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王者堕落天使
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江秀梅+刘洋

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一、磁悬浮技术的发展与现状 磁悬浮技术的发展始于上世纪,恩思霍斯(Eamshanws)发现了抗磁物体可以在磁场中自由悬浮,此现象于1939年由布鲁贝克(Braunbeck)进行了严格的理论证明,但是它的实际应用研究直到最近二十年才广泛开展。近年来,磁悬浮技术得到了迅速发展,并得到越来越广泛的应用。由于现代科学技术的发展,如传感器、控制技术(尤其是数字控制技术)、低温和高温超导技术,使得磁悬浮技术迅速崛起,各国都投入大量的人力、物力、进行研究。 磁悬浮由于无接触的特点,避免了物体之间的摩擦和磨损,能延长设备的使用寿命,改善设备的运行条件,因而在交通、冶金、机械、电器、材料等各个方面有着广阔的应用前景。 二、磁悬浮的应用 磁悬浮技术的应用范围从高速磁轴承到高速悬浮列车,以及大气隙的风洞磁悬浮模型等各个领域。磁悬浮轴承的研究是国外一个非常活跃的研究方向,典型对象是发电机的磁悬浮轴承(又称磁力轴承)。主动式磁悬浮轴承(AMB)以其无机械磨损、无噪声、寿命长、无润滑油污染等特点而广泛应用于航空、航天、核反应堆、真空泵、超洁净环境、飞轮储能等领域。 高速磁悬浮电机(Bearingless Motors)是近年提出的一个新研究方向,集磁悬浮轴承和电动机于一体,具有自悬浮和驱动能力,不需要任何独立的轴承支撑,具有体积小、临界转速高等特点,更适合于超高速运行的场合,也适合小型乃至超小型结构。国外自上世纪90年代中期开始进行研究,相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种类型。其中感应型磁悬浮电机具有结构简单、成本低、可靠性高、气隙均匀、易于弱磁升速,是最有前途的方案之一。传统的电机由定子和转子组成,定子与转子之间通过机械轴承连接,在转子运动过程中存在机械摩擦,增加了转子的摩擦阻力,佼运动部件磨损,产生机械振动和噪声,使运动部件发热,润滑剂性能变差,甚至会使电机气隙不均匀,绕组发热,温升增大,从而降低电机效能,最终缩短电机使用寿命。磁悬浮电机利用定子和转子励磁磁场间“同性相斥,异性相吸”的原理使转子悬浮起来,同时产生推进力驱使转子在悬浮状态下运动。磁悬浮电机的研究越来越受到重视,并有一些成功的报道。如磁悬浮电机应用在生命科学领域,国外已研制成功的离心式和振动式磁悬浮人工心脏血泵,采用无机械接触式磁悬浮结构不仅效率高,而且可以防止血细胞破损引起溶血、凝血和血栓等问题。磁悬浮血泵的研究不仅可以解除心血管病患者的疾苦,提高患者生活质量,而且对人类延续生命具有深远意义。 三、磁悬浮球控制系统的工作原理 图1 磁悬浮球控制系统功能图 电磁铁绕组中通以一定的电流,产生电磁力,只要控制电磁铁绕组中的电流,使产生的电磁力与钢球的重量相平衡,钢球就可以悬浮在空中,处于不稳定的平衡状态。这是由于电磁铁与钢球之间的电磁力大小与相互之间的距离成反比,只要平衡状态稍微受扰动,就会导致钢球掉下来或被电磁铁吸住,为此必须实现闭环控制。采用电光源和传感器组成的测量装置测量钢球与电磁之间的距离y的变化,当钢球受到扰动下降,与电磁铁之间的距离增大时,控制电磁铁控制绕组中的控制电流相应增大,则钢球又被吸回到品衡状态,反之亦然。 以上讨论的是钢球在垂直方向的控制,为了使钢球能稳定地在空中悬浮,钢球在水平方向上也应有一定的稳定范围。为了解决这个问题,将电磁铁铁心指向钢球的一端呈锥体形,如图1示。当钢球在水平方向上偏离中心平衡位置时,电磁力重新指向钢球表面的发向方向。此力可分解为垂直方向和水平方向两个分量,水平方向分量使钢球恢复到原中心平衡位置。 四、对磁悬浮球控制器进行理论设计 首先建立数学模型得到钢球的数学模型为: 选取模型参数 通过对磁悬浮球控制系统的性能分析最终确立系统数学模型。 所以,磁悬浮球控制器校正后的传递函数为: 五、传递函数G(s)的性能分析 由图2示可以知道,该系统由较宽的带宽,截至频率比较大,所以控制系统有较快的快速性;相角裕度越小,系统的阻尼特性越好,动态过程较为平稳;高频斜率大,控制系统有较强的抗干扰能力,钢球能稳定地悬浮。希望采纳

