径向Halbach阵列永磁电动悬浮装置运行特性分析

摘要

随着人们生活质量的提高及出行需求的增加，汽车数量迅速增加，传统内燃机汽车的模式使得能源消耗过快且污染较大，因此绿色环保、高效率、低噪音、无接触的磁浮汽车正被人们所期待。本文利用永磁电动悬浮技术，提出了一种可用于磁浮汽车的Halbach径向永磁电动轮悬浮系统。该系统结构与径向磁浮轴承相类似，将其动子改为车轮，定子转换为车子运行的导体板道路，进而磁轮与导体板中感应出的涡流相互作用实现悬浮。本文通过对该方案的仿真研究，提出了设计方案和装置参数，对其浮阻力特性及振动特性进行分析，并设计了Halbach径向永磁电动悬浮汽车的原理样机，分析了开展样机试验出现的技术问题。　　首先，阐述了国内外开展电动悬浮的进展，包括悬浮力和磁阻力的计算公式介绍。分析了影响径向永磁电动悬浮磁轮力特性的主要参数，利用Maxwell二维瞬态模块计算了磁轮装置在不同参数下的力特性。选择较为合理的参数来设计径向永磁电动悬浮装置，并对悬浮系统进行了不同工况下的仿真计算。　　其次，通过利用ANSYSWorkbench的转子动力学分析模块对磁轮-转子系统进行仿真计算，得到了坎贝尔图、临界转速和各转速下的固有频率，并由经验公式求得了避免发生共振的转速。此外，通过模态分析计算得到了六阶振型图。　　最后，基于电磁仿真结果搭建了一种新型径向永磁电动悬浮磁轮装置，并利用本小组动态测试系统SCML-01搭建了实验平台，针对不同工况下磁轮和导体板的静态悬浮特性进行分析，得到了Halbach阵列径向永磁轮悬浮装置的浮阻力特性与转速、悬浮间隙等的关系，并分析了永磁磁轮在不同转速下的振动特性。通过仿真结果和实验数据的对比，证明了仿真计算的准确性和实验平台的合理性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 磁悬浮方式的分类及发展现状

1.3 国内外永磁电动悬浮研究现状

1.3.1 国外永磁电动悬浮研究现状

1.3.2 国内永磁电动悬浮研究现状

1.4 Halbach永磁电动悬浮磁轮研究现状

1.5 本文的主要研究目的与内容

第2章 基于Halbach阵列磁浮装置的电磁特性仿真分析

2.1 Halbach径向磁轮的电磁理论分析

2.2 Maxwell仿真软件介绍及磁轮仿真流程

2.2.1 Maxwell仿真软件介绍

2.2.1 Maxwell永磁电动悬浮磁轮仿真建模

2.3 径向永磁电动磁轮悬浮系统材料选型

2.3.1 径向永磁电动磁轮内外半径

2.3.2 径向永磁电动磁轮悬浮系统Halbach模块数

2.3.3 径向永磁电动磁轮悬浮系统磁体牌号

2.3.4 径向永磁电动磁轮悬浮系统导体板厚度

2.3.5 径向永磁电动磁轮悬浮系统导体板材料

2.4 径向永磁电动磁轮悬浮系统的运行特性仿真研究

2.5 本章小结

第3章 基于有限元的永磁电动悬浮系统模态分析

3.1 磁轮-转子动力学和模态分析

3.1.1 磁轮-转子系统动力学分析

3.1.2 磁轮-转子的模态理论分析

3.2 永磁电动磁轮悬浮装置

3.3 磁轮-转子系统临界转速的求解

3.4 磁轮转子系统模态振型分析

3.5 本章小结

第4章 径向永磁电动悬浮装置浮阻力的实验与研究

4.1 径向永磁电动悬浮装置结构参数介绍

4.2 径向永磁电动磁轮悬浮装置实验平台设计

4.3 径向永磁电动磁轮悬浮装置实验测试

4.4 实验结果与分析

4.4.1 磁轮系统浮阻力与转速的关系

4.4.2 磁轮系统悬浮间隙对浮阻力的影响

4.4.3 磁轮系统的外磁场对悬浮力的影响

4.4.4 磁轮系统悬浮间隙和转速对浮阻比和浮重比的影响

4.5 本章小结

第5章 径向永磁电动磁轮装置的垂向振动特性研究

5.1磁轮悬浮系统振动实验测试原理及平台搭建

5.1.1 振动实验测试原理

5.1.2 测试平台搭建与实验步骤简介

5.2 磁轮悬浮系统转速对垂向振动实验结果分析

5.3 磁悬浮汽车原理样机设计问题简述

5.4 本章小结

结论

值得进一步开展的工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的科研成果