CN107968601B - 一种悬浮电磁铁及磁浮车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种悬浮电磁铁，包括：安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方的左侧间隙传感器；其中，所述安装线为连接所述左安装点与右安装点的线段；安装于靠近所述右安装点的所述安装线的四等分点上方的右侧间隙传感器；其中，所述左安装点与所述右安装点均为所述悬浮电磁铁安装于悬浮架的安装点；本申请通过改变左侧间隙传感器和右侧间隙传感器的安装位置实现了悬浮电磁铁的悬浮冗余，能够良好地应对悬浮电磁铁突发故障状况，提升了安全性；本申请还公开了一种磁浮车辆，具有以上有益效果。

Description

一种悬浮电磁铁及磁浮车辆

技术领域

本申请涉及磁浮车辆领域，特别涉及一种悬浮电磁铁及磁浮车辆。

背景技术

在科技迅猛发展的今天，磁浮车辆已经走进人们的视野。磁浮车辆通是一种低噪声无碳交通方式，是未来城市交通发展的重要方向之一。它虽属于轨道交通但具备与传统轮轨轨道交通不同的特点和优势。

高速的磁浮车辆一般使用吸力型悬浮电磁铁使车辆与轨道之间保持一定的间隙，每节车体由若干悬浮架通过空气弹簧进行弹性支撑，每个悬浮架由4 块悬浮电磁铁进行支撑。请参见图1，图1为现有技术中悬浮电磁铁的结构示意图，在现有技术中磁极线圈和间隙传感器分为左右两个独立的部分，左、右两侧的间隙传感器检测到的间隙变化是相互独立的，即悬浮电磁铁左侧间隙的变化不能被右侧间隙传感器检测，右侧间隙变化不能被左侧的间隙传感器检测。现有技术中，这种左右两侧相互独立的控制方式会造成悬浮冗余不足，若一个悬浮架上的两个或两个以上悬浮电磁铁出现故障时悬浮架将无法保持正常的悬浮状态。

因此，如何为悬浮电磁铁提供悬浮冗余，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种悬浮电磁铁及磁浮车辆，能够为悬浮电磁铁提供悬浮冗余。

为解决上述技术问题，本申请提供一种悬浮电磁铁，该悬浮电磁铁包括：

安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方的左侧间隙传感器；其中，所述安装线为连接所述左安装点与右安装点的线段；

安装于靠近所述右安装点的所述安装线的四等分点上方的右侧间隙传感器；其中，所述左安装点与所述右安装点均为所述悬浮电磁铁安装于悬浮架的安装点。

可选的，所述悬浮电磁铁包括六个第一磁极线圈和六个第二磁极线圈；其中，六个所述第一磁极线圈由左侧控制器控制，六个所述第二磁极线圈由右侧控制器控制。

可选的，六个所述第一磁极线圈和六个所述第二磁极线圈等距安装在电磁铁上。

可选的，六个所述第一磁极线圈和六个所述第二磁极线圈交错分布且等距安装在所述电磁铁上。

可选的，所述悬浮磁铁两端设置有支撑节点，用于支撑所述悬浮架。

可选的，所述支撑节点为橡胶支撑节点。

本申请还提供了一种磁浮车辆，包括安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方的左侧间隙传感器；以及安装于靠近所述右安装点的所述安装线的四等分点上方的右侧间隙传感器；安装在电磁铁上的磁极线圈。

本申请提供了一种悬浮电磁铁，安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方的左侧间隙传感器；其中，所述安装线为连接所述左安装点与右安装点的线段；安装于靠近所述右安装点的所述安装线的四等分点上方的右侧间隙传感器；其中，所述左安装点与所述右安装点均为所述悬浮电磁铁安装于悬浮架的安装点。

本申请提供的技术方案通过将左侧间隙传感器和右侧间隙传感器向中间移动，实现了左侧间隙传感器既可以监测悬浮电磁铁左侧的间隙变化又能够监测悬浮电磁铁右侧的间隙变化，同样右侧间隙传感器也可以监测两侧的间隙变化。若悬浮电磁铁的左侧出现故障，左侧间隙传感器无法监测左侧的间距变化，由于右侧间隙传感器可以监测到左侧间隙的变化进行调整，使整个悬浮电磁铁保持水平的正位状态。本申请通过改变左侧间隙传感器和右侧间隙传感器的安装位置实现了悬浮电磁铁的悬浮冗余，能够良好地应对悬浮电磁铁突发故障状况，提升了安全性。本申请同时还提供了一种磁浮车辆，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中悬浮电磁铁的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种悬浮电磁铁的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种悬浮电磁铁及磁浮车辆，能够实现悬浮电磁铁的悬浮冗余，能够良好地应对悬浮电磁铁突发故障状况，提升了安全性。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面请参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种悬浮电磁铁的结构示意图；

