CN109883319B - 一种永磁悬浮侧向偏离的检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种永磁悬浮侧向偏离的检测方法及系统。本发明在转向架向所述永磁轨道与之间，即其上下相对的两永磁阵列之间放入水平放置的线圈，若永磁悬浮未发生侧偏时，线圈中的磁通量不发生改变，因此不产生电流；当永磁悬浮侧偏时装有永磁阵列的转向架也随之偏离，随着转向架上的永磁磁组发生侧偏，通过线圈的磁通量发生改变，即产生电流；由于侧偏的位移大小不同，磁通量的变化也不同，故不同侧偏量会产生不同的电流值。由此，本发明能够通过对磁通引起的感应电流大小与方向的计算获得其对应的侧向偏离方向和坐标。本发明可以有效地检测出永磁阵列是否偏离和测量偏离量，为列车的稳定运行提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮轨道交通技术领域，具体而言涉及一种永磁悬浮侧向偏离的检测方法及系统。
背景技术
现有的磁悬浮轨道交通领域的交通运输方式有很多种类型，例如电磁悬浮列车，电动悬浮列车、永磁悬浮列车。电磁悬浮系统通过设置在机车上的电磁铁和设置轨道上的铁磁体相互作用而保持悬浮。电动悬浮系统是将磁铁运用在运动的机车上，以在导轨上产生电流，利用机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大的特性，产生相应的电磁斥力，为机车提供了稳定的支撑和导向。永磁悬浮系统通过永久磁组与永磁轨道相互作用以保持永磁悬浮系统在槽口中线上悬浮运行，电磁导向可实现零磨擦运行。前面两种需要复杂的控制系统，运行时需消耗大量的电能。相比于前面两种磁悬浮系统，永磁悬浮应用于轨道交通具有节能、低成本制造且具有良好的安全性的优势。
但是，永磁悬浮系统运行中一旦发生侧偏，则会给列车带来一系列的安全问题。而目前，永磁悬浮侧向偏离的检测这方面的报道很少。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种能够检测永磁悬浮侧向偏离的方法及系统。
首先，为实现上述目的，提出一种永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其包括：转向架，设置在永磁轨道的上方，用于承托负载实现运行或转向；永磁阵列，固定于所述转向架的下表面，与所述永磁轨道上的磁极相对设置；所述永磁阵列下部的磁极与所述永磁轨道上部的磁极相同，用于与所述永磁轨道的磁场相互作用以对所述转向架提供向上的推力，维持所述转向架相对所述永磁轨道处于悬浮、无直接接触的状态；绝缘支架，设置于所述转向架的下侧，与所述永磁轨道上的磁极相对设置；线圈，按照同一方向缠绕于所述绝缘支架之上，所述线圈受所述永磁阵列与所述永磁轨道之间的磁场的作用，发生电磁感应，产生感应电流；所述线圈还与放大器以及电流检测单元串联形成检测电路，所述感应电流经由所述放大器放大后供所述电流检测单元检测所述感应电流的大小和/或方向；所述线圈中的磁通量在所述转向架与所述永磁轨道之间无侧向偏离的状态下维持在第一磁通量范围内，所述检测电路中所检测到的感应电流对应的维持在第一电流范围内；所述线圈中的磁通量在所述转向架与所述永磁轨道之间发生侧向偏离的状态下超出所述第一磁通量范围，对应的，所述检测电路中所检测到的感应电流超出所述第一电流范围，所述检测系统根据所述感应电流的大小和/或方向检测是否发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述转向架的下表面对应的设置有2组所述永磁阵列，每一组所述永磁阵列下部的磁极分别与一条所述永磁轨道的磁极相对；所述绝缘支架设置在所述永磁阵列与所述永磁轨道的磁场之间，相对设置的一组所述永磁阵列与一条永磁轨道之间设置有至少一条所述绝缘支架，所述各绝缘支架之间相互平行，所述各绝缘支架之上均分别缠绕有所述线圈，同一组所述永磁阵列与所述永磁轨道之间所设置的各绝缘支架上所缠绕的各线圈并联连接或串联连接构成一个线圈组合；所述线圈组合与所述放大器以及所述电流检测单元串联形成一个检测电路，以根据所述感应电流的大小和/或方向检测是否发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述绝缘支架的长轴垂直于所述转向架的运行方向。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述电流检测单元为电流计。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述绝缘支架对称的设置在所述转向架的长轴方向的两端。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述线圈垂直于所述绝缘支架的长轴方向的截面为方形、菱形、圆形、椭圆形或三角形中的任一种或组合。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述线圈的长度为5-2000mm，宽度为5-1500mm，匝数为1-2000匝。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述线圈为铜、铝或铁材质。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统中，所述永磁阵列采用海尔贝克阵列。
