CN110396876A - 一种用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道 - Google Patents

一种用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，由双轨式轨道构成，每条轨道均由以并联方式连接的电磁轨道单元组成，每个并联支路中均串联可调电阻；每个电磁轨道单元均包括电磁铁芯和励磁线圈；电磁铁芯包括左上臂、左下臂、右上臂和右下臂，左上臂和左下臂的左端头连接在一起，右上臂和右下臂的右端头连接在一起，左上臂和右上臂之间设置有悬浮区域，左下臂和右下臂之间通过中柱连接；励磁线圈分别绕制在电磁铁芯的左上臂、左下臂、右上臂和右下臂上，且励磁线圈之间采用串联或并联方式连接。本发明具有灵活性强，经济性高，环保性强等优点。

Description

一种用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道
技术领域
本发明涉及高温超导磁悬浮技术在轨道交通中的应用，更具体的说，是涉及一种用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道。
背景技术
基于高温超导的磁悬浮是一种可以实现自稳定的磁悬浮。利用第二类超导体所具有的迈斯纳效应和磁通钉扎效应，高温超导块材在超导状态下可以在磁场中同时受到一定的悬浮力和导向力，从而实现悬浮并达到自稳定的状态。现有的高温超导磁悬浮列车的实验系统多使用永磁铁搭建轨道，将来在应用上具有较大的局限性，这是因为：永磁轨道的产生的磁场分布受限于单位永磁铁的磁化强度和磁化方向，缺乏可变性；轨道一旦铺设完成，其磁场强度就不可调节；轨道的磁场强度会随时间推移产生一定程度的衰减；永磁轨道的磁场是不可关断的，会造成一定程度的磁污染。而电磁轨道则可以很好地解决上述问题，因此更具有经济性和实用性。
发明内容
针对目前基于高温超导的轨道交通示范线路采用永磁轨道的现状，提出了更加具有可变性、灵活性和经济可行性的电磁轨道的设计方案：一种用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道。设计电磁轨道单元的形状结构和直线段电磁轨道的排布和连接方案，使电磁轨道产生沿轨道方向连续均匀的磁场。磁场强度及磁场分布可以使放置在悬浮区域内的高温超导块材的悬浮力达到所需要的强度，且能沿轨道平稳运动，从而到达替代永磁轨道的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，由双轨式轨道构成，所述双轨式轨道中的两条轨道之间以并联形式连接，每条轨道均由以并联方式连接的电磁轨道单元组成，每个并联支路中均串联有可调电阻；
每个所述电磁轨道单元均包括电磁铁芯和励磁线圈；所述电磁铁芯包括左上臂、左下臂、右上臂和右下臂，所述左上臂和左下臂相互平行，且左上臂和左下臂的左端头连接在一起，所述右上臂和右下臂相互平行，且右上臂和右下臂的右端头连接在一起，所述左上臂和右上臂沿一条直线设置，且左上臂和右上臂之间设置有悬浮区域，所述左下臂和右下臂沿一条直线设置，且左下臂和右下臂之间通过竖直设置的中柱连接；所述励磁线圈分别绕制在电磁铁芯的左上臂、左下臂、右上臂和右下臂上，且励磁线圈之间采用串联或并联方式连接。
每条并联支路均由直流电源供电励磁。
所述可调电阻由电阻器制作而成，其阻值调节范围为0-10Ω。
所述电磁铁芯的中柱位于悬浮区域正下方。
所述电磁铁芯的左上臂右端头、右上臂左端头、中柱顶部端头均向两端延长至覆盖励磁线圈厚度。
各电磁轨道单元的励磁均可独立控制，各电磁轨道单元的励磁线圈电阻均可独立调节。
双轨式轨道制作完毕后，根据每个电磁轨道单元的励磁线圈的实际电阻，确定每条并联支路中可调电阻的阻值，保证每条并联支路上的总电阻一致，完成第一次轨道均匀性的校正；然后接通用于励磁的直流电源，用高斯计依次测量每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度，调整相应并联支路上的可调电阻，使每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度保持一致，完成第二次轨道均匀性的校正。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明设计的高温超导磁悬浮电磁轨道，与传统永磁轨道相比，具有灵活性强，经济性高，环保性强等优点。在其悬浮区域产生的磁场满足高温超导磁悬浮系统对轨道磁场的要求，具有可行性。
