永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及磁悬浮轨道交通技术领域,具体而言涉及磁悬浮轨道交通的道岔系统及其控制方法。
背景技术
磁悬浮列车作为现代轨道交通系统,有着耗能低、速度快、安全便捷的特点,而道岔是轨道交通实现线路转换不可或缺的设备。现有技术中对于永磁式磁悬浮列车道岔的研究较少,目前为止只有少量研究涉及磁悬浮道岔。失去道岔系统,磁悬浮轨道交通运行时难以转向,这限制了磁悬浮特别是永磁式磁悬浮轨道线路运行效率的提高。
发明专利“应用于高温超导磁悬浮系统的机械道岔及转向方法”(专利申请号:201610180047.X)虽然提供了一种应用于高温超导磁悬浮系统的机械道岔及转向方法。但该装置通过平移驱动件驱动磁轨平移,使两个永磁轨道对接完成道岔。这种通过驱动轨道进行道岔的转向方式,轨道系统的基础建设费用、维护费用高,道岔的运行效率较低,经济性较差。
发明专利“一种用于磁悬浮系统的电磁道岔”(专利申请号:201711013111.6)虽然提供了一种用于磁悬浮系统的电磁道岔。但,该装置通过控制电磁线圈模拟永磁体的电磁场,使电磁线圈的磁场与永磁轨道的磁场耦合实现磁悬浮列车道岔。实际应用中,这种利用电磁线圈对永磁体磁场进行模拟的实现难度较大,技术要求较高,同样也不易于推广建设。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种能够实现转向分岔或者并线的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统及其控制方法。
首先,为实现上述目的,提出一种永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统,包括:轨道系统以及转向架组件。其中,所述轨道系统包括:主轨道,其上设置有沿主方向排布的主轨道永磁体阵列;左转主轨道设置在所述主轨道的主方向的左侧,与所述主轨道未分叉的方向之间成10-45°的转弯角度;所述左转主轨道上设置有左转主轨道永磁体阵列,所述左转主轨道永磁体阵列的磁场设置为延续所述主轨道永磁体阵列的磁场向左转向;右转主轨道设置在所述主轨道的主方向的右侧,与所述主轨道未分岔的方向之间成10-45°的转弯角度;所述右转主轨道上设置有右转主轨道永磁体阵列,所述右转主轨道永磁体阵列的磁场设置为延续所述主轨道永磁体阵列的磁场向右转向;左侧转向轨道,设置在所述左转主轨道的外侧,并设置有沿所述主轨道向与所述左转主轨道平行的方向弯折的弧度;所述左侧转向轨道上设置有左侧转向轨道永磁体阵列,所述左侧转向轨道永磁体阵列的磁场设置为衔接所述左转主轨道永磁体阵列的磁场以及所述主轨道永磁体阵列的磁场;右侧转向轨道,设置在所述左转主轨道的外侧,并设置有沿所述主轨道向与所述右转主轨道平行的方向弯折的弧度;所述右侧转向轨道上设置有右侧转向轨道永磁体阵列,所述右侧转向轨道永磁体阵列的磁场设置为衔接所述右转主轨道永磁体阵列的磁场以及所述主轨道永磁体阵列的磁场。所述转向架组件包括:转向架本体,设置在所述轨道系统的上方,用于承托负载实现运行或转向;所述转向架本体的下侧中部设置有固定磁组,所述固定磁组的两侧分别设置有至少一组导向磁组,所述固定磁组与所述主轨道永磁体或所述左转主轨道永磁体阵列或所述右转主轨道永磁体阵列相对设置,所述固定磁组下部的磁极与所述主轨道永磁体阵列、所述左转主轨道永磁体阵列或所述右转主轨道永磁体阵列上部的磁极相同,用于与其磁场相互作用以对所述转向架本体提供向上的推力,维持所述转向架本体相对所述轨道系统处于悬浮、无直接接触的状态;所述导向磁组分别与右侧转向轨道永磁体阵列或所述左侧转向轨道永磁体阵列相对设置,所述导向磁组下部的磁极与所述右侧转向轨道永磁体阵列或所述左侧转向轨道永磁体阵列上部的磁极相同,用于参与磁场的相互作用以对所述转向架本体提供向上的推力,使所述转向架本体相对所述轨道系统处于悬浮、无直接接触的状态并沿所述右侧转向轨道永磁体阵列或所述左侧转向轨道永磁体阵列转向;所述转向架本体的上侧设置有驱动组件,用于在所述转向架本体运行到所述左侧转向轨道、所述右侧转向轨道的上方时,驱动设置于转向一侧的所述导向磁组下降;在所述转向架本体运行到所述左转主轨道或所述右转主轨道的上方时,驱动转向侧的所述导向磁组收回。
