时变电磁场中电磁材料所受斥力和吸力的分析

电磁材料在时变电磁场中所受的电磁力可分为斥力分量和吸力分量,这两种力的分量可由洛仑兹力和开尔文力表达式导出。在正弦稳态场中,斥力分量和吸力分量均含有直流分量和交流分量,两个直流分量相互削弱;在理想情况下,两个分量完全抵消,电磁材料所受的平均合力为零。此现象可用于减小时变电磁场中电磁材料的受力与振动。通过理论分析和数值计算,比较了频率、材料磁导率和电导率对电磁物质所受吸力和斥力的影响;模拟计算了铁磁材料与良导体材料叠层板的受力,给出了一定频率下使平均合力为零的叠层板的厚度比例情况。     

混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机电磁力的有限元计算

研究了用于磁悬浮列车牵引系统的混合励磁磁通切换直线磁悬浮电动机(HEFSLMSM)。该电动机的永磁体、励磁绕组以及电枢绕组均位于初级短动子上,而次级长定子仅由导磁铁心构成,适合于长定子磁悬浮列车的应用场合,结构简单、价格低廉、坚固耐用,可大大降低系统成本。通过研究HEFSLMSM磁悬浮运行原理,建立HEFSLMSM的磁链方程、电压方程,并且根据磁链方程和电压方程推导出磁悬浮力和电磁推力的数学模型。对电动机静态特性以及电磁力进行有限元计算,结果验证了该电动机磁悬浮运行的可行性。     

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.     

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...     

盘式永磁Halbach悬浮装置的磁场和力特性分析

针对电磁式(EMS)磁悬浮实现稳定悬浮需要复杂的闭环控制和悬浮气隙较小等问题,提出的盘式永磁Halbach悬浮装置是一种电动式(EDS)磁悬浮系统,具有悬浮气隙大和不需要复杂的闭环控制即可实现稳定的悬浮等优点.盘式永磁Halbach悬浮装置通过永磁体和导体板上感应出的涡流相互作用产生悬浮力和转矩.从电磁场理论出发建立悬浮装置的分环电磁模型,采用拉普拉斯分离变量方法进行磁场分布求解,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,证明在一定的相对速度下,装置可以输出足够大的悬浮力.建立有限元模型,通过分析得出系统的磁场分布以及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,主要是悬浮力和转矩的测试;利用有限元计算和样机实验验证理论分析和计算结果的正确性.     

EMS型磁悬浮列车瞬态电磁场有限元分析及其悬浮力和牵引力特性研究

利用Ansys单元生死技术和磁接触单元,提出了EMS型磁悬浮列车直线同步电机时变电磁场瞬态分析的计算模型。以TR08磁浮列车直线电机为研究对象,分析了车速430 km/h,转子移动半个周期,一个定子极距工况下,气隙磁场的瞬态变化和牵引力、悬浮力的波动情况。得出在半个周期内,悬浮力和牵引力均存在3倍频波动,但牵引力波动相对幅度较大;电枢电流的相位角对悬浮力和牵引力存在明显影响;功角90°时的气隙合成磁场中,转子直流励磁磁场占有绝对优势等结论。     

电励磁磁通切换直线磁悬浮电动机的电磁力分析

以用于轨道交通牵引系统的电励磁磁通切换直线磁悬浮同步电动机(EEFSLMSM)为研究对象。首先分析了EEFSLMSM的结构,并对该电机的运行原理及其电磁推力与悬浮力产生的原理进行了研究。其次,建立了EEFSLMSM的数学模型,推导了该电机的电压、磁链方程以及电磁推力、悬浮力的数学表达式。然后,通过Ansys Maxwell分析了EEFSLMSM的磁场分布和空载反电动势波形,并对电机的调磁能力进行了研究。最后,通过Ansys有限元计算分析,得出了电磁推力、悬浮力和电枢电流以及励磁电流之间的关系。研究结果验证了EEFSLMSM运行的可行性,为牵引及悬浮一体化的设计提供了理论参考。     

Suspension of soft magnetic materials using high Tc superconductors

This paper describes a novel suspension technique using high T_c superconductors and magnetic materials. It was found for a field-cooled superconductor and an adjacent magnetic material that the usual inverse relationship between the attractive magnetic force and gap distance reverts to a direct relationship for small gap length. Thus, stable, noncontact suspension is possible within a certain gap range. This phenomenon was found for even a soft magnetic material possessing minimal coercive force. Since remarkable reversals were observed for magnetic materials with diameters much smaller than that of the pinned area, it is considered that some of the pinned flux is subject to a gathering effect in the magnetic material. Stable, contactless suspension of a 180 g carbon steel weight under a high T_c superconductor was achieved using this technique.     

