轨道不平顺激励对高温超导磁浮列车电机悬挂的影响

高温超导磁浮列车在运行过程中受到轨道随机不平顺激励的影响,车体和磁浮架的振动会传递至直线电机动子而导致气隙变化,变化后的电磁力反作用于电机悬挂系统,进而影响磁浮架和车体振动。二者的耦合振动一定程度上会影响高温超导磁浮列车的安全运行。为了减少轨道随机不平顺激励对电机悬挂系统的影响,文章建立了多刚体动力学理论模型,并在周期性激励的作用下,对理论模型进行了动力学响应的仿真验证,证明了动力学理论模型的正确性。进一步地,在UM软件中以电机法向力和轨道随机不平顺作为外部激励,对高温超导磁浮列车动力学模型进行仿真,研究了电机悬挂系统的垂向刚度对直线电机气隙、车体和悬浮架振动、列车运行平稳性等参数的影响并对该刚度值进行了合理优化。结果表明:增大直线电机悬挂系统的垂向刚度能一定程度提高车体平稳性;同时增大垂向刚度能一定程度上减小气隙的变化和电机的振动,从而降低和悬浮架的耦合作用。研究结果是在特定的结构参数、负载条件下的仿真分析结果,可为高温超导磁浮列车动力学分析提供一定参考作用。

长沙至衡阳低真空管道磁浮线路方案动力性能评估

低温超高真空管磁悬浮是当前世界各国争相发展的超高速交通方式之一。目前,该研究正处于起步阶段,有必要对其动力性能进行评估。以长沙至衡阳低真空管道磁悬浮试验线为例,建立低温超导电动悬浮制式的车辆-线路耦合模型,分析磁浮车辆通过该段线路时的动力性能。首先,计算得到以1 000 km/h速度运行时的车体垂向和横向加速度、悬浮力及导向力情况。在此基础上,绘制各动力性能指标的频数直方图,分析其在不同区间的分布情况,研究各动力性能指标随曲线半径的变化规律。研究结果表明,磁浮车辆通过长沙至衡阳线路时,计算得到的车体垂向和横向加速度均低于舒适性限值,动力性能满足要求;从车辆动力性能角度来看,缓和曲线长度设置为1 400 m合理;曲线半径20 000 m、车速1 000 km/h与横坡为16°相匹配,各项动力性能指标较优。研究结果可为超高速磁悬浮线路设计提供参考建议。

A Permanent Magnet Linear Synchronous Motor Drive for HTS Maglev Transportation Systems

A permanent magnet linear synchronous motor （PMLSM） for a high temperature superconducting （HTS） maglev system has been studied, including the motor structure, control strategy, and analysis techniques. Finite element analysis （FEA） of magnetic field is conducted to accurately calculate major motor parameters. Equivalent electrical circuit is used to predict the drive＇s steady-state characteristics, and a phase variable model is applied to predict the dynamic performance. Preliminary experiment with a prototype has been made to verify the theoretical analysis and the HTS-PM synchronous driving technology.

高温超导磁悬浮列车气动噪声特征仿真研究

气动噪声是高温超导磁悬浮列车噪声的主要来源,以新型高温超导磁悬浮列车1∶8缩比的8车模型为研究对象,基于大涡模拟(LES)方法和K-FWH方程,通过建立可穿透积分面对列车在500,550,600及650 km·h-1 4个速度级下的气动噪声特征进行数值仿真研究。结果表明:在U型轨道的约束下,列车周围的气动激扰主要集中在车顶两侧、尾车流线型及尾流区;偶极子声源主要分布在中车车顶表面两侧、尾车流线型及超导线圈后方,尾流区也是重要的气动噪声源区;列车辐射噪声频谱呈现“宽峰”(100~315 Hz)特性,随着车速提升,低频噪声能量增强;4个速度级下测点辐射噪声水平变化规律一致,噪声最大值分别为94.2,96.4,100.1和105.2 dB(A);随着车速提升,四极子声源能量占比不断增大,当车速大于600 km·h-1时,16个测点的四极子声源平均能量占比超过90%。研究成果可为高温超导磁悬浮列车气动声学优化设计提供参考。