其次，为实现上述目的，还提出一种永磁悬浮侧向偏离的检测方法，其用于上述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，步骤包括：第一步，对永磁阵列侧向偏离的位移与所述检测电路中所检测到的感应电流的大小之间的关系进行标定；第二步，在所述转向架沿所述永磁轨道上承托负载运行或转向的同时，所述线圈受所述永磁阵列与所述永磁轨道之间的磁场的作用，发生电磁感应，产生感应电流；所述感应电流经由检测电路中的所述放大器放大后供所述检测电路中的电流检测单元检测所述感应电流的大小和/或方向；第三步，所述检测电路中所检测到的感应电流超出所述第一电流范围时，根据所述感应电流的大小和/或方向检测所述转向架是否相对所述永磁轨道发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
可选的，上述的永磁悬浮侧向偏离的检测方法中，所述第一步中，标定的具体步骤包括：步骤101，；将所述转向架维持在所述永磁轨道的正上方，测量此运行状态下所述电流检测单元检测到的感应电流的大小和/或方向，将其范围标记为第一电流范围；步骤102，分别向驱动所述转向架向所述永磁轨道的左侧或右侧偏离不同位移，测量不同偏离方向以及不同偏离位置上所述电流检测单元检测到的感应电流的大小和/或方向；步骤103，将所述偏离方向以及所述偏离位置分别建立与所述感应电流的大小和/或方向的对应关系，记录成表，由此通过所述感应电流的大小和/或方向标定所述偏离方向以及所述偏离位置。
有益效果
本发明，在转向架向所述永磁轨道与之间，即其上下相对的两永磁阵列之间放入水平放置的线圈，若永磁悬浮未发生侧偏时，线圈中的磁通量不发生改变，因此不产生电流；当永磁悬浮侧偏时装有永磁阵列的转向架也随之偏离，随着转向架上的永磁磁组发生侧偏，通过线圈的磁通量发生改变，即产生电流；由于侧偏的位移大小不同，磁通量的变化也不同，故不同侧偏量会产生不同的电流值。由此，本发明能够通过对磁通引起的感应电流大小与方向的计算获得其对应的侧向偏离方向和坐标。本发明可以有效地检测出永磁阵列是否偏离和测量偏离量，为列车的稳定运行提供保障。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的永磁悬浮侧向偏离的检测装置的整体结构示意图；
图中，1表示放大器；2表示电流计；3表示转向架；4表示永磁阵列；5表示绝缘支架；6表示线圈；7表示永磁轨道；8表示导线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者沿所述转向架的运行方向看，使用者的上边即为上，使用者的下边即为下，而非对本发明的装置机构的特定限定
本发明中所述的“左、右”的含义指的是使用者沿所述转向架的运行方向看，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。
本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
本发明中所述的“超出范围”的含义是不在原先的范围内，并非特指数值大于原先范围，“超出范围”也包括数值低于原先范围的最小值的情况。
图1为根据本发明的一种永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其包括：
转向架3，设置在永磁轨道7的上方，用于承托负载实现运行或转向；
永磁阵列4，固定于所述转向架3的下表面，与所述永磁轨道7上的磁极相对设置；所述永磁阵列4下部的磁极与所述永磁轨道7上部的磁极相同，用于与所述永磁轨道7的磁场相互作用以对所述转向架3提供向上的推力，维持所述转向架3相对所述永磁轨道7处于悬浮、无直接接触的状态；
绝缘支架5，设置于所述转向架3的下侧，与所述永磁轨道7上的磁极相对设置；
线圈6，按照同一方向缠绕于所述绝缘支架5之上，所述线圈6受所述永磁阵列4与所述永磁轨道7之间的磁场的作用，发生电磁感应，产生感应电流；所述线圈6还与放大器1以及电流检测单元2串联形成检测电路，所述感应电流经由所述放大器1放大后供所述电流检测单元2检测所述感应电流的大小和/或方向；所述线圈6中的磁通量在所述转向架3与所述永磁轨道7之间无侧向偏离的状态下维持在第一磁通量范围内，所述检测电路中所检测到的感应电流对应的维持在第一电流范围内；所述线圈6中的磁通量在所述转向架3与所述永磁轨道7之间发生侧向偏离的状态下超出所述第一磁通量范围，对应的，所述检测电路中所检测到的感应电流超出所述第一电流范围，所述检测系统根据所述感应电流的大小和/或方向检测是否发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