可选的,上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统中,所述主轨道包括有2条或以上,所述各主轨道由相互之间沿主方向平行设置逐渐向外分叉,或由分叉设置逐渐靠拢为沿主方向相互平行;所述左转主轨道设置在所述主轨道的分岔之间,所述左侧转向轨道设置在向左侧分叉的所述主轨道的外侧;所述右转主轨道设置在所述主轨道的分岔之间,所述右侧转向轨道设置在向右侧分叉的所述主轨道的外侧。
可选的,上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统中,所述主轨道、所述左转主轨道、左侧转向轨道之间至少设置有部分位置平行相对;所述主轨道、所述右转主轨道、右侧转向轨道之间至少设置有部分位置平行相对。
可选的,上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统中,所述主轨道、所述左转主轨道、左侧转向轨道之间平行相对的部分,间距为21-210mm;所述主轨道、所述右转主轨道、右侧转向轨道之间平行相对的部分,间距为21-210mm。
可选的,上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统中,所述各永磁体阵列为海尔贝克阵列。
可选的,上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统中,所述驱动组件为直线步进电机。
可选的,上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统中,所述直线步进电机驱动所述转向侧的所述导向磁组下降或收回的范围在12-120mm之间,或至少为所述轨道系统上永磁体阵列高度的一半。
可选的,上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统中,所述导向磁组与所述固定磁组之间的间距为10-100mm。
其次,为实现上述目的,还提出一种磁悬浮轨道交通的道岔系统的控制方法,用于上述的永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统,其步骤包括:在所述转向架本体承托负载沿主方向运行时,所述固定磁组与主轨道永磁体阵列之间的磁场相互作用,维持所述转向架本体相对所述主轨道处于悬浮、无直接接触的状态运行。在所述转向架本体承托负载相对主方向一侧转向时,所述固定磁组与主轨道永磁体阵列之间的磁场相互作用,维持所述转向架组件相对所述轨道系统处于悬浮、无直接接触的状态运行;同时,转向一侧的所述导向磁组由所述驱动组件驱动而下降至与转向一侧的转向轨道永磁体阵列相对,所述导向磁组下部的磁极参与磁场的相互作用以对所述转向架本体提供向上的推力,使所述转向架本体相对所述轨道系统处于悬浮、无直接接触的状态并沿转向一侧的所述转向轨道永磁体阵列转向;所述转向架本体上设置的驱动组件,在所述转向架本体运行到转向一侧分叉后对应的所述主轨道上方时,驱动转向侧的所述导向磁组收回。在所述转向架本体承托负载由所述主方向的一侧逐渐靠拢至所述主方向时:在所述主轨道的分叉即将靠拢的过程中,所述固定磁组首先与靠拢方向所对应的主轨道的磁场相互作用,对所述转向架本体提供向上的推力,使所述转向架本体相对所述轨道系统处于悬浮、无直接接触的状态并沿靠拢方向的所述主轨道逐渐向主方向靠拢;在所述转向架本体逐渐靠拢至所述靠拢方向所对应的转向轨道上方时,所述驱动组件驱动设置于靠拢一侧的所述导向磁组下降至与靠拢一侧的转向轨道永磁体阵列相对,所述导向磁组受所述靠拢一侧的转向轨道永磁体阵列的磁场引导运行至主方向,靠拢至所述主轨道的主方向上时所述驱动组件驱动设置于靠拢一侧的所述导向磁组收回。
