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磁浮列车用悬浮电磁铁温度场三维建模与仿真

系统仿真学报 2013年第5期25卷 1118-1122页

作者：刘少克国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410073

近年磁浮列车尝试采用电励磁和永磁混合悬浮电磁铁,来取代传统的纯电励磁方式,达到减小悬浮损耗、提高列车承载能力的目的。高温下永磁体的不可逆退磁特性,是混合电磁铁设计时必须考虑的问题。通过对混合电磁铁的结构分析,建立了合理的... 详细信息

近年磁浮列车尝试采用电励磁和永磁混合悬浮电磁铁,来取代传统的纯电励磁方式,达到减小悬浮损耗、提高列车承载能力的目的。高温下永磁体的不可逆退磁特性,是混合电磁铁设计时必须考虑的问题。通过对混合电磁铁的结构分析,建立了合理的数值仿真模型。选择边界条件,并根据边界条件的不同进行合理的实体分割建模,仿真分析了混合电磁铁三维温度场特性,包括电磁铁最高温度、钕铁硼永磁体的温度分布,并与二维仿真计算进行了对比。针对一实际工程样车用电磁铁的仿真计算和实际测试表明,三维温度场仿真计算准确,符合实际情况。

关键词：磁浮列车磁浮交通悬浮电磁铁温度场有限元法

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悬浮电磁铁动态性能分析及结构优化

悬浮电磁铁动态性能分析及结构优化

作者：谭琦西南交通大学

学位级别：硕士

作为一种安全、高效、安静、环保的轨道交通工具,中低速磁浮列车已逐渐成为连接城际的重要交通工具。中低速磁浮列车的水平推力依靠异步感应直线电机提供,而悬浮力由悬浮电磁铁提供。悬浮电磁铁的动态性能决定了磁浮列车是否能稳定、高... 详细信息

作为一种安全、高效、安静、环保的轨道交通工具,中低速磁浮列车已逐渐成为连接城际的重要交通工具。中低速磁浮列车的水平推力依靠异步感应直线电机提供,而悬浮力由悬浮电磁铁提供。悬浮电磁铁的动态性能决定了磁浮列车是否能稳定、高效的运行。在磁浮列车加速过程中,悬浮电磁铁与钢轨发生相对运动,通过电磁感应在钢轨中产生涡流,而涡流产生的外加磁场将抵消部分悬浮电磁铁产生的原磁场,因此悬浮力受到削弱。随着列车运行速度的提高,该涡流效应将趋于明显。当悬浮力受涡流效应作用衰减时,为保证电磁铁与钢轨间悬浮气隙保持恒定,需要输入更大电流。但是在列车高速运行时,如果在电磁铁中长期通入大电流,将会导致电磁铁绕组内部持续发热,加速老化绕组间的绝缘层,如果绝缘层破损将导致绕组安匝数降低,进一步削弱悬浮力。因此,亟需对悬浮电磁铁与钢轨间的动态耦合特性进行研究。本论文主要围绕电磁铁与钢轨的动态耦合机理开展研究,解析了随速度变化涡流效应的动态变化规律,并提出抑制涡流效应的电磁铁与钢轨的优化匹配方法。本论文首先从悬浮电磁铁的悬浮原理出发,分析了影响电磁铁悬浮性能的关键因素,然后构建了“悬浮电磁铁-钢轨”的动态耦合模型,分析在不同运行速度下,悬浮电磁铁在涡流效应的作用下悬浮力的变化规律。同时,对悬浮电磁铁典型工况进行了研究,其中包括俯仰、侧滚、横向偏移和摇摆等,分析了四种工况下悬浮力的动态变化特性。然后,为抑制涡流对悬浮力的削弱作用,本文采用了叠片方式对悬浮电磁铁及钢轨的结构进行了改进,并与无叠片结构的悬浮电磁铁进行了对比。通过对比分析,采用叠片结构的电磁铁能够有效减小中低速磁悬浮列车在运动状态下轨道涡流对悬浮电磁铁产生的影响,对电磁铁悬浮力的衰减有较好抑制作用,其各项动态悬浮性能均优于无叠片结构的悬浮电磁铁。最后,为改善电磁铁端部的磁场分布,为削弱当列车移动时电磁铁入端在钢轨中产生的涡流对悬浮力的影响,本文采用了针对电磁铁端部结构的改进方案,并与悬浮电磁铁原型进行分析比较。仿真结果表明,电磁铁端部采用三角形改进结构能够在一定程度上抑制端部效应对悬浮力产生的影响,进一步提高了悬浮电磁铁的悬浮性能。

