CN105788803A - 电磁道岔用电磁铁、电磁道岔及转辙方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁道岔技术，具体涉及一种电磁道岔用电磁铁，采用该电磁铁的电磁道岔，以及利用该电磁道岔进行转辙的方法。电磁铁包括：铁芯和线圈，所述铁芯包含四个分支，四个分支从左向右依次并排设置，同一侧的一端汇集为一体，靠左的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极A，靠右的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极B；每个分支上缠绕一个线圈，四个线圈连接；根据上述连接方式可对靠左的两个分支和靠右的两个分支线圈分别通以不同方向的电流。本发明采用上述特殊形状的铁芯，利用多个线圈以产生较大的磁通密度，通过简单的调节电磁铁通电电流大小即可达到与永磁体匹配的磁通密度，在线圈中通入一定方向的电流，能够形成某个转辙方向的均匀磁场。

Description

电磁道岔用电磁铁、电磁道岔及转辙方法

技术领域

本发明涉及电磁道岔技术，具体涉及电磁道岔用电磁铁，采用该电磁铁结构的电磁道岔，以及利用该电磁道岔进行转辙的方法。

背景技术

目前关于电磁道岔用电磁铁的研究较少，只有一篇“ATurnoutSwitchforaSuperconductivelyLevitatedLinearTransportSystem”的文章描述了关于电磁道岔用电磁铁的相关研究进展。

该电磁铁通过线圈通电产生磁场，用铁轭聚集磁力线至磁极(即轨道面)，从而产生能实现左转或右转所需要的特定磁场。

现有电磁铁所产生的磁通密度不能达到永磁体磁通密度的大小，从而导致轨道上表面磁场在道岔处不均匀，进而引起高温超导磁浮车在通过道岔时运行不平稳的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁道岔用电磁铁、电磁道岔及转辙方法，以解决电磁道岔产生磁通密度与永磁轨道的磁通密度相匹配的问题。

本发明专利涉及一种电磁道岔用电磁铁，其包括：铁芯和线圈，所述铁芯包含四个分支，四个分支从左向右依次并排设置，同一侧的一端汇集为一体，靠左的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极A，靠右的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极B；每个分支上缠绕一个线圈，四个线圈连接；靠左的两个分支上的线圈的通电方向和靠右的两个分支上的线圈通电方向不同。

在一些实施例中，优选为，靠左的两个分支上的线圈通电方向相同；靠右的两个分支上的线圈通电方向相同。

在一些实施例中，优选为，所述铁芯的拐角处倒圆角。

在一些实施例中，优选为，所述铁芯为铁钴合金铁芯，所述线圈为铜线圈。

在一些实施例中，优选为，铁芯体积为20mm×180mm×260mm。

本发明还提供了一种包含上述电磁铁的电磁道岔，所述电磁铁垂直于分岔处永磁轨道，电磁道岔用电磁铁的磁极嵌入所述永磁轨道内，磁极A和磁极B处于分岔处的中心位置，二者之间相间一块永磁体大小的空隙。

在一些实施例中，优选为，所述永磁轨道采用钕铁硼永磁体，为Halbach型永磁轨道。

本发明还提供了一种利用所述的电磁道岔进行转辙的方法，其包括：

确定待转辙方向；

根据待转辙方向对线圈通电，以在待转辙方向上产生均匀磁场，在非待转辙方向上产生不均匀磁场。

在一些实施例中，优选为，所述根据待转辙方向对线圈通电的方式为：

当左转时：靠右的两个分支上的线圈通电方向为自纸内向纸外，靠左的两个分支上的线圈通电方向为自纸外向纸内；

当右转时：靠右的两个分支上的线圈通电方向为自纸外向纸内，靠左的两个分支上的线圈通电方向为自纸内向纸外。

本发明实施例提供的电磁道岔用电磁铁、电磁道岔及转辙方法，与现有技术相比，该电磁铁结构包括：铁芯和线圈，所述铁芯包含四个分支，四个分支从左向右依次并排设置，实现Halbach阵列电磁道岔最关键的部件为电磁铁，本专利提出了可用于实现Halbach阵列的电磁道岔用电磁铁的设计方案。同一侧的一端汇集为一体，靠左的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极A，靠右的两个分支的另一端汇集会延伸出磁极B；每个分支上缠绕一个线圈，四个线圈连接；根据上述连接方式，可对靠左的两个分支和靠右的两个分支线圈分别通以不同方向的电流。在保证电磁道岔可行性的基础上将电磁铁的三个磁极简化为两个磁极，降低了制造电磁铁所需要的成本；为了保证电磁道岔的稳定性，电磁铁的磁通密度需要与永磁体的磁通密度相匹配，该电磁铁采用上述特殊形状的铁芯，采用多个线圈以产生更大的磁通密度，根据以上设计可以通过简单的调节电磁铁通电电流大小即可达到与永磁体匹配的磁通密度。