可选的,上述的磁悬浮轨道交通的道岔系统的控制方法中,所述控制方法用于永磁式斥力悬浮方式的系统,永磁式吸力悬浮方式的系统、永磁式切向力悬浮方式的系统以及电磁吸引控制等悬浮方式的磁悬浮系统。
有益效果
本发明,通过沿主轨道的分岔两侧而设置的左、右转主轨道,以及左、右侧转向轨道对转向架本体的导向、引导作用,实现了磁悬浮轨道列车的道岔控制。本发明能够通过该道岔系统的控制实现永磁式磁悬浮轨道交通线路的转换,提高磁悬浮线路的运行效率,优化了磁浮轨道线路的铺设,节约磁轨铺设量,降低了磁悬浮轨道制造成本。
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MAS制永磁式磁悬浮交通的道岔系统示意图,
图2是本发明的MAS制式车载伸缩式磁组结构示意图,
图3是本发明的MAS制式道岔轨道结构示意图,
图4是本发明的MAS制永磁式磁悬浮交通磁轨排布示意简图,
图5是本发明的MAS制永磁式磁悬浮交通道岔过程示意图,
图6是本发明的MAS制永磁式磁悬浮交通并轨过程示意图,
图7是本发明的海尔贝克阵列永磁式磁悬浮交通的道岔系统示意图,
图8是本发明的海尔贝克阵列式车载伸缩式磁组结构示意图,
图9是本发明的海尔贝克阵列式道岔轨道结构示意图,
图10是本发明的海尔贝克阵列永磁式磁悬浮交通磁轨排布示意简图,
图11是本发明的海尔贝克阵列永磁式磁悬浮交通道岔过程示意图。
图中,1表示主轨道1;2表示左转主轨道;3表示右转主轨道;4表示左侧转向轨道;5表示右侧转向轨道;6表示直线步进电机;7表示转向架本体;8表示固定磁组;9表示导向磁组。
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“内、外”的含义指的是相对于轨道系统本身而言,指向轨道系统内部的方向为内,反之为外;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正对转向架组件前进方向时,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“上、下”的含义指的是使用者正对转向架组件前进方向时,由轨道系统指向转向架本体的方向即为上,由转向架本体指向轨道系统的方向即为下,而非对本发明的装置机构的特定限定。
本发明中所述的“主方向”的含义指的是沿相互平行的主轨道的方向或沿未分叉的所述主轨道的方向即,图示中显示出来的沿轨道系统的底板的长度方向。
本发明公开了一种永磁式磁悬浮轨道交通的道岔系统,其包括:轨道系统其上设置有道岔轨道,以及行驶于轨道系统上的车载磁组,其主要由转向架组件构成。
所述道岔轨道包括:分岔前的主轨道1、分岔后的左转主轨道2和右转主轨道3、左侧转向轨道4、右侧转向轨道5;主轨道1经过道岔结构后形成左右两根新的左转主轨道2和右转主轨道3,所述的左转主轨道2和右转主轨道3分别作为道岔后级轨道系统的主轨道;所述左侧转向轨道4或右侧转向轨道5作为用于导向的磁轨(以下简称导向磁轨),分别铺设于主轨道分岔转弯处的两侧,分别与分岔后的主轨道组成导向轨道;所述左转主轨道2、右转主轨道3为主轨道1经过道岔系统后分岔形成的主轨道,即,磁悬浮车辆在主轨道1分岔后所进入新的主轨道,使列车重新回到直线轨道运行。
所述主轨道、导向轨道均由永磁阵列(海尔贝克阵列等)组成,永磁阵列沿所述道岔轨道铺设。
所述导向轨道的轨距与主轨道之间的轨距相等。例如,所述导向轨道可设置在主轨道的左右两侧,所述磁体组成的轨道高度为22-34mm,轨距为21-210mm。
所述车载磁组包括:与所述转向架本体7连接的固定磁组、导向磁组、驱动组件。所述驱动组件可由直线步进电机实现。所述车载磁组共包括有三组磁组安装于转向架上,其中:所述固定磁组安装于转向架中央,处于始终伸出的状态,保证列车在轨道内的运行稳定;所述导向磁组安装于转向架两侧,在系统沿主方向直线运行时处于收回状态;所述驱动组件用于控制两侧的导向磁组伸缩。所述固定磁组、导向磁组均由永磁阵列,例如海尔贝克阵列等组成。