关键词：中低速磁浮列车悬浮电磁铁瞬态特性叠片结构端部效应

吸力型磁悬浮列车的悬浮电磁铁的设计原理和计算方法

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机车电传动 1992年第5期 14-19,30页

作者：尹力明陈贵荣国防科技大学

本文针对具有侧向自稳定作用的U型电磁铁和倒U型铁轨的吸力型悬浮系统,介绍了支承悬浮力和侧向导向力的分析方法,给出了电磁铁最优设计的原则和条件,并由此提出电磁铁整体设计的计算步骤和方法。

关键词：磁悬浮列车悬浮电磁铁设计

磁悬浮列车用混合悬浮电磁铁温度场建模与仿真

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机车电传动 2011年第6期 32-34页

作者：刘少克国防科学技术大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073

建立了中低速磁悬浮列车用混合悬浮电磁铁的Maxwell二维温度场仿真分析模型,对其温度场特性进行了分析,并与传统纯电励磁结构的悬浮电磁铁进行了比较。针对工程实际样车用混合悬浮电磁铁分析指出,电磁铁最高温度位于励磁线圈中心处,铁... 详细信息

建立了中低速磁悬浮列车用混合悬浮电磁铁的Maxwell二维温度场仿真分析模型,对其温度场特性进行了分析,并与传统纯电励磁结构的悬浮电磁铁进行了比较。针对工程实际样车用混合悬浮电磁铁分析指出,电磁铁最高温度位于励磁线圈中心处,铁心轭部温度与励磁线圈温度基本相同。采用混合悬浮电磁铁结构不仅大大降低了悬浮损耗,减少了列车运行能耗,而且改善了悬浮电磁铁的温度特性。

关键词：磁悬浮列车混合悬浮悬浮电磁铁温度场有限元法

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高速悬浮电磁铁磁轭柔性固定设计研究

机车电传动 2020年第6期 106-109页

作者：李汛保何云风李科成张欣伟中车株洲电机有限公司湖南株洲412001

当高速磁浮列车的悬浮电磁铁处于悬浮状态时,由于吸力和冲击作用,箱体会产生挠曲变形。为了避免箱体变形过程中由于磁轭和箱体耦合产生内应力,设计了一种柔性固定机构用于固定磁轭。在磁轭两侧设计组合式片弹簧,使磁轭处于预紧状态。当... 详细信息

当高速磁浮列车的悬浮电磁铁处于悬浮状态时,由于吸力和冲击作用,箱体会产生挠曲变形。为了避免箱体变形过程中由于磁轭和箱体耦合产生内应力,设计了一种柔性固定机构用于固定磁轭。在磁轭两侧设计组合式片弹簧,使磁轭处于预紧状态。当磁轭受冲击发生位移时,组合式片弹簧能使磁轭恢复至初始位置,达到磁轭柔性固定的目的。通过片弹簧设计理论和仿真计算,分析片弹簧不同厚度下的"载荷-位移"关系,弹簧刚度和强度符合设计要求,通过试验证明该设计方法是可行且有效的。

关键词：悬浮电磁铁磁浮列车片弹簧柔性固定弹簧刚度强度有限元法仿真

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基于遗传算法的悬浮电磁铁磁热耦合参数优化

电气工程学报 2024年第2期19卷 344-352页

作者：孙超张昆仑西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室成都611756 西南交通大学电气工程学院成都611756

