基于COMSOLMultiphysics的磁悬浮台灯仿真模拟

尹洁威+彭映庄+张通+邓科+孙晶

摘 要：文章利用COMSOL Multiphysics有限元物理仿真软件构建可悬浮台灯模型，通过仿真模拟磁悬浮的磁场分布及绘制悬浮托盘高度浮动曲线验证了台灯模型的稳定性。

关键词：有限元模拟；磁悬浮；场分布

中图分类号：O441.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0030-02

引言

1842年，恩休提出磁悬浮概念，因其具有无接触、不产生摩擦等特点使其在磁悬浮轴承、磁悬浮列车等多个领域得到了广泛应用[1]。

COMSOL Multiphysics是一款具有强大的多物理场耦合功能的有限元模拟软件，本文利用其AC/DC模块构建磁悬浮台灯模型，并对模型的磁场分布进行绘图分析。

1 理论分析

文章采用磁悬浮中的抗磁性悬浮技术，其工作原理是：抗磁性材料在磁场的作用下，内部分子发生运动形成分子电流，产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩[2]。其分子中电子的磁效应相互抵消，当外加磁场作用时，只表现附加磁矩，从而产生抗磁性。

1.1 抗磁力的计算

2 研究分析

设定台灯托盘（台灯质量忽略不计）半径为65mm，厚度是3mm。内圈永磁体高度52mm，内径27mm，外徑55mm。外圈永磁体高度52mm，内径80mm，外径95mm。利用COMSOL仿真软件中mf模块建立的磁悬浮台灯模型如图2所示。

把托盘放置于磁场空间中，在初始状态时，由于托盘加速度不为零，处于上下浮动状态。随着时间的变化，在抗磁力和重力的相互作用下，托盘逐渐趋于稳定并在某一时间点后固定在特定高度d处（d为托盘底面距永磁体上表面的z方向高度）。如图3所示。

在绘制磁场分布时，以模型中心点处x（y）-z方向上二维平面为例，磁通量密度分布图如4所示。

3 结束语

本文通过利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件，通过对磁悬浮台灯模型建模及绘制其悬浮高度曲线和磁通量密度分布图，验证了台灯托盘在磁场空间中能够进行稳定悬浮。另外，仿真结果更直观、仿真分析较方便。

参考文献：

[1]徐晓美，朱思洪.磁悬浮技术及其工程应用[J].农机化研究，2005（06）：192-194.

[2]王桂香，范瑜，柯青峰，等.抗磁性磁悬浮装置初探[J].电工技术学报，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]王瑞凯，左洪，福吕萌.环形磁铁空间磁场的解析计算与仿真[J].航空计算技术，2011，41（05）：19-23.endprint