附图说明

图1为本发明一个实施例中电磁道岔用电磁铁的示意图；

图2为本发明一个实施例中Halbach型永磁轨道电磁道岔结构示意图；

图3为本发明一个实施例中Halbach型永磁轨道电磁道岔原理示意图。

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。

现有电磁铁所产生的磁通密度不能达到永磁体磁通密度的大小，从而导致轨道上表面磁场在道岔处不均匀，进而引起高温超导磁浮车在通过道岔时运行不平稳的现象。导致这一缺点的主要原因为电磁铁设计不合理，具体表现为：铁芯尺寸较小，在高温超导磁悬浮车悬浮高度处的磁通密度尚未达到要求时铁芯已经饱和，而铁芯饱和后就不能通过增大电流来达到增大磁通密度的目的。为此，本发明提供了一种电磁道岔用电磁铁、电磁道岔及转辙方法。具体为：

电磁道岔用电磁铁，包括：铁芯和线圈，铁芯包含四个分支，四个分支从左向右依次并排设置，同一侧的一端汇集为一体，靠左的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极A，靠右的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极B；每个分支上缠绕一个线圈，四个线圈(13a、13b、13c、13d)连接；可对靠左的两个分支和靠右的两个分支线圈分别通以不同方向的电流。

一种包含电磁铁的电磁道岔，电磁铁垂直于分岔处永磁轨道，电磁道岔用电磁铁的磁极嵌入永磁轨道内，磁极A和磁极B处于分岔处的中心位置，二者之间相间一块永磁体大小的空隙。

一种利用电磁道岔进行转辙的方法，其包括：确定待转辙方向；根据待转辙方向对线圈通电，以在待转辙方向上产生均匀磁场，在非待转辙方向上产生不均匀磁场。

该电磁铁结构包括：铁芯和线圈，铁芯包含四个分支，四个分支从左向右依次并排设置，实现Halbach阵列电磁道岔最关键的部件为电磁铁，本专利提出了可用于实现Halbach阵列的电磁道岔用电磁铁的设计方案。同一侧的一端汇集为一体，靠左的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极A，靠右的两个分支的另一端汇集会延伸出磁极B；每个分支上缠绕一个线圈，四个线圈连接；根据上述连接方式，可对靠左的两个分支和靠右的两个分支线圈分别通以不同方向的电流。在保证电磁道岔可行性的基础上将电磁铁的三个磁极简化为两个磁极，降低了制造电磁铁所需要的成本；为了保证电磁道岔的稳定性，电磁铁的磁通密度需要与永磁体的磁通密度相匹配，该电磁铁采用上述特殊形状的铁芯，采用多个线圈以产生更大的磁通密度，根据以上设计可以通过简单的调节电磁铁通电电流大小即可达到与永磁体匹配的磁通密度。

下面对要保护的技术进行详细说明：

Halbach阵列具有极强的聚磁能力，是迄今为止能通过最少永磁体用量产生最强磁场的轨道排列方式。目前已经有很多国家的高温超导磁浮车系统采用Halbach阵列作为其永磁轨道的排列方式。永磁轨道是高温超导磁悬浮系统不可或缺的重要组成部分，目前常用的永磁轨道的排列方式主要有传统单峰型永磁轨道和Halbach型永磁轨道，现有技术对传统单峰型永磁轨道电磁道岔用电磁铁进行了分析设计，Halbach因其可采用尽量少的永磁体用量产生较大的磁通密度而被广泛应用，然而目前还没有关于Halbach型永磁轨道电磁道岔用电磁铁的设计，本专利提出了Halbach型永磁轨道的电磁道岔用电磁铁设计，为以后高温超导磁悬浮系统电磁道岔研究提供了重要的设计思路。

目前传统单峰永磁轨道电磁道岔用电磁铁所提供磁通密度较小，导致在道岔部位电磁铁与永磁体的高磁通密度不匹配，从而导致通过道岔时高温超导磁浮车辆运行不稳定，本发明就这一缺点做出了以下相应的改进，用以提高电磁铁所产生的磁通密度。

电磁道岔用电磁铁，如图1所示，其包括：铁芯1和线圈，铁芯包含四个分支，四个分支从左向右依次并排设置，同一侧的一端汇集为一体，靠左的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极A，靠右的两个分支的另一端汇集会延伸出磁极B；图1中阴影部分为磁极A和磁极B。每个分支上缠绕一个线圈，四个线圈以一定方式连接；根据上述连接方式，可对靠左的两个分支和靠右的两个分支线圈分别通以不同方向的电流。该铁芯的特殊结构，左右分支的铁芯分别汇集成两个磁极，一方面将磁场有效引导至磁极，形成在某个转辙方向上的均匀磁场，另一方面，相对三个磁极的设计来说减少了生产成本。采用多个线圈以产生更大磁通密度。