该系统中,所述主轨道的分岔部分,其岔口的转弯角度为10-45°,在分岔口出去的两侧均分别设有一组导向轨道。
系统中,所述固定磁组、导向磁组和直线步进电机系统均设置在转向架本体上;所述导向磁组9分别置于固定磁组8两侧,与固定磁组间隔为10-100mm。所述导向磁组9通过直线步进电机控制伸缩,伸出距离为沿转向架本体下表面向下12-120mm。
所述车辆在直线主轨道上运行时,所述车载磁组中的固定磁组8与主轨道作用,提供悬浮力,通过电磁所提供的推力的作用悬浮行驶于主轨道中;当列车即将行驶至轨道分岔口时,车辆上的一侧导向磁组9在电机的控制下伸出,受到主轨道一侧轨和同侧导向轨道所形成的转向轨道磁场的作用,导向磁组无接触的滑入导向轨道中,车辆在整个轨道分叉运行过程中,固定磁组保持伸出状态,由于在主轨道经过道岔结构后分为两组磁轨,车载固定磁组8在驶向主轨道磁轨分岔口的过程中,两个方向的磁轨不断远离,非转向一侧的轨道所提供的悬浮力不断减小,此过程中的悬浮力主要由导向磁组9以及转向一侧的导向轨道提供。当所述固定磁组8运行至与主轨道非转向一侧磁轨分离距离较大区域时,车载固定磁组8会驶入分岔后主轨道即左转主轨道2或者右转主轨道3中,在轨道磁场的作用下,固定磁组滑入分岔后的主轨道中,与轨道共同作用,提供悬浮力。所述固定磁组8进入分岔后的主轨道后,导向磁组在导向轨道中的行程结束,列车完成道岔运行,电机控制转向一侧的导向磁组9收回,列车上固定磁组与分岔后主轨道完成对接,重新按照直线运行状态行驶。
上述的永磁式磁浮轨道交通的道岔系统,不仅适用于永磁式斥力悬浮方式的列车,还能适用于永磁吸力、切向力以及电磁吸引控制等悬浮方式的磁悬浮轨道交通。
下面提供两种更为具体的实现方式以便理解本发明。
实施例1:
图1是适用于MAS制式磁浮轨道交通的示意图。MAS制模型中使用的导向装置可以是机械导向,也就是在路轨上设侧壁,列车底部两侧装有导轮,导轮在侧壁上滚动,从而保证列车在水平方向上的平衡。结合附图可见,本永磁式磁浮轨道交通的道岔系统,包括主轨道1、左转主轨道2、右转主轨道3、左侧转向轨道4、右侧转向轨道5、直线步进电机6、转向架本体7、固定磁组8和导向磁组9。下面就本发明的具体实施,加以说明。
如图1所示,所述主轨道1、左转主轨道2、右转主轨道3、由左侧转向轨道4和右侧转向轨道5构成的导向轨道均由永磁阵列铺设而成。分岔口转弯半径为30°,在分岔口出两侧均设由一组导向磁轨;所述各磁体所组成的轨道高度为34mm,轨距为21mm,如图3所示。所述轨道及车载磁体排布方式如图4所示。
如图2所示,所述车载磁组由直线步进电机6、转向架本体7、固定磁组8和两侧的导向磁组9组成。所述固定磁组8置于正中位置并保持伸出状态;所述导向磁组9分别置于固定磁体8两侧与固定磁体间隔为36mm;所述直线步进电机6控制导向磁组9的伸缩,伸出距离为12mm。所述磁组与直线电机均安装于转向架本体7上。
如图5的上侧所示,车辆在直线主轨道1上运行时,所述车载磁体中的固定磁组8与主轨道1作用,提供悬浮力,通过电机推力的作用悬浮行驶于主轨道1中,当车辆需要向左侧分岔时,如图5的中侧所示,车辆上的左侧导向磁组9在电机6的控制下伸出,受到主轨道1左侧轨和同侧导向磁轨组成的导向轨道所形成的转向轨道磁场的作用,导向磁组9无接触的滑入导向轨道中,车辆在整个轨道分岔运行过程中固定磁组3保持伸出状态。由于在主轨道1经过道岔结构分岔后形成左转主轨道2、右转主轨道3,车载固定磁组8在驶向主轨道1磁轨分岔口的过程中,两根磁轨不断远离,提供的悬浮力不断减小,此过程中的悬浮力主要由导向磁阻9以及导向轨道提供。当左侧主轨道转弯超过30°时,主轨道左右侧轨分离距离足够大,此时,在与原左转主轨道2的右侧轨距为21mm的地方铺设一根磁轨,和原有的主轨道磁轨组成新的左转导向轨道。当车载磁组即将运行到新的直线左转主轨道2进行直线运行时,在左转主轨道2磁场的作用下,车载磁组滑入新轨道中,与直线轨道共同作用,提供悬浮力。在固定磁组8进入左转主轨道2后,导向磁组8在导向轨道中的运行结束,如图5的下侧所示,列车完成道岔运行,直线步进电机6控制同侧导向磁组9收回,列车上固定磁组8与新的主轨道完成对接,重新回到直线运行状态。
