磁浮驅(qū)動(dòng)技術(shù).doc

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1、磁浮驅(qū)動(dòng)技術(shù)一.刖吞當(dāng)今社會(huì)人們生活節(jié)奏越來越快，活動(dòng)的范圍越來越廣，這就對(duì)交通工具提岀了更高的要求。磁懸浮技術(shù)的誕生與發(fā)展源丁人類對(duì)交通出行速度的追求。磁懸浮技術(shù)80余年以來，這種不依賴輪軌接觸、無直接摩擦力的運(yùn)輸技術(shù)在交通方面的應(yīng)用已口趨成熟。電磁懸浮技術(shù)(electromagneticlevitation)簡稱EML技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬部件的懸浮。將一個(gè)金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時(shí)，高頻電磁場會(huì)在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個(gè)洛淪茲力的作用

2、。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過改變高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實(shí)現(xiàn)電磁懸浮?！阃ㄟ^線圈的交變電流頻率為104-105HZo(如圖1)唯有抗磁材料才能依靠選擇恰當(dāng)?shù)挠谰么盆F結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的磁場分布而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。但由抗磁說產(chǎn)生的磁力比較小。為了使得由鐵磁體所得到的力能夠用丁穩(wěn)定的自由懸浮，必須根據(jù)物體的懸浮狀態(tài)連續(xù)不斷地調(diào)節(jié)磁場，這就可以通過可控電磁鐵來實(shí)現(xiàn)。按照線圈導(dǎo)體屬性，磁懸浮技術(shù)可分為常導(dǎo)型和超導(dǎo)型；按照懸浮原理，磁懸浮技術(shù)可分為電磁懸浮系統(tǒng)(EMS)和電動(dòng)懸浮系統(tǒng)(EDS)o從原理上，磁懸浮技術(shù)可分為

3、“常導(dǎo)+EMS”(常導(dǎo)磁吸型)和“超導(dǎo)+EDS”(超導(dǎo)磁斥型)兩種主要模式。常導(dǎo)磁吸型以徳國為代表，超導(dǎo)磁斥型以口本為代表,這兩種磁懸浮都需要用電力來產(chǎn)生磁懸浮動(dòng)力。實(shí)際上還冇一種，就是我國的永磁懸浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他動(dòng)力支持。3.1德國的TR技術(shù)和H本的ML技術(shù)目前國際上兩種比較接近實(shí)用水平的磁懸浮運(yùn)輸技術(shù)是徳國的Transrapid（簡稱TR）技術(shù)和日本的ML技術(shù)，其屮德國的TR技術(shù)釆用“常導(dǎo)+EMS”,而日本的ML技術(shù)釆用“超導(dǎo)+EDS”徳國的TR系列為T型導(dǎo)軌，利用懸浮架兩側(cè)的可控直流電磁鐵與導(dǎo)軌間的吸力來提升車體，

4、為了保證懸浮的穩(wěn)定性，必須外加反饋控制來調(diào)節(jié)電磁鐵的線圈電流，從而改變提升力的大小，使提升力與車體重力保持動(dòng)態(tài)平衡。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，在懸浮電磁鐵屮通入直流電流，懸浮電磁鐵與軌道中的鐵芯之間產(chǎn)生電磁吸引力將車體浮起。如果不加控制，懸浮電磁鐵將牢牢吸附在軌道鐵芯上，列車無法行走。為此在懸浮電磁鐵附近裝有氣隙傳感器，測量懸浮電磁鐵與軌道鐵芯之間的距離（即懸浮氣隙）。根據(jù)測量的距離不斷調(diào)整懸浮電磁鐵中的電流，以保持懸浮氣隙在十毫米左右，車上的導(dǎo)向電磁鐵對(duì)軌道側(cè)面產(chǎn)生側(cè)向吸力以導(dǎo)向車輛。該類型懸浮的優(yōu)點(diǎn)在于無論處于何種速度或停車，均能保持車體懸浮狀態(tài)，

5、不需要輔助輪。但其懸浮和導(dǎo)向需耍主動(dòng)控制。日本的ML系列磁懸浮列車為U型導(dǎo)軌，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，該懸浮方式為側(cè)壁零磁通懸浮式。磁浮車在靜止或低速運(yùn)行時(shí)不能起浮，靠類似飛機(jī)的橡皮輪支撐，此吋，車載低溫超導(dǎo)磁體的中心線與軌道側(cè)壁“8”字形短路線圈中心線重合，“8”字形短路線圈中上下半部線圈交鏈的磁通相互抵消為零，因此在“8”字形短路線圈中無感生電流和懸浮力產(chǎn)生。當(dāng)列車運(yùn)行達(dá)到一定速度收起支撐輪時(shí)，車載低溫超導(dǎo)磁體下沉，低溫超導(dǎo)磁體中心線偏離"8”字形短路線圈中心線,因而“8”字形短路線圈屮上半部線圈交鏈的磁通減少，下半部交鏈的磁通增大。由楞次定律可

6、知，上半部線圈感應(yīng)的磁場方向與車載低溫超導(dǎo)磁體的磁場方向相同，下半部線圈感應(yīng)的磁場方向與車載低溫超導(dǎo)磁體的磁場方向相反。同極相斥產(chǎn)生的推力會(huì)形成一個(gè)向上的分力，異極相吸產(chǎn)生的吸引力也會(huì)形成一個(gè)向上的分力，一推一拉形成磁浮車的懸浮力。列車運(yùn)行速度越快，感應(yīng)的磁場越強(qiáng)，懸浮力越大，直到把列車浮起來。起浮速度約為100-150公里/小時(shí)。系統(tǒng)推進(jìn)與TR系統(tǒng)相近，直線電機(jī)初級(jí)線圈分布在U型槽側(cè)壁上，勵(lì)磁磁極則為車載超導(dǎo)體磁體。車上發(fā)電也與TR系統(tǒng)類似。懸浮和導(dǎo)向不需要主動(dòng)控制，在高速時(shí)可將車體懸浮10?25cm,最大為30cmo適用于高速彳亍車，需要低

7、溫超導(dǎo)技術(shù),技術(shù)難度較大。比較可知U型導(dǎo)軌的ML系統(tǒng)較T型導(dǎo)軌的TR系統(tǒng)懸浮氣隙大、可達(dá)運(yùn)行速度更高，能耗與磁場強(qiáng)度也相應(yīng)較高.3.2磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)高速磁浮系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下。2)?速度快。磁懸浮列車釆用無機(jī)械接觸的電磁力懸浮、導(dǎo)向和牽引，克服了長期以來限制傳統(tǒng)鐵路提速度困難，是當(dāng)今唯一能達(dá)到500km/h以上運(yùn)營速度的地面交通工具。2).啟動(dòng)停車快，爬坡能力強(qiáng)，選線自由度大。磁懸浮列車采用無接觸導(dǎo)向和無黏著驅(qū)動(dòng)，在不影響乘客舒適度的前提下，加速度可l-3m/s2；爬坡能力可達(dá)10%,相同速度下轉(zhuǎn)彎半徑小于輪軌列車。因此選線自由度大，可節(jié)約耕

8、地，降低投資。3).能耗低、噪音小。在相同速度下磁懸浮列車能耗約為輪軌列車的60%；在500km/h速度下磁懸浮列車每座位?公里能耗僅為飛機(jī)的1/3-