抗磁性磁懸浮裝置的研究

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1、北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文抗磁性磁懸浮裝置的研究姓名：王桂香申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電力電子與電力傳動(dòng)指導(dǎo)教師：范瑜20060201磁材料抗磁力的計(jì)算等多種磁場(chǎng)分析的結(jié)果。利用Ansoft有限元分析軟件進(jìn)行磁場(chǎng)分析，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，兩種方法的結(jié)果基本一致。本論文運(yùn)用釹鐵硼永磁體作為偏置磁體，懸浮磁體也選用釹鐵硼磁體，以石墨作為抗磁穩(wěn)定體進(jìn)行了抗磁懸浮實(shí)驗(yàn)，成功驗(yàn)證了抗磁懸浮的理論和數(shù)學(xué)條件。文章結(jié)合開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理，運(yùn)用抗磁性懸浮的數(shù)學(xué)分析，設(shè)計(jì)出抗磁性懸浮轉(zhuǎn)子式的開關(guān)磁阻電機(jī)模型，并進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)和仿真分析。本文對(duì)有限元分析原理和AnsoR軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介

2、紹。運(yùn)用Ans哦軟件對(duì)抗磁懸浮裝置進(jìn)行了磁場(chǎng)分析，進(jìn)行電感、力矩和磁通分析，其結(jié)果和理論分析相吻合。關(guān)鍵詞：抗磁性懸浮，開關(guān)磁阻電機(jī)，Ansm，仿真北京交通大學(xué)碩士論文RESEARCH0NTHEDEⅥCEOFDIAMAGN腳CLEVI衛(wèi)鲴囂等幽羹薹箏鶩i蠢零謄岫；i蓁孽雩麟uE薹蠢副善m墓耋量耋譽(yù)i鞋薹ll隧鰳蠶鮐囊譬釃主事墓國(guó)i莖萋囊蕈簸囊簍i謄萋l羞擔(dān)g豎薹薹l蠢。冀薹蘸瞳l壁§!；盈推；簍躺萎薹l^＆ii委委i囊!驀xJg冀g÷：謄ii霎II曼!i重囂!墓藁荔鬻婺!i鴦?shì)俵薹簍耋蕈妻窖女-OHt—Vtf，在非鐵區(qū)用部分標(biāo)量位描述磁場(chǎng)V‘V西-OH—Hs一’牽式中Hs一

3、一源電流在自由空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在鐵區(qū)和空氣的交界面上，設(shè)A、B為交界面的兩點(diǎn)，62(4．8)(4．9)(4．10)(4一11)北京交通大學(xué)碩士論文第1章緒論§1．1課題研究的目的及其意義磁懸浮技術(shù)是利用磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)力來(lái)克服重力，使物體無(wú)接觸地懸浮于空中。磁懸浮技術(shù)作為電磁應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要分支，在眾多學(xué)科科學(xué)成就相互交叉、滲透的基礎(chǔ)上，自20世紀(jì)60年代發(fā)展至今，以其節(jié)能、高效、無(wú)環(huán)境污染等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、軍事和民用等各個(gè)領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。磁懸浮技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如磁懸浮列車、磁懸浮飛輪儲(chǔ)能、磁懸浮冶煉、磁懸浮軸承等。目前，磁懸浮方式主要有以下五種：(1)電

4、磁式(圖1．1a)：有源、閉環(huán)控制?？梢造o態(tài)懸浮，控制難度比較大。目前實(shí)際應(yīng)用有上海磁懸浮，日本Linimo磁浮列車，德國(guó)t瑚stI甚pid，(2)直線電動(dòng)式(圖1．1b)：有源或永磁，不需要閉環(huán)控制。由于浮力與速度相關(guān)，所以運(yùn)動(dòng)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)懸浮。目前實(shí)際應(yīng)用有日本超導(dǎo)磁浮列車，美國(guó)hIductr舵k與磁飛機(jī)(magplane)等。(3)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)式(圖1．1c)：有源或永磁，不需要閉環(huán)控制。懸浮力與磁輪轉(zhuǎn)速相關(guān)，所以運(yùn)動(dòng)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)懸浮。目前實(shí)際應(yīng)用有美國(guó)、日本正在試驗(yàn)的磁輪模型車。(4)超導(dǎo)抗磁式(圖1．1d)：無(wú)源、開環(huán)、懸浮無(wú)控制。但需要低溫環(huán)境，成本比較高。目前實(shí)際應(yīng)用

