CN111942166B - 一种双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁浮列车技术领域，具体而言，涉及一种双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法。本发明用N极和S极交替排列的永磁体代替超导磁体作为车载磁体，车载磁体中心低于第一悬浮导向装置中心，线圈上下磁通量不一样，线圈上部与车载磁极相反，下部磁极相同，产生悬浮力。当列车左右偏离中心，左右两侧的线圈磁通量不一样，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，偏离侧磁极相反，产生吸引力，从而产生导向力。在车载磁体的另一侧设置推进绕组，产生行波磁场与源磁场相作用实现推进。利用车载磁体的双侧磁场，可简化结构。车载磁体代替后不需要却冷，省去冷却和辅助系统，减少成本。
Description
技术领域
本发明涉及磁浮列车技术领域，具体而言，涉及一种双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置及驱动方法。
背景技术
磁浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，再利用线性电机驱动列车运行。磁浮列车分为常导型和超导型两大类。常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起。而超导型磁浮列车也称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表。它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生磁斥力将列车悬起。超导磁浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以达到普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。
然而，超导悬浮技术由于存在涡轮效应，其悬浮能耗大，需要冷却，辅助系统多，安装结构复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双边磁体及线圈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，本申请实施例提供了一种双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，所述装置包括列车车体、转向装置、第一悬浮导向装置、推进机构、第二悬浮导向装置、支撑装置；所述转向装置设置在所述列车车体的下方，嵌于支撑装置内，所述转向装置和支撑装置的两侧壁之间设置有间隙；所述第一悬浮导向装置设置在所述支撑装置的两侧壁上；所述推进机构设置在所述转向装置和所述第一悬浮导向装置之间；所述第二悬浮导向装置设置在所述第一悬浮导向装置和所述推进机构之间，所述第二悬浮导向装置在支撑装置侧壁上的投影位于所述第一悬浮导向装置内；所述支撑装置设置在所述列车车体下方。
可选地，所述转向装置为转向架，所述支撑装置为“U”型轨道。
可选地，所述第一悬浮导向装置为零磁通线圈，所述零磁通线圈上部的电流和下部的电流方向相反。
可选地，所述零磁通线圈为“8”字形设置。
可选地，所述推进机构通过连接件与所述支撑装置底部相连，连接件可以为刚性连接件，也可以为非刚性连接件。
可选地，所述推进机构为推进电机或推进绕组。
可选地，所述第二悬浮导向装置为车载磁体，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极设置在所述第一悬浮导向装置一侧，S极设置在所述推进机构一侧，第二个永磁体S极设置在所述第一悬浮导向装置一侧，N极设置在所述推进机构一侧。
可选地，所述转向装置的下方还设置有辅助轮，所述支撑装置上设置有两个与所述支撑装置平行凹槽，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边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置驱动方法，所述方法包括：给所述推进机构通电，所述推进机构驱动所述第二悬浮导向装置运动，所述第二悬浮导向装置带动所述转向装置通过所述辅助轮运动；所述第一悬浮导向装置切割所述第二悬浮导向装置的磁感线，产生感应电磁场，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力大于列车重力，列车向上，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力等于列车重力，列车悬浮；当列车向上偏离平衡位置时，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力减小，列车向下回到平衡位置；当列车左右偏离中心位置时，列车偏向侧的零磁通线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相同，列车受到排斥力，列车偏离侧的零磁通线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相反，列车受到吸引力，列车回正。
本发明的有益效果为：
