CN112693319A - 一种磁浮轨道列车及其电磁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁浮轨道交通领域，尤其涉及一种用于磁浮轨道列车的电磁装置，以及一种磁浮轨道列车。本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置，包括：至少一对双工电磁铁，每一所述双工电磁铁包括依次排列的多个磁极和用于控制所述多个磁极的线圈电流方向的电流控制组件，其中，响应于涡流制动模式，所述电流控制组件将所述多个磁极的线圈电流方向切换为相邻磁极的线圈电流方向交替变化，响应于导向模式，所述电流控制组件将所述多个磁极的线圈电流方向切换为一致。本发明能够用于避免上述资源浪费的问题，或进一步克服涡流制动磁铁上应力过于集中的缺陷并减少电磁铁线圈的发热量，从而延长电磁装置的使用寿命。

Description

一种磁浮轨道列车及其电磁装置
技术领域
本发明涉及磁浮轨道交通领域，尤其涉及一种用于磁浮轨道列车的电磁装置，以及一种磁浮轨道列车。
背景技术
高速磁浮列车是指用电磁力使车体悬浮在车道的导轨面上，并由电动机驱动的车辆。磁力悬浮包括但不限于常导电磁铁吸引的方式和超导电磁铁相斥的方式。由于具有噪声低、振动小、对环境污染小的优势，并且可以满足大城市点对点之间的运输需求，高速磁浮列车已经逐渐受到人们的重视，并且在技术带动和国际竞争中具有战略意义。
现有高速磁浮列车的导向电磁铁和涡流制动电磁铁分布于车体两侧，且涡流制动电磁铁安装于车体中部，分别用于实现高速磁浮列车的导向功能和制动功能。这种设置方式一方面会造成涡流制动力集中于设于车体中部的一对制动电磁铁上，从而加剧应力集中度并增大电磁铁线圈的发热量。另一方面，由于涡流制动方案仅在紧急情况下实施，现实中几乎不会使用，例如上海线磁浮列车至今都没用使用过一次。因此，为高速磁浮列车单独设置一对功能单一的涡流制动电磁铁的方案存在浪费资源的缺陷。
因此，为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种用于磁浮轨道列车的电磁装置，用于避免上述资源浪费的问题，或进一步克服涡流制动磁铁上应力过于集中的缺陷并减少电磁铁线圈的发热量，从而延长电磁装置的使用寿命。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于磁浮轨道列车的电磁装置，以及磁浮轨道列车，用于避免上述资源浪费的问题，或进一步克服涡流制动磁铁上应力过于集中的缺陷并减少电磁铁线圈的发热量，从而延长电磁装置的使用寿命。
本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置，包括：
至少一对双工电磁铁，每一所述双工电磁铁包括依次排列的多个磁极和用于控制所述多个磁极的线圈电流方向的电流控制组件，其中，响应于涡流制动模式，所述电流控制组件将所述多个磁极的线圈电流方向切换为相邻磁极的线圈电流方向交替变化，响应于导向模式，所述电流控制组件将所述多个磁极的线圈电流方向切换为一致。
优选地，在本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置中，所述至少一对双工电磁铁可以包括一对双工电磁铁且设置于所述磁浮轨道列车的单车中部，所述一对双工电磁铁的两侧可以分别设置有多对导向电磁铁。
可选地，在本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置中，所述至少一对双工电磁铁可以包括多对双工电磁铁，所述多对双工电磁铁与多对导向电磁铁可以交替排列地设置于所述磁浮轨道列车的单车。
优选地，在本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置中，所述多对双工电磁铁可以包括3对双工电磁铁，所述多对导向电磁铁可以包括4对导向电磁铁，其中一对双工电磁铁可以设置于所述磁浮轨道列车的单车中部。
