CN105109360B - 一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置，使永磁电动式悬浮列车实现可控制的静态悬浮。包括安装在磁浮列车的转向架、设置在转向架上的圆柱状永磁体模块编组、与圆柱状永磁体模块编组配合的异型导轨。在一个转向架内，采用四个柱状永磁体构成圆柱状永磁体模块编组:四个圆柱状永磁体模块两两相对对称地设置在转向架的左右侧沿,每一侧沿上的两个圆柱状永磁体模块同轴安装在旋转双轴伸电机的两个输出轴上,双轴伸电机输出轴与半筒状导槽几何中心重合。采用本发明的结构，可使永磁电动悬浮列车实现静态悬浮,具有半筒状导槽的导轨在提供悬浮力的同时也为车辆提供导向力。

Description

一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，具体涉及一种用于永磁电动式悬浮列车的悬浮装置。

背景技术

永磁电动式磁浮列车主要是利用楞次定律的原理，位于列车上的永磁体所产生的磁场，在列车运行时这个磁力线被轨道上的闭合线圈切割，从而在闭合线圈中产生感生电流，这个感生电流的方向是阻止原磁体磁通变化的，因此产生悬浮力。其优点是，在应用速度下，悬浮间隙较大，不需要进行主动控制。

目前，电动式磁浮列车的悬浮装置主要有两种类型：1、超导电动悬浮，如日本的MLX型超导磁浮列车；2、永磁电动悬浮，如美国的Magplane。

超导电动悬浮的方式目前较为成熟，在国外已有相应的实验列车。其缺点是车体须安装超导制冷和液氮密封系统，运行和维护费用高。

永磁电动悬浮的方式目前都是实验室的模型研究,与超导电动悬浮方式相比较，悬浮和驱动均采用汝铁硼永磁体结构，车上不用安装悬浮和励磁绕组及相应的供变电系统，提高了系统的可靠性，降低了制造和运营成本。

但是，上述两种电动式悬浮方式在静止时不能悬浮，低速运行时，这个悬浮力不足以使列车悬浮在导轨上，需要有车轮支撑，必须达到一定速度后才能起浮。

发明内容

鉴于现有技术的缺点，本发明的目的是设计一种新型永磁电动悬浮装置,使之克服现有技术的缺点。

本发明的目的是通过如下手段实现的。

一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置，使永磁电动式悬浮列车实现可控制的静态悬浮。包括安装在磁浮列车的转向架、设置在转向架上的圆柱状永磁体模块编组、圆柱状永磁体模块编组配合的异型导轨；其中:

在一个转向架内，采用四个柱状永磁体构成圆柱状永磁体模块编组:四个圆柱状永磁体模块两两相对对称地设置在转向架的左右侧沿,每一侧沿上的两个圆柱状永磁体模块同轴安装在旋转双轴伸电机的两个输出轴上,旋转双轴伸电机输出轴与半筒状导槽几何中心重合；固定模块将旋转双轴伸电机固定在转向架上；圆柱状永磁体模块采用径向和弧向的充磁方式。

本发明装置通过旋转双轴伸电机带动圆柱状永磁体模块沿轴向方向作圆周运动。永磁体模块在旋转过程中，半筒状导轨将沿径向方对永磁体模块提供一个排斥力，在永磁体模块左右不偏移的情况下，这个排斥力的合力表现为悬浮力；在永磁体模块左右偏移的情况下，这个排斥力的合力既表现出向上的悬浮力，同时也表现出左右的导向力。无论是悬浮力还是导向力，它们都随着气隙的增大而减小。所谓导向是指在横断面上保证悬浮架的中心不偏离导轨中心。

采用本发明的结构，圆柱状永磁体模块的设计应满足的前提条件：

1、列车静浮时，在单个转向架上的每横向的两个圆柱状永磁体模块的圆心应与导轨的圆心重合。这样，当两侧驱动圆柱状永磁体模块的旋转双轴伸电机转速不同步时，列车不会左右摇晃，以保证乘坐的舒适性。

2、当列车在允许范围内负重时，所需悬浮和导向消耗功率均由驱动柱状永磁体的旋转双轴伸电机提供。所选双轴伸电机的最小功率是能保证列车满载悬浮在额定气隙时所消耗的功率。

