电动电磁混合磁浮悬浮稳定性及技术特性分析

针对EDS(electro-dynamic suspension)型磁浮系统自振较大的不足，研究一种EDS和EMS(electro-magnetic suspension)混合作用的磁浮技术。基于该系统的动力学模型，利用劳斯判据进行悬浮稳定性分析，结果表明，纯粹的EDS 系统是临界稳定的，而引入EMS 后即使对其不施加主动控制作用，只要EDS 悬浮力达到一定比重即可实现稳定。通过选取4种典型情况进行数值计算，验证了所给稳定条件的正确性。论文还对混悬系统的技术特性进行分析，指出EMS 部分既可完全利用车载永久磁铁实现，亦可再辅以零功率控制线圈来提供更好的主动阻尼。所增加的EMS 控制器的体积重量功耗小、部件少、无需通过冗余来保障安全，且对轨道的精度要求低。EDS 和EMS 混合磁浮技术可以发挥二者的优点而克服各自的不足，具有潜在应用前景。     

电磁-永磁混合磁悬浮系统的悬浮刚度研究

对电磁-永磁混合磁悬浮系统的悬浮刚度问题展开研究,基于混悬系统的力学模型,导出了悬浮刚度与永久磁铁的厚度、截面积、材料特性等因素及PID控制中的比例系数之间的约束关系,说明悬浮刚度大小对于混合磁悬浮系统控制功耗的影响,并分析了最优线性度下的最优悬浮刚度及最优比例系数的取值问题。分析结果表明,选取合理的永久磁铁结构及比例系数能提升系统的悬浮刚度,合理地增加悬浮刚度能降低混悬系统的控制功耗,同时提高系统的稳定性及承载能力。     

抗磁悬浮能量采集器结构参数对输出特性影响

对微型振动抗磁悬浮能量采集器各个结构的参数进行分析,研究其变化对能量采集器的输出特性的影响。提升永磁体的尺寸的变化对悬浮永磁体的平衡位置影响很大,但对系统固有频率和输出电压影响很小。悬浮永磁体尺寸变化对平衡位置没有影响,但对系统的固有频率和输出电压影响很大。热解石墨材料的尺寸变化对于抗磁力的影响有一个边界值,超出边界值时抗磁力不随尺寸变化而变化。并通过COMSOL软件进行电压仿真,得到的最大输出电压为6.15 m V,系统工作的频率范围为2.2~10.3 Hz。     

基于Maxwell的混合悬浮电磁铁电磁特性研究

悬浮电磁铁是悬浮控制系统中的执行元件,用于提供完成悬浮所需要的电磁力,其电磁特性直接影响着磁浮列车的性能.针对中低速磁浮列车用混合悬浮电磁铁的电磁场特性进行了有限元分析.用Ansoft 软件中的Maxwell 2D模块对悬浮电磁铁进行二维建模分析,得出电磁力随电流、气隙变化的规律;其次分析了电磁铁发生偏移、滚动等情况时的电磁场及电磁力变化规律,与非混合情况比较,并得出结论.     

零磁通式电动悬浮等效模拟系统的特性分析与实验

该文提出一种等效模拟零磁通式电动悬浮的系统,阐述系统的工作原理和结构组成,并结合有限元仿真与实验测试对系统的电磁力特性进行分析.建立系统的三维有限元模型,研究了线圈运动速度、磁体垂向与横向偏移、线圈极距对系统性能的影响规律.研制样机并进行实验测试,测试了不同工况下悬浮力的变化情况,并与仿真结果进行对比分析,证明了有限元...     

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链,导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征,需要提出新的建模方法,揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题,该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析,明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势,提出“主-边磁路并行解析”策略,构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究,结果表明,建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性,实现稳定悬浮,进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。     

混合磁轴承转子偏心时悬浮力计算与有限元分析

基于混合磁轴承悬浮力产生机理,为了更好的计算悬浮力,该文首先对气隙磁密进行分析,再由气隙磁密可得到气隙磁场的能量,最后根据力与能量关系推导出了磁轴承转子有垂直位移时的悬浮力计算公式。该计算公式的推导过程较简便,比以往的更加方便、高效且准确性较高。为了验证理论计算公式的正确性,运用Ansoft软件对设计的混合磁轴承样机进行两次模拟偏心试验,得出的试验数据与理论计算值很接近,试验结果验证了理论的正确性。     