该悬浮电磁铁可以包括：

安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方的左侧间隙传感器；

其中，本申请中提到的悬浮电磁铁包括左侧间隙传感器、右侧间隙传感器、磁极线圈以及电磁铁。上述提到的左安装点是悬浮架安装在悬浮电磁铁左侧的安装点，同理可知，右安装点是悬浮架安装在悬浮电磁铁右侧的安装点。

上述提到的安装线是根据左安装点和右安装点虚拟出来的一条线，在实物中并不真实存在，安装线只是一条帮助确定左侧间隙传感器和右侧间隙传感器位置的一条线段。值得注意的是安装线是一条以左安装点为起点右安装点为终点或以右安装点为起点左安装点为终点的线段，也就是说安装线的距离就是左安装点到右安装点的距离。本实施例中的间隙传感器均处在安装线的四等分点的上方，可以理解的是左侧间隙传感器位于悬浮电磁铁左半部分的传感器，因此左侧间隙传感器安装于靠近左安装点的四等分点的上方。

可以理解的是将一条线段进行四等份，可以得到三个四等分点，也就是说左侧间隙传感器与左安装点的水平距离为安装线的四分之一。由于左安装点与右安装点都是存在于电磁铁内部的点，因此安装线是一条存在于电磁铁内部的线段，故左侧间隙传感器不可能安装在安装线所在的线段的位置。又考虑到左侧间隙传感器是用来测与上方物体间距离变化的，因此左侧间隙传感器是应该安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方。由于电磁铁是形状是长方体，因此电磁铁具有一定的宽度，左侧间隙传感器可以安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方沿电磁铁宽度方向的任意一点，即垂直于安装线的电磁铁的纵切面。当然，为了方便安装并提供最佳的监测效果，左侧间隙传感器可以安装于靠近左安装点的安装线的四等分点的正上方。

当然，左侧间隙传感器可以通过多种方法安装于悬浮电磁铁，本领域技术人员可以根据悬浮电磁铁的具体应用场景选择一种适宜的安装方法将左侧间隙传感器安装于悬浮电磁铁。若在某种特定情况下，悬浮电磁铁需要经常更换，左侧间隙传感器应可拆卸的安装于悬浮电磁铁。本申请实施例只是提供了左侧间隙传感器的安装位置，并不对左侧间隙传感器的型号、尺寸及安装方式进行具体的限定。

安装于靠近所述右安装点的所述安装线的四等分点上方的右侧间隙传感器；

其中，由于右侧间隙传感器与左侧间隙传感器是成对存在的，并且二者相对于悬浮电磁铁的中位线对称存在，因此有右侧间隙传感器的安装位置与左侧间隙传感器的安装位置基本相同，具体安装位置可以参见左侧间隙传感器的安装位置，在此处不再赘述。

在本申请实施例所提供的另一种悬浮电磁铁中，该悬浮电磁铁可以包括：

所述悬浮电磁铁包括六个第一磁极线圈和六个第二磁极线圈；其中，六个所述第一磁极线圈由左侧控制器控制，六个所述第二磁极线圈由右侧控制器控制。

其中，悬浮电磁铁之所以能够悬浮就是因为悬浮电磁铁上存在多个磁极线圈，磁极线圈通电后，在磁场中受到磁场力的作用，磁场力能够与重力平衡达到悬浮的效果。左侧控制器与右侧控制器是根据间距传感器发送的信号来调整磁极线圈中电流大小的装置。在使用控制器进行调整磁极线圈电流大小时悬浮控制系统设计要兼顾这两种策略，一般在观测器设计中得到体现。应采用线性控制方法，即将电磁悬浮系统模型在平衡点位置进行线性化(泰勒展开，取一阶线性项)。目前常导磁浮车辆悬浮控制一般采用基于状态观测器的反馈控制。

可以理解的是，左侧控制器只接收左侧间隙传感器发送的信号，右侧控制器只接收右侧间隙传感器发送的信号。也就是说，左侧间隙传感器监测到的信号可以间接控制左侧控制器控制的第一磁极线圈，同理可知右侧间隙传感器监测到的信号可以间接控制右侧控制器控制的第二磁极线圈。

当然，六个第一磁极线圈与六个第二磁极线圈在悬浮电磁铁上的排列方式有多种选择，第一磁极线圈可以全部安装在悬浮电磁铁的左侧而第二磁极线圈全部安装于悬浮电磁铁的右侧；也可以是不按照某种规律随机安装在悬浮电磁铁上；还可以是第一磁极线圈与第二磁极线圈相间排列安装于悬浮电磁铁上。由上述可知，磁极线圈的排列顺序可以有多种方式选择，本领域的技术人员可以根据悬浮电磁铁实际应用的场景进行选择，当然磁极线圈可以使等距均匀排列在悬浮电磁铁上，也可以不均匀排列在悬浮电磁铁上，可以理解的是采用等距均匀排列在悬浮电磁铁上这种方式更加方便安装，也方便进行相关电流的计算。

