磁懸浮列車是一種新型地面無(wú)接觸高速交通運(yùn)輸工具，其具有無(wú)污染、噪聲小、能耗低、易維護(hù)、安全性高等特點(diǎn)。電動(dòng)式懸浮裝置是通過(guò)車載磁體在導(dǎo)體軌道中感應(yīng)出渦流實(shí)現(xiàn)懸浮和導(dǎo)向的，相對(duì)于其他形式的磁懸浮列車，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、懸浮氣隙大、造價(jià)低，可以同時(shí)應(yīng)用于市內(nèi)和城際交通，同時(shí)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(guó)外正在應(yīng)用和研究的電動(dòng)式磁懸浮方案各具特色，通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有電動(dòng)式磁懸浮方案，本文提出了能夠同時(shí)產(chǎn)生懸浮力和推進(jìn)力的高溫超導(dǎo)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)電磁Halbach初級(jí)結(jié)構(gòu)的直線感應(yīng)磁懸浮電機(jī)。

相對(duì)于其他主要的磁懸浮方案，該方案有如下特點(diǎn)：

1）相對(duì)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(guó)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(jì)不存在機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以避免機(jī)械損耗、機(jī)械振動(dòng)和陀螺儀效應(yīng)；不存在永磁體安裝問(wèn)題和掉落危險(xiǎn)。

2）相對(duì)于日本超導(dǎo)磁懸浮方案，該方案氣隙磁場(chǎng)相對(duì)初級(jí)做運(yùn)動(dòng)，在初級(jí)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(shí)不產(chǎn)生懸浮力，需要支撐的問(wèn)題。

3）相對(duì)于常導(dǎo)有鐵心和超導(dǎo)有鐵心的電磁電動(dòng)式磁懸浮方案，該方案電機(jī)初級(jí)沒(méi)有鐵心，可發(fā)揮超導(dǎo)電機(jī)的通大電流產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，從而能夠提供更大的浮重比，為電機(jī)實(shí)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)浮重比較小；超導(dǎo)帶鐵心的電動(dòng)式磁懸浮系統(tǒng)由于鐵心磁通飽和的影響，造成電機(jī)的磁場(chǎng)不能太大，系統(tǒng)的浮重比較小，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體懸浮。

本文采用基于傅里葉分解的磁場(chǎng)分析方法，利用矢量磁位和邊界條件對(duì)電機(jī)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(guò)理論分析提出了高溫超導(dǎo)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)電磁Halbach陣列，在數(shù)學(xué)和仿真實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面給出證明：運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)電磁Halbach陣列能夠在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)；能夠使得陣列其中一側(cè)的磁場(chǎng)得到加強(qiáng)，另外一側(cè)的磁場(chǎng)減弱，從而能夠使得氣隙磁場(chǎng)得到加強(qiáng)的同時(shí)可有效防止磁場(chǎng)向空間輻射。

圖1 無(wú)鐵心高溫超導(dǎo)感應(yīng)懸浮電機(jī)的截面圖

圖13 實(shí)驗(yàn)銅繞組直線感應(yīng)懸浮電機(jī)

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(jī)，電機(jī)初級(jí)繞組為運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)電磁Halbach陣列，次級(jí)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(duì)電機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行了解析分析，獲得氣隙磁場(chǎng)的表達(dá)式，并通過(guò)有限元仿真對(duì)解析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

3）在解析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)銅繞組樣機(jī)，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了樣機(jī)的靜態(tài)懸浮力，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果，驗(yàn)證了解析的合理性和運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)電磁Halbach 陣列的優(yōu)越。