CN109525145B - 一种新型悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块，新型悬浮电磁铁单元包括相对设置的内极板和外极板，内极板和外极板之间设有铁芯和线圈，铁芯包括垂直均布于内极板和外极板纵向上的第一铁芯和第二铁芯，线圈包括套设于第一铁芯或第二铁芯上且相对布置的第一线圈和第二线圈或第三线圈和第四线圈，第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈之间采用串联或并联连接的方式构成新型悬浮电磁铁单元的电路，悬浮电磁铁模块包含两个相互独立的新型悬浮电磁铁单元，本发明新型悬浮电磁铁单元和悬浮电磁铁模块具有一定的冗余功能，当新型悬浮电磁铁单元中一个线圈或驱动电路出现故障时，通过调整驱动电路电压，即能保证新型悬浮电磁铁单元正常运行。

Description

一种新型悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块

技术领域

本发明涉及磁浮列车领域，尤其涉及一种新型悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块。

背景技术

目前，悬浮电磁铁模块包括两个悬浮电磁铁单元，每个悬浮电磁铁单元由两块整体极板、两个铁芯和两个线圈构成，其中一个铁芯中的线圈与另一个铁芯中的线圈串联，构成悬浮电磁铁单元的电路，悬浮控制器中驱动电路包含两个半桥斩波电路，分别驱动悬浮电磁铁模块中的两个悬浮电磁铁单元，悬浮电磁铁单元中电压为

，电流为

，用以给悬浮电磁铁模块供电。目前这种悬浮电磁铁单元和悬浮电磁铁模块的设计存在以下的不足：

①、当任意一个线圈损坏断路或驱动电路故障时，该悬浮电磁铁单元均无法工作，导致整个悬浮电磁铁模块无法正常使用；

②、当磁浮系统负载较大时，电流较大，产生较大的焦耳热，悬浮电磁铁温度升高，影响电气系统特性，严重时甚至有可能导致悬浮电磁铁损坏。

因此，设计一种高抗故障性能的悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块，能够通过改变线圈与线圈之间的连接方式，以提高所述新型悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块的抗故障性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种新型悬浮电磁铁单元，包括相对设置的内极板和外极板，所述内极板和所述外极板之间设有铁芯，所述铁芯包括均布于所述内极板和所述外极板前后方向上的第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯上套设有相对布置的第一线圈和第二线圈，所述第二铁芯上套设有相对布置的第三线圈和第四线圈，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈之间采用串联或并联。

优选地，所述第一线圈和所述第三线圈串联连接构成第一线圈组，所述第二线圈和所述第四线圈串联连接构成第二线圈组，所述第一线圈组和所述第二线圈组相互独立设置。

优选地，所述第一线圈与所述第二线圈并联连接构成第三线圈组，所述第三线圈与所述第四线圈并联连接构成第四线圈组，所述第三线圈组与所述第四线圈组串联。

优选地，所述第一线圈和所述第二线圈之间以及所述第三线圈和所述第四线圈之间均设有空隙。

优选地，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈均采用导电金属材料绕制而成。

优选地，所述内极板、所述外极板和所述铁芯均采用导磁钢材制作而成。

一种新型悬浮电磁铁模块，包含所述的两个新型悬浮电磁铁单元，两个所述新型悬浮电磁铁单元通过所述内极板和所述外极板固定连接。

与现有技术比较，本发明具有如下的有益技术效果：

（1）本发明中所述新型悬浮电磁铁单元将所述线圈套设于所述铁芯上且相对布置，并将两个所述铁芯上的所述线圈分别两两连接以构成相互独立的两个线圈组，相互独立的两个线圈组并联构成所述新型悬浮电磁铁单元的电路，并可以通过悬浮控制器中相互独立的两个所述驱动电路进行供电，当所述新型悬浮电磁铁单元中的任意一个所述线圈或任意一路所述驱动电路出现断线等故障时，均可以通过调整相应的所述驱动电路的电压来保证所述新型悬浮电磁铁单元稳定悬浮于设定的悬浮间隙，从而使得所述新型悬浮电磁铁单元具有一定的冗余功能，提升了所述新型悬浮电磁铁单元的抗故障性能；

