基于斜置环形Halbach永磁轮的磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案设计

基于永磁电动悬浮的原理，将Halbach环形永磁轮和导体板顺时针旋转后倾斜布置，提出一种实现磁浮列车“悬浮-导向-推进”一体化方案。首先，采用ANSYS Maxwell有限元仿真软件对斜置永磁轮的三维力特性进行分析，仿真结果表明：对于单个外径为200 mm的永磁轮，倾斜角度应不小于60°，从而保证浮重比大于5.5，此时仍可获得310 N的推进力和380 N的导向力。然后，进一步分析了永磁轮三维力随工作气隙、导体板厚度和电导率的变化规律：随着工作气隙变大，三维力均呈下降趋势；随着导体板厚度和电导率的增加，悬浮力和导向力先增加后饱和，驱动力则先增大后减小。基于上述分析结果，给出了新型磁浮列车“悬浮-驱动-推进”一体化的概念模型设计，并对更大直径、宽度的磁轮进行了计算分析，结果表明：直径250 mm永磁轮的磁场利用率最大，磁场利用率和磁轮宽度的变化呈正相关。相关的研究工作是对永磁电动悬浮理论的应用和拓展，能够有效降低磁浮列车系统的建设成本，为“悬浮-导向-推进”一体化的新型磁浮列车设计提供参考。