可选地，在本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置中，每一所述双工电磁铁的所述多个磁极可以被分组为多组，每组可以包括间隔排列串联的若干磁极，所述电流控制组件可以包括与多组磁极对应的多个电流控制单元，每一组磁极可以通过相应的电流控制单元耦接至电源并通过该相应的电流控制单元控制线圈电流方向。
优选地，在本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置中，每一所述双工电磁铁的所述多个磁极可以包括12个磁极，每组磁极可以包括3个间隔排列串联的磁极，且每组磁极可以通过相应的电流控制单元耦接至所述电源。
优选地，在本发明提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置中，所述电流控制单元可以包括集成了电流方向切换功能的涡流制动控制器。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种磁浮轨道列车。
本发明提供的上述磁浮轨道列车，包括多节单车，其中，每节单车可以包括上述任意一种电磁装置。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一方面提供的用于磁浮轨道列车的电磁装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例提供的双工电磁铁的结构示意图。
图3A示出了根据本发明的一个实施例提供的导向模式下的磁极极性示意图。
图3B示出了根据本发明的一个实施例提供的涡流制动模式下的磁极极性示意图。
图4示出了根据本发明的另一个实施例提供的用于磁浮轨道列车的电磁装置的结构示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例提供的用于磁浮轨道列车的电磁装置的磁极极性示意图。
附图标记
10 磁浮轨道列车的单车；
11 双工电磁铁；
12 导向电磁铁；
201-212 磁极；
221-224 电流控制单元。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于磁浮轨道列车的电磁装置的实施例，以及磁浮轨道列车的实施例，用于避免上述资源浪费的问题，或进一步克服涡流制动磁铁上应力过于集中的缺陷并减少电磁铁线圈的发热量，从而延长电磁装置的使用寿命。
请参考图1，图1示出了根据本发明的一方面提供的用于磁浮轨道列车的电磁装置的结构示意图。
如图1所示，本实施例提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置，可以包括一对双工电磁铁11和多对导向电磁铁12。每个电磁装置的一对双工电磁铁11和多对导向电磁铁12可以均匀地设置于磁浮轨道列车的一节单车10的底部两侧。每对电磁铁11-12可以包括沿磁浮轨道列车行驶方向对称分布的两个电磁铁。
在一个具体方案中，上述一对双工电磁铁11设置于所述磁浮轨道列车的单车中部。双工电磁铁11可以在涡流制动模式下，向车道的导轨提供交替变化的磁极极性，从而实现高速磁浮列车的涡流制动功能；也可以在导向模式下，向车道的导轨提供一致的磁极极性，从而实现高速磁浮列车的导向功能。
上述多对导向电磁铁12可以分别设置于一对双工电磁铁11的两侧，并向车道的导轨提供一致的磁极极性，从而实现高速磁浮列车的导向功能。
请进一步参考图2，图2示出了根据本发明的一个实施例提供的双工电磁铁的结构示意图。
如图2所示，上述双工电磁铁11可以包括依次排列的多个磁极201-212，以及用于控制该多个磁极201-212的线圈电流方向的电流控制组件。上述电流控制组件可以具体包括四个电流控制单元221-224，用于将该多个磁极201-212分为四组，其中，每个组可以包括三个间隔排列的串联磁极。
上述电流控制单元221-224可以一一对应各组磁极。每一组磁极201-212可以通过相应的电流控制单元221-224耦接至电源，并通过该相应的电流控制单元221-224来控制线圈电流方向。上述电源包括但不限于磁浮列车的列车电池、专用于导向功能和涡流制动功能的蓄电池，以及磁浮列车的车载发电机中的一种或多种。