中低速磁浮列车依靠悬浮电磁铁产生电磁吸力,实现悬浮和导向,针对悬浮电磁铁结构参数设计问题,提出一种基于磁热耦合仿真的方法对悬浮电磁铁进行优化研究。通过对电磁铁结构分析,提出对悬浮电磁铁进行内扣和外扣两种方式,并分别建立三... 详细信息

中低速磁浮列车依靠悬浮电磁铁产生电磁吸力,实现悬浮和导向,针对悬浮电磁铁结构参数设计问题,提出一种基于磁热耦合仿真的方法对悬浮电磁铁进行优化研究。通过对电磁铁结构分析,提出对悬浮电磁铁进行内扣和外扣两种方式,并分别建立三维有限元参数化计算模型,分析其主要发热源和热流量计算方法。在电磁铁温升不超过设定值的情况下,以提升悬浮电磁铁的浮重比为目标,采用遗传算法对结构参数进行寻优求解。仿真试验结果表明,在保证悬浮力达到要求的情况下,所提方法对电磁铁进行内扣操作后,其质量减少43%,进行外扣操作后,电磁铁质量减少58%,并且电磁铁的稳态温升没有超过设定值。所提出的设计方案更加符合实际,为后续设计提供一定的参考依据。

关键词：磁浮列车悬浮电磁铁磁热耦合有限元分析参数设计

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中低速磁浮列车直线感应电机及悬浮电磁铁分析

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中低速磁浮列车直线感应电机及悬浮电磁铁分析

作者：詹佳雯浙江大学

学位级别：硕士

随着城市轨道交通的迅速发展,中低速磁浮列车作为一种新兴的交通系统,正受到广泛的关注,其采用单边型直线感应电机(Single-sided Linear Induction Motors,SLIMs)实现牵引,采用电磁铁实现悬浮,拥有结构简单、爬坡能力强、噪音低、污染... 详细信息

随着城市轨道交通的迅速发展,中低速磁浮列车作为一种新兴的交通系统,正受到广泛的关注,其采用单边型直线感应电机(Single-sided Linear Induction Motors,SLIMs)实现牵引,采用电磁铁实现悬浮,拥有结构简单、爬坡能力强、噪音低、污染小、安全性好等优点,有较好的应用前景,已成为目前的关注焦点。本文围绕SLIMs和悬浮电磁铁展开研究,阐述了 SLIMs的基本结构、工作原理、边端效应及T型等效电路(EC)模型,在此基础上完成了以下主要工作:首先,提出了一种改进的等效电路方法,其综合考虑横向边端效应、次级端部形状、饱和效应等因素,更精确快速地分析了 SLIMs牵引及制动状态性能,也分析了电流、速度、转差频率对其性能的影响;同时对比了传统T型等效电路模型,并运用有限元模型(FEM)和样机实验测量,验证该模型的准确性。其次,为进一步降低SLIMs的横向边端效应,提出了一种新型双边格栅次级SLIMs,具有结构简单、大推力、低损耗等优点。分析了双边格栅次级的涡流效应,利用有限元模型优化了结构参数,计算了气隙磁通密度、涡流、推力和法向力等性能,并与传统帽型次级结构比较,显示出次级格栅结构的优势。另外,也验证了采用中央导条能提高电机性能和机械强度,更适用于中低速磁浮列车。最后,针对悬浮电磁铁,建立3D有限元模型。研究了电流、横向侧移对悬浮力、侧导向力的影响;也分析了不同速度下,F型钢轨涡流效应对电磁力的削弱作用。在此基础上,提出了一种新型混合磁铁梯形结构,其在一定尺寸与材料的限制下,有效提高了悬浮性能。

关键词：中低速磁浮列车直线感应电机等效电路边端效应双边格栅次级悬浮电磁铁

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磁悬浮列车悬浮电磁铁结构优化方法研究

机械设计与制造 2020年第5期 202-205页

作者：薛齐豪刘放梁成徐航西南交通大学机械工程学院四川成都610031

悬浮电磁铁是磁悬浮列车实现悬浮运行的重要部件,其结构性能直接影响磁悬浮列车的运行安全。针对磁悬浮列车悬浮电磁铁结构,以改进电磁铁结构和优化悬浮控制难度为研究目标,结合电磁铁结构所受的电磁力,分析电磁铁极板沿列车运动方向的... 详细信息

