基于H-φ公式的轴向型高温超导磁力耦合器数值建模

来源：电工电能新技术杂志2025年第5期北京时间：

作者：艾立旺，， 马鹏飞， 苗森， 蒋思远，， 许孝卓，

单位：1.河南理工大学电气工程与自动化学院， 河南 焦作 454003；
2.河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室， 河南 焦作 454003

摘要：由于双转子运动系统与高温超导体的强非线性电导率，高温超导磁力耦合器数值建模复杂，计算收敛性差。为此，本文提出基于磁矢量H与磁标量φ耦合的轴向型高温超导磁力耦合器二维数值建模方法。首先介绍了基于H-φ公式的两种数值建模方法：移动网格法与广义拉伸算子法。采用Power-Law幂指数E-J关系表征超导体的强非线性电导率，分别利用软件COMSOL的移动网格接口与广义拉伸算子模拟高温超导-永磁系统的相对运动。然后，通过实验测试，两种方法被证实可行，并用于构建轴向型高温超导磁力耦合器的二维仿真模型。最后，通过数值仿真获得超导体电流密度分布、磁通密度分布以及系统的传输转矩特性。分析表明，在允许误差范围内，两种方法得到的结果基本一致，其中广义拉伸算子法的计算效率显著优于移动网格法，其求解速度可达后者的6倍。因此基于H-φ的广义拉伸算子法被优先考虑用于轴向型高温超导磁力耦合器的电磁特性研究。

关键词：高温超导体； 磁力耦合器； 磁矢量； 磁标量； 有限元法

基金资助：国家自然科学基金项目(52307050)、 河南省高等学校重点科研项目应用研究计划项目(24A470005)、 河南理工大学自然科学基金-杰出青年基金项目（J2024-5）、 河南理工大学博士基金（B2020-20）