CN105291877B - 一种用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统，包括复合线圈型悬浮电磁铁组和为其提供电能的供电系统；复合线圈型悬浮电磁铁组的每一个绕组均由动态绕组和稳态绕组构成，动态绕组与稳态绕组间以并联方式连接；电磁铁组中所有的稳态绕组串联在一起并接入产生稳态电流的稳态电源模块；所有动态绕组相互独立，由各自的悬浮控制器提供动态电流。本发明实现列车悬浮的电流由稳态和动态电流共同提供，可以较大程度地减小传统的悬浮控制器的体积和重量，降低散热要求，有利于列车减重。由于悬浮控制器体积减小，也为增加冗余的控制器，保障可靠悬浮提供了便利。

Description

一种用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，具体涉及吸力悬浮型中低速磁浮列车。

背景技术

电磁吸力悬浮方式(EMS)主要用于中低速磁浮列车，也是目前国内采用最为广泛、技术最为成熟的悬浮模式。研究单位主要以国防科技大学和西南交通大学为代表。2009年在唐车公司下线的磁浮列车和2011年在中国南车下线的磁浮列车均属于该类型。其实现悬浮于空中的力由安装于转向架上且置于F形轨道下方的U型悬浮电磁铁提供，每个悬浮电磁铁由其对应的悬浮控制器提供电流。

在目前的电磁吸力悬浮方式中：悬浮电磁铁的电流全部由悬浮控制器提供，在现有的磁浮列车上布置有数量众多的悬浮控制器，所以减小控制器的体积和重量，可以有效地减小列车的自重，也能够有效地增加更多的可利用的空间。

发明内容

鉴于现有技术在运营过程中存在的问题，本发明的目的是设计一种用于磁浮列车的稳动态混合悬浮方法，使之能有效地降低列车的自重，同时为增加冗余的悬浮控制器提供便利条件。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统，实现列车悬浮的电流由稳态和动态电流共同提供。包括复合线圈型悬浮电磁铁组和为其提供电能的供电系统；复合线圈型悬浮电磁铁组的每一个绕组均由动态绕组和稳态绕组构成。动态绕组与稳态绕组间以并联方式连接；电磁铁组中所有的稳态绕组串联在一起并接入产生稳态电流的稳态电源模块；所有动态绕组相互独立，由各自的悬浮控制器提供动态电流。

进一步地，稳态电源模块可以是恒流源，也可以是恒压源。并且不与动态悬浮电流调节模块布置一个机箱内。而是单独布置在悬浮架上，为悬浮电磁铁组所有的稳态绕组提供电流。

复合线圈型悬浮电磁铁组可以是整列车的电磁铁组合，可以是整节车的电磁铁组合，也可以是一个悬浮架的电磁铁组合。单个电磁铁的绕组分动态绕组和稳态绕组两种，两种绕组之间的关系为并联。电磁铁组中所有的稳态绕组通过串联的方式连在一起，动态绕组则相对独立。其中稳态绕组通过稳态电流，动态绕组通过动态电流。

悬浮控制器与电磁铁的动态绕组连接，单个悬浮控制器只为其对应的单个动态绕组提供动态电流。其输出的动态电流方向可以变化。并且不与稳态电源模块布置一个机箱内。

实现列车悬浮的电流由稳态和动态电流共同提供。电磁铁中，动态绕组和稳态绕组的匝数设置应满足以下要求：当磁浮列车的起浮时，某悬浮点由动态绕组和静态绕组共同提供的电磁吸力要大于列车及其荷载的重力在此处的分力。使得列车能够实现起浮；当磁浮列车工作在额定的工作气隙时，由静态绕组提供的电磁吸力要等于或小于列车及其荷载的重力在此处的分力，维持稳定悬浮的动态电磁力由动态绕组提供，其由悬浮控制器提供动态电流。在额定工况下，动态绕组通过的电流很小。当磁浮列车悬浮气隙小于额定气隙时，动态绕组通过的电流方向可以改变，由动态绕组产生的电磁力可以与由稳态绕组产生的电磁力方向相反，从而使得悬浮气隙恢复到额定的工作气隙处；当磁浮列车悬浮气隙大于额定气隙时，动态绕组通过的电流可以增加，由动态绕组产生的电磁力与由稳态绕组产生的电磁力方向相同，共同作用使得悬浮气隙恢复到额定的工作气隙处。由于磁浮列车的起浮过程时间很短，只有数秒的时间，可以在此期间内使悬浮控制器工作在接近于极限工作状态，从而选用较小参数的晶体管。

由上所述，在合理的设计条件下，采用本发明的结构，可使磁浮列车完成起浮、稳定悬浮在额定气隙处。由于通过动态绕组的电流只在起浮时较大(起浮时间很短)，在额定气隙工作时，动态电流较小。与现有技术下的悬浮电流均为动态电流的情况相比：可以选用更小更轻的器件实现动态电流的输出控制，同时可以降低对散热的要求。有效减小悬浮控制器的体积和重量

