磁浮驱动技术.doc

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1、磁浮驱动技术一.刖吞当今社会人们生活节奏越来越快，活动的范围越来越广，这就对交通工具提岀了更高的要求。磁悬浮技术的诞生与发展源丁人类对交通出行速度的追求。磁悬浮技术80余年以來，这种不依赖轮轨接触、无直接摩擦力的运输技术在交通方面的应用已口趋成熟。电磁悬浮技术(electromagneticlevitation)简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流來实现对金属部件的悬浮。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用

2、。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。…般通过线圈的交变电流频率为104-105HZo(如图1)唯有抗磁材料才能依靠选择恰当的永久磁铁结构与相应的磁场分布而实现稳定悬浮。但由抗磁说产生的磁力比较小。为了使得由铁磁体所得到的力能够用丁稳定的自由悬浮，必须根据物体的悬浮状态连续不断地调节磁场，这就可以通过可控电磁铁来实现。按照线圈导体属性，磁悬浮技术可分为常导型和超导型；按照悬浮原理，磁悬浮技术可分为电磁悬浮系统(EMS)和电动悬浮系统(EDS)o从原理上，磁悬浮技术可分为

3、“常导+EMS”(常导磁吸型)和“超导+EDS”(超导磁斥型)两种主要模式。常导磁吸型以徳国为代表，超导磁斥型以口本为代表,这两种磁悬浮都需要用电力來产生磁悬浮动力。实际上还冇一种，就是我国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。3.1德国的TR技术和H本的ML技术目前国际上两种比较接近实用水平的磁悬浮运输技术是徳国的Transrapid（简称TR）技术和日本的ML技术，其屮德国的TR技术釆用“常导+EMS”,而日本的ML技术釆用“超导+EDS”徳国的TR系列为T型导轨，利用悬浮架两侧的可控直流电磁铁与导轨间的吸力来提升车体，

4、为了保证悬浮的稳定性，必须外加反馈控制来调节电磁铁的线圈电流，从而改变提升力的大小，使提升力与车体重力保持动态平衡。其结构如图1所示，在悬浮电磁铁屮通入直流电流，悬浮电磁铁与轨道中的铁芯之间产生电磁吸引力将车体浮起。如果不加控制，悬浮电磁铁将牢牢吸附在轨道铁芯上，列车无法行走。为此在悬浮电磁铁附近装有气隙传感器，测量悬浮电磁铁与轨道铁芯之间的距离（即悬浮气隙）。根据测量的距离不断调整悬浮电磁铁中的电流，以保持悬浮气隙在十毫米左右，车上的导向电磁铁对轨道侧面产生侧向吸力以导向车辆。该类型悬浮的优点在于无论处于何种速度或停车，均能保持车体悬浮状态，

5、不需要辅助轮。但其悬浮和导向需耍主动控制。日本的ML系列磁悬浮列车为U型导轨，其结构如图2所示，该悬浮方式为侧壁零磁通悬浮式。磁浮车在静止或低速运行时不能起浮，靠类似飞机的橡皮轮支撑，此吋，车载低温超导磁体的中心线与轨道侧壁“8”字形短路线圈中心线重合，“8”字形短路线圈中上下半部线圈交链的磁通相互抵消为零，因此在“8”字形短路线圈中无感生电流和悬浮力产生。当列车运行达到一定速度收起支撑轮时，车载低温超导磁体下沉，低温超导磁体中心线偏离"8”字形短路线圈中心线,因而“8”字形短路线圈屮上半部线圈交链的磁通减少，下半部交链的磁通增大。由楞次定律可

6、知，上半部线圈感应的磁场方向与车载低温超导磁体的磁场方向相同，下半部线圈感应的磁场方向与车载低温超导磁体的磁场方向相反。同极相斥产生的推力会形成一个向上的分力，异极相吸产生的吸引力也会形成一个向上的分力，一推一拉形成磁浮车的悬浮力。列车运行速度越快，感应的磁场越强，悬浮力越大，直到把列车浮起來。起浮速度约为100-150公里/小时。系统推进与TR系统相近，直线电机初级线圈分布在U型槽侧壁上，励磁磁极则为车载超导体磁体。车上发电也与TR系统类似。悬浮和导向不需要主动控制，在高速时可将车体悬浮10〜25cm,最大为30cmo适用于高速彳亍车，需要低

7、温超导技术,技术难度较大。比较可知U型导轨的ML系统较T型导轨的TR系统悬浮气隙大、可达运行速度更高，能耗与磁场强度也相应较高.3.2磁悬浮列车的优点高速磁浮系统的主要优点如下。2)•速度快。磁悬浮列车釆用无机械接触的电磁力悬浮、导向和牵引，克服了长期以來限制传统铁路提速度困难，是当今唯一能达到500km/h以上运营速度的地面交通工具。2).启动停车快，爬坡能力强，选线自由度大。磁悬浮列车采用无接触导向和无黏着驱动，在不影响乘客舒适度的前提下，加速度可l-3m/s2；爬坡能力可达10%,相同速度下转弯半径小于轮轨列车。因此选线自由度大，可节约耕

8、地，降低投资。3).能耗低、噪音小。在相同速度下磁悬浮列车能耗约为轮轨列车的60%；在500km/h速度下磁悬浮列车每座位•公里能耗仅为飞机的1/3-