而调节悬浮力的大小

要确定最合适的电励磁磁动

势

需要根据磁浮车辆具体的载荷变化情况得出最

佳的数值

根据试验线的具体情况

选择了一个适合

试验线上车辆载荷变化的电励磁磁动势数值

即电

励磁绕组提供的磁动势为永磁体内禀磁动势的

40 %左右

因此得到电励磁磁动势为

[

3 ]

= 0

= 2 262

A .

(

)

由于电励磁绕组的额定电流设定为 15 A ,可以

确定电励磁绕组的每磁极串联匝数约为 150 匝.

1. 4 　强度计算

杜玉梅等

[ 9 ]

提出了相似的永磁体 V 形放置于

次级内的可控永磁直线同步电机结构 ,它与本文所
提出的结构主要区别在于永磁体放置的位置不同.
文献[ 6 ]中的结构是将永磁体一半置于轭部中 ,一半
置于齿部中 ,齿与轭分离 ,齿的固定完全依靠与永磁
体间的连接. 而以树脂胶黏剂为例 ,其黏合强度在常
温下为 10 M Pa 左右 ,在 60 ℃热态下为 6 M Pa 左
右 ,即黏合强度随着工作温度的升高而降低. 由于次
级齿在悬浮过程中的受力比较复杂 ,在不稳定悬浮
状态下可能会有很大的冲击载荷出现 ,因此 ,齿与轭
间的固定方式比较重要. 相比而言 ,图 2 中的结构将
永磁体完全置于轭部中 ,虽然齿与轭仍然是分离的 ,
但是齿与轭间的固定不仅能依靠齿、

轭与永磁体间的

黏结作用 ,还能依靠轭部的凸出尖角对齿的固定作
用 ,如图 2 中放大圆形图所示 ,其中

即为轭部铁芯

受到齿剪切作用的宽度. 经有限元分析 ,单个次级齿
上可能受到的最大动态拉力

max

可高达 25 000 N ,轭

部上对应于每个齿的受剪切面积为

= 2

,根据

max

/ S

(

)

可以得到轭部的凸出尖角处受到齿的最大剪切应力
为τ

max

= 18. 5 M Pa. 由于硅钢材料的许用抗剪切强

度[τ] 在 20 M Pa 以上 ,在仅考虑剪切强度的情况
下 ,图 2 所示结构中齿与轭间的固定也是安全的.

　有限元分析与结构优化

2. 1 　有限元建模及求解

双励磁直线同步电机的气隙磁场由永磁磁场与电

励磁磁场合成 ,采用电磁场的有限元分析方法 ,可以精
确地计算出电机中磁场量的大小和电磁力等参数. 该
电机的有限元分析模型可以简化为一个二维模型 ,图 3
中的模型就是一个极距范围内的电机分析模型 ,其中
悬浮气隙为 8 mm. 对该电机作出如下简化假设 :

1) 磁场沿

轴方向均匀分布 ,即电流密度矢量

和矢量磁位

都只有

轴分量 :

、

;

图

　电机的有限元模型

Fig. 3

Finite element mo del of moto r

2) 电机外壳以外的磁场很弱 ,可以忽略不计 ,即

初级上表面和次级下表面都可以近似为一零矢量的
等磁位面 ;

3) 铁芯的磁导率由材料的磁化曲线确定 ,忽略

铁芯的磁滞效应和涡流效应.

由于本文主要对比的是各种尺寸参数对悬浮力

和漏磁系数的影响程度 ,而悬浮力的计算无需给初
级绕组施加电流 ,在下面分析中初级绕组电流均为

0 ,即为电机空载 (无推力) 悬浮的情况. 对图 3 的分
析模型 ,采用矢量磁位

作为磁场的描述变量 ,得

到如下的非线性磁场边值问题

[ 11 ]

= - μ

× μ

: A

= 0 、

= -

、

= 0

(

)

式中

: M

为永磁体的磁化矢量 ,且有

=μ

M ;

μ 为

材料的磁导率

;

Ω 为求解域

为第一类边界条件

为第二类边界条件

采用有限元法求解式

(

)

所描述的偏微分方程边

值问题

得到矢量磁位

在各节点处的值

,由此可

以计算出电机内各节点处的磁通密度

的标量值 ,并

可以绘出磁通密度分布云图 ,如图 4 所示

[ 12 ]

图

　磁通密度分布云图

Fig. 4

Dist ributio n map of magnetic field

图 4 是电励磁绕组为 150 匝、励磁电流为 15

A 、

初级线圈不加电流时 ,电机在一对极下的磁通密

度分布云图. 可以看到 ,气隙磁密最大在 0. 7 T 左右 ,

浙　江　大　学　学　报 (工学版) 　　　　　　　　　　　

第

卷　