附图说明如下：

附图1是本发明各模块的结构示意图。

附图2是本发明中实施例涉及到的三种复合线圈型悬浮电磁铁的结构示意

图。其中(a)第一种结构，(b)第二种结构(c)第三种结构。

附图3是本发明中实施例复合线圈型悬浮电磁铁的结构尺寸示意图。

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：

在一个悬浮架内，或者一节车内，或者整列车内。布置一个稳态电源模块和一个复合线圈型悬浮电磁铁组。悬浮电磁铁组内的每个悬浮电磁铁的绕组都由两部分组成，即稳态绕组和动态绕组。其中：所有稳态绕组通过串联方式连接到静态电源模块上，由静态电源模块提供静态电流；每个动态绕组均由其对应的悬浮控制器提供动态电流。所有的稳态电流和动态电流共同作用实现磁浮列车的悬浮。

如图2所示：

复合线圈型悬浮电磁铁组中的电磁铁，其两种绕组的布置方式有三种：第一种是沿x方向，两侧布置稳态绕组，中间布置动态绕组。第二种是沿x方向，一侧布置稳态绕组，另一侧布置动态绕组。第三种是沿y方向，外圈布置稳态绕组，内圈布置动态绕组。布置方式的设计主要考虑的因素是绕组散热，由于动态绕组主要工作在小电流状态下，所以优先考虑的是稳态绕组散热的问题，而将其绕组贴近电磁铁铁芯，更有利于散热。

实施例

采用图1的结构，在一个悬浮架内，布置一个稳态电源模块和一个复合线圈型悬浮电磁铁组。该悬浮架长3.2米、自重G1＝65000N、额定载重G2＝25000N，由四个悬浮点支撑,单个悬浮点抵消的列车重力的分力为：F1＝(G1+G2)/4＝22500N。悬浮架在落下的状态下：悬浮电磁铁与轨道之间的间隙为δ＝20mm。悬浮架在额定气隙工作状态下：悬浮电磁铁与轨道之间的间隙为δ＝8mm。稳态电源为恒流源，输出60A的恒定电流。如果悬浮架的每个悬浮点产生的电磁吸力均能克服各自所受的列车重力的分力，那么悬浮架就可以浮起。所以只需要考虑单个悬浮点的工作情况即可。

如图3所示单个悬浮电磁铁的尺寸和相关参数见下表。悬浮电磁铁的稳动态绕组选择如图2所示的b图结构。

根据本实施例给出的尺寸进行仿真运算分析,得出：

当列车工作在额定气隙状态下时，悬浮电磁铁与轨道之间的间隙为δ＝8mm，此时由稳态绕组提供的电磁力为16950N，如果此时在动态绕组中通入12A的电流，则由动态绕组产生的力为5720N。两个电磁力的合力为：22575N，大于悬浮架重力在该点的分力22500N。可以将悬浮架抬起。

当列车工作在起浮状态下时，最大的气隙为δ＝20mm，此时由稳态绕组提供的电磁力为6830N，如果此时在动态绕组中通入85A的电流，则由动态绕组产生的力为15920N。两个电磁力的合力为：22750N，大于悬浮架重力在该点的分力22500N。可以将悬浮架抬起。

综上所述，基于本发明的悬浮方法，可以实现磁浮列车的悬浮，同时其悬浮控制器主要工作在小电流的状态下。

采用本发明的结构，可以有效地降低悬浮控制器的工作电流，从而可以选用更小更轻的器件，进而有效地降低悬浮控制器的体积和重量。同时，由于工作电流的减小，对散热的要求也降低了，可以不用风冷方式，降低噪音，也可以缩减散热片的尺寸。另外，现有的吸力悬浮方式中由于安装空间和自重的限制，无法增加冗余的悬浮控制器，采用本发明提供的方法，由于悬浮控制器体积和重量的有效降低，为增加冗余的悬浮控制器提供了便利条件，可以更好地保障列车的可靠运行。

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 (4)

1.一种用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统，实现列车悬浮的电流由稳态和动态电流共同提供,其特征在于,包括复合线圈型悬浮电磁铁组和为其提供电能的供电系统；复合线圈型悬浮电磁铁组的每一个绕组均由动态绕组和稳态绕组构成，动态绕组与稳态绕组间以并联方式连接；电磁铁组中所有的稳态绕组串联在一起并接入产生稳态电流的稳态电源模块；所有动态绕组相互独立，由各自的悬浮控制器提供动态电流。

2.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统，其特征在于,所述稳态电源模块可以是恒流源，也可以是恒压源，并且不与悬浮控制器布置一个机箱内。

3.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统，其特征在于,所述复合线圈型悬浮电磁铁组可以是整列车的电磁铁组合，可以是整节车的电磁铁组合，也可以是一个悬浮架的电磁铁组合。

4.根据权利要求1所述的用于磁浮列车的稳动态混合悬浮系统，其特征在于,所述悬浮控制器与动态绕组连接，单个悬浮控制器只为其对应的单个动态绕组提供动态电流，其输出的动态电流方向可以变化。