CN113555184B - 磁悬浮列车及其导向励磁装置和导向磁极结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮列车及其导向励磁装置和导向磁极结构，导向磁极结构包括：铁芯；至少两个永磁体，分别设置于所述铁芯的顶部及底部位置处，并且用于产生导向磁场，以提供导向磁力；导向励磁线圈，缠绕于所述铁芯的侧面位置处，并且用于响应于调节接通电流，产生不同的导向磁力。本发明能够实现导向力的动态调节，相比单一的励磁方式能够提供更大的导向力，而且有效地降低了电磁体线圈的发热量，有效地提升了导向励磁装置的使用寿命及导向性能，从而提升了列车导向系统的安全性和可靠性，具有节能环保的优点。

Description

磁悬浮列车及其导向励磁装置和导向磁极结构

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导向励磁装置和导向磁极结构。

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。

高速磁悬浮列车由于速度高，悬浮电磁铁产生的导向力已无法满足列车的运行需求，因此需要增设导向专用的励磁装置。目前，励磁装置一般单独采用电磁体提供导向力。

但是，高速磁悬浮列车在运行过程中需要提供持续的导向力，并且列车过弯道时需要较大的导向力，若单独采用电磁体提供导向力，磁力线圈发热大，导致影响电磁体使用寿命及导向性能，从而降低列车导向系统的安全性和可靠性。

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磁悬浮列车导向系统的安全性和可靠性低的缺陷，提供一种磁悬浮列车及其导向励磁装置和导向磁极结构。

本发明是通过下述技术方案来解决所述技术问题：

一种磁悬浮列车的导向磁极结构，其包括：

铁芯；

至少两个永磁体，分别设置于所述铁芯的顶部及底部位置处，并且用于产生导向磁场，以提供导向磁力；以及，

导向励磁线圈，缠绕于所述铁芯的侧面位置处，并且用于响应于调节接通电流，产生不同的导向磁力。

可选地，所述导向磁极结构还包括磁轭；

所述磁轭分别与所述铁芯、所述导向励磁线圈及至少两个所述永磁体连接。

一种磁悬浮列车的导向励磁装置，所述导向励磁装置包括如上述的导向磁极结构。

可选地，所述导向磁极结构的数量为至少两个；

至少两个所述导向磁极结构采用上下两排并列方式进行排列。

可选地，所述导向磁极结构的数量为8个。

可选地，所述导向励磁装置还包括控制器；

所述控制器被配置为分别调节每一个所述导向励磁线圈的接通电流方向及电流值。

可选地，所述导向励磁装置还包括导向传感器；

所述导向传感器被配置为采集导向间隙变化信息并输出至所述控制器；

所述控制器还被配置为基于获取到的导向间隙变化信息调节所述导向励磁线圈的接通电流方向及电流值。

可选地，所述导向传感器设置于相邻的两个所述导向磁极结构之间。

一种磁悬浮列车，所述磁悬浮列车包括如上述的导向励磁装置。

可选地，所述导向励磁装置包括左侧导向励磁装置及右侧导向励磁装置；

所述左侧导向励磁装置设置于所述磁悬浮列车的左侧，并且沿着所述磁悬浮列车的长度方向布置，所述左侧导向励磁装置对应于左侧侧向导轨；

所述右侧导向励磁装置设置于所述磁悬浮列车的右侧，并且沿着所述磁悬浮列车的长度方向布置，所述右侧导向励磁装置对应于右侧侧向导轨。

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导向励磁装置和导向磁极结构，能够实现导向力的动态调节，相比单一的励磁方式能够提供更大的导向力，而且有效地降低了电磁体线圈的发热量，有效地提升了导向励磁装置的使用寿命及导向性能，从而提升了列车导向系统的安全性和可靠性，具有节能环保的优点。

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磁悬浮列车的导向磁极结构的结构示意图。

图2为根据本发明一实施例的磁悬浮列车的导向励磁装置的结构示意图。

图3为根据本发明一实施例的导向励磁装置与导轨之间的位置示意图。

附图标记说明：

导向磁极结构 1；

铁芯 11；

永磁体 12；

导向励磁线圈 13；

磁轭 14。

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。

高速磁悬浮列车由于速度高，悬浮电磁铁产生的导向力已无法满足列车的运行需求，因此需要增设导向专用的励磁装置。目前，励磁装置一般单独采用电磁体提供导向力。

但是，高速磁悬浮列车在运行过程中需要提供持续的导向力，并且列车过弯道时需要较大的导向力，若单独采用电磁体提供导向力，磁力线圈发热大，导致影响电磁体使用寿命及导向性能，从而降低列车导向系统的安全性和可靠性。

为了克服目前存在的上述缺陷，如图1及图2所示，本实施例提供一种磁悬浮列车的导向励磁装置及其导向磁极结构1，尤其是高速磁悬浮列车的混合型导向励磁装置及其导向磁极结构1，所述导向励磁装置主要包括至少两个导向磁极结构1。