（2）本发明中所述新型悬浮电磁铁单元将所述线圈套设于所述铁芯上且相对布置，并将同一所述铁芯上的所述线圈采用并联连接构成所述线圈组，两个所述线圈组采用串联连接方式构成所述新型悬浮电磁铁单元的电路，当所述新型悬浮电磁铁单元中的任意一个所述线圈出现断线等故障时，或者两个所述线圈组均出现一个所述线圈断线等故障时，均可以通过调整相应的所述驱动电路的电压来保证所述新型悬浮电磁铁单元稳定悬浮于设定的悬浮间隙，从而使得所述新型悬浮电磁铁单元具有一定的冗余功能，提升了所述新型悬浮电磁铁单元的抗故障性能；

（3）本发明将所述铁芯上相对设置的所述线圈与线圈之间设有所述空隙，保证了所述线圈和所述铁芯在工作过程中所产生的热量得到有效逸散，提升了部件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明新型悬浮电磁铁单元结构示意图，

图2是图1的左视图，

图3是图1的右视图，

图4是本发明新型悬浮电磁铁单元中线圈的一种连接方式示意图，

图5是本发明新型悬浮电磁铁单元中线圈的一种连接方式驱动电路原理图，

图6是本发明新型悬浮电磁铁单元中线圈的另一种连接方式示意图，

图7是本发明新型悬浮电磁铁单元中线圈的另一种连接方式驱动电路原理图，

图8是本发明悬浮电磁铁模块结构示意图。

图中：1.内极板，2.外极板，31.第一铁芯，32.第二铁芯，41.第一线圈，42.第二线圈，43.第三线圈，44.第四线圈，5.空隙，6.第一线圈组，7.第二线圈组，8.第三线圈组,9.第四线圈组，10.驱动电路。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1~图7所示，一种新型悬浮电磁铁单元，包括相对设置的内极板1和外极板2，所述内极板1和所述外极板2之间设有铁芯和线圈，所述铁芯包括垂直均布于所述内极板1和所述外极板2纵向上的第一铁芯31和第二铁芯32，所述线圈包括套设于所述第一铁芯31上且相对布置的第一线圈41和第二线圈42，以及套设于所述第二铁芯32上且相对布置的第三线圈43和第四线圈44，所述第一线圈41、所述第二线圈42、所述第三线圈43和所述第四线圈44之间采用串联或并联连接。本具体实施例中，所述新型悬浮电磁铁单元中所述铁芯上套设有相对布置的两个所述线圈，通过串联或并联连接的方式将所述铁芯上的所述线圈进行连接，使得所述新型悬浮电磁铁单元具有一定的冗余功能，提升了所述新型悬浮电磁铁单元的抗故障性能。

如图4、图5所示，所述第一线圈41和所述第三线圈43串联连接构成第一线圈组6，所述第二线圈42和第四线圈44串联连接构成第二线圈组7，所述第一线圈组6和所述第二线圈组7相互独立设置。本具体实施例中，不同所述铁芯3上的两个所述线圈4串联连接构成相互独立的两个线圈组，形成所述新型悬浮电磁铁单元的电路，并通过悬浮控制器中相互独立的两个所述驱动电路10进行供电，当所述新型悬浮电磁铁单元中的任意一个所述线圈或所述线圈组出现断线等故障时，或者当所述悬浮控制器中的其中一个所述驱动电路10出现故障时，则可以通过调整与所述新型悬浮电磁铁单元中未发生故障的所述线圈组对应的悬浮控制器中所述驱动电路10的电压，或者调整未发生故障所述驱动电路10的电压，以供电给与其相对应的所述线圈组，使得所述线圈组为所述新型悬浮电磁铁单元供电，保证所述新型悬浮电磁铁单元稳定悬浮于设定的悬浮间隙，从而使得所述新型悬浮电磁铁单元具有一定的冗余功能，提升了所述新型悬浮电磁铁单元的抗故障性能。

