CN113525186A - 一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，在高速电磁发射与混合电动磁悬浮技术的运载系统的过渡中，导电轨开断处沿运行线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，以减弱磁场源进入或脱离导电轨时带来的磁通突变与通过阻力。提高系统通过的平稳性，避免磁场源的损坏，从而实现系统可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。
Description
技术领域
本发明属于高速磁浮发射及运载技术应用领域，特别涉及一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨。
背景技术
当电动磁悬浮系统中的磁场源与导电轨间形成高速相对移动时，导电轨中会产生感应电流，感应电流与磁场源相互作用会同时产生悬浮力与磁阻力。利用悬浮力可构成磁悬浮系统，利用磁阻力则可构成刹车系统。这种磁悬浮技术在高速交通领域、超高速发射等领域具有广阔的应用前景。如图1所示，电动磁悬浮系统在低速下悬浮能力弱、磁阻力较大，导致系统低速运行能耗大，且需要机械支撑。在混合电动磁悬浮的运载系统中，使高速与低速线路分段，高速线路采用电动磁悬浮系统，低速线路采用其它磁悬浮系统或轮轨系统，可以有效减小能耗，这种混合电动磁悬浮的运载系统在高、低速线路切换中存在导电轨开断的问题。当磁场源通过时，会带来磁通突变和通过阻力，严重时损坏磁场源，降低系统可靠性。同样，基于电动磁悬浮的高速发射系统，当磁场源脱离导电轨时，会带来磁通突变和通过阻力。
发明内容
为了减弱磁场源进入或脱离导电轨时带来的磁通突变与通过阻力，本发明提供一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，目的在于提高系统通过的平稳性，避免磁场源的损坏，从而实现系统可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，在高速电磁发射与混合电动磁悬浮技术的运载系统的过渡中，导电轨开断处沿运行线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，以减弱磁场源进入或脱离导电轨时带来的磁通突变与通过阻力。
进一步的，第一种方案：当磁场源进入或脱离导电轨时，磁场源正对导电轨。
进一步的，第二种方案：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨的尺寸逐渐增加或缩小。
进一步的，第三种方案：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨的中轴线逐渐升高或降低。
进一步的，第四种方案：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨与磁场源的横向间距沿线路运行方向逐渐减小或增大。
进一步的，第五种方案：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨的厚度或单元线圈匝数沿线路运行方向逐渐增大与减小。
进一步的，所述的导电轨为金属导电板、短路线圈、“8”字形零磁通线圈中的单一结构或任意组合结构。
进一步的，所述的金属导电板可以是单一材质金属导电板或复合多种金属材质导电板。
进一步的，所述的磁场源为永久磁体、超导块材磁体、超导线或带材线圈磁体、常导电磁体中的单一结构或任意组合排列结构。
进一步的，所述的导电轨沿线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，基于上述五中方案中的任意二种及以上的组合结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：减弱磁场源进入或脱离导电轨带来的磁通突变、通过阻力及其它方向上的电磁力突变，提高通过的平稳性，避免磁场源的损坏，从而实现系统间可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为磁阻力与悬浮力随相对运动速度的变化曲线
图2为导电轨正对磁场源设置示意图；
图3为导电轨尺寸逐渐缩小及中轴线对齐设置示意图；
图4为导电轨中轴线升高设置示意图；
图5为导电轨尺寸逐渐缩小及底端对齐设置示意图；
图6为导电轨尺寸逐渐缩小及中轴线升高设置示意图；
图7为导电轨横向偏移设置示意图；
图8为导电轨线圈匝数递减设置示意图；
图9为导电轨宽度连续缩小设置示意图；
图10为导电轨厚度连续缩小设置示意图。
具体实施方式
如下式(1)、(2)、(3)所示的电动磁悬浮系统基本原理公式，
是磁场源与导电轨间的相对运动速度，导电轨中的感应电流
由导电轨的电导率σ，以及速度
同外磁场
的矢量积决定。进一步，导电轨与磁场源间的电磁作用力
可以通过感应电流
与外磁场
的矢量积计算进行理论解析，电磁作用力
沿垂向产生悬浮力、横向产生导向力、运行方向产生阻力。当电导率σ与速度
固定时，改变导电轨的结构尺寸及其与磁场源的相对空间位置关系可以控制外磁场
感应电流
与积分体积V的大小，从而对电磁力
进行调控。
基于上述理论，在导电轨开断处，沿线路方向设置具有过渡、缓冲结构位形的导电轨，例如：使导电轨尺寸、厚度展缩，沿法向、横向偏离磁场源，正对磁场源等，从而使感应电流与外磁场沿运行线路方向具有逐渐增强或减弱的过渡效果。
实施例1：