具体地，作为一实施例，如图1所示，导向磁极结构1主要包括铁芯11、至少两个永磁体12、导向励磁线圈13及磁轭14。

至少两个永磁体12分别设置于铁芯11的顶部及底部(上下面)位置处，并且用于产生导向磁场，以提供导向磁力。

在本实施例中，并不具体限定永磁体12的设置位置及数量，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

导向励磁线圈13缠绕于铁芯11的侧面位置处，并且用于响应于调节接通电流，产生不同的导向磁力。

在本实施例中，并不具体限定导向励磁线圈13的设置位置及圈数，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

磁轭14分别与铁芯11、导向励磁线圈13及至少两个永磁体12连接，一个导向励磁装置可共用一个磁轭14，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

参考图2所示，优选地，所述导向励磁装置主要包括8个导向磁极结构1，8个导向磁极结构1采用上下两排并列方式进行排列。

在本实施例中，并不具体限定所述导向励磁装置所包含的导向磁极结构1的数量，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

作为一实施例，所述导向励磁装置还包括控制器(图中未示出)，所述控制器被配置为分别调节每一个导向励磁线圈14的接通电流方向及电流值。

作为一实施例，所述导向励磁装置还包括若干个导向传感器(图中未示出)，每一个所述导向传感器分别设置于相邻的导向磁极结构1与导向磁极结构1之间。

在本实施例中，并不具体限定所述导向传感器的设置位置及圈数，可根据实际需求进行相应的选择及调整。

每一个所述导向传感器分别被配置为采集导向间隙变化信息并输出至所述控制器。

所述控制器还被配置为基于获取到的导向间隙变化信息调节所述导向励磁线圈的接通电流方向及电流值。

本实施例还提供一种磁悬浮列车，所述磁悬浮列车包括若干个如上述的导向励磁装置。

作为一实施例，参考图3所示，所述导向励磁装置主要分为左侧导向励磁装置及右侧导向励磁装置。

所述左侧导向励磁装置设置于所述磁悬浮列车的左侧，并且沿着所述磁悬浮列车的长度方向布置，所述左侧导向励磁装置对应于左侧侧向导轨，所述左侧导向励磁装置与所述左侧侧向导轨之间形成左侧导向间隙。

所述右侧导向励磁装置设置于所述磁悬浮列车的右侧，并且沿着所述磁悬浮列车的长度方向布置，所述右侧导向励磁装置对应于右侧侧向导轨，所述右侧导向励磁装置与所述右侧侧向导轨之间形成右侧导向间隙。

在本实施例中，通过导向励磁装置与对应导轨之间的磁吸力，使列车沿轨道中心线行驶。列车正常行驶过程中大部分时间可单独利用永磁体产生的导向力进行导向，当列车过弯道时等需要调节导向力大小时，可通过改变电磁体导向励磁线圈的电流方向和大小实现，可以节约能源，减小电磁体导向励磁线圈的发热量。

本实施例提供的磁悬浮列车及其导向励磁装置和导向磁极结构，采用永磁体和电磁体混用的导向励磁方式，能够实现导向力大小的动态调节，相比单一的励磁方式能够提供更大的导向力，而且有效地降低了电磁体线圈的发热量，有效地提升了导向励磁装置的使用寿命及导向性能，从而提升了列车导向系统的安全性和可靠性，具有节能环保的优点。

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。

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 (7)

1.一种磁悬浮列车的导向励磁装置，其特征在于，所述导向励磁装置包括至少两个导向磁极结构，至少两个所述导向磁极结构采用上下两排并列方式进行排列，所述导向磁极结构包括：

铁芯；

至少两个永磁体，分别设置于所述铁芯的顶部及底部位置处，并且用于产生导向磁场，以提供导向磁力；

导向励磁线圈，缠绕于所述铁芯的侧面位置处，并且用于响应于调节接通电流，产生不同的导向磁力；以及

磁轭，所述磁轭分别与所述铁芯、所述导向励磁线圈及至少两个所述永磁体连接。

2.如权利要求1所述的导向励磁装置，其特征在于，所述导向磁极结构的数量为8个。

3.如权利要求1所述的导向励磁装置，其特征在于，所述导向励磁装置还包括控制器；

所述控制器被配置为分别调节每一个所述导向励磁线圈的接通电流方向及电流值。

4.如权利要求3所述的导向励磁装置，其特征在于，所述导向励磁装置还包括导向传感器；

所述导向传感器被配置为采集导向间隙变化信息并输出至所述控制器；

所述控制器还被配置为基于获取到的导向间隙变化信息调节所述导向励磁线圈的接通电流方向及电流值。

5.如权利要求4所述的导向励磁装置，其特征在于，所述导向传感器设置于相邻的两个所述导向磁极结构之间。

6.一种磁悬浮列车，其特征在于，所述磁悬浮列车包括如权利要求1-5中任意一项所述的导向励磁装置。

7.如权利要求6所述的磁悬浮列车，其特征在于，所述导向励磁装置包括左侧导向励磁装置及右侧导向励磁装置；

所述左侧导向励磁装置设置于所述磁悬浮列车的左侧，并且沿着所述磁悬浮列车的长度方向布置，所述左侧导向励磁装置对应于左侧侧向导轨；

所述右侧导向励磁装置设置于所述磁悬浮列车的右侧，并且沿着所述磁悬浮列车的长度方向布置，所述右侧导向励磁装置对应于右侧侧向导轨。

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