磁浮列车非接触式供电技术

针对高速磁浮列车在狭窄空间内高经济性、高可靠性车载供电需求，在耦合磁路、电气性能仿真、设计优化基础上，提出一种发射端多匝线圈且无磁芯、拾取端类似双U型耦合磁路结构的非接触供电系统（inductive power supply，IPS），该系统采用了理论设计、仿真分析以及试验验证相结合的研究方法. 首先，根据高速磁浮列车供电需求，通过理论计算确定各设备主要参数，完成IPS系统设计方案；然后，进行耦合磁路设计及仿真分析:利用Maxwell软件对多种耦合磁路进行3D仿真分析，确定耦合磁路最优设计方案，开展三维电磁仿真得到拾取装置与地面发射线圈间互感；紧接着，进行电气性能仿真分析:利用Matlab软件建立IPS系统电气仿真模型，仿真IPS系统传输功率及效率，根据供电需求确定补偿装置、地面逆变电源及DC/DC参数；最后，研制完成供电功率150 kW磁场耦合非接触供电系统，并部署于磁浮样车试验线，完成了现场EMC （electromagnetic magnetic compatibility）性能、电气性能测试验证. 验证结果表明:传输功率超过150 kW，效率92%，达到项目预期目标.      

考虑动态效应的无线电能传输系统特性研究

为了改进无线供电系统中用电设备与供电系统在相对运动条件下的电能传输特性,提出一种改进动态电能传输性能的线圈结构.首先,基于电磁耦合原理建立无线电能的动态传输模型,再依据Newman公式精确分析动态传输系统的互感,进而研究线圈匝数、传输线圈间距、接收线圈运行速度对互感、传输功率和效率的影响.仿真结果表明:所应用的互感计算方法可以比较准确地计算线圈之间的互感;线圈匝数、传输线圈间距、接收线圈运行速度等的改变将会引起传输特性的大幅变化;传输线圈的合理布置能使系统在减小动态磁耦合传输成本的情况下获取较好的电能传输性能,为动态无线电能传输提供参考.     

电动磁浮列车用直线谐波发电机发电特性计算

为研究高速磁悬浮车辆直线谐波发电机的发电特性，首先，基于空间谐波法，提出超导线圈的磁动势分布模型，并推导超导线圈在三维空间内磁感应强度分布公式；其次，基于悬浮线圈与超导线圈间的电磁耦合关系，计算悬浮线圈电流的感应磁场，分析得知悬浮线圈五次谐波磁场用于感应集电；然后，将悬浮线圈五次谐波磁场作为集电线圈的激励，推导集电线圈感应电动势的解析式；最后，以日本山梨线MLX01型磁浮列车为工程背景，利用数值解析值、有限元仿真和日本山梨线实测数据进行了对比分析.研究结果表明：超导线圈磁感应强度、感应电动势和集电功率的解析值与有限元仿真、实测数据的相对误差均在10%以内，验证了磁动势分布模型和解析模型的有效性；列车速度大于100 km/h时，悬浮线圈电流及其感应磁场趋于饱和；集电线圈感应电动势与列车运行速度近似呈线性关系，集电功率与速度呈二次非线性关系；列车速度500 km/h时，集电功率为43.3 kW；列车速度在380 km/h时达到25.0 kW的目标集电功率，保证了磁悬浮车辆车载供电的可靠性.     

磁谐振无线电能传输串并式模型频率分裂研究

等效负载与线圈间距的改变,会导致磁谐振无线电能传输(WPT)系统出现谐振频率分裂,严重影响其传输效率.针对两线圈磁谐振WPT系统的串并(SP)式模型,基于等效电路理论,推导出了电流有效值表达式,采用Matlab仿真分析了等效负载、线圈间距改变时的谐振频率分裂现象.结果表明:磁谐振WPT系统的谐振频率与等效负载及线圈间距密切相关,等效负载大于某阈值或者线圈间距小于某阈值时均会导致谐振频率漂移并出现频率分裂;并且相对于等效负载,系统谐振频率的漂移对线圈间距变化更为敏感.     