悬浮电磁铁是磁悬浮列车实现悬浮运行的重要部件,其结构性能直接影响磁悬浮列车的运行安全。针对磁悬浮列车悬浮电磁铁结构,以改进电磁铁结构和优化悬浮控制难度为研究目标,结合电磁铁结构所受的电磁力,分析电磁铁极板沿列车运动方向的变形,提出一种电磁铁结构的改进方法:以有限元方法对待改进模型进行结构变形仿真分析;通过多项式最小二乘拟合方法,拟合分析所得的离散变形数据;根据拟合曲线,改进原模型为预凹型结构。最后对改后模型进行验证对比仿真分析,分析结果表明:磁悬浮列车运行时,改进模型沿列车运动方向的悬浮间隙较原模型小,有效降低了悬浮控制难度。

关键词：悬浮电磁铁弯曲变形曲线拟合有限元结构优化

两种典型中低速磁浮列车悬浮电磁铁电磁特性研究

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两种典型中低速磁浮列车悬浮电磁铁电磁特性研究

作者：田文静国防科学技术大学

学位级别：硕士

悬浮控制技术是磁浮列车的核心技术,对悬浮电磁铁的电磁场特性进行分析是研究悬浮控制技术的基础。悬浮电磁铁是悬浮控制系统中的执行元件,用于提供完成列车悬浮所需要的电磁力,其电磁特性直接影响着悬浮控制系统的性能。为了提高列车... 详细信息

悬浮控制技术是磁浮列车的核心技术,对悬浮电磁铁的电磁场特性进行分析是研究悬浮控制技术的基础。悬浮电磁铁是悬浮控制系统中的执行元件,用于提供完成列车悬浮所需要的电磁力,其电磁特性直接影响着悬浮控制系统的性能。为了提高列车工作效率,通过参考高速磁浮列车的推进方式,本文提出了中低速磁浮列车采用长初级直线同步电机——悬浮牵引合一电磁铁结构,然后基于解析解的分析方法,设计确定出悬浮牵引合一电磁铁的主要参数和尺寸。接着对电磁铁的电磁场进行有限元分析。分别从磁浮列车处于静态和稳态两个角度来分析电磁铁的特性,得出：静态悬浮时,单个悬浮电磁铁的悬浮力分别与次级励磁线圈电流和气隙大小的关系曲线和电磁场分析结论;稳态悬浮时,单个悬浮电磁铁的电磁力分别与次级励磁电流、初级电流和悬浮气隙的关系曲线,同时还得到了气隙内的磁场分布,计算出了悬浮力和牵引力,并发现悬浮力和牵引力的波动频率是初级电流变化频率的6倍。为了适应工程实际应用,本文还研究了中低速磁浮列车采用基于F型轨道轧制工艺下的悬浮电磁铁,然后分别给出了轧制结构和传统结构的轨道和悬浮电磁铁的模型结构图,并比较了结构上的异同点。在创建电磁铁电磁场模型的基础上,借助有限元分析软件,首先对基于F型轨道轧制工艺下的悬浮电磁铁的电磁场进行了二维有限元分析,主要从电磁力随电流及气隙变化方面进行分析,得出电磁力随线圈电流的变化规律,以及轨道与悬浮电磁铁之间的气隙变化等规律;同时也分析了悬浮电磁铁的电磁场特性。最后是基于F型轨道轧制工艺下的悬浮电磁铁三维电磁场有限元分析,主要分析了电流、气隙和电磁铁偏移对电磁力的影响,以及三维电磁场特性,并将计算结果与二维有限元分析进行了比较,且三维计算结果较二维计算,更接近实测值。

关键词：中低速磁浮列车悬浮电磁铁电磁场有限单元法轧制工艺