CN112549980B - 悬浮电磁推进装置及悬浮列车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种悬浮电磁推进装置及悬浮列车。所述悬浮电磁推进装置包括车体结构及对称设置于车体结构底部的左右两侧的悬浮系统、电磁推进系统、支撑结构，所述悬浮系统包括EDS悬浮结构及EMS悬浮结构，所述EDS悬浮结构及所述EMS悬浮结构均分别与所述车体结构及所述支撑结构连接，所述电磁推进系统及所述EDS悬浮结构均包括超导线圈，所述电磁推进系统及所述EDS悬浮结构共用一个所述超导线圈，为所述EDS悬浮结构提供励磁磁场，且作为所述电磁推进系统的动子，所述车体结构包括支撑轮，所述支撑轮设于所述支撑结构相对上方，所述支撑轮可在所述支撑结构上移动。本发明能够实现全程可控，减小震动，降低成本，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及悬浮列车和电磁推进技术领域，特别涉及新型悬浮电磁推进装置及悬浮列车。
背景技术
悬浮电磁推进装置为悬浮列车的核心部件，具有悬浮、导向、牵引和制动的功能。悬浮列车运行时，通过安装在悬浮架上的电磁铁产生电磁吸力，将车辆悬浮在轨道上。通过安装在悬浮架上的直线电机产生纵向力，牵引车辆前进。目前电磁吸力型磁浮列车，悬浮导向系统不稳定，需要主动控制，结构复杂、质量大且发热严重，牵引系统采用传统的直线同步电机或感应电机，牵引速度低，无法实现超高速运行。而目前超导电动型高速磁浮列车，只利用超导磁体单面磁场，另一面向车厢内辐射，超导磁体利用率不高且磁辐射较大。
因此如何能够在磁浮列车高速运行的基础上研发一种新型悬浮电磁推进装置及悬浮列车，实现全程可控，减小震动，降低成本，提高效率，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种新型悬浮电磁推进装置及悬浮列车，在磁浮列车高速运行的基础上，能够实现全程可控，减小震动，降低成本，提高效率。
为了达到上述目的，本发明提供的新型悬浮电磁推进装置，包括车体结构及对称设置于车体结构底部的左右两侧的悬浮系统、电磁推进系统、支撑结构，所述悬浮系统一部分与所述车体结构连接，另一部分设于所述支撑结构上，形成对所述车体结构的悬浮力，所述电磁推进系统一部分与所述车体结构连接，另一部分设于所述支撑结构上，形成对所述车体结构的悬浮推进导向力，所述悬浮系统包括EDS悬浮结构及EMS悬浮结构，所述EDS悬浮结构及所述EMS悬浮结构均分别与所述车体结构及所述支撑结构连接，所述电磁推进系统及所述EDS悬浮结构均包括超导线圈，所述电磁推进系统及所述EDS悬浮结构共用一个所述超导线圈，为所述EDS悬浮结构提供励磁磁场，且作为所述电磁推进系统的动子，所述车体结构包括支撑轮，所述支撑轮设于所述支撑结构相对上方，所述支撑轮可在所述支撑结构上移动。
优选地，所述EDS悬浮结构还包括金属感应板，所述金属感应板设于所述支撑结构上，所述金属感应板与所述超导线圈相邻设置，所述电磁推进系统还包括空芯长定子线圈，所述空芯长定子线圈与所述支撑结构连接，所述空芯长定子线圈与所述超导线圈相邻设置，所述金属感应板与所述空芯长定子线圈分别设于所述超导线圈两侧部，所述EMS悬浮结构包括电磁铁及钢轨，所述电磁铁与所述车体结构连接，所述钢轨与所述支撑结构连接，所述电磁铁与所述钢轨相邻设置，相互之间可产生悬浮力。
优选地，所述支撑结构包括支撑轨及线圈支架，所述支撑轨及所述线圈支架平行设置，且均竖向设置，所述金属感应板、所述钢轨均设于所述支撑轨上，所述空芯长定子线圈设于所述线圈支架上，所述线圈支架为绝缘材料，所述支撑轮设于所述支撑轨相对上方。
优选地，所述车体结构包括车厢、转向架及减震弹簧，所述车厢通过所述减震弹簧与所述转向架连接，所述悬浮系统及所述电磁推进系统均设于所述转向架上。
优选地，所述转向架包括连接设置的超导线圈架及EMS悬浮架，所述超导线圈设于所述超导线圈架上，所述电磁铁设于所述EMS悬浮架上。
优选地，所述支撑结构包括工字形支撑轨及支撑底座，所述工字形支撑轨设于所述支撑底座上，所述金属感应板、所述钢轨及所述空芯长定子线圈均设于所述工字形支撑轨上，所述支撑轮设于所述工字形支撑轨相对上方及侧部。
