基于Halbach阵列旋转电动式磁悬浮装置的研究

摘要

基于Halbach永磁体阵列旋转电动式磁悬浮装置是通过初级永磁体与次级导体板之间相对旋转运动，在导体板中感应涡流，涡流与初级磁场相互作用产生悬浮力和转矩，其特点是悬浮力稳定、动态响应快、可靠性高。未来在磁悬浮列车以及平面电机中都具有广阔的运用前景。本文提出一种环式Halbach永磁体阵列旋转电动式磁悬浮装置，通过电磁场解析和有限元仿真分析了静态旋转特性和动态旋转特性，提出了磁悬浮装置的设计方法，根据设计方法制作了磁悬浮装置的样机并对它进行实验研究。
　　首先，根据电磁场方程推导了Halbach永磁体阵列的静态磁场分布表达式，然后推导基于Halbach永磁阵列在导体板中运动的二维直线模型的悬浮力、制动力以及涡流损耗表达式，在这基础上根据三维直线感应电机的修正系数推导了环式Halbach永磁体阵列动态三维表达式。之后分析了磁悬浮装置悬浮力和其他参数之间的关系。
　　之后建立了三维磁悬浮装置的有限元模型，根有限元法研究磁悬浮装置的磁场分布，提出以悬浮力最大、涡流损耗最小为目标，优化了磁悬浮装置的结构参数。根据优化的结果提出磁悬浮装置的设计方法。推导了主要尺寸方程，提出转速、永磁体尺寸、极距、导体板厚度的确定方法，分析了悬浮力和磁悬浮装置主要参数之间的关系。
　　最后针对该装置的关键问题进行研究，推导了装置的三维涡流分布表达式，根据表达式给出了磁悬浮装置之间的最佳距离。研究了次级导体板在运动状态下磁悬浮装置的动态悬浮力表达式、悬浮力特性曲线以及设计方案，并且证明了在导体板中的横切面涡流的存在，该涡流只会影响悬浮力不会影响制动力。制作了磁悬浮样机并进行测试和实验。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 基于Halbach阵列磁悬浮装置的电磁分析

2.1 引言

2.2 Halbach永磁体阵列静态分析

2.3 Halbach阵列动态二维电磁场解析以及导体板涡流的推导

2.4 导体板修正系数以及三维电磁场解析

2.5 本章小结

第3章 旋转电动式磁悬浮装置的优化分析

3.1 引言

3.2 旋转电动式磁悬浮装置的优化流程和有限元模型的建立

3.3 旋转电动式磁悬浮装置的优化

3.4 本章小结

第4章 旋转电动式磁悬浮装置设计方法的研究

4.1 引言

4.2 旋转电动式磁悬浮装置的设计原则和设计流程

4.3 旋转电动式磁悬浮装置主要尺寸的确定

4.4 本章小结

第5章 磁悬浮装置关键问题的研究以及实验测试

5.1 引言

5.2 旋转电动式磁悬浮装置涡流分布电磁场解析

5.3 旋转电动式磁悬浮装置运动状态下电磁场解析

5.4 次级导体板横切面电磁场理论基础性研究

5.5 旋转电动式磁悬浮装置实验研究

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