(2)本发明设计的电磁轨道单元的电磁铁芯形状，可以解决传统电磁铁无法紧密排列的问题，实现轨道的连续排布。
(3)本发明设计的电磁轨道单元间接线方式，使得每个轨道单元的励磁电流独立可调，以校正电磁轨道单元制作过程中产生的误差，最终可确保磁场沿轨道方向上均匀性，有助于提高悬浮车沿轨道运行的稳定性。
附图说明
图1为单个电磁轨道单元结构图。
图2为电磁轨道单元的励磁铁芯正视图。
图3为电磁轨道单元的励磁铁芯俯视图。
图4为电磁轨道单元的励磁线圈间接线示意图。
图5为直线段轨道电气连接方式示意图。
附图标记：1励磁线圈，2电磁铁芯，201左上臂，202左下臂，203右上臂， 204右下臂，205中柱，206悬浮区域，R可调电阻，VCC直流电源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个具体实施案例进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。
如图1至图5所示，本发明用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，由双轨式轨道构成，所述双轨式轨道中的两条轨道之间以并联形式连接，每条轨道均由若干个电磁轨道单元紧密排列而成，电磁轨道单元之间以并联方式进行连接，每个并联支路中均串联有可调电阻R，以校正电磁轨道单元制作过程中产生的误差，每条并联支路均由直流电源VCC供电励磁。所述可调电阻R由电阻器制作而成，其阻值调节范围为0-10Ω。每个所述电磁轨道单元均包括电磁铁芯2和励磁线圈 1。
所述电磁铁芯2可用硅钢片、电工纯铁等高导磁材料制作，所述电磁铁芯2 包括左上臂201、左下臂202、右上臂203和右下臂204。所述左上臂201和左下臂202相互平行，且左上臂201和左下臂202的左端头连接在一起；所述右上臂203和右下臂204相互平行，且右上臂203和右下臂204的右端头连接在一起；所述左上臂201和右上臂203沿一条直线设置，且左上臂201和右上臂203之间设置有悬浮区域206；所述左下臂202和右下臂204沿一条直线设置，且左下臂 202和右下臂204之间通过竖直设置的中柱205连接，所述中柱205位于悬浮区域206正下方。所述电磁铁芯2的左上臂201右端头、右上臂203左端头、中柱 205顶部端头均向两端延长至覆盖励磁线圈1厚度，使得形成轨道的多个电磁轨道单元可以连续紧密排列，保证沿轨道方向磁场的连续性。
所述励磁线圈1分别绕制在电磁铁芯2的左上臂201、左下臂202、右上臂 203和右下臂204上，且励磁线圈1之间采用串联或并联方式连接。各电磁轨道单元的励磁均可独立控制，各电磁轨道单元的励磁线圈1电阻均可独立调节。
双轨式轨道制作完毕后，根据每个电磁轨道单元的励磁线圈1的实际电阻，确定每条并联支路中可调电阻R的阻值，保证每条并联支路上的总电阻一致，完成第一次轨道均匀性的校正。然后接通用于励磁的直流电源VCC，用高斯计依次测量每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度，调整相应并联支路上的可调电阻R，使每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度尽可能保持一致，完成第二次轨道均匀性的校正。
实施例：
本发明中的电磁轨道单元如图1所示。根据优化设计的结果，本实施例给定了一种优化的工作方案。
在该实施案例中，电磁铁芯2的总高度为90mm，左上臂201和右上臂203 的宽度均为50mm，左下臂202和右下臂204的宽度均为65mm，左上臂201、左下臂202、右上臂203和右下臂204高度均为20mm，中柱205顶部端头长 100mm，中柱205宽20mm，悬浮区域206宽度50mm，高20mm。这里，左上臂201、左下臂202、右上臂203和右下臂204的长宽高均与双轨式轨道的长宽高方向相同。
在该实施案例中，励磁线圈1由线径为1mm的铜漆包线绕制，其中电磁铁芯2左上臂201和右上臂203的励磁线圈1绕制匝数均为350±50，电磁铁芯2 的左下臂202和右下臂204的励磁线圈1绕制匝数均为550±50。励磁线圈1的总磁势设为11000安匝。
在该实施案例中，电磁轨道单元上四个励磁线圈1以串联的方式进行连接，图3给出了其中一种接线方案的示意图。根据此方案，励磁线圈1产生的磁场形成如图3中箭头所示的两条闭合磁路。
