CN113022322A - 磁悬浮列车及其悬浮磁极结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮列车及其悬浮磁极结构，悬浮磁极结构包括：定子铁心，所述定子铁心的中间部位上开设有磁体槽；永磁体，设置于所述磁体槽内，并且用于提供悬浮磁场；以及，主励磁线圈，缠绕于所述定子铁心上，并且用于接通电流，以产生悬浮磁场。本发明极大地提升了悬浮磁极的悬浮能力，同时有效地降低了励磁电流，降低了磁极温升，提升了整体可靠性，而且可以有效地清除永磁体吸附的铁磁污染，进而保障了磁悬浮列车的运行安全。

Description

磁悬浮列车及其悬浮磁极结构

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种磁悬浮列车及其悬浮磁极结构。

背景技术

目前，地面交通运输主要以公路和铁路交通为主，随着社会的发展，其快捷性越来越跟不上时代的步伐。在这两大地面运输系统中，只有铁路运输系统能够进一步提高运输的快捷性，而常规铁路轮轨系统由于其自身无法克服的粘着力和机械上的原因，其最高速度受到很大限制。

磁悬浮列车在人类地面交通技术史上第一次实现了车辆与路面之间的无接触、无摩擦、无磨损的运行，克服了传统机车车辆必须通过轮轨机械接触实行列车牵引的许多弊端。

磁悬浮列车的最高运行速度可达500km/h以上，而且它的振动、噪声要比常规轮轨系统小得多，以线性电力驱动是它的优势之一，因此对环境的污染少。从经济性的角度来看，磁悬浮列车每个座位的投资是飞机的1/2，而它的速度比轮轨式交通工具快得多，比较适合中距离的城际运输。

而且，随着磁悬浮列车示范线的成功建设和顺利运营，磁悬浮交通系统的建设成本低、运行噪声小、运行速度快等优势得到全面体现。因此，磁悬浮列车被称为21世纪最理想的交通工具。

悬浮磁极是高速磁悬浮列车中悬浮电磁铁的核心部件，决定了磁悬浮列车的悬浮性能和牵引性能，因此，研制高性能的悬浮磁极是提升磁悬浮列车性能的关键。

目前，悬浮磁极完全采用电励磁。但是，由于磁悬浮列车上供电电池容量有限，产生的励磁磁场也有限，限制了悬浮磁极悬浮力的提升空间，导致无法提供较大的牵引磁场，磁极力能密度较低。

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。

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中悬浮磁极产生的励磁磁场也有限，导致无法提供较大的牵引磁场的缺陷，提供一种磁悬浮列车及其悬浮磁极结构。

本发明是通过下述技术方案来解决所述技术问题：

一种用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构，其包括：

定子铁心，所述定子铁心的中间部位上开设有磁体槽；

永磁体，设置于所述磁体槽内，并且用于提供悬浮磁场；以及，

主励磁线圈，缠绕于所述定子铁心上，并且用于接通电流，以产生悬浮磁场。

可选地，所述悬浮磁极结构还包括副励磁线圈；

所述副励磁线圈缠绕于所述永磁体上，并且设置于所述磁体槽内；

所述副励磁线圈用于接通与所述主励磁线圈的接通电流同向的电流，以产生悬浮磁场；

所述副励磁线圈还用于接通与所述主励磁线圈的接通电流反向的电流，以清除所述定子铁心的表面上吸附的铁磁污染物。

可选地，所述悬浮磁极结构还包括通风机构；

所述通风机构用于向所述定子铁心的表面通风，以清除所述定子铁心的表面上吸附的铁磁污染物。

可选地，所述悬浮磁极结构还包括通风控制器；

所述通风控制器被配置为响应于所述副励磁线圈接通与所述主励磁线圈的接通电流反向的电流，控制所述通风机构向所述定子铁心的表面通风。

可选地，所述悬浮磁极结构还包括发电线圈；

所述定子铁心上还开设有发电槽；

所述发电线圈设置于所述发电槽内。

可选地，所述发电线圈的底部与所述永磁体的顶部之间的间距设定为小于或等于3mm。

可选地，所述发电线圈的底部与所述永磁体的顶部之间的间距设定范围为1mm～1.4mm。

可选地，所述主励磁线圈包括上层主励磁线圈及下层主励磁线圈；

所述上层主励磁线圈及所述下层主励磁线圈以上下两层结构分别缠绕于所述定子铁心上。

一种磁悬浮列车，其包括如上述的用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构。

在符合本领域常识的基础上，所述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明提供的磁悬浮列车及其悬浮磁极结构，极大地提升了悬浮磁极的悬浮能力，同时有效地降低了励磁电流，降低了磁极温升，提升了整体可靠性，而且可以有效地清除永磁体吸附的铁磁污染，进而保障了磁悬浮列车的运行安全。