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开开`心心

综合检索案例课题:城际高速磁浮列车的紧急制动控制及其应用研究(资料提供:西南交通大学)Title:Study on Emergency Braking Control in High-speed Intercity Maglev Train and its Application1.分析课题 本课题的学科分类主要属于交通运输中的列车制动装置(中国图书馆书分类号,国际专利分类号大类号码F16D)方面,涉及的知识学科门类比较专指,可以采用“分类号”结合其他限定性关键词的方式进行检索。国际专利分类号大类号码F16D的部分类目如下。 F16D 传送旋转运动的联抽器;离合器;制动器。 F16D63/00 未列入其他类的制动器;上述几种形式制动器组合(带自紧用辅助元件的制动器入49/22,51/66,55/50)。 F16D65/00 零件或部件(用于离合器的类似元件入13/58)。 该课题属自然科学领域一般层次的应用型研究,通常情况下需要首先检索时间跨度为5年左右的文献,再视具体情况回溯5~10年。信息类型涉及中外文专利、期刊、学位论文、会议文献等。2.检索工具的选择 根据检索课题的学科范围和研究的方向性质,确定需要查找的检索工具如下。 1)维普《中文科技期刊数据库》 2)万方《中国科技文献数据库群》 3)万方《中国科学技术成果数据库》 4)万方《中国学术会议论文数据库》 5)万方《中国学位论文数据库》 6)CNKI《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》 7)CNKI《中国重要会议论文集全文数据库》 8)CNKI《中国期刊全文数据库》 9)NSTL中文库:中文期刊、中文会议论文、中文学位论文;NTSL西文库:西文期刊、外文会议论文、外文学位论文、国外科技报告 10)EBSCO Host 11)AIP/APS(美国物理所/物理协会)数据库 · 12)CSA(剑桥科学文摘数据库) 13)Engineering Village 2(EI) 14)中国国家知识产权局专利检索 15)欧洲专利局 16)美国专利商标局3.确定检索途径 本课题最好选用主题(关键词)途径,必要时可结合分类途径,检索方法选用交替法,即时间法与引文法交替进行。4.确定检索词 首选检索词:城际铁路(intercity railroad);高速列车(high-speed train);高速铁路(high-speed railway);磁浮(maglev、magnetic levitation);紧急制动(emergency braking);制动控制(braking control);涡流制动(Eddy-current brake)。 备选检索词:快速列车(express trains);有限元(finite element analysis);距离限值(stance limit);模糊控制(fuzzycontr01);刹车(brake);制动力学(braking dynamics)。5.拟定检索式(仅列举部分) 1)中国国家知识产权局专利数据库或者国家科技图书文献中心数据库的基本检索式:(城际铁路 OR 高速铁路 OR 磁浮) AND (制动力学 OR 紧急制动 OR涡流制动)。 中国国家知识产权局专利数据库的界面的分类号填写F16D。 2)维普中文科技期刊数据库的检索式:k=((城际铁路+高速铁路+磁浮)*(制动力学+紧急制动+涡流制动))+c=。 3)外文数据库通用检索式:("intercity railroad" OR "high-speed railway" OR maglev*) AND brak* and (dynamics OR emergency OR "Eddy-current")。 6.检索结果(部分) 根据不同检索系统的语法规则,对上述检索式作适当的调整,并选择合适的检索字段进行检索,对上述16个数据库分别进行了检索,并利用网络搜索引擎(baidu)进行了补充查找;时间跨度均为15年。共检索出相关文献50余篇,现按文献类型部分列举如下。 1)期刊论文 (1)骆廷勇,郭其一.基于涡流制动技术的高速磁悬浮列车安全制动控制研究[J].铁道机车车辆,2006 (2)应之丁.涡流制动技术在高速列车上的应用[J].电力机车与城轨车辆,2004 (3)Wang,H-Q,Wang,C-G,Zhuang,G-S. et al. The preparation of brake linings for a high speed railway car[J].New Carbon Materials (China). 2002,17(2):29~34 (4)Wang,. (Natl Tsing Hua Univ),Chiueh,. Analysis of eddy-current brakes for high speed railway[J].IEEE Transactions on Magnetics,1998,34(4):1237~1239 2)学术会议论文(略) 3)专利文献(略) 4)博硕士论文(略)7.检索效果评价 高速铁路制动系统的研究,目前仍是国内外相关领域学者研究的一个热点问题。且我国一些高校及研究机构的部分研究成果已经达到或者处于世界先进水平,如浙江大学、西南交通大学等。 但目前类似的研究大多停留在理论层面上,从检索的结果看,其具体的应用性研究(如应用于城际高速铁路)较少,因此,此课题——“城际高速磁浮列车的紧急制动控制及其应用研究”社会价值及学术意义显著,具有一定的研究价值。

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桃大大仙

城市轨道交通系统论文

城市轨道交通系统是指在城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统。在中国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中,将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力,采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称”。下面我们来看一下关于城市轨道交通系统的论文吧。

