CN110901410A - 一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置，属于智能装置技术领域，所述牵引装置包括：高温超导磁悬浮装置和牵引动力装置；高温超导磁悬浮装置包括安装在车体转向架左右两侧的车体抱轨架、安装于左右两侧的地面轨道上的导磁轨道、反馈控制系统和气隙位置检测控制器，安装于每个车体抱轨架上的高温超导电磁铁和导向电磁铁；牵引动力装置包括无铁芯长定子永磁同步直线电机，包括两个定子、两个动子和两个安装支架；每个定子竖直安装于地面轨道中央，每个动子竖直安装在两个定子的双边中间且每个动子安装于车体转向架上。避免了传统磁悬浮结构中线圈体积重量大、发热严重、绝缘易老化的问题，简化了磁悬浮系统的结构。

Description

一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置
技术领域
本申请涉及一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置，属于高温超导磁悬浮列车领域。
背景技术
传统磁悬浮列车的磁悬浮装置一般采用常导电磁铁，当列车载重量增加需要提高磁悬浮列车的悬浮力时，必须要加大电磁铁的供电电流，这不仅造成了悬浮装置发热量的急剧增加，而且可能会使电磁铁的磁通密度趋于饱和，不利于电磁吸力的增加。此外，常导电磁铁常采用的铜线或者铝线制作的线圈，通流能力小，一般小于8A/mm2，要产生所需安匝数，线圈匝数必然较多，导致车体的重量显著增大。
针对传统磁悬浮列车采用的牵引动力装置，一般采用单边异步直线电机或者单边同步直线电机。对于单边异步直线电机，一般将直线电机的定子部分布置在车体上，导致其牵引电流设备需要安装在车辆上，列车自重增加，载荷比降低；对于单边同步直线电机，虽然其定子部分布置在地面，将牵引变流设备也搬到了地面，但其采用的直线电机结构仍然存在推力密度、效率和功率密度低，输出同样大小的推力需要的体积和重量大，含有铁心导致其铁心容易饱和，过载能力有限，边端效应明显，单边电磁吸力大等问题。
发明内容
本申请提供了一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置，可以解决现有方案中的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置，所述牵引装置包括：高温超导磁悬浮装置和牵引动力装置；
所述高温超导磁悬浮装置包括安装在车体转向架左右两侧的车体抱轨架、安装于左右两侧的地面轨道上的导磁轨道、反馈控制系统和气隙位置检测控制器，安装于每个车体抱轨架上的高温超导电磁铁和导向电磁铁，高温超导电磁铁与导磁轨道之间具有一定的间隙；
所述牵引动力装置包括无铁芯长定子永磁同步直线电机，所述无铁芯长定子永磁同步直线电机包括两个定子、两个动子和两个安装支架；每个定子竖直安装于地面轨道中央，每个动子竖直安装在两个定子的双边中间且每个动子安装于车体转向架上。
可选的，所述高温超导电磁铁安装于车体抱轨架的下方，包括高温超导线圈和导磁铁，所述高温超导线圈缠绕在所述导磁铁上。
可选的，所述高温超导线圈的材质为陶瓷。
可选的，所述高温超导线圈为跑道型结构。
可选的，所述导向电磁铁安装于车体侧壁中车体抱轨架的中间部位，与导磁轨道的侧部对应。
可选的，所述定子采用无铁芯式三相对称绕组。
可选的，所述定子由铜线圈、灌胶料和结构件组成。
可选的，所述动子采用永磁体排列结构。
本申请的有益效果在于：
通过采用超高温导线线圈制作成的超导电磁铁，通流能力大、无损耗产生，可以以较少的安电流产生强磁场，产生大的悬浮力，避免了传统磁悬浮结构中线圈体积重量大、发热严重、绝缘易老化的问题，简化了磁悬浮系统的结构，保证了磁悬浮系统安全稳定运行。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置的示意图；
图2是本申请一个实施例提供的超导磁悬浮磁铁的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
请参考图1和图2，其示出了本申请一个实施例提供的一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置的示意图，如图1和图2所示，所述牵引装置包括：高温超导磁悬浮装置1和牵引动力装置2；
所述高温超导磁悬浮装置1包括安装在车体转向架3左右两侧的车体抱轨架11、安装于左右两侧的地面轨道4上的导磁轨道12、反馈控制系统和气隙位置检测控制器(图中未示出)，安装于每个车体抱轨架11上的高温超导电磁铁111和导向电磁铁112，高温超导电磁铁111与导磁轨道12之间具有一定的间隙。
可选的，所述高温超导电磁铁111安装于车体抱轨架11的下方，包括高温超导线圈1111和导磁铁1112，所述高温超导线圈1111缠绕在所述导磁铁1112上。
