非接触式驱动方式的超导钉扎磁浮悬浮-导向-驱动综合性能研究

摘要

利用高温超导钉扎磁浮系统的永磁轨道磁场与线圈间的电磁作用实现驱动功能的非接触式驱动方式,可以提高磁轨磁能利用率、降低传统直线电机带来的成本,但以往研究仅针对驱动性能开展研究,并未综合考虑悬浮、导向与驱动性能。针对这一问题,本文综合永磁轨道与车载超导块材、线圈之间的电磁关系研究高温超导钉扎磁浮系统悬浮、导向与驱动综合性能。首先,结合直线直流电机的原理,理论分析非接触式驱动方式的可行性。其次,利用FEMM仿真研究磁轨磁场分布云图并提出三种产生对称磁场的永磁阵列。然后,在同一磁轨条件下,应用幂指数模型在Comsol Multiphysics中建立高温超导钉扎磁浮基本系统模型,仿真比较新型永磁轨道与原Halbach磁轨的磁场强度、悬浮力和导向力。最后,在ANSYS Maxwell中建立非接触式驱动方式的电磁模型,基于仿真模型导出的数据利用安培定律求解出单匝线圈的驱动力,结果表明:基于新磁轨的高温超导钉扎磁浮系统在保证良好悬浮导向性能的同时具有一定的驱动能力。该工作将为非接触式驱动方式在高温超导钉扎磁浮系统中的应用提供可能的途径,同时为高温超导钉扎磁浮实现悬浮、导向、驱动一体化奠定基础。