磁懸浮列車是一種新型地面無接觸高速交通運輸工具，其具有無污染、噪聲小、能耗低、易維護(hù)、安全性高等特點。電動式懸浮裝置是通過車載磁體在導(dǎo)體軌道中感應(yīng)出渦流實現(xiàn)懸浮和導(dǎo)向的，相對于其他形式的磁懸浮列車，其結(jié)構(gòu)簡單、懸浮氣隙大、造價低，可以同時應(yīng)用于市內(nèi)和城際交通，同時它并不需要復(fù)雜的閉環(huán)控制，因此將是磁懸浮發(fā)展的重要方向之一。

目前國外正在應(yīng)用和研究的電動式磁懸浮方案各具特色，通過研究國內(nèi)外現(xiàn)有電動式磁懸浮方案，本文提出了能夠同時產(chǎn)生懸浮力和推進(jìn)力的高溫超導(dǎo)運動磁場電磁Halbach初級結(jié)構(gòu)的直線感應(yīng)磁懸浮電機。

相對于其他主要的磁懸浮方案，該方案有如下特點：

1）相對于以日本九州大學(xué)的藤井教授提出的立式永磁磁輪方案和美國威斯康星大學(xué)的T. A. Lipo 教授提出的臥式磁輪方案為代表的永磁磁輪方案，該設(shè)計不存在機械旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可以避免機械損耗、機械振動和陀螺儀效應(yīng)；不存在永磁體安裝問題和掉落危險。

2）相對于日本超導(dǎo)磁懸浮方案，該方案氣隙磁場相對初級做運動，在初級靜止的情況下也能夠產(chǎn)生懸浮力，避免了日本超導(dǎo)磁懸浮在靜止時不產(chǎn)生懸浮力，需要支撐的問題。

3）相對于常導(dǎo)有鐵心和超導(dǎo)有鐵心的電磁電動式磁懸浮方案，該方案電機初級沒有鐵心，可發(fā)揮超導(dǎo)電機的通大電流產(chǎn)生強磁場的優(yōu)勢，從而能夠提供更大的浮重比，為電機實現(xiàn)整體懸浮提供可能。由于常導(dǎo)線圈載流能力有限而使得常導(dǎo)帶鐵心的電磁懸浮系統(tǒng)浮重比較??；超導(dǎo)帶鐵心的電動式磁懸浮系統(tǒng)由于鐵心磁通飽和的影響，造成電機的磁場不能太大，系統(tǒng)的浮重比較小，因此無法實現(xiàn)整體懸浮。

本文采用基于傅里葉分解的磁場分析方法，利用矢量磁位和邊界條件對電機的電磁關(guān)系進(jìn)行了解析分析，得到懸浮力、推進(jìn)力以及浮重比的解析表達(dá)式。經(jīng)過理論分析提出了高溫超導(dǎo)運動磁場電磁Halbach陣列，在數(shù)學(xué)和仿真實驗兩個方面給出證明：運動磁場電磁Halbach陣列能夠在氣隙中產(chǎn)生行波磁場；能夠使得陣列其中一側(cè)的磁場得到加強，另外一側(cè)的磁場減弱，從而能夠使得氣隙磁場得到加強的同時可有效防止磁場向空間輻射。

圖1 無鐵心高溫超導(dǎo)感應(yīng)懸浮電機的截面圖

圖13 實驗銅繞組直線感應(yīng)懸浮電機

結(jié)論

1）本文提出了一種高溫超導(dǎo)直線感應(yīng)磁懸浮電機，電機初級繞組為運動磁場電磁Halbach陣列，次級為鋁導(dǎo)體板。

2）采用基于傅里葉分解的方法，利用矢量磁位和邊界條件對電機的磁場進(jìn)行了解析分析，獲得氣隙磁場的表達(dá)式，并通過有限元仿真對解析結(jié)果進(jìn)行了驗證。

3）在解析的基礎(chǔ)上，設(shè)計制作了一臺銅繞組樣機，并對樣機進(jìn)行了實驗，測量了樣機的靜態(tài)懸浮力，通過對比實驗結(jié)果和仿真結(jié)果，驗證了解析的合理性和運動磁場電磁Halbach 陣列的優(yōu)越。