CN105691408A - 高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温超导磁悬浮技术，具体涉及高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，用以替换现有几何超高，解决磁体拼接造成的轨道不平顺问题。其结构包括：永磁轨道、导磁结构和无磁基座；其中，永磁轨道为五列及以上奇数列Halbach型永磁体结构，需要超高时在下层加设独立永磁体结构，列数与上层垂向磁化磁体列数对应且安装于其下方，用于倾斜磁场实现超高；导磁结构安装于超高段永磁轨道两侧，优化轨道磁场；无磁基座用于固定永磁轨道与导磁结构。当车辆通过弯道时，本发明设计的磁场超高结构将使车体发生一定程度倾斜，重力分量提供向心力，减小车体自身横向倾斜，提高舒适程度。

Description

高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构

技术领域

本发明涉及高温超导磁悬浮技术，具体而言，涉及高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构。

背景技术

现有高温超导磁悬浮短距离试验线已在中国、巴西、德国等国家建立完成，各国轨道线路特点不一，但都存在弯道，且都还未采用超高设计。轨道在弯道处内外轨高度一样，且未倾斜轨道。

较快速度通过弯道时，由于离心效应作用，车体将受到较大的横向加速度，且车辆会向轨道外侧偏移，影响乘客舒适性与列车运行稳定性；若依据现有轮轨交通几何超高方案，将其实施于高温超导磁悬浮永磁轨道系统中，则轨道将存在大量拼接错位，将造成轨道表面的严重不平顺。

现有高温超导磁悬浮系统中，永磁轨道在弯道处没有加设超高结构或采用几何超高，前者容易引起由轨道曲率半径突变造成的冲击，而后者容易在磁体拼接接缝处产生轨道几何不平顺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，用以替换现有几何超高，解决磁体拼接造成的轨道不平顺问题。

本发明专利涉及一种高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其包括：永磁轨道、聚磁导磁结构和基座；其中，

所述永磁轨道包括：所述基座为不导磁结构，其上固定有永磁轨道和导磁结构；所述永磁轨道包括上层永磁体和下层永磁体，所述上层永磁体为五列及以上的奇数列Halbach型永磁体结构；所述下层永磁体为独立永磁体结构，列数与上层垂向磁化磁铁列数相等且安装于上层垂向磁化磁铁下方；所述导磁结构位于永磁轨道的两侧。

在一些实施例中，优选为，所述上层永磁体包括：包含两列或三列垂向磁化永磁体的5列Halbach型永磁体结构、或包含三列或五列垂向磁化永磁体的7列Halbach型永磁体结构、或包含四列或五列垂向磁化永磁体的9列Halbach型永磁体结构。

在一些实施例中，优选为，所述永磁轨道采用的永磁体材料为铁氧体、钕铁硼永磁体、或钐钴永磁体等。

在一些实施例中，优选为，所述聚磁导磁结构采用的导磁性材料为钢或铁等。

在一些实施例中，优选为，当所述上层永磁体为Halbach型五列连续永磁体结构时，上层永磁体磁化方向为01～05：←↓→↑←；若为右转弯超高，则下层磁体磁化方向为06～07：↓↓；若为左转弯超高，则下层磁体磁化方向为06～07：↑↑。

在一些实施例中，优选为，通过所述高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构增大超高倾斜角的方法包括：增加下层永磁体(06)、(07)的厚度以增大所述超高倾斜角；或，

若为右转弯超高，减小上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为右转弯超高，增大上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，增大上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，减小上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积。

在一些实施例中，优选为，通过所述高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构减小超高倾斜角的方法包括：减小下层永磁体(06)、(07)的厚度以减小所述超高倾斜角；或，

若为右转弯超高，增大上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为右转弯超高，减小上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，减小上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，增大上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积。

本发明实施例提供的高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，与现有技术相比，由永磁轨道、导磁结构与不导磁材料卡槽构成。永磁轨道磁场超高对应部分采用双层结构设计；使用导磁材料安装在超高段轨道两侧，改善超高效果；永磁轨道及导磁结构利用不导磁材料卡槽进行固定。当车辆通过弯道时，超高将使车体发生一定程度的倾斜，使得部分向心力由重力分量提供，减小了车体自身的横向偏移与横向加速度，提高了乘客舒适程度。

