直线电机的理论与设计课程报告..docx

哈尔滨工业大学直线电机的理论与设计课程报告题目：磁悬浮推进系统的国内外研究现状院（系）电气工程及其自动化学科：电机与电器导师：寇宝泉研究生：瞿国澄学号：15S106111磁悬浮推进系统的国内外研究现状磁悬浮技术简称EML技术，时利用磁场作用使物体悬浮的一种技术，磁悬浮技术最早可以追溯到1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔最早提出的磁悬浮技术的与那里。并于1934年申请获得了世界第一项有关磁悬浮技术的专利，为这一全新的驱动技术奠定了基础，随着电子技术的发展，磁悬浮技术得到了长足的进步，其中德国与日本在磁悬浮运输中研究与应用最为成熟。磁悬浮列车的产生改变传统轨道车辆依靠摩擦力推进的方式，利用磁悬浮直线电机驱动技术使得车体可以悬浮无摩擦的推进时交通技术发展的重大突破，被誉为时21世纪最理想的一种交通工具，同时，磁悬浮列车与常规列车相比拥有非常突出的优点，主要表现为：速度更快，一般可以达到500Km/h以上安全可靠，无翻车或者脱轨的危险无污染，乘坐舒适，没有轮轨接触的噪声与振动占地小，可以高架对轨道沉重低。对于复杂地形的适应性更强，爬坡能力更强，转弯半径小造价相对不高，整体结构易维修，节能[1]1．磁悬浮系统利用电磁场实现装置悬浮的方式很多，按照悬浮的原理可以分为三大类，超导磁悬浮电磁式磁悬浮（EMS）和电动式磁悬浮（EDS）。1.1超导磁悬浮当一个磁体靠近超导体时，超导体会感生出一个大小相等，方向相反的涡流磁场，保持其内部磁感应强度为0，此时超导体表现为完全的抗磁性，这种现象称为迈斯拉效应。(如图1-1)迈斯拉效应对接近的超导体产生一个足够大的磁作用力造成物体处于悬浮状态，由于超导体内部产生的涡流磁场阻止超导体表面的磁通变化,产生阻止磁体运动的钉扎效应,所以能够实现物体的稳定悬浮[2]。1.1.1超导-永磁排斥型高温超导磁悬浮系统中国和德国的研究机构都进行了迈斯纳效应悬浮的研究工作,其基本原理为将高磁通密度的永磁材料钕铁硼敷设在轨道表面,在车辆底部设置高温超导体,这种磁悬浮方案的优点在于其悬浮能耗可以认为只是保持超导体低温环境所需要能耗[3]。图1-1迈斯拉效应2000年12月，西南交通大学超导技术研究所研发制备了我国首台可载人演示的高温超导磁悬浮实验车（图1-20），其高温超导体育常规永久磁体构成磁悬浮系统，并且由传统感应直线电机实现推力驱动，试验车的研制推进了超导磁悬浮技术在交通运输领域的应用与研究，同时俄罗斯、德国、日本和巴西等过也在进行类似的载人高温超导体磁悬浮的研究，并有样车问世[4]。图1-2超导磁悬浮实验车1.1.2电动斥力型磁悬浮电动斥力型磁悬浮列车利用同性磁极之间相互推斥的原理来实现车辆悬浮，它是由动子上的高温超导线圈磁体和轨道上闭合的感应线圈或铝环组成。对一定的磁悬浮系统来说希望其浮阻比大些。为了保持一定的悬浮力，采用零磁通法，便可以在不减小浮力的条件先减小线圈的磁阻力。日本山梨试验线上的超导磁悬浮列车正是利用悬浮导向线圈“8”字形结构(如图1-3)，上下半部线圈的交链磁通相互抵消，因此线圈中午感应电流和悬浮力产生。向下移动超导线圈时，上下交链的磁通不均衡，交链磁通差值与位移成正比。电流及悬浮力也与下降位移成正比。当磁悬浮列车保持静止或者行驶速度小于80km/h时，感应电流未足够大使列车浮起，需要车轮起支撑作用[5]。图1-3日本山梨超导磁悬浮列车日本采用的低温超导体电动斥力（EDS）技术的高速列车系统是目前最成功的EDS系统。日本于1962年开始EDS系统的研究，1970年开始对低温超导体磁悬浮列车的研究，并于1977年建成了宫崎试验线，1997年建成了山梨试验线，并进行了低温超导磁悬浮列车的实际运行测试。应用低温超导体线圈磁体与轨道上的“8”字线圈相互作用产生了磁悬浮和导向力，并于2003年12月创造了581km/h的世界纪录。在1999年，东海旅客铁道公司开始了基于高温超导线圈的EDS型磁悬浮列车的研究，随后开发了基于Bi-2223/Ag带材的高温超导线圈磁体用于磁悬浮列车的运行测试，并于2005年12月创造了553.9km/h的最高时速[1]。1.1.3电磁吸引型电磁吸引型时电磁力主动控制悬浮，不管列车运行与否，即使是静止时也能实现悬浮，因此列车可以是低速可以是高速。应用高温超导材料的EMS磁悬浮系统可以由若干个U型铁芯及高温超导线圈和永磁体轨道组成(如图1-4)，每个U形铁芯上绕有一个或两个高温超导线圈以构成两个磁极，由磁极的磁场与永磁轨道构成闭合回路，从而产生吸力，实现系统的悬浮。图1-4EMS磁悬浮系统2005年清华大学应用超导研究中心设计了一台EMS型高温超导磁悬浮实验装置(如图1-5)，它由4个独立的磁路单元组成，每个U型铁芯绕有两个高温超导线圈构成的两个磁极，与轨道产生引力，以使动子被吸引悬浮[