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所述特征和优点。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为根据本发明一实施例的用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构的结构示意图。

附图标记说明：

主励磁线圈 1；

发电线圈 2；

定子铁心 3；

永磁体 4；

副励磁线圈 5；

间距 h。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

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“设置”、“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。

悬浮磁极是高速磁悬浮列车中悬浮电磁铁的核心部件，决定了磁悬浮列车的悬浮性能和牵引性能，因此，研制高性能的悬浮磁极是提升磁悬浮列车性能的关键。

目前，现有的悬浮磁极完全采用电励磁。但是，现有的悬浮磁极由于重量及安装空间限制，而且采用了电池供电的电励磁方式，在电池容量、线圈匝数有限的情况下难以大幅度提升悬浮力并提供较大的牵引磁场，造成磁极力能密度较低，导致磁悬浮列车性能提升空间不大。

为了克服目前存在的上述缺陷，本实施例提供一种用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构，上述悬浮磁极结构包括：定子铁心，上述定子铁心的中间部位上开设有磁体槽；永磁体，设置于上述磁体槽内，并且用于提供悬浮磁场；以及，主励磁线圈，缠绕于上述定子铁心上，并且用于接通电流，以产生悬浮磁场。

在本实施例中，极大地提升了悬浮磁极的悬浮能力，同时可以在产生与现有悬浮磁极相同悬浮力的情况下有效地降低了励磁电流，降低了磁极温升，提升了整体可靠性。

具体地，作为一实施例，如图1所示，上述悬浮磁极结构主要包括定子铁心3、主励磁线圈1、发电线圈2、永磁体4、副励磁线圈5、通风机构(图中未示出)及通风控制器(图中未示出)。

主励磁线圈1缠绕于定子铁心3上，并且用于接通电流，以产生悬浮磁场。

优选地，在本实施例中，主励磁线圈1包括上层主励磁线圈及下层主励磁线圈，上述上层主励磁线圈及上述下层主励磁线圈以上下两层结构分别缠绕于定子铁心3上。

在本实施例中，定子铁心3上开设有四个用于安装发电线圈2的发电槽，以安装两组发电线圈2，当然本实施例并不具体限定发电线圈2或发电槽的数量，均可根据实际需求进行相应的调整及选择。

发电线圈2用于在磁悬浮列车运行时，利用线圈切割谐波磁场磁力线，产生电能，为电池充电。

定子铁心3的中间部位上开设有用于安装永磁体4的磁体槽，副励磁线圈5缠绕于永磁体4上，并且与永磁体4一同设置于上述磁体槽内。

永磁体4用于提供悬浮磁场，而且永磁体4位于定子铁心3的中间，该安装位置可以有效地保证永磁体4提供更强、更稳定的悬浮磁场。

副励磁线圈5用于接通与主励磁线圈1的接通电流同向的电流，以产生悬浮磁场。

副励磁线圈5还用于接通与主励磁线圈1的接通电流反向的电流，以清除定子铁心3的表面上吸附的铁磁污染物。

具体地，悬浮磁极工作时，车载控制器先控制副励磁线圈5上接通与主励磁线圈1的接通电流反向的电流，以产生去磁磁场，清除永磁体4吸附的铁磁污染物。

清除铁磁污染物后，上述车载控制器再控制主励磁线圈1通电，并且同时控制副励磁线圈5上接通与主励磁线圈1的接通电流同向的电流，此时，主励磁线圈1、永磁体4和副励磁线圈5同时为悬浮磁极提供悬浮磁场，从而极大地提升了悬浮磁极的悬浮能力，并且有效地降低了磁悬浮列车牵引电机的电流。

