CN111942164B - 一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法，通过在“U”形轨道两侧分别设置两个导体板，用N极和S极交替排列的永磁体阵列代替原有的超导磁体作为车载磁体，车载磁体与导体板相互作用实现磁浮列车的悬浮和导向。这种悬浮和导向一体的方式，不需要安装复杂的线圈和冷却系统，降低了成本，提高了可操作性。在车载磁体的另一侧放置驱动绕组，产生行波磁场与源磁场相互作用实现驱动。利用了永磁体的双侧磁场，使得结构变得紧凑和简单，进一步促进了ETT的发展。

Description

一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法

技术领域

本发明涉及磁浮列车技术领域，具体而言，涉及一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法。

背景技术

磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。现有的磁浮列车大多在车辆底部安装超导磁体(放在液态氦储存槽内)，基于零磁通悬浮原理，即由安装在轨道上的线圈与车载超导体相互作用来提供导向和悬浮力。当车载磁体偏离线圈中心位置时，在线圈中感应出电磁场，线圈上部与车载磁极相同，下部相反，产生悬浮力；当列车左右偏离中心位置时，左右绕组的磁通不一样，列车偏向侧的线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相同，产生排斥力，偏离侧相反，产生吸引力，从而产生导向力。

现有的悬浮列车存在较多的问题：超导电线需用液氦冷却至-269℃才能形成超导磁体，冷却系统造价高，制冷设备耗费大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一方面，本申请提供了一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置，包括列车车体、转向架、导体板、驱动机构、车载磁体和“U”型轨道；所述转向架设置在所述列车车体的下方，嵌于所述“U”型轨道内，所述转向架和“U”型轨道的两侧壁之间设置有间隙；所述导体板设置在所述转向架和所述“U”型轨道之间；所述驱动机构设置在所述转向架和所述导体板之间；所述车载磁体设置在所述导体板和所述驱动机构之间；所述“U”型轨道设置在所述列车车体下方。

可选地，所述导体板包括两组，分别设置在所述转向架的两侧，每组所述导体板包括上导体板和下导体板，上导体板和下导体板平行设置。

可选地，所述上导体板和下导体板均为横向设置的铝板，所述上导体板和下导体板均设置在所述“U”型轨道的侧壁上。

可选地，所述车载磁体与下导体板的耦合面积大于所述车载磁体与上导体板的耦合面积。

可选地，所述车载磁体包括两组，分别设置在所述转向架的两侧，每组所述车载磁体包括多个永磁体，相邻永磁体的N极和S极交替排列，第一个永磁体N极设置在所述导体板一侧，S极设置在所述驱动机构一侧，第二个永磁体S极设置在所述导体板一侧，N极设置在所述驱动机构一侧。

可选地，所述驱动机构包括两组，分别设置在所述转向架的两侧，所述驱动机构通过连接件与所述“U”型轨道底部相连，连接件可以为刚性连接件，也可以为非刚性连接件。

可选地，所述驱动机构为驱动电机或驱动绕组。

可选地，所述转向架的两侧还设置有辅助轮，所述“U”型轨道上设置有两个与所述“U”型轨道平行凹槽，所述辅助轮设置在所述凹槽内。

另一方面，本申请实施例提供了一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置驱动方法，给所述驱动机构通电，所述驱动机构驱动所述车载磁体运动，所述车载磁体带动所述转向架和所述列车车体通过其上方的所述辅助轮运动；下导体板对所述车载磁体的向上作用力大于上导体板对所述车载磁体的向下作用力和重力的合力，列车悬浮；当所述车载磁体向上偏离平衡位置时，下导体板对所述车载磁体的向上作用力减小，上导体板对所述车载磁体的向下作用力增大，列车向下回到平衡位置；当所述车载磁体向左偏离平衡位置时，左侧的所述车载磁体与左侧的所述导体板的间隙减小，左侧的所述导体板对所述车载磁体向右的推力大于右侧的所述导体板对所述车载磁体向左的推力，所述车载磁体回到平衡位置；当所述车载磁体向右偏离平衡位置时，右侧的所述车载磁体与右侧的所述导体板的间隙减小，右侧的所述导体板对所述车载磁体向左的推力大于左侧的所述导体板对所述车载磁体向右的推力，所述车载磁体回到平衡位置。

本发明的有益效果为：

本发明通过在“U”形轨道两侧分别设置的导体板代替，用N极和S极交替排列的永磁体阵列代替原有的超导磁体作为车载磁体，车载磁体与导体板相互作用实现磁浮列车的悬浮和导向。这种悬浮和导向一体的方式，不需要安装复杂的线圈和冷却系统，降低了成本，提高了可操作性。在车载磁体的另一侧放置驱动绕组，产生行波磁场与源磁场相互作用实现驱动。利用了永磁体的双侧磁场，使得结构变得紧凑和简单，进一步促进了ETT的发展。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，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实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置结构示意图。

