[发明专利]一种计算8字线圈悬浮系统电磁力的数值方法

说明书

本发明涉及一种计算8字线圈悬浮系统电磁力的数值方法，为了能够求解磁浮一体化结构的牵引力、悬浮力和导向力，首先对磁浮结构的整体结构进行分析，并需要对特殊的结构进行简化，分成多个简单模型的集合，最后进行叠加。通过本发明，具有以下优点：（1）该数值方法能够准确地计算出8字线圈的推力、悬浮力和侧向力。（2）该数值方法占用计算机资源较少，求解迅速。

技术领域

本发明涉及一种计算8字线圈悬浮系统电磁力的数值方法，属于轨道交通领域，可用于磁浮一体化系统的推力、悬浮力和侧向力的求解。

背景技术

在轨道交通领域，非接触式的磁悬浮交通由于其噪音低、无磨耗、安全性高，同是符合绿色出行的发展要求，成为现代轨道交通发展的重要方向。为了保证电机的安全控制，牵引力、悬浮力和导向力的求解就显得尤为重要。

在现有的高速磁浮系统中，列车是用直线同步电机驱动的：即通过安装在地面轨道的初级线圈和安装在磁浮列车上次级实现的。而悬浮和导向则是通过悬浮电磁铁或者其他线圈等装置实现的。因此，目前磁浮列车上产生所需的牵引力、悬浮力和实现自动导向的装置一般有两个或多个，这样就会使得磁浮结构比较复杂，同时影响列车的重量和设备安装的困难性，增加了列车的可靠性和造价。因此，实现磁浮系统一体化，是未来高速磁浮的发展方向和要求。

但是磁浮一体化结构由于比较特殊，其参数都是与列车运动相关的，是车辆前进时间和空间的函数，因此，在对三维力进行分析时难度比较大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术问题，提供一种计算8字线圈悬浮系统电磁力的数值方法，为了能够求解磁浮一体化结构的牵引力、悬浮力和导向力，首先对磁浮结构的整体结构进行分析，并需要对特殊的结构进行简化，分成多个简单模型的集合，最后进行叠加。

本发明的目的是这样实现的，一种计算8字线圈悬浮系统电磁力的数值方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1)、分析集牵引、悬浮和导向功能于一体的直线磁悬浮电机结构，由U、V、W三相交流电激励的8字线圈表示直线磁悬浮电机的初级；直线磁悬浮电机次级的每一个小的集成单元由于类似于阿拉伯数字“8”，故此称其为8字线圈；轨道两侧的8字线圈通过导线相连，可安装在列车运行轨道的两侧；超导线圈表示直线磁悬浮电机的次级，可安装在磁浮列车车体的两侧；

步骤2)、三维力的数值求解；

根据基尔霍夫电压定律，可得系统的电压矩阵方程(1)：

[e]和[i]为(m+n)阶矩阵，分别表示单个8字线圈或超导线圈的电压和电流；[L]为(m+n)×(m+n)矩阵，表示单个8字线圈或超导线圈的自感和两者的互感；[R]为单个8字线圈或超导线圈的电阻矩阵；

当列车运行时，在8字线圈中会产生感应电动势，v_x,v_y和v_z分别表示列车运行速度的x，y，和z方向上的分量，此可得感应电动势的关系式如(2)：

其中

因此，三维瞬态的力可由(3)-(5)表示；

其中，f_x，f_y和f_z分别为牵引力、导向力和悬浮力；

由(2)式可知，互感和互感导数是位移的函数，而位移又是时间的函数，因此可以通过迭代过程求解8字线圈内的感应电流；利用欧拉公式，将i的导数乘以时间增量，然后加上一时刻i的值，就可以得到下一时刻i的值，如公式(6)：