优选地，所述转向架还包括转向基架，所述转向基架一端与所述减振弹簧连接，另一端与所述超导线圈架及所述EMS悬浮架连接，所述空芯长定子线圈设于所述超导线圈架的相对上部，所述超导线圈设于所述超导线圈架及所述EMS悬浮架之间，所述金属感应板设于所述EMS悬浮架的相对上部，所述电磁铁设于所述EMS悬浮架上。
优选地，所述转向架还包括防滚梁，所述防滚梁设于两个左右对称设置的所述转向基架之间。
优选地，所述空芯长定子线圈为集中式绕组结构，通电用的三相电流线圈依次循环排列式设置，所述超导线圈为磁场NS交替分布。
本发明提供的应用所述新型悬浮电磁推进装置的悬浮列车，所述悬浮列车应用所述新型悬浮电磁推进装置，车载发电机发电为：所述悬浮列车的车载发电机发电为：车载发电机的发电感应线圈与电磁推进系统中空芯长定子线圈电流的高频谐波作用感应发电。
采用本发明在磁浮列车高速运行的基础上，可实现过程全程可控，减小震动，降低成本，提高效率。
附图说明
图1为本发明的新型悬浮电磁推进装置的一较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明的新型悬浮电磁推进装置的另一较佳实施例的结构示意图；
图3为本发明的新型悬浮电磁推进装置的悬浮系统及电磁推进系统的部分结构示意图；
图4为本发明的新型悬浮电磁推进装置的一较佳实施例的EDS悬浮结构及EMS悬浮结构的结构示意图；
图5为本发明的新型悬浮电磁推进装置的另一较佳实施例的EDS悬浮结构及EMS悬浮结构的结构示意图；
图6为现有技术中“8”字线圈感应轨的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的问题，提供了一种新型悬浮电磁推进装置，参见图1，包括车体结构1及对称设置于车体结构1底部的左右两侧的悬浮系统2、电磁推进系统3、支撑结构4，所述悬浮系统1一部分与所述车体结构1连接，另一部分设于所述支撑结构4上，形成对所述车体结构1的悬浮力，所述电磁推进系统3一部分与所述车体结构1连接，另一部分设于所述支撑结构4上，形成对所述车体结构1的悬浮推进导向力。所述车体结构1包括支撑轮10，所述支撑轮10设于所述支撑结构4相对上方，所述支撑轮10可在所述支撑结构1上移动。
所述悬浮系统2包括EDS(Electro Dynamic Suspension，电动悬浮)悬浮结构21及EMS(Electro Magnetic Suspension，电磁悬浮)悬浮结构22，所述EDS悬浮结构21及所述EMS悬浮结构22均分别与所述车体结构1及所述支撑结构4连接，所述电磁推进系统3及所述EDS悬浮结构21均包括超导线圈5，所述电磁推进系统3及所述EDS悬浮结构21共用一个所述超导线圈5，为所述EDS悬浮结构21提供励磁磁场，且作为所述电磁推进系统3的动子。
所述EDS悬浮结构21还包括金属感应板6，所述金属感应板6设于所述支撑结构4上，所述金属感应板6与所述超导线圈5相邻设置。采用所述超导线圈5励磁，提供强磁场，使在金属感应板6与所述超导线圈5之间产生磁力，为与所述超导线圈5连接的所述车体结构1提供大部分悬浮力。
所述EMS悬浮结构22包括电磁铁7及钢轨8，所述电磁铁7与所述车体结构1连接，所述钢轨8与所述支撑结构4连接，所述电磁铁7与所述钢轨8相邻设置，相互之间可产生悬浮力。需要说明的是，该钢轨8为F轨。
所述电磁推进系统3还包括空芯长定子线圈9，所述空芯长定子线圈9与所述支撑结构4连接，所述空芯长定子线圈9与所述超导线圈5相邻设置，所述金属感应板6与所述空芯长定子线圈9分别设于所述超导线圈5两侧部。
所述支撑结构4包括支撑轨41及线圈支架42，所述支撑轨41及所述线圈支架42平行设置，且均竖向设置，所述金属感应板6、所述钢轨8均设于所述支撑轨41上，所述空芯长定子线圈9设于所述线圈支架42上，所述线圈支架42为绝缘材料，所述支撑轮10设于所述支撑轨41相对上方。
所述车体结构1包括车厢11、转向架12及减震弹簧13，所述车厢11通过所述减震弹簧13与所述转向架12连接，所述悬浮系统2及所述电磁推进系统3均设于所述转向架12上。所述减震弹簧13为二次系减振弹簧，在所述车厢11和所述转向架12之间引入一定机械阻尼。