图2为本发明实施例中所述车载磁体与所述导体板的侧视示意图。

图3为图1中A处放大示意图。

图4为本发明实施例中所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置驱动方法流程图。

图中标记：1、列车车体；2、转向架；3、辅助轮；4、导体板；5、驱动机构；6、车载磁体；7、“U”型轨道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一方面，如图1所示，本实施例提供了一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置，包括列车车体1、转向架2、导体板4、驱动机构5、车载磁体6、“U”型轨道7；所述转向架2设置在所述列车车体1的下方，嵌于所述“U”型轨道7内，所述转向架2和所述“U”型轨道7的两侧壁之间设置有间隙；所述导体板4设置在所述转向架2和所述“U”型轨道7之间；所述驱动机构5设置在所述转向架2和所述导体板4之间；所述车载磁体6设置在所述导体板4和所述驱动机构5之间；所述“U”型轨道7设置在所述列车车体1下方。

可选地，所述导体板4包括两组，分别设置在所述转向架2的两侧，每组所述导体板4包括上导体板和下导体板，上导体板和下导体板平行设置。

可选地，如图3所示，所述上导体板和下导体板均为横向设置的铝板，所述上导体板和下导体板均设置在所述“U”型轨道7的侧壁上。

可选地，如图3所示，所述车载磁体6与下导体板的耦合面积大于所述车载磁体6与上导体板的耦合面积；一个所述导体板4对所述车载磁体6有三个方向的作用力，分别为磁阻力Fx、法向力Fy、侧向力Fz，上导体板对所述车载磁体6的侧向力沿着Z轴向下，下导体板对所述车载磁体6的侧向力沿着Z轴向上，悬浮力即为上导体板和下导体板对车载磁体的合力；当所述车载磁体6向下偏离所述导体板4中线时，所述车载磁体6和下导体板的耦合面积比所述车载磁体6和上导体板的耦合面积大，所以下导体板对所述车载磁体6的向上作用力大于上导体板对所述车载磁体6的向下作用力，当合力等于重力时即实现了悬浮；当所述车载磁体6向上偏离平衡位置时，所述车载磁体6和下导体板的耦合面积减小，所述车载磁体6和上导体板的耦合面积增大，下导体板对所述车载磁体6的向上作用力减小，上导体板对所述车载磁体6的向下作用力增大，所述车载磁体6回到平衡位置，实现稳定悬浮；左侧所述导体板4对所述车载磁体6的法向力构成了向右的推力，右侧所述导体板4对所述车载磁体6的法向力构成了向左的推力；当所述车载磁体6向左偏离平衡位置时，左侧的所述车载磁体6与左侧的所述导体板4的间隙减小，使得向右的推力大于向左的推力，所述车载磁体6回到平衡位置；同理，当所述车载磁体6向右偏离平衡位置时，右侧的所述车载磁体6与右侧的所述导体板4的间隙减小，使得向左的推力大于向右的推力，所述车载磁体6回到平衡位置。

可选地，如图1和图2所示，所述车载磁体6包括两组，分别设置在所述转向架2的两侧，每组所述车载磁体6包括多个永磁体，相邻永磁体的N极和S极交替排列，第一个永磁体N极设置在所述导体板4一侧，S极设置在所述驱动机构5一侧，第二个永磁体S极设置在所述导体板4一侧，N极设置在所述驱动机构5一侧，依次类推，第奇数个永磁体的磁极方向与第一个永磁体相同，第偶数个永磁体的磁极方向与第二个永磁体相同；所述车载磁体6设置在所述导体板4与所述驱动机构5之间，可以利用到所述车载磁体6的双侧磁场。

可选地，所述驱动机构5包括两组，分别设置在所述转向架2的两侧，所述驱动机构5通过连接件与所述“U”型轨道7底部相连，连接件可以为刚性连接件，也可以为非刚性连接件。

可选地，所述驱动机构5为驱动电机或驱动绕组；驱动电机可以为长定子同步直线电机，电机定子铁芯由15mm厚的电工钢片叠压而成，驱动绕组可以为定子三相绕组，定子三相绕组由防护电缆组成；所述车载磁体6和所述转向架2之间的所述驱动机构5，产生行波磁场与源磁场相互作用实现驱动。

可选地，所述转向架2的两侧还设置有辅助轮3，所述“U”型轨道7上设置有两个与所述“U”型轨道7平行凹槽，所述辅助轮8设置在所述凹槽内；所述辅助轮3在磁悬浮列车刚开始发动时起到助跑作用，同时在列车运行和转向时减少左右晃动，让列车安全平稳行驶。