在该实施案例中，本发明的电磁轨道由12个电磁轨道单元组成，两侧轨道间距为20mm。电磁轨道单元及直流电源VCC间以并联的方式连接，各并联支路中分别串联接入可调电阻R，阻值调节范围为0～10Ω，如图5所示。直流电源 VCC需至少满足最大输出电流80A，最大输出电压80V，最大输出功率6.4kW。
双轨式轨道制作完毕后，根据每个电磁轨道单元的励磁线圈1的实际电阻，确定每条并联支路中可调电阻R的阻值，保证每条并联支路上的总电阻一致，完成第一次轨道均匀性的校正。
然后接通用于励磁的直流电源VCC，用高斯计依次测量每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度，调整相应并联支路上的可调电阻R，使每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度尽可能保持一致，完成第二次轨道均匀性的校正
根据上述参数进行实验，电磁轨道的表面磁场强度可达到0.3T。用于实验的圆柱形超导块尺寸为可受到的最大悬浮力为20N，最大导向力为5N。
在环境温度较低，短时工况，并且电源的电气参数满足的情况下，可适当升高电流以获得更强的磁场，从而获得更大的悬浮力和导向力。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，由双轨式轨道构成，所述双轨式轨道中的两条轨道之间以并联形式连接，其特征在于，每条轨道均由以并联方式连接的电磁轨道单元组成，每个并联支路中均串联有可调电阻(R)；
每个所述电磁轨道单元均包括电磁铁芯(2)和励磁线圈(1)；所述电磁铁芯(2)包括左上臂(201)、左下臂(202)、右上臂(203)和右下臂(204)，所述左上臂(201)和左下臂(202)相互平行，且左上臂(201)和左下臂(202)的左端头连接在一起，所述右上臂(203)和右下臂(204)相互平行，且右上臂(203)和右下臂(204)的右端头连接在一起，所述左上臂(201)和右上臂(203)沿一条直线设置，且左上臂(201)和右上臂(203)之间设置有悬浮区域，所述左下臂(201)和右下臂(204)沿一条直线设置，且左下臂(202)和右下臂(204)之间通过竖直设置的中柱(205)连接，中柱(205)顶部端面作为轨道表面；所述励磁线圈(1)分别绕制在电磁铁芯(2)的左上臂(201)、左下臂(202)、右上臂(203)和右下臂(204)上，且励磁线圈(1)之间采用串联或并联方式连接。
2.根据权利要求1所述的用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，其特征在于，每条并联支路均由直流电源(VCC)供电励磁。
3.根据权利要求1所述的用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，其特征在于，所述可调电阻(R)由电阻器制作而成，其阻值调节范围为0-10Ω。
4.根据权利要求1所述的用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，其特征在于，所述电磁铁芯(2)的中柱(205)位于悬浮区域(206)正下方。
5.根据权利要求1所述的用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，其特征在于，所述电磁铁芯(2)的左上臂(201)右端头、右上臂(203)左端头、中柱(205)顶部端头均向两端延长至覆盖励磁线圈(1)厚度。
6.根据权利要求1所述的用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，其特征在于，各电磁轨道单元的励磁均可独立控制，各电磁轨道单元的励磁线圈(1)电阻均可独立调节。
7.根据权利要求1所述的用于高温超导磁悬浮列车的电磁轨道，其特征在于，双轨式轨道制作完毕后，根据每个电磁轨道单元的励磁线圈(1)的实际电阻，确定每条并联支路中可调电阻(R)的阻值，保证每条并联支路上的总电阻一致，完成第一次轨道均匀性的校正；然后接通用于励磁的直流电源(VCC)，用高斯计依次测量每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度，调整相应并联支路上的可调电阻(R)，使每个电磁轨道单元的轨道表面磁场强度保持一致，完成第二次轨道均匀性的校正。
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