CN108657012A - 新型高速磁悬浮列车及悬浮机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型高速磁悬浮列车结构,具体是一种结构简单，电磁污染低的新型高速磁悬浮列车及悬浮机构，包括车体以及与车体相对并沿所述车体行驶方向延伸的轨道，所述车体底部设置有轨道槽，所述轨道内置于轨道槽内，所述轨道槽为半封闭凹型槽结构，轨道槽内开设有容置腔，所述容置腔内分别设置有轨道槽与轨道相配合作用的平衡磁力装置，悬浮磁力装置以及轨道槽与轨道滑动配合的横向动力辅助轮组和纵向主动力轮组。本发明中实用永磁体提供支撑列车的悬浮力，能耗低、寿命长、电磁污染低以及维护运行成本低。本发明结构简单，使用性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型高速磁悬浮列车结构,具体是一种结构简单，电磁污染低的新型高速磁悬浮列车及悬浮机构。
背景技术
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力，即磁的吸力和排斥力来推动的列车。由于其轨道的磁力使列车和轨道的接触面分离，减小摩擦力，因此磁悬浮列车具有高速，运行平稳、舒适，易于实现自动控制，无噪音，不排出有害的废气，有利于环境保护，可节省建设经费，运营、维护和耗能费用低等多种优点，它是21 世纪理想的超级特别快车，世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。
目前，我国和日本、德国、英、美等国都在积极研究磁悬浮列车，目前我国主要研究中低速磁悬浮列车，高速磁悬浮列车主要技术掌握在日本和德国手中，并且在结构上分为两大类，一种是以德国为代表的高速常导磁浮列车，此类悬浮的气隙较小，速度可达每小时400-500公里，适合于城市间的长距离快速运输，另一种，则是以日本为代表的超导磁悬浮列车，此类悬浮的气隙较大，但是其速度可达每小时500公里以上，两种磁悬浮原理都是运用车辆下部的导向电磁铁和轨道电磁铁的反作用力将列车浮起，虽然上述磁悬浮技术有许多优点，但是仍然存在一些不足，比如：1.由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题，其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验；2.常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高；3.超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响；4.常导型和超导型磁悬浮列车轨道线路都是利用电磁铁，在运行过程中的需依托电力运行，存在电能消耗量大等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低、能耗低、寿命长、电磁污染低、维护成本低的一种新型高速磁悬浮列车悬浮机构。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种悬浮机构，包括车体以及与车体相对并沿所述车体行驶方向延伸的轨道，所述车体底部设置有轨道槽，所述轨道内置于轨道槽内，所述轨道槽为半封闭凹型槽结构，轨道槽内开设有容置腔，所述容置腔内分别设置有轨道槽与轨道相配合作用的平衡磁力装置，悬浮磁力装置以及轨道槽与轨道滑动配合的横向动力辅助轮组和纵向主动力轮组。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述平衡磁力装置由设置在轨道槽下悬浮面的车载磁阵列和设置在轨道上悬浮面的轨道磁阵列相对配合构成，所述车载磁阵列的两侧分别设置有轨道磁阵列。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述悬浮磁力装置由设置在轨道槽下悬浮面两侧的车载悬浮永磁体和设置在轨道上悬浮面两侧的轨道悬浮永磁体相配合构成。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述横向动力辅助轮组由呈对称布置在轨道槽内两侧导向辅助面的一组横向动力辅助轮和调节座构成，所述横向动力辅助轮设置在调节座上。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述纵向主动轮组由呈对称布置在轨道槽内支撑面的一组纵向主动轮和调节座构成，所述纵向主动轮设置在调节座上。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述轨道主体为T型轨道，所述轨道的两侧导向辅助面和下支撑面分别设置与横向动力辅助轮组和纵向主动力轮组相配合的轨道滑槽。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述轨道磁阵列和车载磁阵列由磁极交替布置的磁铁构成，轨道磁阵列和车载磁阵列的磁铁的相邻磁极呈同性磁极布置。
