CN110182060B - 一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统 - Google Patents
一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统，安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁内，包括双层倒U形悬浮轨。由轨道箱梁中的倒U形悬浮轨和与其对应的U形永磁铁和电磁铁相互作用提供悬浮吸力实现悬浮功能。通过永磁铁和电磁铁层叠布置的方式，实现提高悬浮系统在单位长度上的悬浮能力的目的。采用该悬浮系统的悬挂式磁浮列车具有小尺寸、低成本、载重能力强的特点，可服务于景点观光、楼宇间交通等低速运行情况下的客运需求，可作为现代轨道交通制式的一种有效补充，有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统。
背景技术
悬挂式磁浮列车是一种新制式轨道交通工具，作为一种多元化的城市轨道交通系统，可服务于旅游区的观光揽胜、城市楼宇之间的立体交通、高架立交的补充交通等，凭借其自身诸多优点预计将在我国有着广阔的发展及应用前景。目前，现有的悬挂式单轨车辆为达到降噪目的，其走行轮大多采用胶轮。而走行轮本身承载车辆重力，在实际运营过程中胶轮的磨耗较为严重，进而造成系统运营维护成本增高。鉴于此，如采用磁悬浮方式实现悬挂式交通，可通过车辆悬浮和非接触驱动的方式，使得车辆与轨道之间完全无直接的机械接触，以避免胶轮与轨道走行面发生机械冲击和磨损；另外，为了节约占地面积，希望悬浮式磁浮列车的悬浮箱梁尽量窄一些，采用单悬浮轨可以比采用双悬浮轨更容易实现较窄的尺寸，但是采用单悬浮轨后的悬浮能力会降低，鉴于此，如采用层叠式的永磁混合悬浮结构，可有效提高悬浮能力。当前，仍未有实际的悬挂式磁浮试验车和工程车，研究开发多种制式的悬挂式磁浮列车，对多元化交通和未来交通模式探索均是迫切而有益的。
发明内容
本发明提出了一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统，其特点是结构简单紧凑，尺寸小，悬浮能力强。
本发明的技术方案如下：一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统，安装布置于悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁2内。轨道箱梁2上按层叠方式设置有两条倒U形悬浮轨，即上层悬浮轨211和下层悬浮轨212；具有T形横截面的悬浮纵梁122沿轨道方向设置，悬浮纵梁的下端通过挂接机构挂接列车单元车体3，悬浮纵梁的上端通过其上的悬浮连接板120将两个沿轨道方向前后设置的混合悬浮电磁铁组固连，前端布置第一混合悬浮电磁铁组，后端布置第二混合悬浮电磁铁组；所述两组混合悬浮电磁铁组均为层叠构造：其上层悬浮永磁铁和下层悬浮电磁铁呈上下层叠方式分别置于上层悬浮轨和下层悬浮轨的下面，各磁铁与悬浮轨间留有悬浮间隙；悬浮纵梁122的两侧设置有前后两组可沿轨道箱梁下部的内侧驱动行走的导向轮；所述各悬浮电磁铁配置有采用电池供电的励磁装置和气隙高度传感装置。
进一步的，所述上层悬浮永磁铁和下层悬浮电磁铁均为U形。
固定在悬浮连接板上的两组悬浮电磁铁相互作用，可克服沿轨道方向的侧滚力，沿轨道横截面方向的侧滚力由安装在悬浮纵梁上的导向轮来消除。
采用本发明的结构，可以用来服务于一种适用于景点观光，楼宇间交通等应用领域的低速运营的悬浮式磁浮交通工具，具有结构简单，尺寸小，悬浮能力强的特点。同时，轨道梁桥墩占地量小且系统路权独立，因此可有效降低工程建造的成本。
附图说明
图1是系统整体结构的剖面图。
图2是系统整体结构的侧视图。
图3是层叠式电磁永磁混合悬浮结构的三维示意图。
图4是U形电磁铁和永磁铁的截面示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3，本发明用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统，布置安装在悬挂式磁浮列车系统得轨道箱梁2内，轨道箱梁固定在支撑柱4上，支撑柱4固定在地面，车体3是移动部件，其自重和荷载由悬浮系统提供的悬浮力承担。