该永磁磁浮轨道交通的道岔系统能够实现磁悬浮轨道交通的并轨。如图6的上侧所示,车辆在直线右转主轨道3上运行时,所述车载磁体中的固定磁组4与右转主轨道3作用,提供悬浮力,通过电机推力的作用悬浮行驶于右转主轨道3中。当车辆行驶至并轨区域时,如图6的中侧所示,车辆上的左侧导向磁组9在电机6的控制下伸出,受到右转主轨道3左侧轨和同侧导向磁轨的转向轨道磁场的作用,导向磁组9无接触的滑入导向轨道中,车辆在整个轨道分叉运行过程中固定磁组8保持伸出状态。由于在主轨道1经过道岔结构分岔后形成左转主轨道2、右转主轨道3,车载固定磁组8在驶出右转主轨道3时进入磁轨分岔口,此过程中的悬浮力主要由导向磁阻9以及导向轨道提供。当左侧主轨道转弯超过30°时,车载固定磁组8无接触滑入直线主轨道1,此时,在与原左侧右转主轨道3的左侧磁轨和另一侧主轨道磁轨组成新的直线主轨道1的共同作用下,当车载磁组即将运行到新的直线主轨道1时,在直线轨道1磁场的作用下,车载固定磁组8滑入新轨道中,与直线轨道共同作用,提供悬浮力。在固定磁组8进入直线主轨道1后,导向磁组9在导向轨道中的运行结束,如图6的下侧所示,当列车完成并轨,直线步进电机6控制同侧导向磁体9收回,列车上固定磁组8重新行驶于主轨道1上。
实施例2:
本发明亦适用于海尔贝克阵列式磁悬浮轨道交通的到道岔系统。
图7是海尔贝克阵列式磁悬浮轨道交通的示意图,结合附图可见,本永磁式磁浮轨道交通的道岔系统,包括主轨道1、左转主轨道2、右转主轨道3、左侧转向轨道4、右侧转向轨道5、直线步进电机6、转向架本体7、固定磁组8和导向磁组9。下面就本发明的具体实施,加以说明。
如图6所示,所述主轨道1、左转主轨道2、右转主轨道3、左侧转向轨道4、右侧转向轨道5由海尔贝克阵列铺设,分岔口转弯半径为30°,在分岔口出两侧均设置成一组导向磁轨;所述磁体组成的轨道高度为34mm,轨距为21mm,如图9所示。所述轨道及车载磁体排布方式如图10所示。
如图8所示,所述车载磁组由直线步进电机6、转向架本体7、固定磁组8和两侧导向磁组9组成。所述固定磁组8置于正中位置并保持伸出状态;所述导向磁组9分别置于固定磁体8两侧与固定磁体间隔为36mm;所述直线步进电机6控制导向磁组8的伸缩,伸出距离为12mm。所述磁组与直线电机均安装于转向架本体7上。
如图11的上侧所示,车辆在直线主轨道1上运行时,所述车载磁体中的固定磁组8与主轨道1作用,提供悬浮力,通过电机推力的作用悬浮行驶于主轨道1中,当车辆需要向左侧分岔时,如图11的中侧所示,车辆上的左侧导向磁组9在电机6的控制下伸出,受到左侧导向磁轨组所形成的转向轨道磁场的作用,导向磁组9无接触的运行于导向轨道上,沿左转主轨道2的方向运行,车辆在整个轨道分岔运行过程中固定磁组8保持伸出状态。在车载固定磁组8在驶向主轨道1磁轨分岔口的过程中,固定磁组8驶出主轨道1,此时主轨道1不再为与固定磁组8作用,悬浮力主要由导向磁阻9以及沿左转主轨道2方向的导向轨道提供。当左侧主轨道转弯超过30°时,此时,固定磁组8即将驶入和原主轨道的分支磁轨左转主轨道2。当车载磁组即将运行到新的左转主轨道2直线运行时,在左转主轨道2磁场的作用下,车载磁组无接触运行于新轨道上,与直线轨道共同作用,提供悬浮力。在固定磁组8进入左转主轨道2直线运行后,导向磁组9在导向轨道上的运行结束,如图11的下侧所示,列车完成道岔运行,直线步进电机6控制同侧导向磁组9收回,列车上固定磁组8与主轨道1完成对接,重新回到直线运行状态。
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。