本发明技术方案的进一步改进在于：车载磁阵列和轨道磁阵列之间的横向距离为10 ～ 18cm。
本发明还公开了一种新型高速磁悬浮列车，包括上述的悬浮机构。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果在于：
本发明中轨道磁阵列和车载磁阵列采用实用永磁体，实用永磁铁提供支撑列车的悬浮力，与电磁铁相比具有能耗低、寿命长、电磁污染低以及维护运行成本低的特点。
本发明的平衡磁力装置能够使列车保持左右方向的平衡，悬浮磁力机构能够使列车保持上下方向的平衡。
本发明采用纵向主动轮为列车提供主要的形式动力还具有支撑列车及保持列车上下稳定性的作用。
本发明采用轨道槽的侧面设置动力辅助轮能够为列车提供辅助的形式动力，还具有保持列车左右方向稳定性的作用。
本发明设置了相互作用的轨道磁阵列和车载磁阵列，能够使列车进行正常悬浮行驶，使列车行驶的稳定性提高。
附图说明
图1是本发明悬浮机构结构示意图；
图2是本发明悬浮结构立体示意图；
图3为本发明磁阵列磁极分布示意图；
图4为本发明轨道结构示意图；
图5是本发明新型高速悬浮列车结构示意图；
其中，1、车载磁阵列，2、轨道悬浮永磁体，3、横向动力辅助轮，4、纵向主动轮，5、轨道，6、车体，7、车载悬浮永磁体，8、轨道磁阵列，9、轨道槽，10、容置腔，11、调节座，12、轨道滑槽，13、磁悬浮列车，14、悬浮机构，15、导向辅助面，16、下支撑面。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，以下提供本发明的实施实例，这些实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明公开了一种新型高速磁悬浮列车及悬浮机构，具体的说是一种通过悬浮机构使用永磁体的磁悬浮提供磁悬浮力的磁悬浮列车。
本发明的悬浮列车的具体设计参数如下：
高速悬浮列车运行环境参数如下：
地理条件：海拔高度≤1500m，最高动峰值加速度：0.3g
气候条件：环境温度：-25℃～＋40℃
相对湿度：（该月平均最低温度为25℃）≤95％
最大风速：平均风速15m/s 极限风速33m/s
气候现象：出现盐雾，酸雨，沙尘暴。
供电条件：供电制式（单相交流 AC25KV）频率（50Hz)
供电方式：AT 2×25KV 直接1×25KV
接触网电压：标称电压25KV ，长期最高电压27.5KV，设计最低工作电压 20KV，瞬时（5min）最高电压29KV ，瞬时（10min）最低电压17.5KV。
高速悬浮列车运行牵引参数如下：
基本编组：8辆编组（6M2T)
编组质量：442t(定员时）
运行速度: 持续运行速度-350Km/h，最高试验速度385Km/h以上
接触网电压：AC 22.5Kv
运行阻力：WO =5.6+0.036V+0.00121v2（N/t)
车轮直径：860mm(计算820mm，最少790mm)
传动比：2.379
传动效率：0.95
最陡坡度：干线12‰，基地场内30‰以下（短距离）
牵引电机功率：不小于8760KW
正常工况（6M2T）
| 速度（Km/h) | 阻力（KN） | 牵引力（KN） | 加速度（M/s2) |
| 0 | 2.5 | 197.6 | 0.42 |
计算说明：
实际施工设计计算重量提高到442t，计算速度由0加速到200km/h的平均起动加速度为0.38m/s2 ，直线平坦线路350Km/h时剩余加速度0.02m/s2以上。
平均起动加速度由0.39m/s2到0.38m/s2 ，加速到200km/h仅需增加4.2s的加速时间。
高速悬浮列车磁铁与悬浮重量设计参数如下：
钕铁硼磁铁与可悬浮的最大重量之比为1:10
以四编组为例：104m 总重量253t，钕铁硼密度为7.5g/cm3
每组双排总长208m总重量253t，需25.3t磁铁
每米需216g的磁量，车体为50cm×50cm 轨道为40cm×40cm
本发明的高速磁悬浮列车的车体主要由四编组磁悬浮列车13构成，每组磁悬浮列车下部装有一组悬浮机构14，悬浮机构14车体的轨道槽9内配备有专用轨道5，轨道5可以为T型轨道也可以为工字型轨道，轨道5的上端位于轨道槽9的容置腔10内，在列车运行过程中，车体6通过轨道槽9与轨道2的磁悬浮作用进行运动。