混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机悬浮特性分析EI北大核心CSCD

单绕组磁悬浮开关磁阻电机可以实现全功率转矩和转矩/悬浮两种模式运行,具有转矩系统与悬浮系统高度集成的独特优势,但存在悬浮力输出范围有限的弊端。针对上述问题,该文将单绕组磁悬浮开关磁阻电机模块设计,与直流磁悬浮轴承一体化集成,形成混合单绕组磁悬浮开关磁阻电机(hybrid single winding bearingless switched reluctance motor,HSWBSRM)。进一步将HSWBSRM宽支承系统的定子凸极与转子凸极设计为宽齿-窄齿互相配合形式,引入轴向充磁永磁体提供产生悬浮力的偏置磁场,提高悬浮力输出能力,降低了系统的体积与悬浮功耗。该文首先阐明混合单绕组磁悬浮电机结构与运行原理,并揭示设计约束条件。针对典型实验样机参数,构建三维有限元分析模型,着重围绕宽支承系统偏置、主动悬浮特性以及单绕组系统转矩/悬浮特性开展深入分析。最后,在探明宽支承系统与单绕组系统耦合特性的基础上,提出相应控制策略并构建控制系统,验证HSWBSRM悬浮机理的可行性与有效性。     

炸气流灭弧性能及应用效果分析

为了研究爆炸气流灭弧防雷间隙的灭弧特性,通过对该灭弧防雷间隙的爆炸气流工频灭弧试验,得出了该灭弧防雷间隙的工频续流电弧在4 ms时间内即被强气流吹灭,气流维持时间大于6 ms。同时建立链式电弧模型和Mayr电弧模型分别对电弧所受气流压力和爆炸气流灭弧防雷间隙的能量散失特性进行研究,并利用力学软件ANSYS14.0对强气流干扰下的电弧能量进行仿真分析。从结果分析可知电弧在气流强压力作用下能量迅速耗散,并在极短时间内被截断熄灭。在实际运行中,降低雷击事故率97%,灭弧效果明显。     

抗磁悬浮的原理、特点和应用

抗磁物质处在磁场中时,在重力和抗磁力的作用下,会稳定悬浮,利用这个原理可以实现抗磁物质的捕获、移动等微操纵.本文详细介绍了抗磁悬浮的两个分类:传统的抗磁悬浮和磁阿基米德抗磁悬浮,并对二者的特点、应用等作了介绍,然后详细分析了抗磁悬浮有关的关键因素,例如磁化率的计算、磁场分布的产生等,最后结合永磁体的小尺寸效应和MEMS...     

基于Halbach阵列的斥力型磁悬浮模型有限元分析

针对传统斥力型磁悬浮系统永磁部分磁密利用率低、悬浮高度不高、悬浮力小等问题,引入Halbach永磁阵列,对传统模型进行改进,其主要思想是在不改变模型材料与尺寸的前提下,将传统模型底部主磁环设计为Halbach阵列,利用Halbach阵列单边磁场的特点,提高底部主磁环的磁场利用率。分析结果表明,Halbach斥力型磁悬浮模型的磁场分布强度比传统模型大将近2倍;对于相同的悬浮高度,Halbach阵列结构模型的悬浮力明显高于传统模型,悬浮高度越低,二者的差异越大;对于同样重量的悬浮物,Halbach阵列结构可以获得更大的悬浮气隙。研究结果为斥力型磁悬浮模型的结构尺寸优化和悬浮控制提供依据。     

混合磁悬浮系统电磁装置的温度计算与降温处理

电磁装置的发热问题是影响磁悬浮系统工作稳定的重要因素之一,本文首先分析了装置的发热机理,采用ANSYS软件建立电磁装置的三维有限元模型,并将装置中动铁芯随大轴旋转时与空气产生的风摩擦损耗包含在模型中.通过瞬态仿真分析,计算出电磁装置的温度分布及温度随时间的变化趋势,由计算结果发现电磁装置长期运行后其内部温度较高,超出了系统内部正常工作的温升允许范围.继而提出冷却方案,即采用冷却管进行散热,并初步设计冷却管的安装位置、形状、参数等.最后进行仿真计算,结果表明其冷却效果非常明显,符合温升允许要求.热分析中计及了热参数随温升的变化.     