4120SG型柴油机曲轴系统动力学仿真与分析

利用ADAMS软件分别建立了4120SG型柴油机曲轴刚性和柔性动力学模型.对模型进行动力学仿真,得到柴油机主轴承载荷和活塞侧推力等数据,并针对两种系统分别进行了特性分析.通过分析得到以下结论:将曲轴视为柔性体,考虑曲轴的耦合作用可提高模型动力学仿真的精度.     

超微粉制备中的感应等离子炬温度场数值模拟

为了得到超微粉制备中的感应等离子炬温度场,根据传热学Navier-Stocks方程及电磁理论,在高频感应等离子炬中建立了电热以及流体耦合控制方程.利用有限元方法对制粉过程中的电热效应及流体-热交互耦合进行数值模拟,得到高频等离子炬气动过程中的速度分布及温度场分布.结果表明:在等离子体加热部分存在涡流,温度的最高点不在轴线上,输入功率越高,距离线圈越近;在相同进气流量条件下,输入功率为2 kW时,温度最高点距离线圈0.062 m,输入功率为5 kW时,温度最高点距离线圈0.039 m.     

车身静态刚度参数化有限元仿真分析系统开发

用空间壳单元shell93描述车身,利用耦合节点的方法,建立了各冲压件之间的焊接关系.在ANSYS中,建立了白车身的有限元模型.提取车身参数,开发了车身静态刚度的有限元仿真分析系统.以具体车型为实例,将有限元仿真分析得到的车身刚度衡量指标的变形量与试验结果进行了对比,二者非常吻合,证明了有限元仿真分析系统的可靠性.同时,有限元仿真分析系统还可以得到车身的扭转刚度、中部弯曲和尾部弯曲刚度及其Z向应力分布云图.对研究车身的静态刚度和车身的机构设计具有重要的实用价值.     

基于2FSK的ICPT系统高速信号传输方法

针对感应耦合电能传输(ICPT)系统信号传输存在信号幅值衰减和较强电磁干扰的问题,基于2FSK调制解调方式,提出了一种新型的高速信号传输方法.该方法在不增加系统主电路能量耦合线圈以及不影响主电路正常工作的前提下,实现了高速信号传输.分析了不同结构下主电路信道的阻抗和频域响应特性,确定了调制解调方法及其实现方案,并搭建了系统实验平台,在2.5和1.7 MHz的载波频率下,有效实现了100 kHz脉冲信号的传输.仿真与实验结果验证了所提出的高速信号传输方法的可行性.      

U型门式起重机金属结构现代设计方法研究与实用软件开发获四川省科技进步三等奖

由西南交通大学机械学院程文明教授主持和郑州铁路局运输处联合完成的科研项目———Ｕ型门式起重机金属结构现代设计方法研究与实用软件开发获 2 0 0 1年度四川省科技进步三等奖。　　该项目主要以Ｕ型门式起重机金属结构为研究对象 ,探讨了小车架为弹性结构时Ｕ型门架结构系统的动态特性 ,获得了结构参数与动态指标之间的耦合关系和变化规律 ;研究了Ｕ型门架结构离散变量模糊优化设计、有限元智能分析和ＣＡＤ技术的参数化设计方法。该项目还进行了门式起重结构耦合系统动态仿真的研究 ,获得了门架结构应力历程的动态响应曲线 ;提出了一种…     

基于Maxwell和Simplorer轮毂式SRD分析与研究

由于轮毂式开关磁阻电机的结构特性,使得其电磁关系十分复杂,单独的电机本体建模仿真不能较为准确地模拟其实际运行工况。在Maxwell环境下建立轮毂式开关磁阻电机的有限元模型,联合Simplorer软件,搭建功率变换器和控制电路,进行"场-路"的耦合计算,对电机的启动、稳定运行两工况进行仿真分析,得到其运行特性。联合仿真结果比较准确地反映了电机的实际运行情况,为轮毂式开关磁阻电机调速系统的控制和优化提供了参考。     