另一方面，如图4所示，本实施例中提供了一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置驱动方法，包括步骤S10、步骤S20、步骤S30、步骤S40和步骤S50。

步骤S10.给所述驱动机构5通电，所述驱动机构5驱动所述车载磁体6运动，所述车载磁体6带动所述转向架2和所述列车车体1通过所述辅助轮3运动；

步骤S20.下导体板对所述车载磁体6的向上作用力大于上导体板对所述车载磁体6的向下作用力和重力的合力，列车悬浮；

步骤S30.当所述车载磁体6向上偏离平衡位置时，下导体板对所述车载磁体6的向上作用力减小，上导体板对所述车载磁体6的向下作用力增大，列车向下回到平衡位置；

步骤S40.当所述车载磁体6向左偏离平衡位置时，左侧的所述车载磁体6与左侧的所述导体板4的间隙减小，左侧的所述导体板4对所述车载磁体6向右的推力大于右侧的所述导体板4对所述车载磁体6向左的推力，所述车载磁体6回到平衡位置；

步骤S50.当所述车载磁体6向右偏离平衡位置时，右侧的所述车载磁体6与右侧的所述导体板4的间隙减小，右侧的所述导体板4对所述车载磁体6向左的推力大于左侧的所述导体板4对所述车载磁体6向右的推力，所述车载磁体6回到平衡位置。

本实施例中所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置驱动方法中包括的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置在装置实施例中已进行描述，故在方法实施例中不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种双导体板式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于，包括：

列车车体(1)；

转向架(2)，设置在所述列车车体(1)的下方，嵌于“U”型轨道(7)内，所述转向架(2)和“U”型轨道(7)的两侧壁之间设置有间隙；

导体板(4)，所述导体板(4)设置在所述转向架(2)和“U”型轨道(7)之间；

驱动机构(5)，所述驱动机构(5)设置在所述转向架(2)和所述导体板(4)之间；

车载磁体(6)，所述车载磁体(6)设置在所述导体板(4)和所述驱动机构(5)之间；

“U”型轨道(7)，设置在所述列车车体(1)下方；

所述车载磁体(6)与下导体板的耦合面积大于所述车载磁体(6)与上导体板的耦合面积；

所述车载磁体(6)包括两组，分别设置在所述转向架(2)的两侧，每组所述车载磁体(6)包括多个永磁体，相邻永磁体的N极和S极交替排列，第一个永磁体N极设置在所述导体板(4)一侧，S极设置在所述驱动机构(5)一侧，第二个永磁体S极设置在所述导体板(4)一侧，N极设置在所述驱动机构(5)一侧；

所述导体板(4)包括两组，分别设置在所述转向架(2)的两侧，每组所述导体板(4)包括上导体板和下导体板，上导体板和下导体板平行设置。

2.根据权利要求1所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述上导体板和下导体板均为横向设置的铝板，所述上导体板和下导体板均设置在所述“U”型轨道(7)的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述驱动机构(5)包括两组，分别设置在所述转向架(2)的两侧，所述驱动机构(5)通过连接件与所述“U”型轨道(7)底部相连。

4.根据权利要求1或3所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述驱动机构(5)为驱动电机或驱动绕组。

5.根据权利要求1所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述转向架(2)的两侧还设置有辅助轮(3)，所述“U”型轨道(7)上设置有两个与所述“U”型轨道(7)平行凹槽，所述辅助轮(3)设置在所述凹槽内。

6.一种如权利要求5所述的双导体板式永磁电动悬浮驱动装置的驱动方法，其特征在于，包括：给所述驱动机构(5)通电，所述驱动机构(5)驱动所述车载磁体(6)运动，所述车载磁体(6)带动所述转向架(2)和所述列车车体(1)通过所述辅助轮(3)运动；

下导体板对所述车载磁体(6)的向上作用力大于上导体板对所述车载磁体(6)的向下作用力和重力的合力，列车悬浮；

当所述车载磁体(6)向上偏离平衡位置时，下导体板对所述车载磁体(6)的向上作用力减小，上导体板对所述车载磁体(6)的向下作用力增大，列车向下回到平衡位置；

当所述车载磁体(6)向左偏离平衡位置时，左侧的所述车载磁体(6)与左侧的所述导体板(4)的间隙减小，左侧的所述导体板(4)对所述车载磁体(6)向右的推力大于右侧的所述导体板(4)对所述车载磁体(6)向左的推力，所述车载磁体(6)回到平衡位置；

当所述车载磁体(6)向右偏离平衡位置时，右侧的所述车载磁体(6)与右侧的所述导体板(4)的间隙减小，右侧的所述导体板(4)对所述车载磁体(6)向左的推力大于左侧的所述导体板(4)对所述车载磁体(6)向右的推力，所述车载磁体(6)回到平衡位置。

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