本发明实施例中的轨道槽9为半封闭凹型槽机构，一般采用矩形槽的形式，轨道槽9的下部开设有供轨道5内嵌的开封，而轨道槽9内形成的容置腔10正好将轨道5放置于内，在容置腔10内轨道槽9与轨道5之间装有用于保持车体左右稳定的平衡磁力装置，保持车体悬浮的悬浮磁力装置，提供主要动力和列车上下稳定性的支持的横向动力辅助轮组和纵向主动力轮组。
本发明实施例中平衡磁力装置由设置在轨道槽下悬浮面的车载磁阵列1和设置在轨道上悬浮面的轨道磁阵列8相对配合构成，车载磁阵列1和轨道磁阵列8均为若干块永磁体纵向排列形成的，相邻的永磁体的极性的左右方向相反，车载磁阵列1的两侧分别设置有轨道磁阵列8，车载磁阵列1和轨道磁阵列8之间具有相互排斥作用，车载磁阵列1和轨道磁阵列8通常均由3 ～ 6块永磁体组成，车载磁阵列1装在位于车体6的中心线上，两个轨道磁阵列8装在车载磁阵列1的两侧。轨道磁阵列8和车载磁阵列1内的磁铁的相邻磁极为同性磁极，即在同一水平线上的相邻的轨道磁阵列8和车载磁阵列1的磁铁相邻的磁极为同性磁极。从而进一步的保证了列车左右方向的平衡。本发明实施例中的悬浮列车的车载磁阵列1和轨道磁阵列8之间的横向距离一般设置为10 ～ 18cm，在此距离范围内车载磁阵列1和轨道磁阵列8对于保持列车平衡的作用最好。
本发明公开的悬浮磁力装置由装在轨道槽9下悬浮面两侧的车载悬浮永磁体7和装在轨道5上悬浮面两侧的轨道悬浮永磁体2相配合构成。车载悬浮永磁体7和轨道悬浮永磁体2之间具有排斥作用，从而保证列车处于悬浮状态。
本发明中轨道槽9的容置腔10内装有横向动力辅助轮组和纵向主动轮组，
横向动力辅助轮组由呈对称布置在轨道槽9内两侧导向辅助面的一组横向动力辅助轮3和调节座11构成，横向动力辅助轮3设置在调节座11上，纵向主动轮组由呈对称布置在轨道槽9内支撑面的一组纵向主动轮4和调节座11构成，纵向主动轮4设置在调节座11上，横向动力辅助轮3用于提供列车行走的辅助动力，纵向主动力轮4用于位列车提供主要动力和列车上下稳定性的支持。
上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或装饰，均落入本专利包括的范围。
Claims (9)
1.一种悬浮机构，包括车体（6）以及与车体（6）相对并沿所述车体行驶方向延伸的轨道（5），所述车体（6）底部设置有轨道槽（9），所述轨道（5）内置于轨道槽（9）内，其特征在于：所述轨道槽（9）为半封闭凹型槽结构，轨道槽（9）内开设有容置腔（10），所述容置腔（10）内分别设置有轨道槽（9）与轨道（5）相配合作用的平衡磁力装置，悬浮磁力装置以及轨道槽（9）与轨道（5）滑动配合的横向动力辅助轮组和纵向主动力轮组。
2.根据权利要求1所述的悬浮机构，其特征在于：所述平衡磁力装置由设置在轨道槽（9）下悬浮面的车载磁阵列（1）和设置在轨道（5）上悬浮面的轨道磁阵列（8）相对配合构成，所述车载磁阵列（1）的两侧分别设置有轨道磁阵列（8）。
3.根据权利要求1所述的悬浮机构，其特征在于：所述悬浮磁力装置由设置在轨道槽（9）下悬浮面两侧的车载悬浮永磁体（7）和设置在轨道上悬浮面两侧的轨道悬浮永磁体（2）相配合构成。
4.根据权利要求1所述的悬浮机构，其特征在于：所述横向动力辅助轮组由呈对称布置在轨道槽（9）内两侧导向辅助面的一组横向动力辅助轮（3）和调节座（11）构成，所述横向动力辅助轮（3）设置在调节座（11）上。
5.根据权利要求1所述的悬浮机构，其特征在于：所述纵向主动轮组由呈对称布置在轨道槽（9）内支撑面的一组纵向主动轮（4）和调节座（11）构成，所述纵向主动轮（4）设置在调节座（11）上。
6.根据权利要求1所述的悬浮机构，其特征在于：所述轨道（5）主体为T型轨道，所述轨道（5）的两侧导向辅助面（15）和下支撑面（16）分别设置与横向动力辅助轮组和纵向主动力轮组相配合的轨道滑槽（12）。
7.根据权利要求2所述的悬浮机构，其特征在于：所述轨道磁阵列（8）和车载磁阵列（1）由磁极交替布置的磁铁构成，轨道磁阵列（8）和车载磁阵列（1）的磁铁的相邻磁极呈同性磁极布置。
8.根据权利要求7所述的一种悬浮机构，其特征在于：车载磁阵列（1）和轨道磁阵列（8）之间的横向距离为10 ～ 18cm。
9.一种新型高速磁悬浮列车，其特征在于：包括权利要求1-8中任意一项所述的悬浮机构。
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