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基于Halbach阵列旋转电动式磁悬浮装置的研究
| 论文题名： | 基于Halbach阵列旋转电动式磁悬浮装置的研究 |
| 关键词： | 磁悬浮列车;永磁体阵列;横切面涡流;旋转运动;有限元分析 |
| 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。 |
| 作者： | 瞿国澄 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 寇宝泉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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