径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应分析

针对径向高温超导磁悬浮轴承轴向尺寸有限引起的端部效应会影响其轴向悬浮特性,提出一种基于H公式的二维有限元建模方法,对径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应进行分析。首先,通过实验测试验证提出的有限元建模方法;然后,分别建立具有不同尺寸定、转子的径向高温超导磁悬浮轴承有限元模型;最后,得到不同尺寸的超导定子与不同极数的永磁转子下轴向悬浮力与位移的关系。结果表明,由于端部效应,随着超导定子分块数量的增加,轴向悬浮特性不断恶化;随着永磁转子极数的增加,轴向悬浮力最大值先提高后降低,最终趋于永磁转子无限长时的轴向悬浮力最大值。     

飞轮储能系统用超导电磁混合磁悬浮轴承设计

提出一种将径向超导磁轴承和轴向电磁轴承集成于一体的混合磁悬浮轴承结构设计,用于超导飞轮储能系统中支撑飞轮转子。利用多物理场仿真软件Comsol对超导径向磁悬浮轴承悬浮力进行仿真计算,在电磁轴承定子铁心内环内径、外环外径参数已知的条件下利用Ansys Maxwell软件以电磁力最大为目标对结构参数进行优化设计,并分析了超导和电磁轴承关键性能参数的相互影响,试制原理样机,测量悬浮力并比较了其优势。测量结果表明,利用超导轴承的自稳定性可减小混合轴承悬浮力合力随气隙增大而减小的速率,降低电磁轴承控制器的响应速率,将液氮作为冷却介质可有效解决电磁轴承线圈的发热问题,集成结构设计可提高磁悬浮轴承的悬浮力体积比,验证了其有效性。     

磁悬浮无轴承异步电动机仿真

阐述了磁悬浮无轴承电机的基本状况，分析了磁悬浮无轴承异步电动机悬浮力产生的机理，按照气隙磁场定向控制设计了控制系统，将磁悬浮无轴承异步电动机等效成两台普通电机一转矩电机和悬浮力电机，建立了仿真分析模型，并进行了整个电机系统的仿真。     

磁悬浮无轴承无刷直流电动机控制及仿真研究

阐述了磁悬浮无轴承电动机的基本状况,分析了磁悬浮无轴承无刷直流电动机悬浮力产生的机理,并对悬浮控制系统进行了设计,并进行了m atlab/s im u link的仿真分析。     

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。     

飞轮储能系统用超导电磁混合磁悬浮轴承设计

提出一种将径向超导磁轴承和轴向电磁轴承集成于一体的混合磁悬浮轴承结构设计,用于超导飞轮储能系统中支撑飞轮转子。利用多物理场仿真软件Comsol对超导径向磁悬浮轴承悬浮力进行仿真计算,在电磁轴承定子铁心内环内径、外环外径参数已知的条件下利用Ansys Maxwell软件以电磁力最大为目标对结构参数进行优化设计,并分析了超导和电磁轴承关键性能参数的相互影响,试制原理样机,测量悬浮力并比较了其优势。测量结果表明,利用超导轴承的自稳定性可减小混合轴承悬浮力合力随气隙增大而减小的速率,降低电磁轴承控制器的响应速率,将液氮作为冷却介质可有效解决电磁轴承线圈的发热问题,集成结构设计可提高磁悬浮轴承的悬浮力体积比,验证了其有效性。     

永磁悬浮主动驱动质量系统的支撑特性及应用

本文提出了一种永磁悬浮主动驱动质量机构,设计了其结构,它具有无接触、无摩擦、体积小等优点。针对永磁悬浮主动驱动质量机构,分别设计了单向永磁铁和双向永磁铁悬浮系统,并建立了它们的解析模型。通过分析并计算单向和双向永磁铁悬浮系统的磁力,推导出悬浮系统对质量块的支撑系数。在理论分析的基础上,用ANSYS MAXWELL 3D对结构进行了仿真验证,确定了解析模型理论计算的正确性和进一步优化结构的方法。最后,制作了试验装置并开展了试验。试验结果表明,本文双向永磁铁悬浮系统所用20mm*12mm*6mm永磁铁,最大能对质量块提供大约360N悬浮力,验证了永磁悬浮主动驱动质量系统的可行性。     

无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

无轴承电机悬浮控制系统的设计

无轴承电机是利用磁悬浮轴承和交流电机结构的相似性,将产生磁悬浮力的磁悬浮轴承绕组置入电机定子,省去了专门的磁悬浮轴承。通过对转矩绕组和悬浮力绕组的解耦控制,使电机的转子同时具有产生转矩和自悬浮的功能。无轴承电机能够实现高速、无摩擦等优良性能,是当前研究的热点之一,无轴承电机悬浮控制系统设计是该研究的关键。论文介绍了无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了基于转矩绕组转子磁场定向的悬浮控制系统。     

永磁轴承轴向悬浮力与刚度特性分析

对常规磁轴承轴向悬浮力与刚度进行了解析计算与仿真分析。介绍了一种新型轴向永磁悬浮轴承及工作原理,运用Ansoft软件Maxwell 3D对新型永磁悬浮轴承的轴向磁悬浮力与刚度进行了有限元仿真分析,并完成了样机。实验结果表明,轴向承载力的计算值与实测值基本吻合;在偏心距的实际应用范围内,永磁轴承的径向刚度为常量;这种新结构磁悬浮轴承具有较大的轴向力,能够满足工程需求。     

永磁电动式磁悬浮装置的研究

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,分析得出了系统的磁场分布,电磁...     