在本实施例中，副励磁线圈5不仅可以通过去磁效应清理磁极表面铁磁物质，有效防止铁磁污染影响列车运行安全，还可以提供悬浮磁场，以提升悬浮磁极的悬浮能力。

上述通风机构用于向定子铁心3的表面通风，通入走行风，或者也可通过吹风器等器件通入强风，以清除定子铁心3的表面上吸附的铁磁污染物。

上述通风控制器被配置为响应于副励磁线圈5接通与主励磁线圈1的接通电流反向的电流，控制上述通风机构向定子铁心3的表面通风，具体可通过阀门组件等部件控制通风量。

在本实施例中，发电线圈2的底部与永磁体4的顶部之间的间距h设定为小于或等于3mm。

较佳地，发电线圈2的底部与永磁体4的顶部之间的间距h的设定范围为1mm～1.4mm。

优选地，发电线圈2的底部与永磁体4的顶部之间的间距h设定为1.2mm。

控制间距h的目的在于，为了使间距h内的磁场快速饱和，磁场饱和后，定子铁心3内磁阻增加，这样减少了永磁体4漏磁，以使永磁体4磁力线可以通过主磁路闭合。

当然，本实施例并不具体限定间距h的数值，可根据实际需求进行相应的设定。

本实施例提供的用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构，采用永磁体与电励磁混合方式建立悬浮磁场，而且在必要时可以通过副励磁线圈对永磁体进行去磁，通过走行风或者强迫吹风清洁磁极吸附的铁磁污染物。这样既有效地利用了永磁磁场，又避免了永磁体吸引铁磁污染物质。

本实施例还提供一种磁悬浮列车，上述磁悬浮列车包括如上述的用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构。

在本实施例中，上述磁悬浮列车可以为高速磁悬浮列车或中低速磁悬浮列车，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

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 (9)

1.一种用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构，其特征在于，包括：

定子铁心，所述定子铁心的中间部位上开设有磁体槽；

永磁体，设置于所述磁体槽内，并且用于提供悬浮磁场；以及，

主励磁线圈，缠绕于所述定子铁心上，并且用于接通电流，以产生悬浮磁场。

2.如权利要求1所述的悬浮磁极结构，其特征在于，所述悬浮磁极结构还包括副励磁线圈；

所述副励磁线圈缠绕于所述永磁体上，并且设置于所述磁体槽内；

所述副励磁线圈用于接通与所述主励磁线圈的接通电流同向的电流，以产生悬浮磁场；

所述副励磁线圈还用于接通与所述主励磁线圈的接通电流反向的电流，以清除所述定子铁心的表面上吸附的铁磁污染物。

3.如权利要求2所述的悬浮磁极结构，其特征在于，所述悬浮磁极结构还包括通风机构；

所述通风机构用于向所述定子铁心的表面通风，以清除所述定子铁心的表面上吸附的铁磁污染物。

4.如权利要求3所述的悬浮磁极结构，其特征在于，所述悬浮磁极结构还包括通风控制器；

所述通风控制器被配置为响应于所述副励磁线圈接通与所述主励磁线圈的接通电流反向的电流，控制所述通风机构向所述定子铁心的表面通风。

5.如权利要求1所述的悬浮磁极结构，其特征在于，所述悬浮磁极结构还包括发电线圈；

所述定子铁心上还开设有发电槽；

所述发电线圈设置于所述发电槽内。

6.如权利要求5所述的悬浮磁极结构，其特征在于，所述发电线圈的底部与所述永磁体的顶部之间的间距设定为小于或等于3mm。

7.如权利要求6所述的悬浮磁极结构，其特征在于，所述发电线圈的底部与所述永磁体的顶部之间的间距设定范围为1mm～1.4mm。

8.如权利要求1所述的悬浮磁极结构，其特征在于，所述主励磁线圈包括上层主励磁线圈及下层主励磁线圈；

所述上层主励磁线圈及所述下层主励磁线圈以上下两层结构分别缠绕于所述定子铁心上。

9.一种磁悬浮列车，其特征在于，包括如权利要求1～8中任意一项所述的用于磁悬浮列车的悬浮磁极结构。

Images