该悬浮电磁铁还可以包括：

设置在悬浮电磁铁两端的支撑节点，用于支撑所述悬浮架。

其中，由于悬浮架是需要承载很大的重量的，因此支撑节点的刚度要求是很高的，此处应该选择刚度较高的材料制成的支撑节点。

该悬浮电磁铁还可以包括：

设置在悬浮电磁铁两端的橡胶支撑节点。

在本申请实施例提供的另一种悬浮电磁铁中，在本实施例中对磁极线圈的排列方式进行了相关限定。

由于本实施例只是改变了磁极线圈的排列方式，与上述实施例在其他方面基本一致，因此不再赘述本实施例所提供的悬浮电磁铁的其他部分，只介绍本实施例的磁极线圈的排布方式。

该悬浮电磁铁包括：

六个所述第一磁极线圈和六个所述第二磁极线圈交错分布且等距安装在所述悬浮电磁铁上。

更进一步的，第一线圈组与第二线圈组交错分布且等距安装在所述电磁铁上；其中，所述第一线圈组包括两个所述第一磁极线圈，所述第二线圈组包括两个所述第二磁极线圈。第一线圈组是由两个第一磁极线圈组成的，可以理解的是在悬浮电磁铁具有六个第一磁极线圈的前提下，可以有三个第一线圈组，同理可知还存在三个第二线圈组。第一线圈组与第二线圈组交错分布其实就是两个第一磁极线圈、两个第二磁极线圈交错排列。

其中，上述提到的“交错分布”是指第一磁极线圈与第二磁极线圈详见分布。下面举一个例子来说明，将六个第一磁极线圈命名为1号第一磁极线圈、 2号第一磁极线圈、3号第一磁极线圈、4号第一磁极线圈、5号第一磁极线圈和6号第一磁极线圈，同样对六个第二磁极线圈进行命名，分别为1号第二磁极线圈、2号第二磁极线圈、3号第二磁极线圈、4号第二磁极线圈、5 号第二磁极线圈和6号第二磁极线圈。上述磁极线圈的排布方式为：1号第一磁极线圈、1号第二磁极线圈、2号第一磁极线圈、2号第二磁极线圈、3号第一磁极线圈、3号第二磁极线圈、4号第一磁极线圈、4号第二磁极线圈、5 号第一磁极线圈、5号第二磁极线圈、6号第一磁极线圈、6号第二磁极线圈。当然还可以有这样的排布方式：1号第一磁极线圈、2号第一磁极线圈、1号第二磁极线圈、2号第二磁极线圈、3号第一磁极线圈、4号第一磁极线圈、3 号第二磁极线圈、4号第二磁极线圈、5号第一磁极线圈、6号第一磁极线圈、 5号第二磁极线圈和6号第二磁极线圈。上面举出了两种“交错分布”分布方法，可以理解的是上述两种方法各个磁极线圈都是在悬浮电磁铁上等距均匀分布的。可以理解的是，当存在多于或少于12个磁极线圈的情况下也可以通过这种“交错分布”的方式安装磁极线圈。上述提到的等距分布是指将悬浮电磁铁在长度方向上等距分布。

当然，上述这种对称的“交错分布”是一种优选的实施例，也可以将左侧控制器控制的部分磁极线圈安装于悬浮电磁铁中心线右侧，将右侧控制器控制的部分磁极线圈安装于悬浮电磁铁中心线的左侧，本领域的技术人员可以根据悬浮电磁铁实际应用的具体情况进行磁极线圈安装位置的设置，此处并不进行具体的限定。

下面通过一个例子来具体说明该悬浮电磁铁实现悬浮冗余的过程：

请参见图2，左侧间隙传感器安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方，右侧间隙传感器安装于靠近右安装点的安装线的四等分点上方。此外，左侧控制器与左侧间隙传感器相连，右侧控制器与右侧间隙传感器相连；左侧控制器与中心线左侧四个磁极线圈及中心线右侧二个磁极线圈相连，右侧控制器与中心线右侧四个磁极线圈及中心线左侧二个磁极线圈相连。