在一个具体方案中，电流控制组件221可以串联连接三个间隔的磁极201、203、205，从而将其构成一个组。该组磁极201、203、205可以通过相应的电流控制单元221耦接至电源。电流控制组件221-224可以采用电气的换路模块或机械的换路开关来改变线圈中的电流方向，从而控制该三个磁极201、203、205的极性。
在一个实施例中，上述电气的换路模块可以包括集成了电流方向切换功能的涡流制动控制器。该涡流制动控制器不仅可以根据切换指令来改变线圈中的电流方向，从而实现导向模式和涡流制动模式的切换；还可以进一步根据导向指令或紧急制动指令来调节线圈中的电流大小，从而适应地调节磁极的磁感应强度以提供合适的导向力或涡流制动力。
可以理解的是，上述通过机械换路开关来改变线圈电流方向的技术是本领域的技术人员习知的现有技术，在此不做赘述。
本领域的技术人员可以理解，上述包括四个电流控制单元221-224的电流控制组件，只是本实施例提供的一种具体案例，主要用于兼容现有电磁装置的设置方式，从而通过最小的改动和最低的改动成本来克服现有技术的上述缺陷。在其他实施例中，电磁装置也可以包括其他任意数量的多个磁极。该多个磁极也可以由两个电流控制单元分为两组，从而实现相同的技术效果。
请结合参考图3A-3B，图3A示出了根据本发明的一个实施例提供的导向模式下的磁极极性示意图。图3B示出了根据本发明的一个实施例提供的涡流制动模式下的磁极极性示意图。
如图3A所示，在双工电磁铁11的导向模式下，电流控制组件221-224可以控制位于电磁装置每一侧的所有磁极201-212的线圈电流方向一致，以使位于电磁装置同一侧的磁极201-212具有一致的极性。在磁浮列车行驶时，车道的导轨可以利用自身的磁极，向双工电磁铁11中极性一致的磁极201-212提供吸引力或斥力，从而实现电磁装置的导向功能。
基于相同原理，导向电磁铁12中极性一致的磁极也可以利用上述吸引力或斥力来实现电磁装置的导向功能。
如图3B所示，在双工电磁铁11的涡流制动模式下，电流控制组件221-224可以将位于电磁装置每一侧的所有磁极201-212的线圈电流方向切换为相邻磁极交替变化的排布方式。在磁浮列车行驶时，交替变化的磁极201-212产生的磁场可以交替地切割车道导轨的磁力线，从而以涡流损耗的方式来实现电磁装置的制动功能。
综上所述，通过采用上述双工电磁铁11来替代现有的涡流制动电磁铁，本实施例提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置，可以在同一电磁铁上实现高速磁浮列车的导向功能和制动功能。
在高速磁浮列车的日常行驶过程中，双工电磁铁11中的多个磁极201-212可以具有一致的极性，因此可以用于和导向电磁铁12一起对磁浮列车进行导向。由于双工电磁铁11可以用于对高速磁浮列车进行导向，可以在有限的车底空间内进一步提升高速磁浮列车的导向力，从而提升磁浮列车的安全性和舒适性。或者，在高速磁浮列车的实际装配过程中可以减少一个对导向电磁铁12的需求，从而节省资源。
当高速磁浮列车需要紧急制动时，双工电磁铁11中的部分磁极202、204、206、208、210、212的线圈电流可以反转，从而提供交替变化的磁场来对磁浮列车进行涡流制动。由于双工电磁铁11可以在高速磁浮列车的日常行驶过程中用于对磁浮列车进行导向，不必在高速磁浮列车上常设一个闲置的涡流制动电磁铁，因此可以克服现有技术存在浪费资源的缺陷。
本领域的技术人员可以理解，上述只包括一对双工电磁铁11的电磁装置，只是本实施例提供的一种具体案例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
在本发明的另一个实施例中，用于磁浮轨道列车的电磁装置，还可以进一步包括多对双工电磁铁11和多对导向电磁铁12。
请参考图4，图4示出了根据本发明的另一个实施例提供的用于磁浮轨道列车的电磁装置的结构示意图。
如图4所示，本实施例提供的上述用于磁浮轨道列车的电磁装置，可以包括三对双工电磁铁11和四对导向电磁铁12。该三对双工电磁铁11和四对导向电磁铁12，可以均匀地设置于磁浮轨道列车的一节单车10的底部两侧。每对电磁铁11-12可以包括沿磁浮轨道列车行驶方向对称分布的两个电磁铁。