如图6、图7所示，所述第一线圈41与所述第二线圈42并联连接构成第三线圈组8，所述第三线圈43与所述第四线圈44并联连接构成第四线圈组9，所述第三线圈组8与所述第四线圈组9串联。本具体实施例中，所述第一铁芯31上的两个所述线圈并联连接构成所述第三线圈组8，所述第二铁芯32上的两个所述线圈并联连接构成所述第四线圈组9，通过将所述第三线圈组8与所述第四线圈组9串联连接构成所述新型悬浮电磁铁单元的电路，经过悬浮控制器中的所述驱动电路10进行供电，当所述新型悬浮电磁铁单元中的任意一个所述线圈出现断线等故障时，或者两个所述线圈组均出现一个所述线圈断线等故障时，均可以通过调整所述驱动电路10的电压进行供电，保证所述新型悬浮电磁铁单元稳定悬浮于设定的悬浮间隙，从而使得所述新型悬浮电磁铁单元具有一定的冗余功能，提升所述新型悬浮电磁铁单元的抗故障性能。

如图1、图2、图3所示，所述第一线圈41和所述第二线圈42之间以及所述第三线圈43和所述第四线圈44之间均设有空隙5。本具体实施例中，通过在所述第一线圈41和所述第二线圈42之间以及所述第三线圈43和所述第四线圈44之间设置一定的所述空隙5，当所述铁芯和所述线圈工作时，通过所述空隙5可以对所述铁芯和所述线圈因工作而发热的热量进行有效逸散，保证所述铁芯和所述线圈的正常使用，提升了部件的使用寿命。

如图1、图2、图3所示，所述第一线圈41、所述第二线圈42、所述第三线圈43和所述第四线圈44均采用导电金属材料绕制而成。本具体实施例中，为了尽可能减少所述线圈在工作过程中的损耗，所述线圈均采用导电金属材料绕制而成，同时导电金属材质不易氧化和腐蚀，在一定程度上也保证了所述线圈的使用寿命。

如图1、图2、图3所示，所述内极板1、所述外极板2和所述铁芯均采用导磁钢材制作而成。本具体实施例中，为了尽可能减小磁滞损耗和涡流损耗，所述内极板1、所述外极板2和所述铁芯均采用导磁钢材制作。

如图8所示，一种新型悬浮电磁铁模块，包含所述的两个新型悬浮电磁铁单元，两个所述新型悬浮电磁铁单元通过所述内极板1和所述外极板2一体成型。本具体实施例中，为了便于所述悬浮电磁铁的安装维护，电磁型磁悬浮系统中的所述悬浮电磁铁设计成模块化结构，即两个所述新型悬浮电磁铁单元通过所述内极板1和所述外极板2固定连接，从而构成一个悬浮电磁铁模块。在其他实施例中，两个所述新型悬浮电磁铁单元也可以通过所述内极板1和所述外极板2一体成型构成一个悬浮电磁铁模块。

为了便于理解本发明，下面结合附图将本发明中新型悬浮电磁铁单元的工作原理进行描述：

如图4、图5所示，所述新型悬浮电磁铁单元中所述线圈的一种连接方式，所述第一线圈41和所述第三线圈43串联连接构成所述第一线圈组6，其电流为

，电压为

；所述第二线圈42和所述第四线圈44串联连接构成所述第二线圈组7，其电流为

，电压为

，所述第一线圈组6和所述第二线圈组7并联构成所述新型悬浮电磁铁单元的电路，为了使所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙，即稳态时电磁力与重力平衡，则每个所述新型悬浮电磁铁单元平衡总重力的