所述转向架12包括连接设置的超导线圈架121及EMS悬浮架122，所述超导线圈5设于所述超导线圈架121上，所述电磁铁7设于所述EMS悬浮架122上。
如图4所示，悬浮系统采用EDS-EMS混合悬浮结构。悬浮系统2采用超导线圈5与间隔分布的金属感应板6(或感应线圈)作用的EDS悬浮结构21，与电磁铁7与钢轨8作用的EMS悬浮结构22相结合的混合悬浮结构。其中所述EDS悬浮结构21采用超导线圈5励磁，提供强磁场，提供大部分悬浮力。所述EMS悬浮机构22的所述电磁铁7与所述钢轨8作用，提供小部分悬浮力，减小电磁铁7重量，主要作用时通过主动控制，提高系统的悬浮性能。
所述空芯长定子线圈9通三相交流电，产生行波磁场，与所述超导线圈5动子励磁磁场作用，产生电磁推力，实现同步运动。减速时，定子电流反向可以产生制动力。
电磁推进系统3采用超导线圈5与空芯长定子线圈9作用的超导空芯直线同步电机结构。其中超导线圈5磁场NS交替分布，安装在车体结构1上运动，充分利用超导线圈5两侧的强磁场，在EDS悬浮结构21和超导空芯直线同步电机结构的所述空芯长定子线圈9中复用；为绕线和装配方便，超导空芯直线同步电机结构的定子采用集中式绕组。如图3所示，所述空芯长定子线圈9为集中式绕组结构，通电用的三相电流线圈依次循环排列式设置，所述超导线圈5为磁场NS交替分布。
在本发明的另一较佳实施例中，如图2所示，所述支撑结构4包括工字形支撑轨43及支撑底座44，所述工字形支撑轨43设于所述支撑底座44上，所述金属感应板6、所述钢轨8及所述空芯长定子线圈9均设于所述工字形支撑轨43上，所述支撑轮10设于所述工字形支撑轨43相对上方及侧部。
所述转向架12还包括转向基架123及防滚梁124，所述转向基架123一端与所述减振弹簧13连接，另一端与所述超导线圈架121及所述EMS悬浮架122连接，所述空芯长定子线圈9设于所述超导线圈架121的相对上部，所述超导线圈5设于所述超导线圈架121及所述EMS悬浮架122之间，所述金属感应板6设于所述EMS悬浮架122的相对上部，所述电磁铁7设于所述EMS悬浮架122上。所述防滚梁124设于两个左右对称设置的所述转向基架123之间。所述车厢11主要用于承载负载或其他设备；所述转向架12左右两个模块通过所述防滚梁124机械解耦。
如图5所示，为本实施例的EDS悬浮结构21及EMS悬浮结构22的结构示意图。具体对应为图2中左下侧部分：所述EDS悬浮结构21包括的所述金属感应板6与所述超导线圈5，所述EMS悬浮结构22包括的电磁铁7及钢轨8。
如图6所示的“8”字线圈感应轨，考虑到为了避免“8”字线圈感应轨的电磁力波动，以及能够同时提供导向力，采用前后间隔分布的金属感应板6(图4中的金属感应板6为纵向截面图，显示为上下分布的金属感应板6，然而在纵深面为前后间隔分布，图3中的金属感应板两侧部的省略号即显示为前后间隔分布的金属感应板6)，在竖直方向提供被动悬浮力、水平方向提供导向力。
在本发明的其他实施例中，会因为所述悬浮系统2、所述电磁推进系统3及所述支撑结构4之间结构形状设计而形成多种实施例，本发明的所述超导线圈5及其对应于所述电磁推进系统3中设置的空芯长定子线圈，以及所述EDS悬浮结构中设置的金属感应板的形状、角度可以有各种变更。
本发明提供的悬浮列车，应用所述新型悬浮电磁推进装置，车载发电机发电为：车载发电机的发电感应线圈与超导空芯直线同步电机的空芯长定子线圈9电流的高频谐波作用感应发电。
采用本发明在磁浮列车高速运行的基础上，可实现过程全程可控，减小震动，降低成本，提高效率。本发明提出的新型悬浮电磁推进装置，利用电磁作用可以实现磁悬浮、导向、推进、制动、发电等功能，且充分利用所述空芯长定子线圈9和超导线圈5的双边磁场，在不同系统中复用，优化设计一方面使得结构简单，同时还降低成本。同时，车载发电机发电为：车载发电机的发电感应线圈与直线同步电机长定子电流的高频谐波作用感应发电，使所述空芯长定子线圈9在多系统中复用。各部分结构参数和数量根据需求具体设计。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.