CN113707406A - 一种悬浮车辆及其悬浮电磁铁装置 - Google Patents

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王鹏
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Abstract

本发明公开了一种悬浮车辆及其悬浮电磁铁装置，悬浮电磁铁装置包括用于产生电磁悬浮力的电磁铁，还包括设于所述电磁铁的头部的涡流效应补偿结构，所述涡流效应补偿结构产生的磁场方向与所述电磁铁产生的磁场方向相同。上述悬浮电磁铁装置可以有效补偿列车在高速运行时由于涡流效应影响而导致的磁场损耗，从而可以在保证电磁铁的性能和行车安全性的基础上，降低功耗，节约能源，缩减成本。与此同时，由于涡流效应补偿结构的体积和重量可以得到有效控制，这样一来，电磁铁的整体重量并不会有明显的变化，从而不会影响悬浮控制。

Description

一种悬浮车辆及其悬浮电磁铁装置
技术领域
本发明涉及悬浮车辆技术领域，特别涉及一种悬浮电磁铁装置。本发明还涉及一种具有该悬浮电磁铁装置的悬浮车辆。
背景技术
悬浮控制技术是磁浮列车的核心技术，对悬浮电磁铁的电磁场动态特性进行分析是研究悬浮控制技术的基础。悬浮电磁铁是悬浮控制系统的执行元件，用于提供完成悬浮功能所需要的电磁力，其电磁特性直接影响悬浮控制系统的性能。
目前，国内外中低速磁浮列车一般采用常导型悬浮电磁铁，其轨道通常采用无叠片钢轨，电磁铁与轨道的相对运动导致钢轨中产生涡流，涡流减弱气隙磁场，从而降低电磁铁悬浮力。随着车辆运行速度的提升，涡流效应会导致电磁铁温升增加，当列车运行速度突破160km/h，由于涡流效应的影响，电磁铁电磁力下降超过20％，严重影响电磁铁的正常工作。现有技术中，为了减小涡流效应带来的影响，降低损耗，可以采用叠压硅钢片作为铁心，然而，这种方法可能会大幅降低钢轨的刚度，可能引起车轨耦合振动，影响行车安全，同时也大幅度提高了钢轨造价。
发明内容
本发明的目的是提供一种悬浮电磁铁装置，可以有效补偿列车在高速运行时由于涡流效应影响而导致的磁场损耗。本发明的另一目的是提供一种包括上述悬浮电磁铁装置的悬浮车辆。
为实现上述目的，本发明提供一种悬浮电磁铁装置，包括用于产生电磁悬浮力的电磁铁，还包括设于所述电磁铁的头部的涡流效应补偿结构，所述涡流效应补偿结构产生的磁场方向与所述电磁铁产生的磁场方向相同。
可选地，所述涡流效应补偿结构具体为永磁体。
可选地，所述涡流效应补偿结构具体为电磁线圈。
可选地，还包括与所述永磁体固接的铁轭。
可选地，所述铁轭设有凹槽，所述永磁体装配于所述凹槽中。
可选地，所述铁轭呈U型结构。
可选地，还包括设于所述涡流效应补偿结构和所述电磁铁之间的隔磁板。
可选地，所述涡流效应补偿结构与所述隔磁板固接，所述隔磁板固接于所述电磁铁的头部。
可选地，所述隔磁板具体为铝板。
本发明还提供一种悬浮车辆，包括上述任一项所述的悬浮电磁铁装置。
相对于上述背景技术，本发明实施例所提供的悬浮电磁铁装置，包括电磁铁，该电磁铁是列车悬浮控制系统的执行元件，电磁铁用于提供列车实现悬浮功能所需要的电磁悬浮力；进一步地，悬浮电磁铁装置还包括设于电磁铁的头部的涡流效应补偿结构，该涡流效应补偿结构产生的磁场方向与电磁铁产生的磁场方向相同。也就是说，在电磁铁的头部或端部增加涡流效应补偿结构，利用该涡流效应补偿结构提前建立磁场，这样可以在电磁铁头部增加一个额外的磁路，由于其产生的磁场方向与电磁铁产生的磁场方向相同，这样即可减弱电磁铁头部的磁场变化，其涡流幅值可以相应得到减小，从而可以有效补偿列车在高速运行时由于涡流效应影响而导致的磁场损耗。相较于传统将轨道改造成叠片钢轨的设置方式，本发明实施例所提供的悬浮电磁铁装置，可以在保证电磁铁的性能和行车安全性的基础上，降低功耗，节约能源，缩减成本。与此同时，由于涡流效应补偿结构的体积和重量可以得到有效控制，这样一来，电磁铁的整体重量并不会有明显的变化，从而不会影响悬浮控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的悬浮电磁铁装置的结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为铁轭与F型轨道的位置示意图。