本发明通过用N极和S极交替排列的永磁体代替原有的超导磁体作为车载磁体，与第一悬浮导向装置相互作用实现悬浮和导向一体，当车载磁体相对于线圈中心向下偏移，车载磁体中心和第一悬浮导向装置中心不再同一高度，所以第一悬浮导向装置上下磁通量不一样，线圈上部与车载磁体磁极相反，产生向上的吸引力；线圈下部与车载磁体磁极相同，产生向上的排斥力，从而产生浮力。当列车左右偏离中心位置时，左右两侧的第一悬浮导向装置的磁通量不一样，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，列车偏离侧的线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相反，产生吸引力，从而产生导向力。在车载磁体的另一侧放置推进绕组，推进绕组通过连接件固定在地面上，产生行波磁场与源磁场相互作用实现推进。利用了车载磁体的双侧磁场，使得结构变得紧凑和简单，进一步促进了ETT的发展。车载磁体代替后不需要却冷，省去了复杂的冷却系统和辅助系统，大大减少了成本，简化了结构。
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边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置结构示意图。
图2为图1中A处放大示意图。
图3为本发明实施例中所述的第一悬浮导向装置和第二悬浮导向装置的侧视示意图。
图4为本发明实施例中所述的零磁通线圈结构示意图。
图5为本发明实施例中所述的双边磁体及线圈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、转向装置；3、辅助轮；4、第一悬浮导向装置；5、推进机构；6、第二悬浮导向装置；7、支撑装置。
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边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，包括列车车体1、转向装置2、第一悬浮导向装置4、推进机构5、第二悬浮导向装置6、支撑装置7。所述转向装置2设置在所述列车车体1的下方，嵌于支撑装置7内，所述转向装置2和支撑装置7的两侧壁之间设置有间隙；所述第一悬浮导向装置4设置在支撑装置7的两侧壁上；所述推进机构5设置在所述转向装置2和所述第一悬浮导向装置4之间；所述第二悬浮导向装置6设置在所述第一悬浮导向装置4和所述推进机构5之间，所述第二悬浮导向装置6在支撑装置7侧壁上的投影位于所述第一悬浮导向装置3内；所述支撑装置7设置在所述列车车体1下方。
可选地，所述转向装置2为转向架，所述支撑装置7为“U”型轨道。
可选地，如图3和图4所示，图中箭头方向为电流方向，所述第一悬浮导向装置4为零磁通线圈，所述零磁通线圈上部的电流和下部的电流方向相反。
可选地，如图4所示，所述零磁通线圈为“8”字形设置，“8”字形设置可以使所述第一悬浮导向装置4上部的电流和下部的电流方向相反。所述第二悬浮导向装置6的磁体相对于线圈中心向下偏移，所述第一悬浮导向装置4的上下磁通量不一样，所述第一悬浮导向装置4上部与所述第二悬浮导向装置6的磁极相反，产生向上的吸引力；所述第一悬浮导向装置4的下部与与所述第二悬浮导向装置6的磁极相同，产生向上的排斥力，从而产生向上的悬浮力。当列车左右偏离中心位置时，左右两侧的第一悬浮导向装置4的磁通量不一样，列车偏向侧的第一悬浮导向装置4的感应磁场磁极与第二悬浮导向装置6的磁极相同，产生排斥力，列车偏离侧的第一悬浮导向装置4的感应磁场磁极与第二悬浮导向装置6的磁极相反，产生吸引力，从而产生导向力。
可选地，如图2所示，所述推进机构5通过连接件与所述支撑装置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，如图2所示，所述推进机构5为推进电机或推进绕组，推进电机可以为长定子同步直线电机，电机定子铁心由15mm厚的电工钢片叠压而成，推进绕组可以为定子三相绕组，定子三相绕组由防护电缆组成；所述第二悬浮导向装置6和所述转向装置2之间的所述推进机构5，产生行波磁场与源磁场相互作用实现推进。
可选地，所述第二悬浮导向装置6为车载磁体，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极设置在所述第一悬浮导向装置4一侧，S极设置在所述推进机构5一侧，第二个永磁体S极设置在所述第一悬浮导向装置4一侧，N极设置在所述推进机构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。所述第二悬浮导向装置6设置在所述第一悬浮导向装置4与所述推进机构5之间，可以利用到所述第二悬浮导向装置6的双侧磁场。
可选地，所述转向装置2的下方还设置有辅助轮3，所述支撑装置7上设置有两个与所述支撑装置7平行凹槽，所述辅助轮3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，同时使列车在运行和转向时不左右晃动，更加平稳安全。
另一方面，如图5所示，本实施例中提供了一种双边磁体及线圈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和步骤S40。
步骤S10.给所述推进机构5通电，可以为三相交流电，所述推进机构5驱动所述第二悬浮导向装置6运动，所述第二悬浮导向装置6带动所述转向装置2通过所述辅助轮3运动；