悬浮电磁推进装置，其特征在于，包括车体结构及对称设置于车体结构底部的左右两侧的悬浮系统、电磁推进系统、支撑结构，所述悬浮系统一部分与所述车体结构连接，另一部分设于所述支撑结构上，形成对所述车体结构的悬浮力，所述电磁推进系统一部分与所述车体结构连接，另一部分设于所述支撑结构上，形成对所述车体结构的悬浮推进导向力，所述悬浮系统包括EDS悬浮结构及EMS悬浮结构，所述EDS悬浮结构及所述EMS悬浮结构均分别与所述车体结构及所述支撑结构连接，所述电磁推进系统及所述EDS悬浮结构均包括超导线圈，所述电磁推进系统及所述EDS悬浮结构共用一个所述超导线圈，为所述EDS悬浮结构提供励磁磁场，且作为所述电磁推进系统的动子，所述车体结构包括支撑轮，所述支撑轮设于所述支撑结构相对上方，所述支撑轮可在所述支撑结构上移动；所述EDS悬浮结构还包括金属感应板，所述金属感应板设于所述支撑结构上，所述金属感应板与所述超导线圈相邻设置；所述EMS悬浮结构包括电磁铁及钢轨，所述电磁铁与所述车体结构连接，所述钢轨与所述支撑结构连接，所述电磁铁与所述钢轨相邻设置，相互之间可产生悬浮力，所述钢轨为F轨。
2.根据权利要求1所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述电磁推进系统还包括空芯长定子线圈，所述空芯长定子线圈与所述支撑结构连接，所述空芯长定子线圈与所述超导线圈相邻设置，所述金属感应板与所述空芯长定子线圈分别设于所述超导线圈两侧部。
3.根据权利要求2所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述支撑结构包括支撑轨及线圈支架，所述支撑轨及所述线圈支架平行设置，且均竖向设置，所述金属感应板、所述钢轨均设于所述支撑轨上，所述空芯长定子线圈设于所述线圈支架上，所述线圈支架为绝缘材料，所述支撑轮设于所述支撑轨相对上方。
4.根据权利要求2所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述车体结构包括车厢、转向架及减震弹簧，所述车厢通过所述减震弹簧与所述转向架连接，所述悬浮系统及所述电磁推进系统均设于所述转向架上。
5.根据权利要求4所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述转向架包括连接设置的超导线圈架及EMS悬浮架，所述超导线圈设于所述超导线圈架上，所述电磁铁设于所述EMS悬浮架上。
6.根据权利要求2所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述支撑结构包括工字形支撑轨及支撑底座，所述工字形支撑轨设于所述支撑底座上，所述金属感应板、所述钢轨及所述空芯长定子线圈均设于所述工字形支撑轨上，所述支撑轮设于所述工字形支撑轨相对上方及侧部。
7.根据权利要求5所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述转向架还包括转向基架，所述转向基架一端与所述减震弹簧连接，另一端与所述超导线圈架及所述EMS悬浮架连接，所述空芯长定子线圈设于所述超导线圈架的相对上部，所述超导线圈设于所述超导线圈架及所述EMS悬浮架之间，所述金属感应板设于所述EMS悬浮架的相对上部，所述电磁铁设于所述EMS悬浮架上。
8.根据权利要求7所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述转向架还包括防滚梁，所述防滚梁设于两个左右对称设置的所述转向基架之间。
9.根据权利要求2所述的悬浮电磁推进装置，其特征在于，所述空芯长定子线圈为集中式绕组结构，通电用的三相电流线圈依次循环排列式设置，所述超导线圈为磁场NS交替分布。
10.一种悬浮列车，其特征在于，所述悬浮列车应用权利要求2至9项中任意一项所述的悬浮电磁推进装置，所述悬浮列车的车载发电机发电为：车载发电机的发电感应线圈与电磁推进系统中空芯长定子线圈电流的高频谐波作用感应发电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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