5、有美國(guó)、中國(guó)西南交大等高溫磁浮列車模型。北京交通大學(xué)碩士論文圖卜1實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定磁懸浮的五種方式Fig．1—1fiVewaysofleV訂aIion2北京交通大學(xué)碩士論文(5)常溫抗磁式(圖1．1e)：無(wú)源、無(wú)控制、靜態(tài)懸浮、不需要低溫，需要用偏置強(qiáng)磁場(chǎng)(永磁或電磁鐵)。目前實(shí)際應(yīng)用有美國(guó)小型磁盤生產(chǎn)線等。抗磁性現(xiàn)象在法拉第時(shí)代就被發(fā)現(xiàn)，而且20世紀(jì)80年代荷蘭科學(xué)家就用實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了抗磁性懸浮，但由于過(guò)去強(qiáng)磁場(chǎng)必須采用強(qiáng)大的電磁鐵，因此主要應(yīng)用在科學(xué)研究和高技術(shù)領(lǐng)域，一直沒有工程應(yīng)用。抗磁性懸浮的實(shí)現(xiàn)是具有重要的意義的，這種懸浮被稱為是“真正的懸浮”，因?yàn)樗恍枰魏文芰枯斎刖湍苁?/p>

6、物體穩(wěn)定地懸浮在空中。例如，由于富含水分的物體和含蛋白質(zhì)物體都可以在強(qiáng)磁場(chǎng)下懸浮，國(guó)外科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)小動(dòng)物、人類眼球、動(dòng)物器官、微生物等的抗磁性懸浮，這對(duì)于要求超凈、無(wú)接觸的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)與醫(yī)療手術(shù)有重要意義?。國(guó)外還提出利用無(wú)源抗磁性懸浮在地面上模擬失重環(huán)境，用于培訓(xùn)宇航員。日本東北大學(xué)金屬材料研究所本河光博教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用大于20T的強(qiáng)磁場(chǎng)制造出模擬失重狀態(tài)，然后把呈正方體的光學(xué)玻璃懸浮于其中，并用紅外線照射使其熔化。1999年7月，A．KGeim和M．D．Simon首次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了用永久磁鐵實(shí)現(xiàn)抗磁性懸浮的可能性之后“3，國(guó)外開始了抗磁性懸浮的應(yīng)用研究，并取得

7、了一些成果。目前抗磁性懸浮裝置需要研究的主要問(wèn)題是：自然抗磁體的抗磁性與懸浮力，系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，軸線傾角對(duì)抗磁性懸浮的影響等。利用常溫下的抗磁物質(zhì)實(shí)現(xiàn)無(wú)源磁懸浮，在工程技術(shù)上有重大的意義：(1)可以實(shí)現(xiàn)完全無(wú)源的穩(wěn)定磁懸浮，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使可靠性大大提高；(2)由于不需要控制能量輸入，也不需要超導(dǎo)制冷的能量，系統(tǒng)效率大大提高：(3)系統(tǒng)體積和重量減小。北京交通大學(xué)碩士論文我國(guó)目前在抗磁性懸浮的應(yīng)用研究還完全是空白，未見有任何相關(guān)的文獻(xiàn)。為了探索抗磁性懸浮的實(shí)際應(yīng)用，本論文設(shè)計(jì)了一臺(tái)微型抗磁性懸浮轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)