当磁浮列车处于未起浮状态时，此时车体通过支撑块将其支撑以保证圆柱状永磁体模块与半筒状导轨有一很小的气隙，双轴伸电机处于未工作状态；当磁浮列车工作在额定悬浮气隙时，通过调节双轴伸电机带动圆柱状永磁体模块旋转，随着转速的增加，半筒状导轨提供的悬浮力也越来越大，车体开始向上悬浮，当悬浮高度与额定气隙相同时保持转速不变，从而保证磁浮列车悬浮在额定气隙下。

当磁浮列车通过弯道时，悬浮架下的圆柱状永磁体模块与半筒状导轨将产生偏移，靠近侧的导轨将提供较大的排斥力，远离侧的导轨提供较小的排斥力，永磁体受到的合力为靠近侧指向远离侧，从而保持车体不偏离导轨的中心位置。

为了提高系统效率，在利用本发明方案来设计悬浮系统时，在保证正常工作和经济性的前提下，尽量增加导轨的厚度和导轨材料的电导率。

由上所述，在合理的设计条件下，采用本发明结构，可使永磁电动悬浮方式的列车与导轨在水平方向无相对运动的情况下而使车体悬浮，同时具有导向功能。解决了永磁电动悬浮方式的磁浮列车不能静浮的缺点。

附图说明

附图1是本发明各模块的结构示意图。

附图2是图1沿导轨方向的侧视简图。

附图3是本发明中永磁体模块与导轨的尺寸和位置关系示意图

附图4是在附图3所示参数下悬浮力随单个永磁体模块转速变化实验曲线图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构作进一步的详述。

如图1所示，将圆柱状永磁体模块编组后沿导轨轴向方向布置。图中，1为空气弹簧，2为悬浮架，310和320为位于同侧的两个圆柱状永磁体模块，4为旋转双轴伸电机，5为旋转双轴伸电机的固定模块，6为牵引永磁体阵列，7为导轨，8为牵引线圈，9为支撑块,10为限位挡板。

采用图1的结构，在一个转向架内，将四个圆柱状永磁体模块和两台驱动双轴伸电机编组后沿导轨方向布置，且圆柱状永磁体模块轴心与导轨轴心重合；悬浮架长3米、单个圆柱状永磁体模块长1.1米、柱状永磁体自重13000牛、悬浮架重17000牛(柱状永磁体自重除外)、额定载重28000牛。

如图2所示，车体的悬浮力由旋转的圆柱状永磁体模块与半筒状导轨相互作用提供，若左侧圆柱状永磁体模块逆时针方向旋转，则右侧圆柱状永磁体模块即为顺时针方向旋转，圆柱状永磁体模块的转速取决于旋转双轴伸电机的转速和功率。具体实施选择的尺寸参数见附图3。在图3中表达了圆柱状永磁体模块可采用的充磁方式,如其上箭头所示,可采用径向和弧向充磁。

根据本实施例给出的尺寸进行仿真分析，得出单个永磁体模块产生的悬浮力为15000N，单个悬浮架产生的悬浮力为60000N。满足前述在本发明中提到的设计应满足的条件，此时的悬浮气隙为40mm，

综上所述，本发明的静态电动悬浮装置是可行的，同时克服了现有电动悬浮方案的诸多缺陷。

上述针对较佳实施例的具体描述，本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于永磁电动式磁悬浮列车的静态悬浮装置，使永磁电动式磁悬浮列车实现可控制的静态悬浮,其特征在于,包括安装在永磁电动式磁悬浮列车的转向架、设置在转向架上的圆柱状永磁体模块编组、与圆柱状永磁体模块编组配合的异型导轨；其中:

在一个转向架内，采用四个圆柱状永磁体模块构成圆柱状永磁体模块编组:四个圆柱状永磁体模块两两相对对称地设置在转向架的左右侧沿,每一侧沿上的两个圆柱状永磁体模块同轴安装在旋转双轴伸电机的两个输出轴上,旋转双轴伸电机输出轴与半筒状导槽几何中心重合；固定模块将旋转双轴伸电机固定在转向架上；圆柱状永磁体模块采用径向和弧向的充磁方式；

所述圆柱状永磁体模块由模块轴心与固定在模块轴心上的多个条状永磁体构成，条状永磁体按柱状组合排列且安装时其轴向方向与导轨行进方向平行；

异型导轨的底板上设置有支撑块，以保证圆柱状永磁体模块与半筒状导槽有一很小的气隙；

异型导轨两半筒状导槽圆心间的距离等于转向架的宽度。