Test run of combined propulsion,levitation and guidance system at Miyazaki test track

In commercializing the superconducting Maglev system it is important to reduce the cost, especially that of ground coils constructed along the whole length of the guideway. For this purpose we have examined the combined propulsion, levitation and guidance system (PLG system) which can generate levitation, guidance and propulsion forces by the same coil. This paper describes the test run of the PLG system, whose ground coils (PLG coil) are constructed in one part of the Miyazaki test track. In designing the PLG coil, we make clear the magnitudes of the force acting both under normal and unusual conditions because the electromagnetic force, which levitates, guides, and propels the vehicle, directly acts on the magnet winding of the PLG coil. In the experiment, we examine both the performance of the vehicle and the force of a PLG coil. The measurement of the force at the PLG coil gives not only propulsion force and levitation force directly, but also guidance stiffness by sifting the measured coil. Good correlation recognized between the calculation and the experiment in the propulsion force, levitation force, and guidance stiffness proves that the required characteristics can be expected from the PLG system even under combination of propulsion, levitation and guidance.     

一种新型电磁阵列悬浮系统的结构设计与特性分析

研制了一种新型电磁悬浮系统装置,该装置利用电磁铁阵列与永磁铁提供空间三维方向的悬浮驱动力。与传统的电磁悬浮系统相比,该系统具有悬浮力大、磁场分布规律、运动范围广等特点,可以明显提高系统的使用效率基于有限元数值方法对悬浮电磁力特性以及合成磁场特性进行详细分析,并做了相关实验。结果表明所设计的电磁阵列悬浮系统装置可以在大气隙下使用,具有较好的稳定性和可控性。     

Levitation force assist through LSM armature currents in superconducting maglev vehicle

In a superconducting maglev vehicle, levitation forces produced by the interaction between the ground levitation coils and the onboard SCMs become insufficient when the running speed is low. This paper presents a levitation force assist method through the control of LSM armature currents, which usually function to generate propulsion forces. The levitation assist system is constructed in terms of d‐axis armature currents, leading to the definition of the vertical force coefficient of propulsion system. The calculated results show the feasibility of the system, which produces damping forces as well as levitation assist forces. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 155(4): 45–52, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20260     

基于有限元法的高速磁浮列车优化设计

采用电磁场有限元法对高速磁浮列车电磁铁进行了分析 :首先研究了定子和发电线圈槽对悬浮力的影响 ;其次分析了电磁铁的磁场分布 ,对电磁铁结构进行了优化设计 ,提高了承载能力 ;最后对定子与转子极距匹配进行了优化设计 ,减小了悬浮力和推进力的波动。为电磁铁的优化设计提供了重要的参考依据。     

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.     

轴向电磁轴承多自由度承载力理论与实验研究

为了实现磁悬浮轴承系统的微型化,对轴向电磁轴承的多自由度承载力进行理论与实验研究。基于轴向磁轴承气隙磁通空间分布,利用分割磁场法建立磁路模型,由虚位移法得到轴向和径向承载力的数学表达式。借助有限元仿真软件,得到轴向磁轴承气隙磁感应强度与磁场空间分布。在搭建的磁轴承三维力学测量平台上,实验测量了轴向磁轴承的轴向与径向承载力,分析总结了多自由度承载力随电流、轴向位移和径向位移的变化规律,结合理论与仿真结果,分析了结构参数变化导致气隙磁场分布变化,进而改变轴向与径向承载力的物理机理,为轴向磁轴承实现多自由度悬浮研究提供了参考依据。     

Force Interaction in Magnetic Systems with a Volumetric High-Temperature Superconductor

The paper presents the results of the theoretical and experimental studies of force interactions between permanent magnets and volumetric high-temperature superconductors (HTCs). The obtained data are of interest for the design of various devices with HTC elements: magnetic bearings, transport systems with magnetic levitation, electric machines, etc. Numerical analysis of the electromagnetic field was performed by the method of spatial integral equations for the field sources. The properties of the HTC materials and YBaCuO ceramics are represented by a traditional model for transport currents and a combined model that considers the types of field sources inside the superconductor—the transport current density and the related currents (magnetization). For the transport current density, a modification of the critical state model is applied. In this model, the specific electric resistance of the superconductor is presented by a hyperbolic function of the following three parameters: absolute temperature, magnetic field strength, and current density. The model for magnetization is based on the definition of the related currents in the form of the density of the magnetic moments’ combination of the small superconducting cylinders throughout the sample of a high-temperature superconductor. Experimental studies were performed on a specially designed installations with the HТС cryostatting system in a liquid-nitrogen atmosphere and equipment for precision force sensing. Comparison of the experimental results and calculation data confirms the reliability of the developed modeling methods.     

电动悬浮型磁悬浮列车悬浮与导向技术剖析

基于场－路相结合的分析方法,通过计算机辅助分析和仿真,深入系统地剖析了ＥＤＳ型磁浮列车最新的悬浮、导向系统。揭示了由交叉连接“８”字形零磁通线圈与超导磁体组成的系统的理论研究与工程应用价值的内涵,从而满足了高速磁浮列车悬浮、导向功能的工程需求。