低速磁浮列车竖曲线电磁力计算

低速磁浮列车通过竖曲线时电磁铁与轨道不再平行,如果曲线半径较小,采用常用的计算方法计算此时的电磁力将产生较大的误差,难以满足动力学建模和悬浮控制器设计的要求。基于磁通管法推导了电磁铁位于竖曲线时电磁悬浮力的解析式,并对解析式进行适当的简化和拟合,用Ansoft有限元仿真软件对磁场进行数值计算,仿真结果表明,基于磁通管法得到的电磁力更接近有限元计算结果,验证了解析式的正确性,解析式能为悬浮控制系统的设计提供更准确的设计参数。     

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。     

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。     

高温超导磁悬浮列车模型悬浮方案的研究

本文对一辆高温超导磁悬浮列车模型悬浮系统的数学模型进行简化,得出了悬浮力的近似计算解析表达式。在此基础上对ＮｄＦｅＢ、铁氧体和电磁等三种在浮轨道进行分析比较,得出铁氧本磁浮轨道是高温超导磁悬浮列车模型优选磁浮方案。     

一种磁悬浮直线开关磁阻电机悬浮模块设计与分析

磁悬浮直线开关磁阻电机继承了直线开关磁阻电机的优点,结合有效的悬浮设计方案,在磁悬浮运输系统中具有一定的应用潜力。研究了磁悬浮直线开关磁阻电机的悬浮模块及其改进结构,分析磁场分布和磁路模型,在此基础上,利用有限元软件进行仿真,通过结果分析发现所提出结构具有天然解耦的结构特点,可以实现悬浮力控制和推力控制解耦以及悬浮力控制与动子前进位置解耦,通过线性调节悬浮电流即可线性控制悬浮力,使悬浮电流控制为标量控制,大大降低了悬浮控制系统的复杂性。此外,改进结构可以有效提高悬浮电流利用率,减小悬浮绕组损耗。     

非磁性次级感应悬浮电机磁场和力特性研究

设计和分析一种电动式磁悬浮电机——非磁性次级直线悬浮电机,该电机装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生运动的交变磁场,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,同时又能产生推进力.为准确分析装置力特性,建立电机的二维数学模型,采用经典电磁场理论方法进行磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次...     

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。     

基于等效磁网络法的混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机建模研究

提出了一种混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)的等效磁网络模型,此模型可以分析电机悬浮和转矩绕组的磁链、电感及悬浮力和转矩等静态特性。等效磁网络法(EMN)不仅能保证一定的精度,而且比有限元法(FEM)节省时间。基于一种24/16/8极混合励磁双定子BSRM建立EMN模型,推算出电机定转子齿部、轭部以及气隙磁导的计算公式。建立矩阵方程,求解出各部分的磁通密度,进而求出悬浮和转矩绕组的磁链、电感以及悬浮力和转矩特性,和FEM求解的结果进行对比。可以发现EMN模型求解出的电磁特性和FEM分析的结果吻合效果很好,进一步证明了所建模型的有效性。     

蒸发冷却电磁除铁器的研究

电磁除铁器是一种利用直流电磁线圈的电磁吸力将铁磁物质从非铁磁物质中分离出来的磁分离设备。其对提高煤炭质量有重要的作用。但是,随着容量的增大,电磁除铁器的温升问题越来越难以解决,该文首次将蒸发冷却技术应用到电磁除铁器领域,开展了水冷式蒸发冷却电磁除铁器和空冷式蒸发冷却电磁除铁器的研究,并对两种蒸发冷却电磁除铁器的运行试验结果进行了分析,证明蒸发冷却电磁除铁器的绕组温升低,温度分布均匀,且工作场强大。是电磁除铁器向大容量发展的方向。     

应用于高速磁浮滑橇系统的常导电磁铁结构设计与优化

采用常导磁悬浮技术来解决传统高速滑橇系统中滑橇磨损严重、橇体振荡剧烈等问题。阐述了一套以浮重比为优化目标、纯电励磁与混合励磁式通用的常导悬浮电磁铁的设计流程,建立了悬浮电磁铁的等效磁路模型,并根据悬浮系统的设计输入要求完成了纯电励磁和混合励磁式悬浮电磁铁的初步设计;在此基础上,借助Ansoft有限元仿真软件,完成了两种悬浮电磁铁结构的优化。对比分析两者的设计参数,结果表明:在铁心饱和磁密为1.8 T的限制条件下,电磁铁的磁极截面为正方形时,其浮重比最高;对于混合励磁式电磁铁而言,永磁体的加入大幅减小了电磁铁的体积与自重,显著提高了电磁铁的浮重比,能够增加系统的有效载荷,且降低系统的能耗。     

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.     

旋转磁场电动式磁悬浮装置的状态方程与悬浮力控制

为实现静止稳定电动式磁悬浮,设计了一个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固有稳定的电动式磁悬浮。为准确分析装置特性,建立了悬浮装置的电磁模型,采用多层行波磁场理论方法进行磁场分布求解,求得了装置的等效电路,经过数学推导得到了装置的状态方程,并设计了基于次级磁场定向控制的矢量悬浮控制策略。利用有限元计算和样机实验对磁场分布、等效电路参数和悬浮力控制效果进行了验证,结果证明装置能够实现稳定悬浮运行。