如图2所示的导电轨正对磁场源设置示意图，导电轨2由“8”字形零磁通线圈沿线路运行方向排列组成，中轴线为“8”字形线圈的水平对称线，当磁场源1进入导电轨2时，磁场源1正对导电轨2，“8”字形线圈上下回路的感应电流大小相同、方向相反，结果整个“8”字形线圈的感应电流为零，从而消除磁场源1进入导电轨2带来的磁通突变和通过阻力；当磁场源1脱离导电轨2时，反之亦然。
实施例2：
如图3所示的导电轨尺寸逐渐缩小及中轴线对齐设置示意图，导电轨2由“8”字形零磁通线圈沿线路运行方向排列组成，中轴线为“8”字形线圈的水平对称线，当磁场源1进入导电轨2时，逐渐增加导电轨2的尺寸，可以减弱磁场源1进入导电轨2带来的磁通突变和通过阻力；当磁场源1脱离导电轨2时，反之亦然。
实施例3：
如图4所示的导电轨中轴线升高设置示意图，导电轨2由“8”字形零磁通线圈沿线路运行方向排列组成，中轴线为“8”字形线圈的水平对称线，当磁场源1进入导电轨2时，使导电轨2的中轴线逐渐升高，可以减弱磁场源1进入导电轨2带来的磁通突变和通过阻力；当磁场源1脱离导电轨2时，反之亦然。
实施例4：
如图7所示的导电轨横向偏移设置示意图，导电轨2由“8”字形零磁通线圈沿线路运行方向排列组成，当磁场源1进入导电轨2时，使导电轨2沿线路运行方向设置逐渐减小的横向位移δ，可以减弱磁场源1进入导电轨2带来的磁通突变和通过阻力；当磁场源1脱离导电轨2时，反之亦然。
实施例5：
如图8所示的导电轨线圈匝数递减设置示意图，导电轨2由“8”字形零磁通线圈沿线路运行方向排列组成，当磁场源1进入导电轨2时，使导电轨2的线圈匝数沿线路运行方向逐渐增大，可以减弱磁场源1进入导电轨2带来的磁通突变和通过阻力；当磁场源1脱离导电轨2时，反之亦然。
实施例6：
所述的导电轨沿线路方向设置具有过渡、缓冲的结构位形，可以是基于实施例1、2、3、4、5所述的位形结构中任意二种及以上的组合结构；
优选的，所述的组合结构，可以是如图5所示的导电轨尺寸逐渐缩小及底端对齐设置；
优选的，所述的组合结构，可以是如图6所示的导电轨尺寸逐渐缩小及中轴线升高设置。
实施例7：
当导电轨为单一材质金属导电板与复合多种金属材质导电板时，其位形结构设置可以参照实施例1、2、3、4、5所述的位形结构中的单一结构与任意二种及以上的组合结构。例如：参照图3所示的导电轨尺寸逐渐缩小及中轴线对齐设置，得到如图9所示的导电轨宽度连续缩小设置；以及参照图8所示的导电轨线圈匝数递减设置，得到如图10所示的导电轨厚度连续缩小设置。
可以看出，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：减弱磁场源进入或脱离导电轨带来的磁通突变、通过阻力及其它方向上的电磁力突变，提高通过的平稳性，避免磁场源的损坏，从而实现系统间可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。
上面结合附图对本发明的实施加以描述，但是本发明不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式是示意性而不是加以局限本发明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：在高速电磁发射与混合电动磁悬浮技术的运载系统的过渡中，导电轨开断处沿运行线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，以减弱磁场源进入或脱离导电轨时带来的磁通突变与通过阻力。
2.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：当磁场源进入或脱离导电轨时，磁场源正对导电轨。
3.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨的尺寸逐渐增加或缩小。
4.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨的中轴线逐渐升高或降低。
5.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨与磁场源的横向间距沿线路运行方向逐渐减小或增大。
6.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：当磁场源进入或脱离导电轨时，导电轨的厚度或单元线圈匝数沿线路运行方向逐渐增大与减小。
7.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：所述的导电轨为金属导电板、短路线圈、“8”字形零磁通线圈中的单一结构或任意组合结构。
8.根据权利要求7所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：所述的金属导电板可以是单一材质金属导电板或复合多种金属材质导电板。
9.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：所述的磁场源为永久磁体、超导块材磁体、超导线或带材线圈磁体、常导电磁体中的单一结构或任意组合排列结构。
10.根据权利要求1所述的一种电动磁悬浮发射与过渡导电轨，其特征在于：所述的导电轨沿线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，基于权利要求2、3、4、5和6所述的任意二种及以上的组合结构。
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