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真空管道列车混合磁悬浮支承设计及性能研究

真空管道列车混合磁悬浮支承设计及性能研究

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作者：吴帆武汉理工大学

学位级别：硕士

真空管道列车以其速度快、能耗低等优点,成为未来地面交通运输工具的热门研究对象,但其悬浮支承方式采用的大多仍为传统磁悬浮列车的悬浮支承方案。因此,本文针对真空管道这一特殊的工作环境,设计了一种成本低廉,节能环保,支承性能稳定... 详细信息

真空管道列车以其速度快、能耗低等优点,成为未来地面交通运输工具的热门研究对象,但其悬浮支承方式采用的大多仍为传统磁悬浮列车的悬浮支承方案。因此,本文针对真空管道这一特殊的工作环境,设计了一种成本低廉,节能环保,支承性能稳定的永磁电动与电磁常导(EDS&EMS)混合磁悬浮支承系统。该系统采用“四点悬挂”式的支承结构,提高了真空管道的空间利用率,并在永磁电动悬浮系统的基础上,加入常导电磁式悬浮系统以提高永磁电动悬浮系统的稳定性,此外,整个混合磁悬浮支承系统可同时实现悬浮、导向、牵引3种功能。本文的主要研究内容如下:(1)通过对目前真空管道列车采用的悬浮支承方案的分析,发现单一的磁悬浮支承方式均有其自身的缺点,因此提出一种“四点悬挂”式的EDS&EMS混合磁悬浮支承系统方案以结合两种支承方式的优点,并设计出该系统的悬浮支承结构。(2)为了提高EDS悬浮系统的磁体利用率,对其永磁Halbach阵列的结构参数进行优化设计,通过对感应板结构的分析,在满足列车支承需求的前提下,选用成本更加低廉的导体板式轨道。而对EMS悬浮系统,主要分析了其悬浮控制及牵引列车的原理,并对其结构参数进行设计。(3)运用Ansoft Maxwell软件对混合磁悬浮支承系统的永磁及电磁磁场特性进行数值仿真分析,讨论了该系统的结构参数对悬浮、牵引等性能的影响。通过仿真分析发现,混合磁悬浮支承系统可以提供真空管道列车所需足够的悬浮力及牵引力,且有效降低了能耗。(4)建立EDS&EMS混合磁悬浮系统动力学模型,分析其悬浮、导向、滚动3个方向的稳定性,通过Routh稳定判据得到系统若要开环稳定,则EDS系统悬浮力f所需满足的条件,发现该条件仅与列车在平衡位置时的结构参数有关。通过仿真值与理论计算结果相比较,得到所设计的EDS&EMS混合磁悬浮支承系统具有开环稳定性的结论。

关键词：真空管道列车混合磁悬浮支承结构设计数值仿真稳定性

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磁悬浮飞轮储能系统转子支承部件研究

磁悬浮飞轮储能系统转子支承部件研究

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作者：刁焕勇武汉理工大学

学位级别：硕士

飞轮储能技术是一种新型的能量存储技术。飞轮储能系统具有比能量高、比功率大、体积小、充电快、寿命长、无任何废气废料污染等优点。特别是随着真空技术、复合材料技术、磁悬浮技术的发展,使这一新型储能装置的开发和应用成为可能,有... 详细信息

飞轮储能技术是一种新型的能量存储技术。飞轮储能系统具有比能量高、比功率大、体积小、充电快、寿命长、无任何废气废料污染等优点。特别是随着真空技术、复合材料技术、磁悬浮技术的发展,使这一新型储能装置的开发和应用成为可能,有着良好的发展前景。飞轮储能的关键技术之一就是其支承技术,飞轮的支承系统不但要能支承飞轮转子,使其可靠稳定的运行,并且需要尽量缩小整个飞轮转子的尺寸、降低由于支承引起的能量损耗。本文就飞轮转子的支承进行探索研究。本文介绍了飞轮储能系统的基本原理与结构,总结了目前国内外飞轮储能技术研究的现状,重点分析了国内外飞轮储能支承的研究成果以及存在的问题。本文设计了一套飞轮储能系统,它包括飞轮储能主体、控制系统和真空装置。重点对其支承进行了设计分析;给出了用于飞轮储能系统的一种支承方案与支承轴承。本文设计的飞轮储能系统采用一个径向电磁轴承和一个轴向-径向复合磁力轴承。重点介绍了轴向-径向复合磁力轴承的结构以及工作原理,采用等效磁路法对磁力轴承的磁路进行了推算,建立了轴向和径向悬浮力的计算公式以及其数学模型;给出了轴向-径向复合磁力轴承的电磁以及永磁结构参数的设计方法。在确定了结构参数的基础上,对磁力轴承的特性进行了分析,包括磁力轴承悬浮力的非线性分析,永磁体对磁力轴承的悬浮力的影响,轴向和径向之间的耦合分析。最后,以全电磁支承的飞轮转子与采用轴向-径向复合磁力轴承的飞轮转子为对象,从质量、储能与转子的动态特性等方面进行了分析对比。

关键词：飞轮储能磁力轴承混合磁悬浮支承

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