当悬浮电磁铁处于正常工作状态时，左侧间隙传感器检测悬浮电磁铁左右两端间隙信息，并将该间隙信息发送给左侧控制器，左侧控制器根据该间隙信息改变其控制的磁极线圈的电流大小；同理可知，右侧间隙传感器也可以检测悬浮电磁铁左右两端间隙信息，并将该间隙信息发送给右侧控制器，右侧控制器根据该间隙信息改变其控制的磁极线圈的电流大小。综上可知，在左侧控制器控制的磁极线圈和右侧控制器控制的磁极线圈的共同作用下，悬浮电磁铁能够保持水平的正位状态。当悬浮电磁铁处于正常工作状态时，左侧间隙传感器和右侧间隙传感器均能检测到悬浮电磁铁两端的间隙信息，共同实现了悬浮电磁铁的水平。可以理解的是，左侧组件(包括：左侧间隙传感器、左侧控制器及左侧控制器控制的磁极线圈)和右侧组件(包括：右侧间隙传感器、右侧控制器及右侧控制器控制的磁极线圈)均能独立实现整个悬浮电磁铁的水平状态的维持。

当左侧组件发生故障时(其中，包括左侧间隙传感器、左侧控制器及左侧控制器控制的磁极线圈中任意一者或任意两者或全部发生故障)，右侧组件就可以代替左侧组件，继续维持悬浮电磁铁的水平状态。详细过程如下：假设左侧组件发生故障导致左侧控制器控制的磁极线圈全部失效(即不在磁场中受到力的作用)，上述的磁极线圈的失效将会导致悬浮电磁铁受力不平衡，由于悬浮电磁铁在力的作用下发生位移，即导致左侧的间隙信息发生变化。由于右侧间隙传感器能够检测悬浮电磁铁左侧的间隙信息，并将左侧的间隙信息发送给右侧控制器，右侧控制器根据接受到的间隙信息选择相对应的控制策略，改变右侧控制器控制的磁极线圈中的电流以保证悬浮电磁铁依旧能够保持水平的正位状态。

同样的，当右侧组件发生故障时，左侧组件也能够根据悬浮电磁铁的右侧的间隙信息改变左侧控制器控制的磁极线圈中的电流以保证悬浮电磁铁依旧能够保持水平的正位状态。也就是说左侧组件(包括：左侧间隙传感器、左侧控制器及左侧控制器控制的磁极线圈)和右侧组件(包括：右侧间隙传感器、右侧控制器及右侧控制器控制的磁极线圈)能够互为冗余，当一方出现故障时，另一方就能够进行相应调整实现冗余。

可以理解的是，左侧控制器控制的磁极线圈和右侧控制器控制的磁极线圈的分布存在诸多变化；当然，所有的磁极线圈可以随意分布，但是考虑到方便左、右控制器选择相应的控制策略，磁极线圈可以按照某种规律均匀排布。值得一提的是，为了增强控制效果还可以将左侧控制器控制的部分磁极线圈至于中心线右侧，将右侧控制器控制的部分磁极线圈置于中心线左侧。作为一种优选的实施方式，还可以将左侧控制器控制的磁极线圈和右侧控制器控制的磁极线圈相见排布(即相邻的两个磁极线圈不为同一控制器所控制)。如图2所示，如果左侧控制器控制的磁极线圈和右侧控制器控制的磁极线圈均为6个，可以将同一控制器控制的磁极线圈两两一组交错分布(即以左、左、右、右、左、左、右、右、左、左、右、右的状态分布)。

当然，左侧控制器控制的磁极线圈和右侧控制器控制的磁极线圈的数量可以相同也可以不相同，只要能够在左(右)侧控制器控制的磁极线圈失效时，右(左)侧控制器控制的磁极线圈发挥安全冗余作用即可，此处不进行具体的限定。

在本申请提供的一种磁浮车辆的实施例中，包括：

安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方的左侧间隙传感器；以及安装于靠近所述右安装点的所述安装线的四等分点上方的右侧间隙传感器；安装在电磁铁上的磁极线圈。因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到更具本申请提供的基本内容结合实际情况可以存在很多的例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的保护范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的内容及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种悬浮电磁铁，其特征在于，包括：

安装于靠近左安装点的安装线的四等分点上方的左侧间隙传感器；其中，所述安装线为连接所述左安装点与右安装点的线段；

安装于靠近所述右安装点的所述安装线的四等分点上方的右侧间隙传感器；其中，所述左安装点与所述右安装点均为所述悬浮电磁铁安装于悬浮架的安装点；

六个第一磁极线圈和六个第二磁极线圈；其中，六个所述第一磁极线圈由左侧控制器控制，六个所述第二磁极线圈由右侧控制器控制；

六个所述第一磁极线圈与六个所述第二磁极线圈交错分布且等距安装在电磁铁上。

2.根据权利要求1所述悬浮电磁铁，其特征在于，所述悬浮电磁铁两端设置有支撑节点，用于支撑所述悬浮架。

3.根据权利要求2所述悬浮电磁铁，其特征在于，所述支撑节点为橡胶支撑节点。

4.一种磁浮车辆，其特征在于，设置有如权利要求1至3任一项所述的悬浮电磁铁。