Fundamental characteristics and 3D electromagnetic analysis for magnetic levitation transporter using YBCO superconductors

A magnetic levitation device with two‐dimensional movement, the so‐called “levitating X‐Y transporter,” has been developed. In order to develop a working levitating X‐Y transporter, it is necessary to clarify the levitation characteristics, such as the lift force, levitation height, and stability against mechanical disturbances. In this paper, we examine the lift and the restoring force experimentally and propose a new simulation program based on the three‐dimensional hybrid finite and boundary element method to analyze the dynamic behavior of electromagnetic characteristics of YBCO bulk. Using the numerical simulation and experiments, we investigated a suitable arrangement of permanent magnets to enhance the levitation characteristics. We also designed a levitating transporter which can carry a load of 200 kg with a gap of 16 mm. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 159(2): 44–54, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20220     

磁性液体传感器一阶悬浮力的理论计算和仿真分析

一阶悬浮力是磁性液体传感器的设计关键。利用任意多物理场直接耦合分析软件COMSOL multiphysics仿真分析了磁性液体一阶悬浮力,一阶悬浮力在最大偏心距纵坐标为-2.5mm,横坐标在-20~25mm的范围内呈周期分布,其平均值为38.43N。同时对没考虑磁场和流场耦合情况下的一阶悬浮力进行了理论计算,仿真和理论计算均表明一阶悬浮力与偏心距离间存在非线性关系,一阶悬浮力的理论计算结果大于仿真分析结果,偏心距越大,理论计算与仿真分析的结果相差越大。磁性液体传感器的设计应该考虑磁场和流场的耦合作用。     

电磁电动式磁悬浮装置的磁场分析和力特性研究

针对目前电磁式磁悬浮无法实现静止悬浮,为实现静止稳定磁悬浮的问题,提出旋转磁场电动式磁悬浮装置方案,该装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生圆周运动的交变磁场,与其在次级导体中感应出的涡流磁场相互作用产生悬浮力,能够在装置静止的条件下实现稳定的悬浮.为准确分析装置力特性,建立悬浮装置的多层分环电磁模型对磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和水平转矩,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系;建立有限元模型,分析得出了系统的磁场分布,电磁力等的分析结果;搭建了实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证了理论分析和计算结果.     

Trajectory control of controlled-PM linear synchronous motor magnetic levitation vehicle—FEM dynamics simulations and experiments in mass-reduced-control mode

A novel magnetic levitation train system can be constructed by using a long-stator controlled-PM linear synchronous motor having propulsion and attractive-mode levitation functions and minimum loss. Realizing this system requires simplifying manufacture of the long-stator guideway. In the long-stator on the ground, semiclosed large slots are adapted and designed for one-turn coils of a waveform to be easily installed. The large slots cause the PM LSM detent forces to give strong influences on dynamic operations of the running vehicle. A two-dimensional FEM used for the dynamics simulations is capable of precisely analyzing the detent forces produced between the stator teeth and the PMs. This paper presents FEM dynamics simulations and experiments in mass-reduced-control mode of a 1/2 scale model magnetic levitation vehicle supported by small rubber rollers. The simulation model developed here includes the vehicle speed performance, position sensors and drag force due to friction between rubber roller and rail. The detent force problem in propulsion motion is successfully solved by adapting the feedback control of the vehicle propulsion based on the I₁₀-controlled method. The trajectory control is thus accomplished for the vehicle to follow speed and position patterns. The dynamics simulations are verified from the experiments. The simulation program proposed here enables us to investigate the magnetic levitation train system, including LSM design and vehicle dynamic operations.     

混合磁悬浮球系统吸引子及稳定性研究

为了避免磁悬浮球混沌运动,设计了永磁和电磁混合型磁悬浮球模型,推导了磁悬浮球的动力学方程,并建立了磁悬浮球系统的仿真模型.通过改变初始状态,得到不同初始条件下的磁悬浮球系统吸引子.混合型磁悬浮球系统具有单、双两类吸引子,双吸引子表现出较强的混沌特性,磁悬浮球围绕平衡点附近的波动较大,磁悬浮球由混沌运动状态向非混沌运动状态转变时,由双吸引子逐渐向单吸引子过渡,系统演变为具有周期特性的运动状态,再演变为相轨迹收敛于一个点,磁悬浮球处于较稳定的运动状态.仿真和实验结果表明,通过磁悬浮球吸引子的研究可了解混沌产生的初始区间,进而为设计中避开混沌区实现磁悬浮球的稳定运动提供了参考依据.