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利用磁悬浮原理测试直线电机动推力和垂向力方法的研究 郭泽阔1 杨中平2 （北京城建设计研究总院；2：北京交通大学） 关键词：磁悬浮，直线电机，动推力，垂向力 The Study of Measurement on Thrust and Vertical force of Linear Induction Motor used Maglev Principle Zekuo Guo1 Zhongping Yang2 (1:BEIJING URBAN ENGINEERIN DESIGN ＆ RESEARCH INSTITUTE CO.LTD , 2:) Abstract: this paper presents the method of measuring thrust and vertical force of SLIM based on maglev principle. It applies the principle of maglev to fix air gap between the SLIM’s primary and secondary coil. It is known that the acceleration of SLIM can be measured by use of position sensors installed on it, and then the thrust performance of SLIM under decided air gap can be obtained. According to the current of electromagnet controlled the SLIM to suspend and the preset air gap, the electromagnetic force of controlled electromagnet can be calculated. And vertical force of measured SLIM can be obtained after gravity is been subtracted. Therefore, the method has the following features: The Measuring of thrust is accurate because of eliminating influence of the friction between wheel and rail. Vertical force of SLIM can be measured easily and accurately as well. Keywords: Linear Induction Motor (LIM)，Maglev，Thrust，Vertical Force1前言.1混合悬浮系统的数学模型 本研究设计的混合悬浮系统是由一块永磁铁和两块电磁铁组成，其结构如图2所示： 图2 混合悬浮系统结构图 本文在研究图2所示的混合悬浮模型前做如下假设[5]： 磁路中铁磁材料的磁导率为无穷大，磁势均匀的降落在气隙和永磁铁上 忽略绕组和永磁体的漏磁 假定导轨和支撑装置的刚性强度为无穷大，不考虑导轨与支撑装置本身的弹性形变与动态性变。图2 中混合悬浮系统的各部分参数如下：绕在铁芯两端的电磁铁绕组数各为匝；导轨和混合磁铁间的气隙为；线圈电压为、电流为；永磁铁长度为、矫顽力为、磁导率为；混合磁铁加直线电机支撑装置重量为，重力加速度为g ；铁心截面积为S ；为混合磁铁产生的总的吸引力；和分别为气隙磁通和漏磁通。 气隙的动态方程可以用以下方程组表示[6]： （1） 平衡点处的边界条件： （2） 式（1）（2）中： ——真空磁导率； ——永磁铁的相对磁导率； ——气隙为x（t）时的线圈电感； ——外界扰动。 利用线性理论将非线性方程组（1）在平衡点（x0,i0）处线性化： （3） 式中： ——气隙变化单位长度时电磁力变化的值； ——电流变化单位量时电磁力变化的值； ——平衡点电感； 系数间关系为：。 3.2悬浮控制器的设计与仿真 因为考虑到纯电磁铁悬浮需要悬浮电流值太大，电磁铁如果采用自然风冷的方式，电磁铁的铜线每平方毫米电流不应超过2A，而通过对纯电磁铁模型的仿真电磁铁的电流至少为15A，那么至少需要8mm2的铜线，这样装置的重量和电磁铁成本都会成倍增加。所以本研究设计用永久磁铁提供80%—90%的电磁吸引力，电磁铁用来补偿不足的电磁吸引力。经过仿真验证采用该方式的混合悬浮系统，电磁铁的平均电流仅为2A，