大的矫顽力和磁能积,服役性能好,性价比高,被广泛应用于航空航天、国防军工、轨道交通、高端装备制造、光刻机、新能源、电子信息、精密测量、医疗器械以及5G配套应用等战略性高新技术领域。永磁体间的磁力和磁刚度是永磁体应用中的基本问题之一,磁力和磁刚度影响系统的工作性能和稳定性,是系统设计和控制的重要参数。因此,准确评估永磁体间的磁力和磁刚度至关重要,有必要建立永磁体间准确且便于计算的磁力和磁刚度数学理论公式模型。然而,现有的磁力数学理论公式模型由于忽略了部分参数,存在模型不够准确、使用限制条件多、求解困难等不足,关于永磁体间的主磁刚度和交叉耦合磁刚度的数学理论模型还不完善,从而对其应用中的磁力和磁刚度计算和评估带来不便、甚至困难。因此,本文为了准确评估钕铁硼永磁体间的磁力和磁刚度,给出了钕铁硼永磁体间磁力和磁刚度的数学理论公式模型及其计算方法,并在此基础上开展了永磁体在永磁弹簧和磁性微小机器人驱动中的应用探讨。主要研究工作包括:（1）基于静磁场分析方法,建立了钕铁硼永磁体间磁力和磁刚度的参数化数学理论模型,阐释了永磁体的相对磁导率对磁荷面密度的影响。在此基础上,详细推导了磁化方向相互平行和垂直的两个圆柱体永磁体、两个长方体永磁体、圆柱体和长方体永磁体间磁力和磁刚度的数学理论模型,从原理上揭示了永磁体的形状、尺寸、位置、磁化方向、相对磁导率、剩余磁通密度等参数与磁力和磁刚度的内在关系,最后阐述了磁力和磁刚度数学理论模型的高效求解方法。（2）开发了磁力测量实验装置,利用该测量装置并结合电磁分析有限元软件,对平行和垂直磁化的两个圆柱体永磁体、两个长方体永磁体、圆柱体和长方体永磁体间的磁力和磁刚度进行了实验测量和有限元仿真及计算。通过比较磁力和磁刚度的数学理论模型计算结果、有限元仿真和实验测量结果,验证了所建磁力和磁刚度数学理论模型的正确性。对比了磁力数学理论模型计算和有限元仿真的时间,从而证明了磁力数学理论模型计算的高效性。（3）针对磁化方向相互平行和垂直的两个圆柱体永磁体、两个长方体永磁体、圆柱体和长方体永磁体间的磁力和磁刚度特性,利用建立的磁力和磁刚度数学理论模型,分析了永磁体沿空间三自由度方向的相对位移对磁力和磁刚度的影响,讨论了永磁体的几何尺寸与磁力和磁刚度的关系,揭示了不同形状永磁体间的相对位移和磁体尺寸对磁力和磁刚度特性的影响规律。（4）利用圆环形永磁体设计并试制了一种变刚度永磁弹簧,首先建立了永磁弹簧磁力和轴向磁刚度的数学理论模型,分别通过有限元仿真和实验测试验证了永磁弹簧磁力和轴向磁刚度数学理论模型的有效性。随后分析了磁体尺寸、相对位移、相对磁导率、剩余磁通密度等参数对永磁弹簧不同轴向位移的磁力和轴向磁刚度的影响,优化设计了永磁弹簧的磁体尺寸。最后对永磁弹簧进行了隔振动力学理论分析,建立了质量-阻尼-非线性磁刚度系统的动力学模型,求解了系统稳态响应位移,对比了变刚度永磁弹簧和常规定刚度机械弹簧的隔振性能,分析了永磁弹簧的隔振优势。（5）应用永磁体间的磁相互作用力,开展了永磁体驱动管道磁性微小机器人往复运动研究,提出了利用往复运动磁性微小机器人疏通管道阻塞的方法。搭建了相应的测试装置,分别利用圆柱体和长方体永磁体驱动磁性微小机器人在水平和竖直管道中往复运动,建立了磁性微小机器人的动力学方程和磁驱动力的数学理论模型。采用图像处理技术获取了磁性微小机器人的运动轨迹,讨论了驱动频率、液体流速、粘度、驱动距离等因素对磁性微小机器人往复运动特性的影响。最后利用长方体永磁体驱动子弹型磁性微小机器人往复运动,进行了管道阻塞物的冲击和移动试验,实现了对管道阻塞物的冲击和移动。