附图说明

图1为本发明一个实施例中高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构的示意图；

图2为图1中高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构的另一角度示意图；

图3为图1中高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构的基座分离示意图；

图4为双层的永磁轨道结构在弯道处剖面图；

图5为一个实施例中含2列垂向磁化永磁体的上层五列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图6为一个实施例中含3列垂向磁化永磁体的上层五列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图7为另一个实施例中含3列垂向磁化永磁体的上层五列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图8为一个实施例中含3列垂向磁化永磁体的上层七列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图9为另一个实施例中含3列垂向磁化永磁体的上层七列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图10为一个实施例中含4列垂向磁化永磁体的上层七列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图11为一个实施例中含4列垂向磁化永磁体的上层九列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图12为一个实施例中含5列垂向磁化永磁体的上层九列永磁体结构轨道磁场超高示例图；

图13为另一个实施例中含5列垂向磁化永磁体的上层九列永磁体结构轨道磁场超高示例图。

注：1永磁轨道；2聚磁导磁结构；3基座

具体实施方式

下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。

考虑到现有高温超导磁悬浮系统中，永磁轨道在弯道处没有加设超高结构或采用几何超高，前者容易引起由轨道曲率半径突变造成的冲击，而后者容易在磁体拼接接缝处产生轨道几何不平顺，引起乘坐舒适度下降，本发明提供了一种适用于高温超导磁悬浮永磁轨道的磁场超高结构。这种磁场超高结构能有效且可控的完成超高功能，同时不会影响轨道几何平顺度。

该超高结构是在常规永磁轨道需要超高处理时采用的结构，该超高结构包括：永磁轨道、导磁结构和基座；其中，基座为不导磁结构，其上固定有永磁轨道和导磁结构；超高结构永磁轨道包括上层永磁体和下层永磁体，上层永磁体为五列及以上的奇数列Halbach型永磁体结构；下层永磁体为独立永磁体结构，列数与上层垂向磁化磁铁列数相等且安装于上层垂向磁化磁铁下方；导磁结构位于永磁轨道的两侧。

由永磁轨道、导磁结构与不导磁材料基座构成。永磁轨道磁场超高对应部分采用双层结构设计；使用导磁材料安装于超高段轨道两侧，改善超高效果；永磁轨道及导磁结构利用不导磁材料卡槽进行固定。当车辆通过弯道时，超高将使车体发生一定程度的倾斜，使得部分向心力由重力分量提供，减小了车体自身的横向偏移与横向加速度，提高了乘客舒适程度。

接下来，通过一些具体的实施例对技术进行详细描述：

根据轨道磁场，提出一种高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，这是一种永磁轨道磁场超高技术，主要应用于高温超导磁悬浮系统中的弯道部分。在本实施例中，如图1-4所示，其主要包括：永磁轨道1、导磁结构2和基座3；其中，永磁轨道1为五列及以上奇数列Halbach型永磁体结构，需要超高时在下层加设独立永磁体结构，独立永磁体的列数与上层垂向磁化磁体列数对应且安装于其下方，用于倾斜磁场实现超高，针对左转或右转的不同情况，下层永磁体磁化方向要同时改变。

同时，为了改善超高效果，在永磁轨道1超高两侧装有导磁结构2。

为了将永磁轨道和导磁结构进行固定，该超高结构还设计了不导磁卡槽。

此外，永磁轨道1中所涉及的永磁体，材料可选用铁氧体、钕铁硼永磁体、或钐钴永磁体等，磁能积大小也可以具体情况进行变更。

导磁结构2安装于超高段永磁轨道1两侧，用于优化磁场分布，此结构需选用钢或铁等导磁性材料。

在本实施例中，上层永磁体为五列Halbach型永磁体结构，其排法如图4所示，其采用2列垂向磁化磁体，下层永磁体采用2列独立永磁体，且分别处于2列垂向磁化磁体的下方。

