Влияние магнитного трения на динамику твердого тела в неконтактном подвесе

• Автор: Кувыкин, Вячеслав Иванович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 300 с. : ил.

ГЛАВА I. МАГНИТНОЕ ТРЕНИЕ В НЕКОНТАКТНОМ ПОДШИПНИКЕ С ПРОВОДЯЩИМ РОТОРОМ
1.1. Определение магнитного поля внутри и вне проводника
1.2. Расчет пондеромоторных сил и тормозящего момента
1.3. Влияние конфигурации поля и параметров задачи на силовые характеристики опоры
ГЛАВА II. ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ТРЕНИЯ, ВЫЗВАННОГО ВИХРЕВЫМИ ТОКАМИ, НА ДВИЖЕНИЕ ЛЕВИТИРУЮЩЕГО РОТОРА
2.1. Влияние магнитного трения на устойчивость движения ротора
2.2. Циркуляционные силы, обусловленные вихревыми токами в проводящем материале твердого тела
2.3. Экспериментальное исследование движения ротора в магнитном поле
2.4. Вращение проводящей рамки в переменном магнитном поле
ГЛАВА III. ДИНАМИКА ПРОВОДЯЩЕГО ТЕЛА В НЕОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ ПРИ МАЛЫХ ЗНАЧЕНИЯХ
МАГНИТНОГО ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДСА
3.1. Построение решения электродинамической задачи
3.2. Расчет силы и момента сил
3.3. Проводящий цилиндр в магнитном поле
ГЛАВА IV. СИЛЫ МАГНИТНОГО ТРЕНИЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ
ВЫСОКОСКОРОСТНОГО НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТА
4.1. Моделирование движения поездов с неконтактным подвесом на установках с проводящим барабаном
4.2. Экспериментальное исследование динамики магнита
над вращающимся барабаном
ГЛАВА V ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ТРЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННОГО ГИСТЕРЕЗИСНЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ В
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКАХ И
ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ
5.1. Гистерезисные явления при левитации магнита над сверхпроводящей пластиной
5.2. Определение силы сопротивления при движении магнита над высокотемпературной сверхпроводящей керамикой
5.3. Тормозящий момент при стационарном вращении высокотемпературного сверхпроводника в магнитном поле
5.4; Магнитное трение, обусловленное гистерезисными
явлениями во вращающемся теле
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Одно из интенсивно развивающихся направлений современной техники связано с созданием и совершенствованием неконтактных подвесов, область применения которых непрерывно расширяется. Актуальность работы обусловлена развитием теории и технологии неконтактного подвешивания твердых тел в электрических и магнитных полях Дальнейшее развитие таких технологий невозможно без исследования влияния магнитного трения на динамику левитирующего тела. Под магнитным трением в работе понимаются процессы диссипации энергии при относительном движении твердого тела и источников магнитного поля в неконтактном подвесе. Магнитное трение вызывается вихревыми токами в проводящем материале твердого тела, гистерезисными явлениями в ферромагнитных материалах и сверхпроводниках.
Терминология. Преодоление силы притяжения Земли издавна является мечтой человечества. Свободное движение твердого тела без механического контакта с окружающими телами получило название левитации [153, 222, 236]. Техническая реализация этой идеи связана с разработкой неконтактных подвесов. Название "неконтактный подвес" будем использовать для обозначения устройств, где механическое взаимодействие между опорой и ротором заменяется силовым действием электрического или магнитного поля, которое обеспечивает левитацию подвижного тела. Известно, что согласно теореме Ирншоу и обобщению Браунбека в статической системе в вакууме можно осуществить устойчивый подвес лишь диамагнитных и сверхпроводящих тел. В работе рассматриваются магнитный, электродинамический, электростатический и сверхпроводящий подвесы.
В магнитном подвесе для обеспечения устойчивости положения равновесия тела в силовом поле используется система автоматического управле-

СО оо
= 4 X X а'"л Л С'"'л 1111 ’ (1.2.11)
/н=1 п
^ = § X X °-^^ГтСтр°т^(К,п + ^л+1) , (1 -2.12)
т~ 1 /7

^ = 8ХЕа^а^+1Г»'Сга^^1КеК+^+1) ’ (1-2ЛЗ)
л/=1 л
00 ОО
= о XX! а">.'’а'».»+1ГС?т.»С?^Л+1 1П1(Ж«Л + ^Л+х) • О -2Л4)
/М=1 /7

_ (а - 0 Г», Л. Кп +
ргт1п
<С- . /С°л Чг-Ф.,.(П.) . (1.2.15)
&!•/>„/, К, +1 - "
Гг г К
тп.п' т1^ п
Функция Ф„,п в выражении (1.2.15) определяется по формуле (1.1.19).
Физический смысл составляющих пондеромоторный силы. Статическая составляющая /г/( характеризует силу, действующую на неподвижный ротор и равна нулю при р= 1 (магнитные свойства отсутствуют). Момент сил Мг и составляющие силы А/ , Ру обусловлены вихревыми токами и возникают только при вращении тела в магнитном поле. При этом динамическая часть А/ носит диамагнитный характер. В магнитных опорах с горизонтально расположенным ферромагнитным валом она уменьшает гру-