超导磁力轴承悬浮力的有限元分析

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由第二类高温超导体与永磁体构成的高温超导磁力轴承(High TemperatureSuperconducting Magnetic Bearing,HTSMB)是一种利用电磁力将转子悬于空中,使转子和定子之间实现无机械接触的一种新型轴承。它是一个稳定系统,在无需控制的情况下就可实现稳定的悬浮,在工业上有一定的应用前景。本文在电磁场理论以及超导材料临界态模型的基础上,基于商业有限元软件ANSYS,利用VB工具开发了超导磁力轴承悬浮力特性的有限元分析系统,并对超导磁力轴承的静态悬浮力特性进行了分析,得到了包括磁场强度、磁力线分布、悬浮力等参数,讨论了轴承的不同结构以及结构参数对轴承悬浮力特性的影响。悬浮力是永磁体与超导体之间间隙的函数,悬浮力的大小与超导磁力轴承的结构有着密切的关系。对于超导推力轴承,悬浮力与推力轴承的结构存在一个最佳匹配关系,当永磁体的直径或宽度与超导体的直径相当时,推力轴承的悬浮力最大。在超导径向轴承中,沿轴向方向的悬浮力与超导体在轴向上的位移有关,径向悬浮力与定、转子在径向方向上的相对位置有关。计算发现,当永磁体与超导体之间间隙相等时,永磁体接近超导体时的悬浮力要比永磁体离开超导时的悬浮力大。
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