可控永磁直线同步电机磁力的研究.pdf

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1、2006年全国直线电机学术年会可控永磁直线同步电机磁力的研究杜玉梅金能强史黎明中国科学院电土研究所，北京100080会议论文集摘要：采用永磁一电磁混合威磁构成的可控永磁直线同步电机，由于采用永磁磁体代替了部分电励磁磁极，减小电励磁功率损耗，钉助r降低车载磁极重量，因此是一种具有发展潜力的磁浮直线同步电机。本文研究了不同结构永磁磁体对电机悬浮力、推』及侧向恢复力的影响，采刚电磁场有限元法计算了不同永磁体结构如v型及平板型的磁力，并进行了比较，得到了青盏的结论，关键词；K定于直线同步电机，混台励磁。磁力，磁浮列车，永磁磁体1．引言在采用传统常导电磁吸引式(EM

2、S)磁悬浮列车中，如德国TR系列的磁浮列车，其励磁磁极放置在车上。由于受到车载励磁电源的容量、体积、重量、散热条件等指标的限制，励磁安匝有限，因此所产生的磁浮力也是有限的，其结果足只能选择较小的气隙。德国TR系列磁浮列车的气隙只有10mm。对于如此小的悬浮气隙，为了仪证列牟安全运行，对长定子轨道的制造甲整度要求很高，这使得常导电磁吸引式磁怂浮列车系统的制造成本居高不下，制约了此种磁浮列车系统的发展。与电励磁方式相比，永磁磁极具有高的能量密度。随着永磁材料技术的发展，目前高磁能级钕铁硼永磁材料已能满足电机各方面性能的要求，因此可将永磁材料与电励磁磁极相组合，

3、形成混合励磁磁极，以取代电励磁磁檄，提高磁浮力并降低车载磁极的自重，实现大气隙磁浮。在永磁与电磁混合励磁的磁浮列车系统中，永磁磁体提供所需的基本磁浮力，同时利用励磁电流可控的特点，用r乜励磁供给可调磁浮力，以保证系统的稳定性。在混合励磁磁极中，为充分利用永磁体磁能密度高的优点，以降低磁极自重，获得高磁浮力，需要对永磁体放置位置、尺寸以及形状等进行研究，寻找更为台理的磁体结构及布置，获得高磁浮力与自重比的混合励磁磁极。本文在对所研制的混合磁浮实验模型车研究的基础上，针对平板型及V型永磁体，采用电磁场有限元方法与虚功原理，仿真计算了两种结构的混合励磁磁极所产生

4、的磁场及磁力，研究了不同气隙长度及不同电励磁安匝F，磁浮力(z向)、推力(x向)及横向恢复力(Y向)的变化情况，取得了有益的结果，以为将来混合励磁磁浮车磁极的设计捉供参考。2．永磁一一电磁混合励磁磁浮车图1是所研制的混合磁浮实验模型车‘21的长定子直线同步电机结构示意图。与TR系列磁浮车类似，长定子铁心及绕组沿轨道布置，混合励磁磁极放在车上。磁极铁心表面开有车载直线发电机齿槽，此铁心被分成上下两部分，其中间放置有平板型的钕铁硼永磁磁极，形成类似于“三明治”式的磁极结构。电励磁仍采用了集中式绕组，嵌在磁极上的励磁绕组槽rk本混合磁浮实验模型车采用了双轨结构，

5、由四组平板型混合磁极提供磁浮力和励磁磁场，每组磁极山两个整极及两个端极组成，端极为半极。额定气隙

6、0mm，额定磁浮重量]20Kg，永磁体厚为5mm。文献[1】叶l提出了采用V型永磁体的混合磁极方案，为便于进行比较，计算时采用同样的结构及尺2006年全国直线电机学术年会。。。。。。。。。。。。。_。。。。。。_。——厂——————————7——]{圊阐9iI圃Iil9il同9il9il[iI同嘲f啭趣匹=迸强盟雹嘲．净永磁磁钢必、／＼丛塑堕图1混合磁浮实验模型车的长定子直线同步电机结构示意图定子绕组一长定子镑已图2采用V型永磁体的混合磁浮车结构示意图3．磁力

7、计算模型会议论文集本磁浮实验模型车的气隙为lOmm，与相近极距的旋转同步电机的气隙为3mm左右相比，此气隙较大，因此端部漏磁场较大。在计算磁浮力与侧向导向力时需考虑到此端部漏磁场的作_}{j，应采用三维磁场计算。由于横向端部漏磁效应对推力计算影响不大，在计算最大推力叫采刖了二维磁场计算。推力计算时采用的：维计算场域如图3(以平扳型永磁体混合励磁磁极为例)所示。由于三维汁算所需单元及节点数大大增加，考虑到对称性，在计算磁浮力及侧向导向力时，所采用的三维计算场域取一个磁极的范围。三维计算时电枢空载。，』I』上』～^上，上jL』t．J上』L』～L』lJ—LjL』

8、tJ【』阼!!驾r目T⋯⋯⋯1．，．臼【苣兰兰当．．．．．．．．．。。。．．．．．．．．．．．，．．．．．√＼．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一图3二维计算场域对于上述具有非线性导磁材料的磁浮车长定子电机磁场，采用矢量磁位A作为该磁场的描述函数692006年全国直线电机学术年会会议论文集fn：v。(土v。A)一--u-。}三：去Ⅳ：：A。，，l，一i}cV×A2),Ir：J，‘3—1’卜去泓AI)七一去Ⅳ×r=J，h：AI‘=o’忆，岛：叱2一Al岛上式中，A为矢量磁位，Ⅳ为材料的磁导率，以为定子槽中电枢导体电流密度。以。为永磁体等效磁

9、化面电流密度，并满足J。m=M)：(n，M为所用永磁材料的磁化强度