超高结构永磁轨道两侧装有导磁结构，用于优化磁场。

固定基座设有内槽，内槽与超高结构外形匹配吻合，可使永磁轨道与导磁结构良好固定，避免其位移。

同时，在实际运用过程中，超高结构需根据轨道左、右转情况进行调整。以述上层永磁体为Halbach型五列连续永磁体结构为例，上层永磁体编号分别为01、02、03、04、05，下层永磁体分别为06、07，上层永磁体磁化方向为01～05：←↓→↑←；若为右转弯超高，则下层磁体磁化方向为06～07：↓↓；若为左转弯超高，则下层磁体磁化方向为06～07：↑↑。

针对不同轨道半径及车辆通过速度，超高倾斜角可进行调整。针对上文提到的高温超导磁悬浮永磁轨道1磁场超高结构进行超高倾斜角调整的方法主要包括：

增大超高倾斜角可采用：

增加下层永磁体(06)、(07)的厚度以增大超高倾斜角；或，

若为右转弯超高，减小上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为右转弯超高，增大上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，增大上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，减小上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积。

减小超高倾斜角可采用：

减小下层永磁体(06)、(07)的厚度以减小超高倾斜角；或，

若为右转弯超高，增大上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为右转弯超高，减小上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，减小上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，增大上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积。

该高温超导磁悬浮永磁轨道1磁场超高结构在单双轨系统中同样适用，单轨系统可直接适用此种结构，而双轨系统需结合外轨地形抬升实现超高功能。在车辆无水平加速度的最理想情况下，其外轨地形抬升高度H满足如下公式：

$H=S\sqrt{\frac{{\left(\frac{v^2}{gR}\right)}^2}{1+{\left(\frac{v^2}{gR}\right)}^2}}$

其中，S为轨距，v为曲线通过平均速度；R为曲线半径。

当v²<<R时，上述公式可简化为：

需要说明的是，在其他实施例中，基座的结构可以改进。

实际应用时，实施例可有多种形式，如图5-13。包含上层五列永磁体结构(2列或3列垂向磁化永磁体)、或包含上层七列永磁体结构(3列或4列垂向磁化永磁体)、或包含上层九列永磁体结构(4列或5列垂向磁化永磁体)。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其特征在于，包括：永磁轨道、导磁结构和基座；其中，

所述基座为不导磁结构，其上固定有永磁轨道和导磁结构；所述永磁轨道包括上层永磁体和下层永磁体，所述上层永磁体为五列及以上的奇数列Halbach型永磁体结构；所述下层永磁体为独立永磁体结构，列数与上层垂向磁化磁铁列数相等且安装于上层垂向磁化磁铁下方；所述导磁结构位于永磁轨道的两侧。

2.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其特征在于，所述上层永磁体包括：包含两列或三列垂向磁化永磁体的5列Halbach型永磁体结构、或包含三列或五列垂向磁化永磁体的7列Halbach型永磁体结构、或包含四列或五列垂向磁化永磁体的9列Halbach型永磁体结构。

3.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其特征在于，所述永磁轨道采用的永磁体材料包括铁氧体，钕铁硼永磁体、或钐钴永磁体。

4.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其特征在于，所述导磁结构采用的导磁性材料包括钢或铁。

5.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其特征在于，当所述上层永磁体为Halbach型五列连续永磁体结构时，上层永磁体磁化方向为01～05：←↓→↑←；若为右转弯超高，则下层磁体磁化方向为06～07：↓↓；若为左转弯超高，则下层磁体磁化方向为06～07：↑↑。

6.如权利要求5所述的高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其特征在于，通过所述高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构增大超高倾斜角的方法包括：增加下层永磁体(06)、(07)的厚度以增大所述超高倾斜角；或，

若为右转弯超高，减小上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为右转弯超高，增大上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，增大上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，减小上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积。

7.如权利要求5所述的高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构，其特征在于，通过所述高温超导磁悬浮永磁轨道磁场超高结构减小超高倾斜角的方法包括：减小下层永磁体(06)、(07)的厚度以减小所述超高倾斜角；或，

若为右转弯超高，增大上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为右转弯超高，减小上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，减小上层永磁体(04)、(05)永磁体的磁能积；或，

若为左转弯超高，增大上层永磁体(01)、(02)永磁体的磁能积。