磁懸浮列車是一種新型地面無接觸高速交通運輸工具，其具有無污染、噪聲小、能耗低、易維護、安全性高等特點。電動式懸浮裝置是通過車載磁體在導體軌道中感應出渦流實現懸浮和導向的，相對于其他形式的磁懸浮列車，其結構簡單、懸浮氣隙大、造價低，可以同時應用于市內和城際交通，同時它并不需要復雜的閉環控制，因此將是磁懸浮發展的重要方向之一。

目前國外正在應用和研究的電動式磁懸浮方案各具特色，通過研究國內外現有電動式磁懸浮方案，本文提出了能夠同時產生懸浮力和推進力的高溫超導運動磁場電磁Halbach初級結構的直線感應磁懸浮電機。

相對于其他主要的磁懸浮方案，該方案有如下特點：

1）相對于以日本九州大學的藤井教授提出的立式永磁磁輪方案和美國威斯康星大學的T. A. Lipo 教授提出的臥式磁輪方案為代表的永磁磁輪方案，該設計不存在機械旋轉機構，可以避免機械損耗、機械振動和陀螺儀效應；不存在永磁體安裝問題和掉落危險。

2）相對于日本超導磁懸浮方案，該方案氣隙磁場相對初級做運動，在初級靜止的情況下也能夠產生懸浮力，避免了日本超導磁懸浮在靜止時不產生懸浮力，需要支撐的問題。

3）相對于常導有鐵心和超導有鐵心的電磁電動式磁懸浮方案，該方案電機初級沒有鐵心，可發揮超導電機的通大電流產生強磁場的優勢，從而能夠提供更大的浮重比，為電機實現整體懸浮提供可能。由于常導線圈載流能力有限而使得常導帶鐵心的電磁懸浮系統浮重比較小；超導帶鐵心的電動式磁懸浮系統由于鐵心磁通飽和的影響，造成電機的磁場不能太大，系統的浮重比較小，因此無法實現整體懸浮。

本文采用基于傅里葉分解的磁場分析方法，利用矢量磁位和邊界條件對電機的電磁關系進行了解析分析，得到懸浮力、推進力以及浮重比的解析表達式。經過理論分析提出了高溫超導運動磁場電磁Halbach陣列，在數學和仿真實驗兩個方面給出證明：運動磁場電磁Halbach陣列能夠在氣隙中產生行波磁場；能夠使得陣列其中一側的磁場得到加強，另外一側的磁場減弱，從而能夠使得氣隙磁場得到加強的同時可有效防止磁場向空間輻射。

圖1 無鐵心高溫超導感應懸浮電機的截面圖

圖13 實驗銅繞組直線感應懸浮電機

結論

1）本文提出了一種高溫超導直線感應磁懸浮電機，電機初級繞組為運動磁場電磁Halbach陣列，次級為鋁導體板。

2）采用基于傅里葉分解的方法，利用矢量磁位和邊界條件對電機的磁場進行了解析分析，獲得氣隙磁場的表達式，并通過有限元仿真對解析結果進行了驗證。

3）在解析的基礎上，設計制作了一臺銅繞組樣機，并對樣機進行了實驗，測量了樣機的靜態懸浮力，通過對比實驗結果和仿真結果，驗證了解析的合理性和運動磁場電磁Halbach 陣列的優越。