对现有传统单峰型永磁轨道电磁道岔用电磁铁中铁芯的拐角处设计不合理，现有的铁芯拐角处为直角，容易产生漏磁。而漏磁现象使得增大轨道表面磁通密度更加困难。对其进行改进，在电磁铁的铁芯拐角处设计倒圆角，减小漏磁通，增大了电磁铁产生的磁通密度。

鉴于电磁道岔用电磁铁的特殊性，该电磁铁采用具有高饱和磁感应强度和高磁导率的铁钴合金，线圈采用铜线圈，进一步增大电磁铁所产生的磁通密度。

以往设计中电磁铁铁芯较小，容易饱和，而饱和后电磁铁的磁通密度不再随着通电电流的增大而增大，为此，本电磁铁结构中加大了电磁铁的铁芯体积，将铁芯体积设计为20mm×180mm×260mm，以减缓铁芯饱和速度，增加电磁铁所产生的磁通密度。

如图3所示，经过上述改进电磁铁的磁通密度几乎能与原永磁体形成的永磁轨道所产生的磁通密度相匹配。

将该电磁铁结构用于设计电磁道岔，如图2所示，电磁铁垂直于分岔处永磁轨道，电磁道岔用电磁铁的磁极嵌入永磁轨道2内，磁极A和磁极B处于分岔处的中心位置，二者之间相间一块永磁体大小的空隙。在Y字型轨道中，通过在电磁铁的线圈中通入不同方向的电流，形成在某个特定方向的均匀磁通密度，引导磁悬浮列车朝该方向转辙，

永磁轨道采用钕铁硼永磁体，为Halbach型永磁轨道，具有极强的聚磁能力，是迄今为止能通过最少永磁体用量产生最强磁场的轨道排列方式。

利用上述电磁道岔进行转辙，其包括：

确定待转辙方向；

根据待转辙方向对线圈通电，以在待转辙方向上产生均匀磁场，在非待转辙方向上产生不均匀磁场。

图3为Halbach永磁轨道的电磁道岔原理，当小车需要左转时，改变线圈(13a、13b、13c、13d)电流方向使其磁化方向如粗黑框1a所示，即在左轨道(B)运行方向形成了均匀的磁场，使得小车向左轨道运行，同时在右轨道运行方向形成的不均匀的磁场进一步保证小车准确的运行方向。当小车需要右转时，改变线圈(13a、13b、13c、13d)电流方向使其磁化方向如粗黑框1b所示，即在右轨道(C)运行方向形成了均匀的磁场，使得小车向右轨道运行，同时在左轨道运行方向形成不均匀的磁场进一步保证小车准确的运行方向。线圈的通电方向具体为：

当需要左转时，电磁铁的磁化方向为1a，右转时电磁铁的磁化方向为1b。当需要右转时，根据安培定律可知，线圈13a、13b(靠左的两个)的通电方向为从纸内向纸外；线圈13c、13d的通电方向为从纸外向纸内，此时电磁铁的磁化方向与图3中1b所示相同，因此可以实现一次平稳的右转道岔。当需要左转时，根据安培定律可知，线圈13a、13b(靠左的两个)的通电方向为从纸外向纸内；线圈13c、13d的通电方向为从纸内向纸外，此时电磁铁的磁化方向与图3中1a所示相同。

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)

1.一种电磁道岔用电磁铁，其特征在于，包括：铁芯和线圈，所述铁芯包含四个分支，四个分支从左向右依次并排设置，同一侧的一端汇集为一体，靠左的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极A，靠右的两个分支的另一端汇集后延伸出磁极B；每个分支上缠绕一个线圈，四个线圈连接；靠左的两个分支上的线圈的通电方向和靠右的两个分支上的线圈通电方向不同。

2.如权利要求1所述的电磁道岔用电磁铁，其特征在于，靠左的两个分支上的线圈通电方向相同；靠右的两个分支上的线圈通电方向相同。

3.如权利要求1所述的电磁道岔用电磁铁，其特征在于，所述铁芯的拐角处倒圆角。

4.一种包含权利要求1-3任一项所述电磁铁的电磁道岔，其特征在于，所述电磁铁垂直于永磁轨道，电磁道岔用电磁铁的磁极嵌入所述永磁轨道内，磁极A和磁极B处于分岔处的中心位置，二者之间相间一块永磁体大小的空隙。

5.如权利要求4所述的电磁道岔，其特征在于，所述永磁轨道采用钕铁硼永磁体，且为Halbach型永磁轨道。

6.一种利用权利要求4-5任一项所述的电磁道岔进行转辙的方法，其特征在于，其包括：

确定待转辙方向；

根据待转辙方向对线圈通电，以在待转辙方向上产生均匀磁场，在非待转辙方向上产生不均匀磁场。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据待转辙方向对线圈通电的方式为：

当左转时：靠右的两个分支上的线圈通电方向为自纸内向纸外，靠左的两个分支上的线圈通电方向为自纸外向纸内；

当右转时：靠右的两个分支上的线圈通电方向为自纸外向纸内，靠左的两个分支上的线圈通电方向为自纸内向纸外。