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高温超导磁悬浮交通的电磁轨道研究
| 论文题名： | 高温超导磁悬浮交通的电磁轨道研究 |
| 关键词： | 电磁轨道;高温超导;磁悬浮 |
| 摘要： | 基于高温超导块材在磁场中能自稳定悬浮的特点，高温超导磁悬浮成为近些年磁悬浮轨道交通技术研究中的热点之一。迄今为止，高温超导磁悬浮轨道交通技术研究已获得许多有意义的成果。在全球范围内，数十条以永磁体为轨道的磁悬浮列车试验线相继建成。随着高温超导磁悬浮轨道交通研究的逐渐深入，其商业化进程中的一些问题日益突显。建设长距离轨道需要大量的高强度永磁铁，消耗稀土资源；永磁轨道的磁场不可调节且可能随时间逐渐衰减；运行期维护需要大量工作，这些问题可能成为未来高温超导磁悬浮轨道交通商业化的障碍。因此，本文开展了将电磁轨道引入高温超导磁悬浮轨道交通的可行性研究。电磁轨道具有磁场灵活可调，材料经济，工艺易行，后期维护简单等优点。本文的工作拟为高温超导磁悬浮轨道交通商业化做出有意义的探索，主要研究内容包括以下四项： 首先依据电磁装置设计原则和磁悬浮轨道磁场需求，提出了E型和扇型两种轨道单元结构，进行了电磁轨道可行性分析和对比研究。发现E型轨道单元悬浮性能更优，扇型轨道对超导块排布的兼容性更高。 接着提出了一种原创的准静态侧向扰动测量方法。与当下常用的静态测量方法相比，准静态方法还原了测量过程中悬浮体的运动自由度，能够在导向力测量过程中引入对水平偏转角和垂向位移这两个位置参量的测量，实现了对侧向扰动更加准确的测试和分析。 借助实验和仿真，本文开展了对电磁轨道励磁电流变化模式的研究。相对于通常应用于永磁轨道的位移测量法，本研究中提出的变流测量法更便于悬浮力的计算和调控。以此为基础，从测量延伸至应用，本文提出了一种变流悬浮启动方式，能够提高悬浮启动的便捷性和过程中悬浮高度的可控性。随后开展了高温超导块材在反向励磁时的空间受力研究，发现了该过程中超导块能够在一定条件下同时产生悬浮力和推进力，填补了此类研究工作的空白。 最后对轨道搭建过程中的磁场均匀性进行分析并给出了优化方法。随后创新性地提出了一种多功能综合运行模式。通过正向励磁和反向励磁的协同工作，在不引入附加推进系统的前提下，同时实现悬浮－导向－推进三种功能。这种运行模式的提出可以助力于车体轻量化研究，也为高温超导磁悬浮列车电磁轨道交通的后续研究提供了新的思路。 这四项研究工作均具有极强的原创性，研究结果显示了高温超导磁悬浮轨道交通商业化进程中使用电磁轨道的可行性和先进性。 |
| 作者： | 洪玮 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 信赢 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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