基于COMSOLMultiphysics的磁懸浮臺燈仿真模擬

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建可懸浮臺燈模型，通過仿真模擬磁懸浮的磁場分布及繪制懸浮托盤高度浮動曲線驗證了臺燈模型的穩定性。

關鍵詞：有限元模擬；磁懸浮；場分布

中圖分類號：O441.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0030-02

引言

1842年，恩休提出磁懸浮概念，因其具有無接觸、不產生摩擦等特點使其在磁懸浮軸承、磁懸浮列車等多個領域得到了廣泛應用[1]。

COMSOL Multiphysics是一款具有強大的多物理場耦合功能的有限元模擬軟件，本文利用其AC/DC模塊構建磁懸浮臺燈模型，并對模型的磁場分布進行繪圖分析。

1 理論分析

文章采用磁懸浮中的抗磁性懸浮技術，其工作原理是：抗磁性材料在磁場的作用下，內部分子發生運動形成分子電流，產生一個與外磁場方向相反的附加磁矩[2]。其分子中電子的磁效應相互抵消，當外加磁場作用時，只表現附加磁矩，從而產生抗磁性。

1.1 抗磁力的計算

2 研究分析

設定臺燈托盤（臺燈質量忽略不計）半徑為65mm，厚度是3mm。內圈永磁體高度52mm，內徑27mm，外徑55mm。外圈永磁體高度52mm，內徑80mm，外徑95mm。利用COMSOL仿真軟件中mf模塊建立的磁懸浮臺燈模型如圖2所示。

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

在繪制磁場分布時，以模型中心點處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 結束語

本文通過利用COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件，通過對磁懸浮臺燈模型建模及繪制其懸浮高度曲線和磁通量密度分布圖，驗證了臺燈托盤在磁場空間中能夠進行穩定懸浮。另外，仿真結果更直觀、仿真分析較方便。

參考文獻：

[1]徐曉美，朱思洪.磁懸浮技術及其工程應用[J].農機化研究，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].電工技術學報，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.環形磁鐵空間磁場的解析計算與仿真[J].航空計算技術，2011，41（05）：19-23.endprint