航空发动机多级叶盘-轴系统扭转耦合振动特性

针对多级叶盘转子结构, 考虑多级叶片弯曲变形和轴扭转变形耦合作用, 引入叶片离心刚化作用, 建立了包含多叶片、2级叶盘和轴的耦合振动模型; 应用哈密顿原理推导了多级叶盘-轴耦合振动微分方程组, 通过数值积分方法得到了系统质量矩阵与刚度矩阵, 进而求解出系统耦合模态; 研究了叶盘固有频率、叶片长度、叶盘间距、叶片扭转角对振动特征的影响。研究结果表明: 2级叶盘-轴系耦合振动包含3类耦合模态, 各阶模态频率以叶盘固有频率为边界相互分离; 叶片长度小于1 m时, 耦合第1、2阶频率受轴半径的影响较大, 叶片长度超过1 m后, 耦合第1、2阶频率受叶片长度的影响较大; 在系统转速为2 000 rad·s-1时, 在不同叶盘间距下, 耦合的3阶模态频率变化幅度分别降低5、3、7 Hz; 转速-频率曲线存在明显的频率转向特征, 叶片扭转角增加60°, 转向区域提高500 rad·s-1; 2级叶盘系统会产生不同于单级叶盘的耦合模态, 短叶片与长叶片均会对耦合频率产生显著影响; 叶片扭转角与叶盘间距的变化会使耦合区域移动, 从而降低可能发生的危险共振。      

仿真试验条件下飞行器外部静态磁环境模拟

为了适应飞行器的快速反应要求,根据飞行器载体磁干扰的产生机理,在实验室条件下采用三轴正交放置的线圈,通过计算机控制三轴线圈驱动电流生成飞行器的外部静态地磁环境,给出了飞行器载体磁干扰补偿模型剩磁和感磁系数精确求解的方法,并通过仿真试验进行了验证。     

电动汽车无线充电原理分析

就一款主、副边互感线圈均为串联谐振感应耦合的电动汽车无线充电原理电路进行了深入分析,经对电动汽车的蓄电池电压与输入交流电源电压之比的优化,得出了它在稳态工作时电路的输出功率、传输效率与电路参数的关系,并得到了与互感线圈对应的补偿电容上的电压与输入交流电源电压、蓄电池电压及互感线圈互感量间的关系。通过仿真,对以上结果进行了验证,此结果可以为电动汽车在行进中充电打下基础。     

高速铁路对邻近普速铁路电力电缆的干扰机理

高速铁路由于列车速度快、牵引功率大，且高速运行时持续取流，对与其邻近的普速铁路沿线敷设的电力电缆产生了明显的电磁干扰. 为此，通过对感性耦合和阻性耦合机理分析，研究高速铁路对电力电缆感应电压的干扰机理；运用CDEGS软件建立高速铁路对电力电缆电磁干扰仿真模型，总结电力电缆感应电压影响因素；基于计算结果对仿真模型进行验证. 结果表明:在邻近情况下，电力电缆感应电压与牵引负荷、电力电缆、土壤结构参数有关；其中，平行长度、负荷电流、土壤电阻率和短路电流对电力电缆感应电压有显著影响；高速铁路与普速铁路之间应根据电缆长度的不同设置合理的防护距离，且采用中点接地和单端接地方式能有效地降低电力电缆感应电流.      

Design of Braunbeck Coil for Nuclear Magnetic Resonance Gyro Magnetic Field Excitation

For generating a uniform and steady magnetic field, Helmholtz coil is extensively used in nuclear magnetic resonance gyro (NMRG). Unfortunately, the volume of Helmholtz coil makes it inconvenient to miniaturize NMRG. This study introduces Braunbeck coil that can be used in magnetic field excitation system. Braunbeck coil can produce homogeneous magnetic field within a limit space, and occupy a small volume. In addition, this study presents mathematical expressions that can be used to calculate the area of uniform magnetic field. Experimental test verifies the effectiveness of the proposed design, and the results accord closely with the actual simulation.     