磁悬浮列车磁浮力的计算与分析

磁悬浮交通系统具有速度域宽、噪声小、环保节能、无接触悬浮与导向等特性,受到较为广泛的关注与研究。在磁浮列车-桥梁耦合系统动力学问题中,作为桥梁与磁浮列车之间的相互作用力,磁浮力是引起磁浮列车-桥梁耦合系统振动最根本的激励源,对其进行准确的计算与分析及其重要。简要阐述常导电磁悬浮、电动磁悬浮、高温超导磁悬浮的悬浮特点与基本原理,综述3种磁悬浮模式下磁浮力的计算公式,分析不同磁悬浮原理的优缺点及其适用情况。研究结果可为不同制式下磁浮列车-桥梁耦合系统中磁浮力的确定提供一定的参考。

电动悬浮列车及车载超导磁体研究综述

电动悬浮列车具有速度高、悬浮间隙大、安全系数高等优点,在超高速磁悬浮列车领域具有十分光明的应用前景.车载超导磁体是超导电动悬浮列车的核心组成部分之一,其服役可靠性是列车安全运行的重要基础.本文系统地阐述国内外电动悬浮列车的发展历史及现状,针对国内外电动悬浮系统中车载超导磁体的结构和技术方案进行对比和总结.高温超导磁体技术已经成为超导电动悬浮领域的重要发展方向,在列车行驶过程中车载超导磁体系统的热稳定性和振动稳定性是影响其可靠服役的重要因素.高温超导磁体闭环运行技术、轻量小型化低温系统结构设计、高强度低漏热支撑结构设计等将是未来超导电动悬浮系统中车载超导磁体需要重点研究和解决的关键技术难题.

高温超导磁悬浮力三维测量系统设计

高温超导磁悬浮因其独特的无源自稳定优势,在高速轴承、轨道交通和飞轮储能系统等领域有着广阔的应用前景。为了探究高温超导磁悬浮系统的悬浮特性,设计了一种适用于测量磁悬浮轴承悬浮特性的高温超导磁悬浮力三维测量系统。首先,基于伺服驱控的三轴联动直线模组与三轴力传感测量单元设计了测量系统硬件部分,利用LabVIEW设计了数据采集单元,以实现数据连续采样及其图像化。其次,在恒载和永磁悬浮系统下,对高温超导磁悬浮力三维测量系统的测量精度进行校验。最后,建立了超导体-永磁悬浮系统有限元模型,仿真并测量了高温超导体在零场冷和场冷条件下的悬浮力特性,仿真与测量结果保持基本一致。结果表明,该测量系统具有测量精度高(0.5%),三维空间定位准确(±0.02 mm),被测对象相对运动时三轴力同步测量(最大悬浮力500 N,导向力200 N)等特点。

基于车桥耦合模型的高温超导磁浮车辆悬浮架结构对比分析

高温超导磁悬浮(High Temperature Superconducting,HTS)列车因其自悬浮导向自稳定特性被认为是未来超高速交通运输中较为理想的运行方式之一。作为高温超导磁悬浮列车最重要的部件之一,悬浮架的结构至关重要。因此有必要对不同方案的悬浮架结构建立车桥耦合模型,从运行平稳性、舒适度、振动传递率等方面对不同结构设计的悬浮架进行对比。研究结果表明:3种结构的悬浮架在动力学性能方面存在一定共性,双层悬浮架结构下车辆平稳性与舒适度指标更好,双层结构受空簧刚度影响最大。垂向减振器阻尼对3种结构的振动传递率影响均为阻尼越大,低频传递率越低,高频传递率越高。在车辆动态载荷作用下,桥梁跨中垂向位移的变化均为先略有上翘再下挠,而后呈现较大幅度的上翘与下挠,最后恢复正常。双层结构的悬浮架引起的桥梁跨中垂向加速度变化最为平顺。单层结构的悬浮架产生的跨中垂向加速度明显大于其余2种结构。桥梁的上挠随着车辆运行速度的增加呈现增大趋势,桥梁的下挠则是速度越大垂向位移越小。所得的结果是在特定的结构参数、负载条件下的仿真分析结果,可以为高温超导磁悬浮列车悬浮架结构的设计与选择提供一定的参考。