摘要: 介绍了直线电机工作原理和直线电机电动车特点,以及日本利用直线电机的地铁和常导磁悬浮交通系统发展的概况。

关键词:直线电机;城市轨道交通;地铁;磁悬浮;电动车

城市交通在城市的发展过程中愈来愈重要,而城市轨道交通占据突出的位置。由于近年来科学技术的发展和进步,包括地铁、轻轨交通、单轨交通、新交通系统以及磁悬浮交通系统等城市轨道交通的形式变化多样。在改善城市交通的时候,各个城市根据自己城市的具体特点选择交通系统的范围也更宽。安全、舒适、高密度运行,通过引入新技术达到节能,保护环境,降低成本,从结构和性能上采取措施,不断进行改进,保持先进性是城市轨道交通存在的价值。在城市轨道交通系统中,根据车辆的特点,采用直线电机作为驱动电机又提供了一种新的选择。

一、直线电机的工作原理

通常,电动机是旋转型的。定子包围着圆筒形的转子,定子形成磁场,在转子中流过电流,使转子产生旋转力矩。而直线电机则是将两个圆筒形部件展开成平板状,面对面,定子在相应于转子移动的长度方向上延长,转子通过一定的方式被支承起来,并保持稳定,形成转子和定子之间的空隙。

产生推进力的原理与电动机产生力矩的原理一样,在直线电机地铁中,安装在转向架上的直线电动机沿前进方向产生移动磁场。让面对该磁场、安装在地上的反作用板(相当于2次线圈)中通过2次电流(涡电流),由这个2次电流切割磁场产生的力作为反作用力,安装在转向架上的直线电动机得到推进力。

直线电机的基本缺点是很难将定子与转子空隙做成象旋转式电机那么小,旋转式是无限循环的,而直线电动机是有端头的。为此,泄漏磁通多,电气—机械能量转换的效率低,如果要得到相同的输出,逆变器的容量需要比旋转式大。

二、直线电机电动车的特点

在使用旋转式电机的电动车中,一般是通过齿轮减速将旋转力矩转换为列车的牵引力,同时也受到轮轨间粘着的限制。

在直线电机的电动车中,推进力由铺设在钢轨间的反作用板直接传递,所以不受粘着的限制,有可能从滑行和空转产生的各种问题中解脱出来,有利于通过大坡道(最大坡度可达60‰~80‰)和小半径曲线(最小半径为50m)的线路。此外,由于直线电机无转动部件,所以不需要轴承和润滑机构,使之结构简单,延长寿命,这是其最大的特点。

在旋转电动机中,旋转力矩与其直径的平方成正比,所以要得到大的旋转力矩,电动机的'直径就要增大,在直线电机中,这相当于将相应的部分在长度方向延长,而高度方向可以减小。在大型电机中,如果是1级齿轮减速,车轮直径也必须加大;而在直线电机驱动中,则不必如此,所以,可以减小车轮的直径,这将使车辆的地板面的高度降低。

以上的优点就是小断面地铁采用直线电机电动车的理由。

但是,直线电机的效率低,与相同的地铁比,电力的消耗量多,除这个缺点外,上述的优点也有不能充分发挥的时候。因为不受粘着限制,所以在牵引时,线路的坡度可以取大;但是,在制动时,如果电气制动失效,就必须依赖于机械制动,这受粘着控制,所以,线路的坡度又不能太大。此外,由于直线电机是扁平状的设备,车辆地板面的高度可以降低,这时车轮的直径也可以减小。但直径小的车轮磨耗会加快,所以实际上不能太小。由于扁平状直线电机的长度可以加长,所以,一台转向架装一台电机即可,这就是现在的直线电机地铁为全动车编组的理由之一。

三、直线电机电动车在日本的应用和发展

直线电机地铁

在建设地铁的成本中,开凿地下隧道的成本占了很大一块,采用直线电机电动车对降低开凿地下隧道的成本,从而对降低整个地铁的建设成本非常有利。以日本为例,普通地下铁隧道的直径为,而直线电机地铁隧道的直径为~,见图1。可以估算,后者隧道工程的开凿量可比前者减少1/3左右,这意味着地铁的成本将大大下降。此外,与旋转电机相比,直线电机的形状平坦,因而可以降低车辆地板面高度和减少整个车辆尺寸,但这并不影响车辆内部的空间,即不会对旅客带来不便。直线电机只是产生车辆的驱动力,车辆仍使用钢制车轮和钢轨作为支承和导向系统。

常导磁悬浮交通系统

直线电机地铁虽然有不少优点,如建设成本低、通过大坡道能力强、转弯曲线半径小、维修少、运行平稳等,并已经在一些城市得到运用,但其载客量少,所以,目前只能作为现有地铁的补充。常导磁悬浮交通系统与现行的铁道相比是全新的交通系统,其所具有的优点将会使之在城市轨道交通系统中占有一席之地。随着科学技术的进步,直线电机以及它在地铁与其他方面的应用都会有良好的发展前景。

参考文献:

1 事务局 リニア地下铁车辆机械ソヮンポイント·レッスン讲座

2 长野秀洋 常电导磁气浮上式交通システムHSSTの最近の动向についJREA2001

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