Ⅰ型轨道板端离缝对轨道结构及车辆动力特性的影响

为了研究高速列车荷载作用下,Ⅰ型轨道板端部与CA砂浆层间的离缝现象对钢轨、轨道板及车辆的力学性能的影响,建立了车辆-Ⅰ型板式轨道垂向耦合动力学分析模型.以轮轨力、钢轨位移及加速度、轨道板位移,拉应力及加速度、车辆加速度为评价指标,分析了不同离缝长度和高度工况下上述指标的变化规律.研究结果表明:板端离缝长度越短,轨道板越容易脱空受力;轨道板脱空受力时的离缝高度等于该离缝长度下板的竖向最大位移;离缝长度及高度的变化对轨道结构及车辆的受力状态均有影响,但离缝长度的影响更大;长度不大于0.6 m的板端离缝主要使钢轨及轨道板的变形及受力状态恶化,长度大于0.6 m的板端离缝也会使车辆的振动加速度超过容许值.      

A NEW APPROACH FOR PREDICTING DYNAMIC BEHAVIOR OF EXTRA-HIGH SPEED DIGITAL VALVE

Nomenclaturet- Time( s)μ0 - Permeability of air( H/ m)μ- Permeability of the material ( H/ m)U- Voltage( V)I- Circuit current ( A)R- Circuit resistance( Ω)N- Number of coil turnx- Plunger displacement ( m)x- Plunger speedΦ - Magnetic flux ( Wb)B- Magnetic flux density( T)H - Magnetic filed ( A/ m)M- Mass of moving parts( kg)Fmag- Magnetic force( N)Fspring- Spring setting force( N)Fc- Viscidity resistance ( N)Fhyd- Reaction force causedby the flowing oil( N)L- Inductance ( …     

基于动态混合度的储能式有轨电车能量管理策略

为了提高混合储能式有轨电车的系统效率和运行经济性，基于动态混合度和系统效率之间的关系，提出了基于动态混合度在线凸规划的混合储能式有轨电车能量管理策略. 首先基于混合储能式有轨电车各系统参数，对各部件进行建模；其次采用在线凸规划法求解，得到了系统每一时刻的最优动态混合度；最后以有轨电车的典型工况为例，在RT-LAB实时仿真平台研究动态混合度对系统效率的影响. 研究结果表明动态混合度同系统效率之间存在凸函数关系:在相同参数条件下，基于动态混合度的在线凸规划能量管理策略较传统的功率跟随式能量管理策略系统瞬时效率最高提升9.6%；当完成整条线路运行，可节省电量2 886.2 kJ，运行经济性提升3.29%.      

多物理域耦合求解的轮毂电机温度场

为研究温度变化对电动汽车用轮毂电机的工作性能和使用寿命的影响，采用场路耦合法将轮毂电机有限元模型与外电路联合求解，建立了包含轮毂电机本体、外部驱动控制电路的联合仿真模型，充分考虑了外部激励中时间谐波电流对磁场的影响. 然后，将计算得到的绕组铜耗、定子铁芯损耗、永磁体涡流损耗以及杂散损耗等作为热源，采用磁热耦合法将其耦合到各部件进行瞬态温度场研究，综合考虑了电机工作过程中其损耗分布在时间和空间位置上的瞬态变化特性，热源损耗与温度场实时精确耦合. 详细研究了负载运行时轮毂电机各部件温度随时间的变化情况，以及温度的空间分布特性. 多物理域耦合法实现了电磁场与外电路的直接耦合，电磁场与温度场的顺序耦合. 最后，对轮毂电机进行台架试验. 研究结果表明:仿真计算结果与试验结果在额定工况下温度的最大误差为4.96%，峰值工况下最大误差为10.55%.