其中：
1-永磁体、2-铁轭、3-隔磁板、4-电磁铁、5-F型轨道、6-气隙。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种悬浮电磁铁装置，可以有效补偿列车在高速运行时由于涡流效应影响而导致的磁场损耗。本发明的另一核心是提供一种包括上述悬浮电磁铁装置的悬浮车辆。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。
请参考图1、图2和图3，图1为本发明实施例所提供的悬浮电磁铁装置的结构示意图；图2为图1的右视图；图3为铁轭与F型轨道的位置示意图。
本发明实施例所提供的悬浮电磁铁装置，包括电磁铁4，该电磁铁4是列车悬浮控制系统的执行元件，电磁铁4用于提供列车实现悬浮功能所需要的电磁悬浮力。
需要说明的是，目前，国内外中低速磁悬浮列车一般采用常导型悬浮电磁铁4，其轨道通常采用无叠片钢轨，电磁铁4与轨道的相对运动导致在钢轨中产生涡流，涡流会减弱气隙6中的磁场，从而降低电磁铁4的悬浮力，此外，随着中低速磁浮领域列车运行速度突破160km/h，由于速度的提升，涡流效应影响电磁铁4电磁力下降超过20％，严重影响电磁铁4的正常工作，因此，减小涡流效应对悬浮力的影响是进一步提速的关键，也是节能的重要途径。
为了补偿涡流效应的影响带来的磁场损耗，悬浮电磁铁装置还包括涡流效应补偿结构，涡流效应补偿结构设于电磁铁4的头部或端部，该涡流效应补偿结构产生的磁场方向与电磁铁4产生的磁场方向一致。
也就是说，在电磁铁4的头部或端部增加涡流效应补偿结构，利用该涡流效应补偿结构提前建立磁场，这样可以在电磁铁4头部增加一个额外的磁路，由于其产生的磁场方向与电磁铁4产生的磁场方向相同，这样即可减弱电磁铁4头部的磁场变化，其涡流幅值可以相应得到减小，从而可以有效补偿列车在高速运行时由于涡流效应影响而导致的磁场损耗。
相较于将轨道改造成叠片钢轨的设置方式，本发明实施例所提供的悬浮电磁铁装置，可以在保证电磁铁4的性能和行车安全性的基础上，降低功耗，节约能源，缩减成本。与此同时，上述设置方式无需在电磁铁4上增加额外的线圈，且由于涡流效应补偿结构的体积和重量可以得到有效控制，这样一来，电磁铁4的整体重量并不会有明显的变化，从而不会影响悬浮控制。
作为其中一种实施例，上述涡流效应补偿结构具体可以设置为永磁体1。永磁体1可以通过隔板固接于电磁铁4的头部，隔板通常采用隔磁材料制成。
这样一来，通过永磁体1提前建立磁场，其磁场方向与电磁铁4的磁场方向一致，从而可以减弱前端电磁铁4的磁场变化，进而可以实现端部电磁铁4由于涡流效应影响而产生的磁场损耗。
需要注意的是，永磁体1的体积可以根据涡流效应的大小来设定，前提是需保持永磁体1的磁能积足够大，以便于提供足够的能量满足电磁铁4的性能需求。当然，永磁体1的材料可以选择但不限于钕铁硼、钐钴等。
作为另一种实施例，上述涡流效应补偿结构也可以设置为电磁线圈。该电磁线圈通过隔板固接于电磁铁4的头部，隔板通常采用隔磁材料制成。其中，电磁结构线圈的磁场方向与电磁铁4的磁场方向一致。
本文优选采用永磁体1的设置方式。下面以永磁体1的设置详细说明。
为了进一步提高气隙6中的磁感应强度，还可以设置铁轭2，该铁轭2与永磁体1固接。
当然，根据实际需要，上述铁轭2的结构可以为一体式结构，也可以为分体式结构。
当铁轭2为一体式结构时，铁轭2的中部设有凹槽，永磁体1装配于凹槽中。作为优选的，铁轭2整体呈U型结构，铁轭2的底部设置凹槽，该凹槽的深度可以等于或者小于铁轭2底部的竖向尺寸，这样一来，永磁体1可以过盈连接于该凹槽内。
与此同时，铁轭2的两个支臂与位于铁轭2上方的F型轨道5相对，F型轨道5设于轨枕上，电磁铁4的铁心、铁轭2和F型轨道5组成闭合磁回路，铁轭2的设置可以明显提升铁轭2与F型轨道5之间气隙6中的磁感应强度。
