尹潔威+彭映莊+張通+鄧科+孫晶

摘 要：文章利用COMSOL Multiphysics有限元物理仿真軟件構(gòu)建可懸浮臺(tái)燈模型，通過(guò)仿真模擬磁懸浮的磁場(chǎng)分布及繪制懸浮托盤(pán)高度浮動(dòng)曲線驗(yàn)證了臺(tái)燈模型的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：有限元模擬；磁懸??；場(chǎng)分布

中圖分類(lèi)號(hào)：O441.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）32-0030-02

引言

1842年，恩休提出磁懸浮概念，因其具有無(wú)接觸、不產(chǎn)生摩擦等特點(diǎn)使其在磁懸浮軸承、磁懸浮列車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。

COMSOL Multiphysics是一款具有強(qiáng)大的多物理場(chǎng)耦合功能的有限元模擬軟件，本文利用其AC/DC模塊構(gòu)建磁懸浮臺(tái)燈模型，并對(duì)模型的磁場(chǎng)分布進(jìn)行繪圖分析。

1 理論分析

文章采用磁懸浮中的抗磁性懸浮技術(shù)，其工作原理是：抗磁性材料在磁場(chǎng)的作用下，內(nèi)部分子發(fā)生運(yùn)動(dòng)形成分子電流，產(chǎn)生一個(gè)與外磁場(chǎng)方向相反的附加磁矩[2]。其分子中電子的磁效應(yīng)相互抵消，當(dāng)外加磁場(chǎng)作用時(shí)，只表現(xiàn)附加磁矩，從而產(chǎn)生抗磁性。

1.1 抗磁力的計(jì)算

2 研究分析

設(shè)定臺(tái)燈托盤(pán)（臺(tái)燈質(zhì)量忽略不計(jì)）半徑為65mm，厚度是3mm。內(nèi)圈永磁體高度52mm，內(nèi)徑27mm，外徑55mm。外圈永磁體高度52mm，內(nèi)徑80mm，外徑95mm。利用COMSOL仿真軟件中mf模塊建立的磁懸浮臺(tái)燈模型如圖2所示。

把托盤(pán)放置于磁場(chǎng)空間中，在初始狀態(tài)時(shí)，由于托盤(pán)加速度不為零，處于上下浮動(dòng)狀態(tài)。隨著時(shí)間的變化，在抗磁力和重力的相互作用下，托盤(pán)逐漸趨于穩(wěn)定并在某一時(shí)間點(diǎn)后固定在特定高度d處（d為托盤(pán)底面距永磁體上表面的z方向高度）。如圖3所示。

在繪制磁場(chǎng)分布時(shí)，以模型中心點(diǎn)處x（y）-z方向上二維平面為例，磁通量密度分布圖如4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)利用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件，通過(guò)對(duì)磁懸浮臺(tái)燈模型建模及繪制其懸浮高度曲線和磁通量密度分布圖，驗(yàn)證了臺(tái)燈托盤(pán)在磁場(chǎng)空間中能夠進(jìn)行穩(wěn)定懸浮。另外，仿真結(jié)果更直觀、仿真分析較方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐曉美，朱思洪.磁懸浮技術(shù)及其工程應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2005（06）：192-194.

[2]王桂香，范瑜，柯青峰，等.抗磁性磁懸浮裝置初探[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2006（03）：67-70+104.

[3]Kendall，Vollero.Hinkle.Passive levitation of small particles in vacuum[J].Journal of Vacuum Science & Technology A，1987，5（4）：2458-2459.

[4]王瑞凱，左洪，福呂萌.環(huán)形磁鐵空間磁場(chǎng)的解析計(jì)算與仿真[J].航空計(jì)算技術(shù)，2011，41（05）：19-23.endprint