永磁轨道参数优化和悬浮力特性研究

面向高温超导钉扎磁悬浮列车,提出了一种利用田口正交方法优化永磁轨道参数的方法,通过有限元法研究了Halbach型双峰永磁轨道的尺寸对磁场的影响,以综合磁场性能最佳为目标对影响因素进行了优化。基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导体的方法(简称等效处理方法),并通过实验数据验证了该方法的正确性。研究结果表明,永磁轨道截面高度对平均磁感应强度和单位质量平均磁感应强度的影响远超截面宽度对它们的影响,纯铁厚度为非显著影响因素;基于等效处理方法得到的悬浮力随悬浮间隙的减小而增大;优化永磁轨道提供的悬浮力为实验永磁轨道提供悬浮力的1.5倍,悬浮刚度随高温超导体行数的增大迅速增大。

磁悬浮列车发展现状与展望

作为新型轨道交通技术的典型代表,磁悬浮交通具有无机械接触磨损、运行速度高、安全可靠、环境友好等优点,经过60年的发展,正逐渐走向成熟.本文首先对国内外磁悬浮列车的发展历史作了简要回顾;然后,从结构原理、核心技术和应用场景等方面对永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮和超导钉扎悬浮4大类磁悬浮交通系统进行了详细介绍,对其悬浮特点、悬浮间隙、磁力计算、驱动技术与技术成熟度等进行了阐述,并指出发展时速600公里级高速磁浮列车亟须解决的试验平台搭建、电机控制策略、紧急制动、线路维护、无线传能、无线通信、气动噪声、磁浮道岔等8个关键问题;最后,对超高速真空管道磁悬浮交通系统的研究进展以及需要研究的课题进行了探讨与展望.

高温超导磁悬浮车研究进展

从1911年发现超导现象至今,新型超导材料不断涌现。随着临界温度及内部磁通钉扎性能不断提升,实用型超导磁悬浮技术成为可能。首先介绍了当前主要的磁悬浮交通模式及其特点,具体包括常导电磁悬浮(EMS,Electromagnetic Suspension)、低温超导电动磁悬浮(LTS EDS,Low-Temperature Superconducting Electrodynamic Suspension)、及高温超导磁悬浮(HTS Maglev,High-Temperature Superconducting Magnetic Levitation)。其次,针对高温超导磁悬浮,重点阐述了其自稳定悬浮原理、发展历程以及相关实验样车研究现状。2014年6月西南交通大学将高温超导磁悬浮与真空管道相结合,成功搭建了新一代的真空管道高温超导磁悬浮车试验平台"Super-Maglev",以期探讨高温超导磁悬浮未来可能的交通模式与技术定位等问题。最后,总结了高温超导磁悬浮相比于其他磁悬浮模式的优势,并进一步讨论了可能的轨道交通应用速度等级。

超导块材磁体在高温超导磁悬浮车系统中的两种潜在应用

研究了超导块材磁体在高温超导磁悬浮车系统中的2种潜在应用。高温超导YBCO块材经过Lakeshore恒磁场充磁机充磁之后,利用高温超导磁悬浮测试装置研究了其在永磁轨道上方的悬浮和导向性能;实验发现2种不同充磁方向励磁的块材磁体表现出明显不同的行为,其中一种对悬浮力帮助比较大,另一种则对导向力帮助比较大。这一结果可以为某些特殊需求(如重载、弯道运行等)的高温超导磁悬浮车系统设计提供一定的实验依据。

高温超导电磁悬浮

介绍一种电磁悬浮式高温超导磁悬浮技术。它的基本结构是,铁质参照系在悬浮装置的上面,高温超导磁悬浮装置悬挂在铁质参照系的下面,用悬浮装置上高温超导绕组磁体或高温超导永磁体实现磁悬浮。与其他悬磁浮技术比较,有以下优点:沿地面轨道无磁场,能静止悬浮,悬浮高度较高(30- 100m m )。悬浮装置上的磁场较低(0.5- 2.0T),且因磁路闭合,环境磁场很低。工作在液氮温度(77K),制造和运行成本较低。该技术适用于所有需要磁悬浮的地方。文中提出了几种可能实现的薄壁液氮低温容器方案。

