CN111030510A - 一种Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统 - Google Patents

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刘鹏
喻仪殷
赵晋东
白浩
童泽鹏
欧阳顺
丁祎
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    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/04—Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明在于提供一种Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，包括导轨、内极Halbach阵列永磁体、悬浮线圈、电磁铁芯和外极Halbach阵列永磁体；导轨为软磁材料，F型结构；电磁铁芯为软磁硅钢片材料，U型结构，其端部为扩张型，同时布置有内极Halbach阵列永磁体和外极Halbach阵列永磁体，并与导轨磁极对应；悬浮线圈绕制在电磁铁芯上。本发明具有低功耗、大悬浮气隙的特点，适用于磁浮列车用电磁悬浮系统。

Description

一种Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统
技术领域
本发明涉及一种电磁悬浮系统，尤其是一种磁浮列车用电磁悬浮系统。
背景技术
磁浮列车是一种新型的非接触式地面轨道交通运输工具，其取消了传统车辆赖以传动的轮子，从而实现了非粘着牵引和非接触运行。因此具有噪声小、振动低、速度范围宽、加减速快、爬坡能力强、维护费用低等特点，也被称为生态纯净的陆上绿色交通工具。而对于常导磁浮列车，其悬浮力全部由电磁铁提供，由于悬浮线圈具有一定的电阻，悬浮需要消耗较大的功率，因此悬浮气隙不能太大，一般为8~10mm左右，否则悬浮功率随气隙变化呈平方正比增加。所以由于运行中的能耗问题，影响了悬浮气隙的进一步增大。另一方面，由于悬浮气隙较小，列车对轨道的精度要求较高，误差一般在2mm以内，使得轨道的造价增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗、大悬浮气隙的Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统。
本发明的目的是这样实现的：本发明一种Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，其特征是：包括导轨、内极Halbach阵列永磁体、悬浮线圈、电磁铁芯和外极Halbach阵列永磁体；导轨为软磁材料，F型结构；电磁铁芯为软磁硅钢片材料，整体为U型结构，两端部带有T型扩张结构，同时布置有内极Halbach阵列永磁体和外极Halbach阵列永磁体，并与导轨磁极对应；悬浮线圈绕制在电磁铁芯上。
本发明还可以包括：
1、内极Halbach阵列永磁体由三块小永磁体在水平方向粘结而成，它的中心永磁体块充磁方向朝下，两侧永磁体块充磁方向沿粘结方向朝内；
2、外极Halbach阵列永磁体由三块小永磁体在水平方向粘结而成，它的中心永磁体块充磁方向朝上，两侧永磁体块充磁方向沿粘结方向朝外；
3、内极Halbach阵列永磁体和外极Halbach阵列永磁体两者位置可进行调换；
4、内极Halbach阵列永磁体和外极Halbach阵列永磁体的宽度与电磁铁芯端部的宽度相等。
本发明的优势在于：本发明的Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，采用了Halbach阵列永磁磁极结构。由于电磁铁芯两端布置有Halbach阵列永磁体，其相比在系统磁路中直接串并联永磁体，在永磁体用量相等的情况下其可产生更大的电磁吸力，进而可减小悬浮线圈电流，降低系统的功耗和悬浮线圈发热量，提高经济性、系统寿命和安全可靠性，同时有助于扩大悬浮气隙。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为内极Halbach阵列永磁体结构示意图。
图3为外极Halbach阵列永磁体结构示意图。
图中，1：导轨；2：内极Halbach阵列永磁体；3：悬浮线圈；4：电磁铁芯；5：外极Halbach阵列永磁体；6：内极Halbach阵列永磁体的中心永磁体块；7：外极Halbach阵列永磁体的中心永磁体块。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述。
结合图1、图2和图3，本实施方式的组成包括导轨1、内极Halbach阵列永磁体2、悬浮线圈3、电磁铁芯4和外极Halbach阵列永磁体5。导轨1为软磁材料，F型结构。电磁铁芯4为软磁硅钢片材料，整体为U型结构，两端部带有T型扩张结构，同时布置有内极Halbach阵列永磁体2和外极Halbach阵列永磁体5，并与导轨1磁极对应。内极Halbach阵列永磁体2由三块小永磁体在水平方向粘结而成，其中内极Halbach阵列永磁体2的中心永磁体块6充磁方向朝下，两侧永磁体块充磁方向沿粘结方向朝内。外极Halbach阵列永磁体5也由三块小永磁体在水平方向粘结而成，其中外极Halbach阵列永磁体5的中心永磁体块7充磁方向朝上，两侧永磁体块充磁方向沿粘结方向朝外。内极Halbach阵列永磁体2和外极Halbach阵列永磁体5两者位置可进行调换。此外，内极Halbach阵列永磁体2和外极Halbach阵列永磁体5的宽度与电磁铁芯4端部的宽度相等。悬浮线圈3绕制在电磁铁芯4上。
磁浮列车悬浮力由悬浮线圈3、内极Halbach阵列永磁体2和外极Halbach阵列永磁体5共同励磁产生提供，Φ为共同产生的磁通。该系统U型电磁铁芯4两端部设计为T型扩张结构，扩大了边缘磁通的范围，有利于降低系统磁路磁阻；其次电磁铁芯4端部布置了内极Halbach阵列永磁体2和外极Halbach阵列永磁体5，其相比在系统磁路中直接串并联其他单体结构的永磁体，在永磁体用量相等的情况下其可产生更大的电磁吸力，进而更有利于减小悬浮线圈3电流，降低系统的功耗和悬浮线圈3发热量，提高经济性、系统寿命和安全可靠性，同时更有助于扩大悬浮气隙。
以上所述仅为本发明的部分具体实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，其特征是：包括导轨、内极Halbach阵列永磁体、悬浮线圈、电磁铁芯和外极Halbach阵列永磁体；所述导轨为软磁材料，F型结构；所述电磁铁芯为软磁硅钢片材料，整体为U型结构，两端部带有T型扩张结构，同时布置有内极Halbach阵列永磁体和外极Halbach阵列永磁体，并与导轨磁极对应；所述悬浮线圈绕制在电磁铁芯上。
2.根据权利要求1所述的Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，其特征是：所述内极Halbach阵列永磁体由三块小永磁体在水平方向粘结而成，它的中心永磁体块充磁方向朝下，两侧永磁体块充磁方向沿粘结方向朝内。
3.根据权利要求1所述的Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，其特征是：所述外极Halbach阵列永磁体由三块小永磁体在水平方向粘结而成，它的中心永磁体块充磁方向朝上，两侧永磁体块充磁方向沿粘结方向朝外。
4.根据权利要求1所述的Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，其特征是：所述内极Halbach阵列永磁体和外极Halbach阵列永磁体两者位置可进行调换。
5.根据权利要求1所述的Halbach阵列永磁混合电磁悬浮系统，其特征是：所述内极Halbach阵列永磁体和外极Halbach阵列永磁体的宽度与电磁铁芯端部的宽度相等。
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