步骤S20.所述第一悬浮导向装置4切割所述第二悬浮导向装置6的磁感线，产生感应电磁场，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力大于列车重力，列车向上，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力等于列车重力，列车悬浮；
步骤S30.当列车向上偏离平衡位置时，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力减小，列车向下回到平衡位置；
步骤S40.当列车左右偏离中心位置时，列车偏向侧的零磁通线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相同，列车受到排斥力，列车偏离侧的零磁通线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相反，列车受到吸引力，列车回正。
本发明实施例提供的磁浮列车驱动方法，其实现原理及产生的技术效果和前述装置实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述装置实施例中相应内容。
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 (8)
1.一种双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于，包括：
列车车体(1)；
转向装置(2)，设置在所述列车车体(1)的下方，嵌于支撑装置(7)内，所述转向装置(2)和支撑装置(7)的两侧壁之间设置有间隙；
第一悬浮导向装置(4)，所述第一悬浮导向装置(4)设置在支撑装置(7)的两侧壁上；
推进机构(5)，所述推进机构(5)设置在所述转向装置(2)和所述第一悬浮导向装置(4)之间；
第二悬浮导向装置(6)，所述第二悬浮导向装置(6)设置在所述第一悬浮导向装置(4)和所述推进机构(5)之间，所述第二悬浮导向装置(6)在支撑装置(7)侧壁上的投影位于所述第一悬浮导向装置(4) 内；
支撑装置(7)，所述支撑装置(7)设置在所述列车车体(1)下方；
其中，所述第二悬浮导向装置(6)为车载磁体，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极设置在所述第一悬浮导向装置(4)一侧，S极设置在所述推进机构(5)一侧，第二个永磁体S极设置在所述第一悬浮导向装置(4)一侧，N极设置在所述推进机构(5)一侧。
2.根据权利要求1所述的双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述转向装置(2)为转向架，所述支撑装置(7)为“U”型轨道。
3.根据权利要求1所述的双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述第一悬浮导向装置(4)为零磁通线圈，所述零磁通线圈上部的电流和下部的电流方向相反。
4.根据权利要求3所述的双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述零磁通线圈为“8”字形设置。
5.根据权利要求1所述的双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述推进机构(5)通过连接件与所述支撑装置(7)底部相连。
6.根据权利要求1或5所述的双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述推进机构(5)为推进电机或推进绕组。
7.根据权利要求1所述的双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置，其特征在于：所述转向装置(2)的下方还设置有辅助轮(3)，所述支撑装置(7)上设置有两个与所述支撑装置(7)平行凹槽，所述辅助轮(8)设置在所述凹槽内。
8.一种如权利要求1-7中的任意一项所述的双边磁体及线圈式永磁电动悬浮驱动装置驱动方法，其特征在于，包括：
给所述推进机构(5)通电，所述推进机构(5)驱动所述第二悬浮导向装置(6)运动，所述第二悬浮导向装置(6)带动所述转向装置(2)通过辅助轮(3)运动；
所述第一悬浮导向装置(4)切割所述第二悬浮导向装置(6)的磁感线，产生感应电磁场，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力大于列车重力，列车向上，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力等于列车重力，列车悬浮；
当列车向上偏离平衡位置时，零磁通线圈对车载磁体的向上作用力减小，列车向下回到平衡位置；
当列车左右偏离中心位置时，列车偏向侧的零磁通线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相同，列车受到排斥力，列车偏离侧的零磁通线圈感应磁场磁极与车载磁场磁极相反，列车受到吸引力，列车回正。
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| 浅析日本超导磁浮列车MLX 的技术特点;上官剑;《科技创新与应用》;20160908(第25期);第94页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111942166A (zh) | 2020-11-17 |
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