CN114875727A - 一种凸型双层永磁轨道 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凸型双层永磁轨道，涉及磁悬浮技术领域，包括第一永磁组和第二永磁组，第一永磁组由铁氧体磁性材料组成，第二永磁组由钕铁硼磁性材料组成，第二永磁组的宽度小于第一永磁组的宽度，第二永磁组的高度小于第一永磁组的高度，第二永磁组设置在第一永磁组的上表面，第二永磁组和第一永磁组构成沿轨道中心对称的凸型结构。本发明的有益效果为：通过将铁氧体永磁体和钕铁硼永磁体组合为凸型结构，并按照轨道工作面磁场强度最大、非轨道工作面磁场强度最小的方式对永磁体进行排列优化，实现了在得到同等甚至更优性能永磁轨道的同时，极大减少了钕铁硼磁芯材料的使用量，具有推广意义。

Description

一种凸型双层永磁轨道

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体而言，涉及一种凸型双层永磁轨道。

背景技术

在高温超导钉扎磁浮系统中，永磁轨道是提供外部磁场源的唯一来源，沿高温超导钉扎磁浮线路需要铺设大量的永磁轨道。现有的永磁导轨技术通过使用大量的钕铁硼永磁体以获得优良的悬浮性能，然而由于钕铁硼永磁体需要稀土材料制成，价格高昂且不可再生，随着时间推移，永磁导轨的成本将会越来越高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凸型双层永磁轨道，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请提供了一种凸型双层永磁轨道，包括：第一永磁组和第二永磁组，所述第一永磁组由铁氧体磁性材料组成，所述第二永磁组由钕铁硼磁性材料组成，所述第二永磁组的宽度小于所述第一永磁组的宽度，所述第二永磁组的高度小于所述第一永磁组的高度，所述第二永磁组设置在所述第一永磁组的上表面，所述第二永磁组和所述第一永磁组构成沿轨道中心对称的凸型结构。

进一步地，在上述技术方案中，所述第二永磁组在轨道上方的磁力线与所述第一永磁组在轨道上方的磁力线重合。

进一步地，在上述技术方案中，所述第一永磁组的永磁阵列排布与所述第二永磁组的永磁阵列排布相同。

进一步地，在上述技术方案中，所述第一永磁组包括三个第一永磁体，所述第一永磁体的磁化方向为竖直向下，每两个所述第一永磁体之间设置有第一聚磁组，所述第一聚磁组包括两个左右对称设置的第二永磁体，两个左右对称设置的所述第二永磁体的磁化方向为水平方向，两个左右对称设置的所述第二永磁体沿磁化方向相对设置，所述第二永磁组包括三个第三永磁体，每两个所述第三永磁体之间设置有第二聚磁组，所述第二聚磁组包括两个左右对称设置的第四永磁体。

进一步地，在上述技术方案中，所述第二永磁体的宽度与所述第四永磁体的宽度相同，设置在所述第一永磁组侧面的两个所述第一永磁体的宽度大于设置在所述第二永磁组两侧面的两个所述第三永磁体的宽度，设置在所述第一永磁组中心的所述第一永磁体的宽度等于设置在所述第二永磁组中心的所述第三永磁体的宽度。

进一步地，在上述技术方案中，所述第一永磁体的宽度与所述第二永磁体的宽度的比值大于0.64且小于1.8，所述第三永磁体的宽度与所述第四永磁体的宽度的比值大于0.64且小于1.8。

进一步地，在上述技术方案中，第一永磁体的宽度与所述第二永磁体的宽度的比值为1.6，所述第三永磁体的宽度与所述第四永磁体的宽度的比值为1.6。

进一步地，在上述技术方案中，所述第一聚磁组包括至少一个第一聚磁板，每个所述第一聚磁板均设置在两个所述第二永磁体之间，所述第二聚磁组包括第二聚磁板，所述第二聚磁板设置在两个所述第四永磁体之间。

进一步地，在上述技术方案中，所述第二永磁组的宽度与所述第一永磁组的宽度的比值为0.79，所述第二永磁组的高度与所述第一永磁组的高度的比值为0.27。

进一步地，在上述技术方案中，所述第一永磁组包括两个第一不导磁钢板，所述第一不导磁钢板设置在所述第一永磁组两侧，所述第二永磁组包括两个第二不导磁钢板，所述第二不导磁钢板设置在所述第二永磁组两侧。