当铁轭2为分体式结构时，可以在永磁体1的两端分别设置一铁轭2，两个铁轭2和永磁体1固定连接后共同形成U型结构，以便于集中磁通，从而提高磁势，此时，永磁体1在磁路中不直接面对气隙6，而是通过铁轭2将永磁体1的磁通引导至气隙6中。
需要注意的是，无论铁轭2呈一体式结构，还是分体式结构，永磁体1与铁轭2均组成一个U型磁块，U型磁块上的两个向上凸起的支臂的宽度于电磁铁4磁极的宽度相同，同时永磁体1的磁化方向为Z轴正方向，即竖直向上，铁轭2正对气隙6的磁场方向与电磁体在气隙6中的磁场方向一致。
当然，根据实际需要，考虑到铁轭2需兼顾导磁和支承作用，铁轭2可以选择软磁材料，如碳钢等。
为了优化上述实施例，悬浮电磁铁4装置还包括隔磁板3，该隔磁板3设于涡流效应补偿结构和电磁铁4之间。这样一来，永磁体1的磁路与电磁铁4的磁路用隔磁材料制成的隔磁板3隔开，从而可以保持涡流效应补偿结构的磁路与电磁铁4的磁路相互独立，这样可以将永磁体1的磁通集中到永磁磁路轭铁正对的气隙里，将永磁体1的磁势充分利用。
隔磁材料可以为铝或其他不导磁材料，比如，隔磁板3具体为铝板，隔磁板3的大小和厚度可根据永磁体1的磁能积来确定。
为了便于涡流效应补偿结构装配，涡流效应补偿结构与隔磁板3固接，隔磁板3固接于电磁铁4的头部。
本发明所提供的一种悬浮车辆，包括上述具体实施例所描述的悬浮电磁铁装置，悬浮车辆还包括车体、悬浮架模块和直线电机等，其中，车体与悬浮架模块通过空气弹簧相连，电磁铁设于悬浮架模块的底部。悬浮车辆的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的悬浮车辆及其悬浮电磁铁装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种悬浮电磁铁装置，包括用于产生电磁悬浮力的电磁铁(4)，其特征在于，还包括设于所述电磁铁(4)的头部的涡流效应补偿结构，所述涡流效应补偿结构产生的磁场方向与所述电磁铁(4)产生的磁场方向相同。
2.如权利要求1所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，所述涡流效应补偿结构具体为永磁体(1)。
3.如权利要求1所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，所述涡流效应补偿结构具体为电磁线圈。
4.如权利要求2所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，还包括与所述永磁体(1)固接的铁轭(2)。
5.如权利要求4所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，所述铁轭(2)设有凹槽，所述永磁体(1)装配于所述凹槽中。
6.如权利要求5所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，所述铁轭(2)呈U型结构。
7.如权利要求1-6任意一项所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，还包括设于所述涡流效应补偿结构和所述电磁铁(4)之间的隔磁板(3)。
8.如权利要求7所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，所述涡流效应补偿结构与所述隔磁板(3)固接，所述隔磁板(3)固接于所述电磁铁(4)的头部。
9.如权利要求7所述的悬浮电磁铁装置，其特征在于，所述隔磁板(3)具体为铝板。
10.一种悬浮车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的悬浮电磁铁装置。
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