其中，高温超导线圈1111保持在77K液氮环境下保证其超导态。
在上述结构中，当高温超导线圈1111中通入电流后，车上高温超导电磁铁111产生的磁场分别与导磁轨道12相互吸引，将列车车体向上吸起，使之悬浮于导磁轨道12上，悬浮间隙通过一套高精度电子调整系统如气隙位置检测控制器得以保证。
高温超导线圈1111利用车载储能装置通入直流电流，高温超导线圈1111不会产生电气损耗，通流能力是铜线圈的10倍上，通过调节高温超导线圈1111中通流大小以产生所需悬浮力。车载储能装置可以为磁悬浮列车中的供电装置，实际实现时，可以为电池等等。
所述高温超导线圈1111的材质为陶瓷，并且基于陶瓷的特性，高温超导线圈1111不能任意弯曲；当然，高温超导线圈1111还可以为其他具有韧性的材质，本实施例只是以是陶瓷来举例说明。实际实现时，所述高温超导线圈1111为跑道型结构，还可以为其他形状的结构。
导向电磁铁112也利用车载储能装置输入电流，产生的磁场分别与导磁轨道12产生左右电磁力，以调节车体导向力，防止车体侧滑脱轨。所需导向力大小由输入电流大小调节，导向间隙通过一套高精度电子调整系统如气隙位置检测控制器得以保证。
所述牵引动力装置2包括无铁芯长定子永磁同步直线电机21，所述无铁芯长定子永磁同步直线电机21包括两个定子211、两个动子212和两个安装支架2；每个定子211竖直安装于地面轨道4中央，每个动子212竖直安装在两个定子211的双边中间且每个动子212安装于车体转向架3上。
可选的，所述导向电磁铁安112装于车体侧壁中车体抱轨架11的中间部位，与导磁轨道12的侧部对应。
可选的，所述定子211采用无铁芯式三相对称绕组，主要由铜线圈、灌胶料和结构件组成。批量制造成本不高，非常适合磁悬浮列车的电磁推进应用。
在上述结构中，在定子中通入三相交流电流时，会在气隙中产生行波磁场，与动子磁场相互作用，驱使磁悬浮列车悬浮前进。
可选的，所述动子212采用永磁体排列结构，边端效应不明显，可以在气隙中产生正弦性很好的强磁场，可以增加电机的电磁推力密度，相对传统电励磁线圈，省却了励磁电源，简化了磁悬浮列车直线电机系统结构。
通过将定子和动子采用竖直方向安装，其磁场的性能能够最大程度减小电磁场对外界环境和人体的伤害。
通过采用超高温导线线圈制作成的超导电磁铁，通流能力大、无损耗产生，可以以较少的安电流产生强磁场，产生大的悬浮力，避免了传统磁悬浮结构中线圈体积重量大、发热严重、绝缘易老化的问题，简化了磁悬浮系统的结构，保证了磁悬浮系统安全稳定运行。另外，牵引动力结构采用双边无铁心永磁同步电机结构，并且定子和动子采用了竖直安装方式，相对传统磁悬浮列车采用的单边水平安装方式的直线电机结构，可以提高列车的加速度，其推力密度和过载能力较强，避免了有铁心直线电机磁密易饱和、电磁噪声大的问题，同时该直线电机竖直安装的结构具有响应时间短、速度范围广、产热小的特点，能够保证磁悬浮列车的稳定性。利用定子产生的行波磁场，产生的牵引力大，牵引效率高。同时该牵引动力装置的初、次级之间的法向电磁力沿水平方向，不会对悬浮系统造成影响，也避免了对环境的电磁污染。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种高温超导高速磁悬浮列车的磁悬浮牵引装置，其特征在于，所述牵引装置包括：高温超导磁悬浮装置和牵引动力装置；
所述高温超导磁悬浮装置包括安装在车体转向架左右两侧的车体抱轨架、安装于左右两侧的地面轨道上的导磁轨道、反馈控制系统和气隙位置检测控制器，安装于每个车体抱轨架上的高温超导电磁铁和导向电磁铁，高温超导电磁铁与导磁轨道之间具有一定的间隙；
所述牵引动力装置包括无铁芯长定子永磁同步直线电机，所述无铁芯长定子永磁同步直线电机包括两个定子、两个动子和两个安装支架；每个定子竖直安装于地面轨道中央，每个动子竖直安装在两个定子的双边中间且每个动子安装于车体转向架上。
2.根据权利要求1所述的牵引装置，其特征在于，所述高温超导电磁铁安装于车体抱轨架的下方，包括高温超导线圈和导磁铁，所述高温超导线圈缠绕在所述导磁铁上。
3.根据权利要求2所述的牵引装置，其特征在于，所述高温超导线圈的材质为陶瓷。
4.根据权利要求2或3所述的牵引装置，其特征在于，所述高温超导线圈为跑道型结构。
5.根据权利要求1至3任一所述的牵引装置，其特征在于，所述导向电磁铁安装于车体侧壁中车体抱轨架的中间部位，与导磁轨道的侧部对应。
6.根据权利要求1至3任一所述的牵引装置，其特征在于，所述定子采用无铁芯式三相对称绕组。
7.根据权利要求1至3任一所述的牵引装置，其特征在于，所述定子由铜线圈、灌胶料和结构件组成。
8.根据权利要求1至3任一所述的牵引装置，其特征在于，所述动子采用永磁体排列结构。
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