悬浮系统设计为层叠式，由上下两层组成，其中的上层悬浮轨和下层悬浮轨均为倒U形结构，固定在轨道箱梁上，为固定部件；其中的上层悬浮永磁铁和下层电磁铁均为U形结构，为活动部件，带动车体3实现车体的悬浮功能。倒U形悬浮轨和U形永磁体及电磁铁相互作用提供悬浮吸力实现悬浮功能。
如图1、图2，悬浮系统包括固定在轨道箱梁2上的按层叠方式布置的两条倒U形悬浮轨(211和112)，还包括沿轨道方向布置的悬浮纵梁122和固定在悬浮纵梁122上的悬浮连接板120及导向轮130，其中在悬浮连接板120的前端布置第一混合悬浮电磁铁组,第一混合悬浮电磁铁组具有悬浮永磁铁101和悬浮电磁铁105，永磁体102与极板共同组成悬浮永磁铁101，处于上一层，对应悬浮轨211；在悬浮连接板120的后端布置第二混合悬浮电磁铁组,第二混合悬浮电磁铁组具有悬浮永磁铁103和悬浮电磁铁106，悬浮永磁铁103处于上一层，对应悬浮轨211，悬浮电磁铁106处于下一层，对应悬浮轨212。第一混合悬浮电磁铁组中的悬浮电磁铁105由第一悬浮控制器140控制，第一悬浮控制器140所需的悬浮间隙信息由第一悬浮传感器150提供。第二混合悬浮电磁铁组中的悬浮电磁铁106由第二悬浮控制器141控制，第二悬浮控制器141所需的悬浮间隙信息由第二悬浮传感器151提供。
图4表达了混合悬浮电磁铁组中悬浮部件的位置关系和尺寸关系，以第一混合悬浮电磁铁组为例，上下两层倒U形悬浮轨211的截面尺寸均为长200mm，宽55mm，磁极宽25mm，处于上层的U形永磁铁截面尺寸为长300mm，宽125mm，其中的永磁块长120mm，宽60mm，永磁铁长度为1000mm；处于下层的U形电磁铁的截面尺寸为长200mm，宽125mm，磁极宽25mm，电磁铁长度为1000mm，悬浮轨和悬浮铁的材料均为Q235，永磁体选用钕铁硼永磁材料，电磁铁线包102填充铜线的截面尺寸为100mm*150mm，电磁铁中铜线的填充率选60％，选择每平方毫米最大通过1.6A电流的方式，选择悬浮气隙为8mm；1021为极板。通过有限元仿真分析得出两个悬浮电磁铁与悬浮轨之间的电磁合力为36571N，可折算合力为3657Kg。两个永磁铁与悬浮轨之间的电磁合力为6150N，可折算合力为615Kg。所以悬浮系统总计能够4272Kg的悬浮力，而悬浮系统和车体的重量由混合悬浮系统提供的悬浮力来承担，其中悬浮架总重为1900Kg左右，车体总重为1100Kg左右，车体设计有一个驾驶员和四个乘客的空间，载重设定为600Kg，这样，整体悬浮的重量总计为3600Kg，小于4272Kg。
由上述分析知，采用层叠式设计的电磁永磁混合悬浮系统能够提供充足的悬浮力。当悬浮控制器提供合适大小的电流，使得电磁铁产生的悬浮吸力等于悬浮架和车体的自重，就可以实现悬浮功能，悬浮控制器控制电流大小的依据来源于悬浮传感器的测量值。
综上所述，本发明一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统，整个系统具有结构简单，小尺寸、高悬浮能力的特点。可服务于景点观光、楼宇间交通等低速运行情况下的客运需求。
Claims (2)
1.一种用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统，安装布置于悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁（2）内，其特征在于，轨道箱梁（2）上按层叠方式设置有两条倒U形悬浮轨，即上层悬浮轨（211）和下层悬浮轨（212）；具有T形横截面的悬浮纵梁（122）沿轨道方向设置，悬浮纵梁的下端通过挂接机构挂接列车单元车体（3），悬浮纵梁的上端通过其上的悬浮连接板（120）将两个沿轨道方向前后设置的混合悬浮电磁铁组固连，前端布置第一混合悬浮电磁铁组，后端布置第二混合悬浮电磁铁组；所述两组混合悬浮电磁铁组均为层叠构造：其上层悬浮永磁铁和下层悬浮电磁铁呈上下层叠方式分别置于上层悬浮轨和下层悬浮轨的下面，永磁体选用钕铁硼永磁材料；各磁铁与悬浮轨间留有悬浮间隙；悬浮纵梁（122）的两侧设置有前后两组可沿轨道箱梁下部的内侧驱动行走的导向轮；所述各悬浮电磁铁配置有采用电池供电的励磁装置和气隙高度传感装置。
2.如权利要求1所述的用于悬挂式磁浮列车的层叠式电磁永磁混合悬浮系统，其特征在于，所述上层悬浮永磁铁和下层悬浮电磁铁均为U形。
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