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平板式永磁电动悬浮系统设计与实验研究

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admin 发表于 2024-12-14 03:40 | 查看全部 阅读模式

文档名:平板式永磁电动悬浮系统设计与实验研究
摘要:该文提出一种以汽车为载体的平板式永磁电动悬浮系统,并从结构设计、等效实验、原理样机测试三方面对电磁特性开展研究.首先,阐述系统的结构及原理,依托自主研制的最高时速600km的动轨实验台,分析在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证有限元模型的准确性.其次,对悬浮磁体、导向磁体、导体板进行计算分析.最后,改装汽车,加装间隙调节机构、简易悬浮架、车载磁体及测试系统,并搭建长50m的铜制导体板轨道,开展原理样机测试.整车约为1500kg,最高实验速度为70km/h,最大悬浮间隙约为35mm.实验结果验证了导向磁体的有效性,展现出平板式永磁电动悬浮系统较强的载重能力.

Abstract:Aflat-typepermanentmagnetelectromagneticsuspensionsystem(PMEDS)integratedwithacarisproposed,andaproof-of-principleprototype,alongwitha50-mlongtestguidewaymadeofcopper,isdeveloped.Initially,anewtopologystructureisintroduced,encompassinglevitationmagnets,guidancemagnets,suspensionframe,andagapadjustmentmechanism.Inthisdesign,thecarutilizescar'sengineandrun-upwheelstoprovidevariousinitialspeedsduringtake-off,therebyreducingtheexcessivecostassociatedwiththelinearmotor.Thelevitationmagnetsareutilizedtocounteractthevehicleweight,whiletheguidancemagnetsenhancelateralstability.Furthermore,thePMEDSsystemundergoesexperimentaltreatmentunderfixedparametersusingahigh-speedtestrigwithadiameterof2500mmandamaximumdesignspeedof600km/h.Throughequivalentexperiments,thelevitation,guidance,anddragforcesaretestedunderincreasingspeedsrangingfrom0to260km/h.Reciprocatingmotionsareusedtoconfirmtheverticalself-stabilityabilityofPMEDSsystem.Theresultsrevealthatthelevitationforceishighlydependentonthelevitationgap,anditisnecessarytodesignareasonablelevitationgapaccordingtotheloaddemand.Anexcessiveortoosmalllevitationgapcantriggerorexacerbateverticalinstability.Subsequently,theentiresystemisdesignedandstudiedusingthree-dimensionalfiniteelementanalysis(FEA),anditsaccuracyisverifiedbymeasurementresultsunderidenticalparameters.Basedonthelevitation-weight-ratio(LWR)andthelevitation-drag-ratio(LDR),thedetailedparametersofthelevitationmagnetsandtheconductiveplatearedetermined.Especially,asthethicknessoftheconductiveplateincreases,thelevitationforceinitiallyincreasesthendecreases,andultimatelystabilizesatastationaryvalue.Thesaturationthicknesscloselyalignswiththeskindepthdependentonthespeed.Thelevitationforceexhibitsaninitialincreasefollowedbyastablevalueasthewidthoftheconductiveplateincreases.Themaximumlevitationforceincreasesby39%comparedtotheinitialwidthofthemagnetswhentheconductiveplatewidthmatchesthatofthemagnets.Additionally,asamplesuspensionframeismanufacturedtoconnecttheonboardmagnetstothecarandaccommodatethetestdevices.Thegapadjustmentmechanismisfabricatedtoreplacethepreviousshockabsorber,providingeaseinadjustingtheinstallationheightofthemagnets.Thespecificscrewpitchof6mmenablesprecisegapadjustment,whereeachcompleterotationofthescrewcorrespondstoaheightincreaseordecreaseof6mm.Anintegratedtestsystemisconstructed,whichincludestheinstallationoffourHDcamerasevenlypositionedatthecornersofthesuspensionframetomonitorthecarwheels.Additionally,fourlaserdisplacementsensorsareplacedneareachwheeltomeasurethevariablelevitationgap.Anine-axissensorismountedatthecenterofthevehiclebodytorecordtimelythree-axisaccelerationsanddeflectionangles.Finally,thelinetestisconductedintwoprocesses.Duringthefirstphase,onlythelevitationmagnetsareusedtoassesstheguidanceability.Intheotherphase,bothguidanceandlevitationmagnetsareemployedtoenhancelateralstability,whileanalyzingthelevitationgaps,accelerations,anddeflectionangleswithinthespeedrangeof40km/hto70km/h.Theentirevehicle,weighing1.5t,issuspendedfreelyintheairwithgap=35mm.ThePMEDSsystemexhibitsnotableweakguidanceability,asconfirmedbytheguidancemagnetslimitingthemaximumdeflectionangleto10°.Therefore,theeffectivenessoftheguidancemagnetsisdemonstrated.Furthermore,themeasuredlevitationforcealignedwiththesimulatedresultsataspeedof70km/handagapof35mm.

作者:石洪富   邓自刚   柯志昊   向雨晴   张卫华 Author:ShiHongfu   DengZigang   KeZhihao   XiangYuqing   ZhangWeihua
作者单位:西南交通大学信息科学与技术学院成都610031西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031西南交通大学机械工程学院成都610031
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(5)
分类号:TM154.2
关键词:永磁电动悬浮  等效实验  原理样机  高速实验台  导向磁体  
Keywords:Permanentmagnetelectrodynamicsuspension  equivalentexperiment  proof-of-principleprototype  high-speedexperimentrig  guidancemagnets  
机标分类号:TP311.52TM351S216.2
在线出版日期:2024年3月19日
基金项目:四川省科技厅项目,江苏省交通运输厅科技项目平板式永磁电动悬浮系统设计与实验研究[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(5)石洪富  邓自刚  柯志昊  向雨晴  张卫华该文提出一种以汽车为载体的平板式永磁电动悬浮系统,并从结构设计、等效实验、原理样机测试三方面对电磁特性开展研究.首先,阐述系统的结构及原理,依托自主研制的最高时速600km的动轨实验台,分析在固定参数下的电磁力特...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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