其按照如下的方式检测侧向偏离：
第一步，整套装置在使用前需要对永磁阵列偏移的位移与电流大小之间的关系进行标定，即，对永磁阵列4侧向偏离的位移与所述检测电路中所检测到的感应电流的大小之间的关系进行标定；其中，标定的具体步骤包括：步骤101，；将所述转向架3维持在所述永磁轨道7的正上方，测量此运行状态下所述电流检测单元2检测到的感应电流的大小和/或方向，将其范围标记为第一电流范围；步骤102，分别向驱动所述转向架3向所述永磁轨道7的左侧或右侧偏离不同位移，测量不同偏离方向以及不同偏离位置上所述电流检测单元2检测到的感应电流的大小和/或方向；步骤103，将所述偏离方向以及所述偏离位置分别建立与所述感应电流的大小和/或方向的对应关系，记录成表，由此通过所述感应电流的大小和/或方向标定所述偏离方向以及所述偏离位置；
第二步，在所述转向架3沿所述永磁轨道7上承托负载运行或转向的同时，所述线圈6受所述永磁阵列4与所述永磁轨道7之间的磁场的作用，发生电磁感应，产生感应电流；所述感应电流经由检测电路中的所述放大器1放大后供所述检测电路中的电流检测单元2检测所述感应电流的大小和/或方向；
第三步，所述检测电路中所检测到的感应电流超出所述第一电流范围时，根据所述感应电流的大小和/或方向检测所述转向架3是否相对所述永磁轨道7发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
在一种优选的实现方式下，所述的永磁轨道7包括有相互平行的两条，所述转向架3的下表面对应的设置有2组所述永磁阵列4，每一组所述永磁阵列4下部的磁极分别与一条所述永磁轨道7的磁极相对；所述绝缘支架5设置在所述永磁阵列4与所述永磁轨道7的磁场之间，即，装有永磁阵列的转向架设置在永磁阵列轨道上方。所述永磁阵列在转向架下方。相对设置的一组所述永磁阵列4与一条永磁轨道7之间设置有至少一条所述绝缘支架5，所述各绝缘支架5之间相互平行，所述各绝缘支架5之上均分别缠绕有所述线圈6，线圈用绝缘的支架支撑着安装在转向架上的永磁磁组上，所述线圈用绝缘支架支撑在转向架上的永磁阵列下方。同一组所述永磁阵列4与所述永磁轨道7之间所设置的各绝缘支架5上所缠绕的各线圈6并联连接或串联连接构成一个线圈组合；所述线圈组合与所述放大器1以及所述电流检测单元2串联形成一个检测电路，以根据所述感应电流的大小和/或方向检测是否发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
此时，绝缘支架5的长轴垂直于所述转向架3的运行方向；电流检测单元2具体可选择为电流计；绝缘支架5对称的设置在所述转向架3的长轴方向的两端；线圈6垂直于所述绝缘支架5的长轴方向的截面为方形、菱形、圆形、椭圆形或三角形中的任一种或组合；线圈6的长度为5-2000mm，宽度为5-1500mm，匝数为1-2000匝；线圈6为铜、铝或铁材质；而永磁阵列4采用海尔贝克阵列。
在一种实现方式下。
所述转向架3长为1000mm，厚度为30mm板材组成，两侧下方安装有永磁阵列4。所述永磁阵列4为方形海尔贝克永磁阵列，长为150mm，宽100mm，高20mm，此永磁阵列分为上下两块，上方的安装在转向架3上。所述线圈为方形线圈6，其材质为铜。线圈6长为150mm，宽为100mm，高为10mm，用绝缘支架安装在转向架3上的永磁阵列下方。所述永磁轨道4是分为两块，都由海尔贝克永磁阵列组成，其宽 为300mm，高为30mm。所述电流放大器1选用放大倍数为500倍的放大器。
当列车在行驶中永磁悬浮未发生侧偏时，通过线圈的磁通量不发生变化，因此所测得的电流大小为0；
当列车行驶中发生偏离，转向架上的永磁阵列2也随之发生偏离，偏离的位移为10mm时，电流计读数位26mA。由此，本发明能够通过对感应电流的标定对应的获知转向架3与永磁轨道7之间是否发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移，实现对侧向偏离的检测。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，包括：
转向架（3），设置在永磁轨道（7）的上方，用于承托负载实现运行或转向；
永磁阵列（4），固定于所述转向架（3）的下表面，与所述永磁轨道（7）上的磁极相对设置；所述永磁阵列（4）下部的磁极与所述永磁轨道（7）上部的磁极相同，用于与所述永磁轨道（7）的磁场相互作用以对所述转向架（3）提供向上的推力，维持所述转向架（3）相对所述永磁轨道（7）处于悬浮、无直接接触的状态；
绝缘支架（5），设置于所述转向架（3）的下侧，与所述永磁轨道（7）上的磁极相对设置；
