基于数值方法的磁浮列车新型导向电磁铁电磁特性分析

论文摘要

导向电磁铁是高速磁浮列车上重要的部件之一,由它在电流作用下产生的电磁力来完成列车的导向功能,其工作性能直接影响着整车的技术经济性能指标和列车的运行安全。因此对导向电磁铁的电磁特性进行准确的计算分析,把握电磁铁主要性能指标及其电磁场分布情况有非常重要的实际意义。本文以创新高速磁浮列车为研究出发点,通过建立高速磁浮列车用新型导向电磁铁的二维、三维静态电磁场模型,在分析原来导向电磁铁电磁场的基础上,采用数值方法对新型导向电磁铁进行研究,设计了合理的新型导向电磁铁结构尺寸,并对所提出的设计方案进行了性能分析,计算结果与原电磁铁进行了对比；针对电磁铁工程问题,探讨了电磁铁发生滚动和铁芯轭部尺寸外伸对电磁力的影响,为电磁铁制造、安装提供了依据。针对新型导向电磁铁,采用数值方法进行了优化设计计算,确定了两组优化的结构尺寸,为创新高速磁浮列车导向控制系统进一步优化提供了参考。针对永磁和电励磁的混合导向电磁铁结构,采用数值方法进行分析,通过分析得出由于无法得到电磁铁与两侧轨道的零作用导向力,混合电磁铁结构并不适合导向控制系统的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磁浮列车及其导向控制技术
• 1.2 磁浮列车导向电磁力国内外研究现状
• 1.3 论文研究意义
• 1.4 论文研究方法
• 1.5 论文内容安排
• 第二章 导向电磁铁电磁场数值计算基础
• 2.1 高速磁浮列车导向电磁铁结构介绍
• 2.1.1 原有导向系统的体系结构
• 2.1.2 新型导向系统的体系结构
• 2.2 电磁场有限元数值方法的基本原理
• 2.2.1 有限元法简介
• 2.2.2 电磁场基本理论
• 2.2.3 边界条件与边值关系
• 2.3 有限元数值计算的一般步骤
• 2.4 Maxwell 2D有限元计算方法
• 2.4.1 单个导向电磁铁结构
• 2.4.2 Maxwell 2D建模求解的一般步骤
• 2.5 有限元数值计算的网格划分
• 2.5.1 网格划分疏密的选择
• 2.5.2 网络划分数的选择
• 2.6 本章小结
• 第三章 导向电磁铁的分析计算
• 3.1 原导向电磁铁电磁场计算
• 3.1.1 原导向电磁铁结构参数
• 3.1.2 原导向电磁铁电磁力计算
• 3.1.3 原导向电磁铁电磁场分析
• 3.2 新型导向电磁铁分析计算
• 3.2.1 新型导向电磁铁结构参数
• 3.2.2 新型导向电磁铁电磁力计算
• 3.2.3 新型导向电磁铁电磁场分析
• 3.2.4 新型导向电磁铁线圈电气参数计算
• 3.2.5 与原电磁铁结构尺寸和重量的比较
• 3.3 滚动情况下新型导向电磁铁电磁场分析
• 3.4 电磁铁轭部铁芯外伸的影响
• 3.4.1 两种电磁铁铁芯轭部外伸结构尺寸
• 3.4.2 轭部外伸对电磁力性能的影响
• 3.5 新型导向电磁铁的加工
• 3.6 本章小结
• 第四章 新型导向电磁铁三维电磁场计算
• 4.1 三维建模步骤
• 4.2 三维电磁场计算结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 新型导向电磁铁优化结构分析计算
• 5.1 新型优化方案Ⅰ的性能计算
• 5.1.1 新型优化方案Ⅰ的结构参数
• 5.1.2 新型优化方案Ⅰ的电磁力计算
• 5.1.3 新型优化方案Ⅰ的磁场分析
• 5.2 新型优化方案Ⅱ的性能计算
• 5.2.1 新型优化方案Ⅱ的结构参数
• 5.2.2 新型优化方案Ⅱ电磁力计算
• 5.2.3 新型优化方案Ⅱ的磁场分析
• 5.3 性能和重量与原导向电磁铁比较
• 5.3.1 电磁力性能比较
• 5.3.2 重量比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 新型混合电磁铁结构二维电磁场计算
• 6.1 带永磁的新型导向电磁铁结构参数
• 6.2 带永磁的新型导向电磁铁电磁力计算
• 6.3 线圈反向电流与法向电磁力的关系
• 6.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果