本领域的技术人员可以理解，通过设置多对可以对高速磁浮列车进行涡流制动的双工电磁铁11，可以将紧急制动磁浮列车所需的涡流制动力均匀分布于多对双工电磁铁11上，从而有效地降低每一双工电磁铁11上的应力集中度，并减小电磁铁线圈的发热量。
在一个实施例中，上述三对双工电磁铁11和四对导向电磁铁12可以交替排列地设置于磁浮轨道列车的各单车10底部，其中一对双工电磁铁11可以设置于磁浮轨道列车的一节单车10的中部。
如图4所示，在高速磁浮列车的日常行驶过程中，多对双工电磁铁11中的多个磁极201-212可以具有一致的极性，因此可以用于和多对导向电磁铁12一起对磁浮列车进行导向。由于多对双工电磁铁11和多对导向电磁铁12均匀地设置于磁浮轨道列车的一节单车10的底部两侧，并且每对电磁铁11-12的两个电磁铁都沿磁浮轨道列车行驶方向对称分布，多对电磁铁11-12可以向高速磁浮列车提供均匀、稳定的导向力，从而进一步提升磁浮列车的安全性和舒适性。
请进一步参考图5，图5示出了根据本发明的一个实施例提供的用于磁浮轨道列车的电磁装置的磁极极性示意图。
如图5所示，当高速磁浮列车需要紧急制动时，各双工电磁铁11中部分磁极的线圈电流可以反转，从而提供交替变化的磁场来对磁浮列车进行涡流制动。由于三对双工电磁铁11和四对导向电磁铁12是交替排列地设置于磁浮轨道列车的各单车10底部，且其中一对双工电磁铁11设置于磁浮轨道列车的一节单车10的中部，该三对双工电磁铁11可以向高速磁浮列车提供均匀、稳定的涡流制动力，从而进一步提升磁浮列车的安全性和舒适性。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种磁浮轨道列车的实施例。
本实施例提供的上述磁浮轨道列车，可以包括多节单车10。每节单车10都可以包括上述任意一个实施例所提供的电磁装置，用于避免上述资源浪费的问题，或进一步克服涡流制动磁铁上应力过于集中的缺陷并减少电磁铁线圈的发热量，从而延长电磁装置的使用寿命。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (8)

1.一种用于磁浮轨道列车的电磁装置，包括：
至少一对双工电磁铁，每一所述双工电磁铁包括依次排列的多个磁极和用于控制所述多个磁极的线圈电流方向的电流控制组件，其中，响应于涡流制动模式，所述电流控制组件将所述多个磁极的线圈电流方向切换为相邻磁极的线圈电流方向交替变化，响应于导向模式，所述电流控制组件将所述多个磁极的线圈电流方向切换为一致。
2.如权利要求1所述的电磁装置，其特征在于，所述至少一对双工电磁铁包括一对双工电磁铁且设置于所述磁浮轨道列车的单车中部，所述一对双工电磁铁的两侧分别设置有多对导向电磁铁。
3.如权利要求1所述的电磁装置，其特征在于，所述至少一对双工电磁铁包括多对双工电磁铁，所述多对双工电磁铁与多对导向电磁铁交替排列地设置于所述磁浮轨道列车的单车。
4.如权利要求3所述的电磁装置，其特征在于，所述多对双工电磁铁包括3对双工电磁铁，所述多对导向电磁铁包括4对导向电磁铁，其中一对双工电磁铁设置于所述磁浮轨道列车的单车中部。
5.如权利要求1所述的电磁装置，其特征在于，每一所述双工电磁铁的所述多个磁极被分组为多组，每组包括间隔排列串联的若干磁极，所述电流控制组件包括与多组磁极对应的多个电流控制单元，每一组磁极通过相应的电流控制单元耦接至电源并通过该相应的电流控制单元控制线圈电流方向。
6.如权利要求5所述的电磁装置，其特征在于，每一所述双工电磁铁的所述多个磁极包括12个磁极，每组磁极包括3个间隔排列串联的磁极，且每组磁极通过相应的电流控制单元耦接至所述电源。
7.如权利要求6所述的电磁装置，其特征在于，所述电流控制单元包括集成了电流方向切换功能的涡流制动控制器。
8.一种磁浮轨道列车，包括多节单车，其特征在于，每节单车包括如权利要求1-7中任一项所述的电磁装置。
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