永磁电动式磁悬浮装置的研究

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1、第15卷第7期电机与控制学报Vol.15No.72011年7月ELECTRICMACHINESANDCONTROLJuly2011永磁电动式磁悬浮装置的研究秦伟，范瑜，朱熙，吕刚，李硕，张晓东(北京交通大学电气工程学院，北京100044)摘要:针对目前电磁式磁悬浮系统悬浮气隙小且需要复杂的闭环控制等问题，永磁电动式磁悬浮系统具有悬浮气隙大和本征稳定的特性不需要复杂的闭环控制即可实现稳定的悬浮等优点。从电磁场的角度出发，建立永磁电动式磁悬浮系统的数学模型，研究其动态特性，得到悬浮力和制动力的解析表达式;建立Ansoft有限元模型，分

2、析得出了系统的磁场分布，电磁力等的分析结果;搭建实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究，主要是悬浮力和制动力的测试;比较解析解、数值解和试验结果，表明本文建立的数学模型是合理的、有效的。关键词:电动式磁悬浮;永磁体;悬浮力;制动力;有限元中图分类号:TM302文献标志码:A文章编号:1007－449X(2011)07－0077－05Analysisofpermanent-magnetelectro-dynamicmaglevdeviceQINWei，FANYu，ZHUXi，LGang，LIShuo，ZHANGXiao-don

3、g(SchoolofElectricalEngineering，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China)Abstract:Asanelectro-magneticlevitationdevice，permanent-magnetelectro-dynamicmaglevsystem(EMS)hasmanyadvantages．RelativetoEMS，itisnotnecessaryforthemagneticlevitationtopossessacomplexclosed-

4、loopcontrolandhaveawideair-gap．Theelectromagneticpartofapermanentmagnetelectro-dynamicsystemanalyticalequationwasestablishedandthesolutionwasgiven．Theresultsofthedistributionofmagneticfield，solidlossandtheelectromagneticlevitationforcewereshown．Comparisonsofsimulation

5、solution，analyticalsolutionandmeasurementrevealthattwomethodsareconsistent，andtheanalyticalmodeliseffectiveandefficient．Keywords:electro-dynamicmaglev;permanentmagnet;liftforce;dragforce;finite-element相对于其他形式的磁悬浮列车更有独到之处:结构0引言简单、悬浮气隙大，造价低，可以同时应用于市内和磁悬浮列车是一种新型地面无接触高速交通

6、运城际交通，同时它并不需要复杂的闭环控制，因此将［1］输工具，其具有无污染、噪音小、能耗低、易维护、安是磁悬浮发展的重要方向之一。全性高等特点。永磁电动式悬浮装置是通过车载永本论文从研究导体板涡流分布出发，在总结前磁体在导体轨道中感应出涡流实现悬浮和导向的，人相关研究成果的基础上，应用Maxwell电磁场方收稿日期:2010－11－13基金项目:国家自然科学基金(51077003，50807004);教育部博士点基金(2009009110025)作者简介:秦伟(1986—)，男，博士研究生，研究方向为特种电机控制和电磁场分析;范瑜

7、(1954—)，男，教授，博士生导师，研究方向为磁悬浮技术和特种电机，电力系统控制与建模;朱熙(1983—)，男，博士研究生，研究方向为特种电机和电磁场计算;吕刚(1976—)，男，博士，讲师，研究方向为直线电机分析与控制、机车电力传动;李硕(1984—)，男，博士研究生，研究方向为特种电机和电磁场计算;张晓东(1983—)，男，硕士研究生，研究方向为特种电机和电磁场计算。78电机与控制学报第15卷程，通过数学推导和分析，得出磁轮电磁部分的磁场BBxB==v。(2)表达式，进而得出考量悬浮质量的悬浮力的表达式，txt

8、x并用数值方法验证解析方法的正确性。针对永磁体将式(2)代入式(1)中可得22和导体板磁悬浮系统的特点，提出一些假设条件，将B+B=μσvB=λB，(3)2201xyxx复杂的磁悬浮系统简化为二维系统，得到悬浮力、磁－7式中:λ1