线圈（6），按照同一方向缠绕于所述绝缘支架（5）之上，所述线圈（6）受所述永磁阵列（4）与所述永磁轨道（7）之间的磁场的作用，发生电磁感应，产生感应电流；所述线圈（6）还与放大器（1）以及电流检测单元（2）串联形成检测电路，所述感应电流经由所述放大器（1）放大后供所述电流检测单元（2）检测所述感应电流的大小和/或方向；所述线圈（6）中的磁通量在所述转向架（3）与所述永磁轨道（7）之间无侧向偏离的状态下维持在第一磁通量范围内，所述检测电路中所检测到的感应电流对应的维持在第一电流范围内；所述线圈（6）中的磁通量在所述转向架（3）与所述永磁轨道（7）之间发生侧向偏离的状态下超出所述第一磁通量范围，对应的，所述检测电路中所检测到的感应电流超出所述第一电流范围，所述检测系统根据所述感应电流的大小和/或方向检测是否发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
2.如权利要求1所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，所述永磁轨道（7）包括有相互平行的两条，所述转向架（3）的下表面对应的设置有2组所述永磁阵列（4），每一组所述永磁阵列（4）下部的磁极分别与一条所述永磁轨道（7）的磁极相对；
所述绝缘支架（5）设置在所述永磁阵列（4）与所述永磁轨道（7）的磁场之间，相对设置的一组所述永磁阵列（4）与一条永磁轨道（7）之间设置有至少一条所述绝缘支架（5），所述各绝缘支架（5）之间相互平行，所述各绝缘支架（5）之上均分别缠绕有所述线圈（6），同一组所述永磁阵列（4）与所述永磁轨道（7）之间所设置的各绝缘支架（5）上所缠绕的各线圈（6）并联连接或串联连接构成一个线圈组合；所述线圈组合与所述放大器（1）以及所述电流检测单元（2）串联形成一个检测电路，以根据所述感应电流的大小和/或方向检测是否发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
3.如权利要求2所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，所述绝缘支架（5）的长轴垂直于所述转向架（3）的运行方向。
4.如权利要求3所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，电流检测单元（2）为电流计。
5.如权利要求4所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，所述绝缘支架（5）对称的设置在所述转向架（3）的长轴方向的两端。
6.如权利要求4所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，所述线圈（6）垂直于所述绝缘支架（5）的长轴方向的截面为方形、菱形、圆形、椭圆形或三角形中的任一种或组合。
7.如权利要求6所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，所述线圈（6）的长度为5-2000mm，宽度为5-1500mm，匝数为1-2000匝。
8.如权利要求7所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，所述线圈（6）为铜、铝或铁材质。
9.如权利要求6所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其特征在于，所述永磁阵列（4）采用海尔贝克阵列。
10.一种永磁悬浮侧向偏离的检测方法，其特征在于，用于权利要求1至9任一所述的永磁悬浮侧向偏离的检测系统，其步骤包括：
第一步，对永磁阵列（4）侧向偏离的位移与所述检测电路中所检测到的感应电流的大小之间的关系进行标定；
第二步，在所述转向架（3）沿所述永磁轨道（7）上承托负载运行或转向的同时，所述线圈（6）受所述永磁阵列（4）与所述永磁轨道（7）之间的磁场的作用，发生电磁感应，产生感应电流；所述感应电流经由检测电路中的所述放大器（1）放大后供所述检测电路中的电流检测单元（2）检测所述感应电流的大小和/或方向；
第三步，所述检测电路中所检测到的感应电流超出所述第一电流范围时，根据所述感应电流的大小和/或方向检测所述转向架（3）是否相对所述永磁轨道（7）发生侧向偏离和/或所述侧向偏离的方向和/或所述侧向偏离的位移。
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2019
- 2019-01-31 CN CN201910095298.1A patent/CN109883319B/zh active Active
- 2019-12-26 WO PCT/CN2019/128862 patent/WO2020155974A1/zh active Application Filing
Patent Citations (7)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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