真空管道HTS侧浮系统中线性电机起动特性研究

为了使真空管道高温超导(HTS)侧浮列车获得更高的起动推力和运行加速度,提高列车高速运行时的稳定性,以真空管道HTS侧浮列车驱动系统为研究对象,建立了直线电机2D仿真模型,在此基础上,采用有限元软件仿真和设计实验,对不同次级下的电机起动推力及法向力特性进行了研究.研究结果表明:不同次级材质及厚度对列车运行有着明显影响,当列车以较高同步速度运行时,选择厚度为2 mm左右的工业纯铝作为电机次级,列车能获得较高的起动推力和加速性能,同时铝次级的低密度特性降低列车总重,并在悬挂方向上提供一定的悬浮力,提高了列车运行的稳定性.

广东科学中心高温超导磁悬浮车设计与制作

广东科学中心交通世界展馆的高温超导磁悬浮车演示模型,由支架、永磁轨道、超导磁悬浮小车、直线电机和控制系统构成。∞形轨道长19m,包含直线、圆曲线、缓和曲线、坡道,轨道沿线布置直线电机线圈和光电传感器。磁悬浮小车为两节联挂,每节小车车体由两个低温液氮容器和一个直线电机动子组成,每个液氮容器中包含6块YBCO超导块材。磁悬浮小车可以在轨道上连续运行,自控系统能够对小车进行启动、加速、减速、定位停车等运行控制,运行模式分自动行驶和手动操作两种。

高温超导直线电动机技术(英文)

随着高温超导材料制备技术的进步,应用高温超导块材和带材研制开发直线电动机已具备了核心技术基础。该文总结了已研制出的高温超导直线电动机类型,并建立了它们的结构模型。应用磁场有限元方法,研究了这些不同类型高温超导直线电动机的电磁特性,并设计了实际模型装置进行了试验验证。通过高温超导直线电动机在磁悬浮车及电磁飞机弹射器等交通运输领域中的应用分析,验证了高温超导直线电动机技术在实际应用当中的潜在优越性。

高温超导磁悬浮测试过程对测试结果的交叉影响作用

在高温超导磁悬浮系统中,超导体和应用外磁场之间的电磁作用比较复杂。通常,任何测试过程对高温超导磁悬浮系统中相互作用力(悬浮力和导向力)结果都有影响。为了能够得到准确的测试结果,文中研究了测试过程对导向力和悬浮力测试结果的影响,发现高温超导磁悬浮系统中存在的磁历史效应导致了这种影响的存在是必然的,而且是交叉影响作用。实验数据进一步指出,在实际的测试过程中必须根据具体的运动路径来选择悬浮力和导向力的测试过程和顺序,以尽可能地减小两者之间的负面影响。根据不同的测试目的,文中也推荐了对应合理的测试方法。

创新与奋进:“世纪号”的成功与启示

西南交通大学超导技术研究所研制成功了世界第一辆高温超导磁悬浮实验车“世纪号”。它的研制成功证明了高温超导技术在未来交通科技领域实际应用的可能性 ,展望了高温超导磁悬浮技术对于我国经济发展与社会进步的重大影响和美好前景 。

磁浮列车开发的技术评价及其对策

磁浮列车是“用电磁力悬浮的车辆”的简称.本文由此讨论了车辆与导轨非接触条件下采用高速直线电机驱动的磁浮列车的最新应用,阐述了多学科交叉融合的超导磁浮列车系统的基本概念,并指出其应用的光辉前景.本文从五个方面进行了探讨:主要优点;国内外的发展水平;核心的高技术;未来的战略地位;发展战略与对策.在我国开发这种新的运输方式时,对上述一些技术关键问题都应进行跟踪、研究和解决.

基于Ansoft的永磁轨道排布方式的仿真优化

将永磁轨道上表面磁感应强度作为主要参数进行检测和考察,以衡量其悬浮性能的优劣程度。首先通过对比Ansoft仿真值与实际测量值,确定了最佳测量位置为永磁体上表面2mm处,然后分别对多种排布方式的永磁轨道表面磁感应强度B进行了仿真并观测,得出结论表明:从制作的经济性以及实用性考虑,三极对顶式永磁轨道能提供目前最优的悬浮性能。该结论对高温超导磁悬浮系统永磁轨道的制作和设计有一定的参考价值。