，此时所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（1）

式（1）中

为真空磁导率，

为极板上表面面积，

为每个线包线圈匝数，

为设定间隙，

为电磁铁及负载总质量；为了简化计算，令所述第一线圈组6和所述第二线圈组7中的电流相等，即

；

①、当其中某一个所述线圈损坏时，此时与所述线圈对应的所述线圈组将断路，则该断路的所述线圈组电流为零（令所述第一线圈41或所述第三线圈43损坏，此时所述对应的所述第一线圈组6断路，即所述第一线圈组6中的电流

），为了保证所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙，则此时所述新型悬浮电磁铁单元电磁力公式如下：

（2）

通过式（2）可知，此时所述新型悬浮电磁铁单元中所述第二线圈组7的电流

为：

，通过调整悬浮控制器中与所述第二线圈组7对应的所述驱动电路10的电压

，从而可使所述第二线圈组7中的电流

达到所需值，保证了所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙。在其他实施例中，所述第二线圈42或所述第四线圈44损坏时，可通过调整悬浮控制器中的与所述第一线圈组6对应的所述驱动电路的电压

，使所述第一线圈组6中的电流

达到所需值，以保证所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙。

②、当悬浮控制器中的其中一个所述驱动电路10出现故障不能工作时，则出现故障的所述驱动电路10就不再给与其相对应的所述线圈组供电，所述线圈组中电流为零（令与所述第二线圈组7对应的所述驱动电路10出现故障，则所述第二线圈组7电流

），为了保证所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙，此时所述新型悬浮电磁铁单元电磁力公式如下：

（3）

通过式（3）可知，此时所述新型悬浮电磁铁单元中所述第一线圈组6的电流

为：

，通过调整所述新型悬浮电磁铁单元中与所述第一线圈组6对应的所述驱动电路10的电压

，则所述驱动电路10对所述第一线圈组6进行供电，从而可使所述第一线圈组6中的电流

达到所需值，保证所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙。在其他实施例中，当与所述第一线圈组6对应的所述驱动电路10出现故障时，同理可通过调整所述新型悬浮电磁铁单元中与所述第二线圈组7对应的所述驱动电路10的电压

，使所述第二线圈组7中的电流

达到所需值，保证所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙。

如图6、图7所示，所述新型悬浮电磁铁单元中所述线圈的另一种连接方式，所述第一线圈41和所述第二线圈42并联连接构成所述第三线圈组8，所述第三线圈43和所述第四线圈44并联连接构成所述第四线圈组7，所述第三线圈组8和所述第四线圈组9串联连接构成所述新型悬浮电磁铁单元的电路，其电流为

，电压为

，为了使所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙，即稳态时电磁力与重力平衡，则每个所述新型悬浮电磁铁单元平衡总重力的

，此时所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（4）

式（4）中，

为真空磁导率；

为极板上表面面积；

为每个线包线圈匝数；

为设定间隙；

为电磁铁及负载总质量，通过式（4）可知，当所述新型悬浮电磁铁单元中的电流

为：

时，所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙。

①、当所述新型悬浮电磁铁单元中的任意一个所述线圈出现断线等故障时（令所述第一线圈41出现断线故障），为了保证所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙，则此时所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（5）

由式（5）可知，此时所述新型悬浮电磁铁单元中的电流

为：

，通过调整所述驱动电路10的电压

，从而使得所述电流

达到所需值，进而使得所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙；在其他实施例中，当所述第一线圈41以外的任意所述线圈出现断线等故障时，同理均可通过调整所述驱动电路10的电压

，从而使得所述电流

达到所需值；

②、当两个所述线圈组均出现一个所述线圈断线等故障时（令所述第一线圈41和所述第三线圈43出现断线等故障），为了保证所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙，则此时所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（6）

由式（6）可知，此时所述新型悬浮电磁铁单元中的电流

为：

，通过调整所述驱动电路10的电压

，从而使得所述电流

达到所需值，进而使得所述悬浮电磁铁稳定地悬浮于设定的悬浮间隙；在其他实施例中，所述第一线圈41和所述第四线圈44、所述第二线圈42和所述第三线圈43以及所述第二线圈42和所述第四线圈44出现断线等故障时，同样也能通过调整所述驱动电路10的电压

，从而使得所述电流

达到所需值。

需要指出的是，本发明中所述驱动电路10为半桥斩波电路。

以上对本发明所提供的一种新型悬浮电磁铁单元及悬浮电磁铁模块进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明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发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种新型悬浮电磁铁单元，其特征在于，包括相对设置的内极板（1）和外极板（2），所述内极板（1）和所述外极板（2）之间设有铁芯和线圈，所述铁芯包括垂直均布于所述内极板（1）和所述外极板（2）纵向上的第一铁芯（31）和第二铁芯（32），所述线圈包括套设于所述第一铁芯（31）上且相对布置的第一线圈（41）和第二线圈（42），以及套设于所述第二铁芯（32）上且相对布置的第三线圈（43）和第四线圈（44），所述第一线圈（41）、所述第二线圈（42）、所述第三线圈（43）和所述第四线圈（44）之间采用串联或并联连接，其中，所述第一线圈（41）和所述第三线圈（43）串联连接构成第一线圈组（6），所述第二线圈（42）和所述第四线圈（44）串联连接构成第二线圈组（7），所述第一线圈组（6）和所述第二线圈组（7）相互独立设置，此时所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（1）

式（1）中

为真空磁导率，

为极板上表面面积，

为每个线包线圈匝数，

为设定间隙，

为电磁铁及负载总质量；

表示第一线圈组（6）的电流，

表示第二线圈组（7）的电流；

若其中某一个线圈损坏时，此时与该线圈对应的线圈组将断路，则该断路的所述线圈组电流为零，所述新型悬浮电磁铁单元电磁力公式如下：

（2）

式（2）中，

表示线圈组，且

，

时表示第二线圈组（7）中的某一个线圈损坏，

时表示第一线圈组（6）中的某一个线圈损坏；

若第一线圈组（6）或第二线圈组（7）对应的驱动电路（10）出现故障时，此时所述新型悬浮电磁铁单元电磁力公式如下：

（3）

式（3）中，

时表示第二线圈组（7）对应的驱动电路（10）出现故障，

时表示第一线圈组（6）对应的驱动电路（10）出现故障；

或者，所述第一线圈（41）与所述第二线圈（42）并联连接构成第三线圈组（8），所述第三线圈（43）与所述第四线圈（44）并联连接构成第四线圈组（9），所述第三线圈组（8）与所述第四线圈组（9）串联，此时所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（4）

式（4）中，

表示所述悬浮电磁铁单元的电流；

若所述新型悬浮电磁铁单元中的任意一个所述线圈出现断线故障时，所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（5）；

若两个所述线圈组均出现一个所述线圈断线故障时，所述新型悬浮电磁铁单元的电磁力公式如下：

（6）。

2.根据权利要求1所述的新型悬浮电磁铁单元，其特征在于，所述第一线圈（41）和所述第二线圈（42）之间以及所述第三线圈（43）和所述第四线圈（44）之间均设有空隙（5）。

3.根据权利要求2所述的新型悬浮电磁铁单元，其特征在于，所述第一线圈（41）、所述第二线圈（42）、所述第三线圈（43）和所述第四线圈（44）均采用导电金属材料绕制而成。

4.根据权利要求3所述的新型悬浮电磁铁单元，其特征在于，所述内极板（1）、所述外极板（2）和所述铁芯均采用导磁钢材制作而成。

5.一种新型悬浮电磁铁模块，其特征在于，包含权利要求1~4任一项两个 所述的新型悬浮电磁铁单元，两个所述新型悬浮电磁铁单元通过所述内极板（1）和所述外极板（2）固定连接。

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