本发明的有益效果为：

本发明通过将铁氧体永磁体和钕铁硼永磁体组合为凸型结构，并按照轨道工作面磁场强度最大、非轨道工作面磁场强度最小的方式对永磁体进行排列优化，实现了在得到同等甚至更优性能永磁轨道的同时，极大减少了钕铁硼磁芯材料的使用量，具有推广意义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为所述凸型双层永磁轨道的结构示意图；

图2为所述凸型双层永磁轨道的磁力线分布图。

图中标记：1、第一永磁组；11、第一永磁体；12、第一聚磁组；121、第二永磁体；122、第一聚磁板；13、第一不导磁钢板；2、第二永磁组；21、第三永磁体；22、第二聚磁组；221、第四永磁体；222、第二聚磁板；23、第二不导磁钢板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例提供了一种凸型双层永磁轨道，包括了第一永磁组1和第二永磁组2，第一永磁组1由铁氧体磁性材料组成，第二永磁组2由钕铁硼磁性材料组成，第二永磁组2的宽度小于第一永磁组1的宽度，第二永磁组2的高度小于第一永磁组1的高度，第二永磁组2设置在第一永磁组1的上表面，第二永磁组2和第一永磁组1构成沿轨道中心对称的凸型结构。在本实施例中，通过减少成本高的上层钕铁硼磁体宽度、增加成本更低下层铁氧体的宽度，在达到现有永磁轨道性能甚至优于现有永磁轨道性能的基础上，钕铁硼使用量减少了约35%。在本实施例中，通过在原有的永磁体轨道宽度基础上，使用成本较低铁氧体磁体组作为底层基础提供部分磁场，再在结合横截面积更小的钕铁硼磁体组作为上层基础提供部分磁场，通过上层铁氧体磁体组和下层钕铁硼磁体组结合，提供了相当于全部由钕铁硼磁体构成的永磁体轨道所能提供磁场强度。

参见图2，本实施例中，第二永磁组2在轨道上方的磁力线与第一永磁组1在轨道上方的磁力线重合。在高温超导钉扎磁浮系统，永磁轨道的磁力线需要汇集在轨道上方的工作面才能提供优良的悬浮性能，本申请通过将第一永磁组1和第二永磁组2中的永磁体按照轨道工作面的磁场强度最大、非工作面的磁场强度最小进行排列方式和尺寸调整，将两层永磁组的磁力线汇集与轨道上方的工作面，增大了轨道工作面的磁场强度。结合图1所示，进一步的，第一永磁组1的永磁阵列排布与第二永磁组2的永磁阵列排布相同。本申请中，通过将第一永磁组1中的铁氧体永磁体和第二永磁组2中的钕铁硼永磁体按照相同的排列方式进行排列，使得第一永磁组1和第二永磁组2的磁力线重叠并汇集在轨道工作面上，同时减少磁力线在非轨道工作面的聚集，增大了轨道的工作面强度，且组装简单。

较佳的，结合图1和图2，在本实施例中，第一永磁组1包括三个第一永磁体11，第一永磁体11的磁化方向为竖直向下，每两个第一永磁体11之间设置有第一聚磁组12，第一聚磁组12包括两个左右对称设置的第二永磁体121，两个左右对称设置的第二永磁体121的磁化方向为水平方向，两个左右对称设置的第二永磁体121沿磁化方向相对设置，第二永磁组2包括三个第三永磁体21，每两个第三永磁体21之间设置有第二聚磁组22，第二聚磁组22包括两个左右对称设置的第四永磁体221。在本申请中，通过上述的排列方式，将永磁轨道的大部分磁力线聚集在轨道工作面上，并且在轨道工作面上形成的磁极数为4，有效提升了高温超导钉扎磁浮系统的载重能力。

较佳的，在本实施例中，第二永磁体121的宽度与第四永磁体221的宽度相同，设置在第一永磁组1侧面的两个第一永磁体11的宽度大于设置在第二永磁组2两侧面的两个第三永磁体21的宽度，设置在第一永磁组1中心的第一永磁体11的宽度等于设置在第二永磁组2中心的第三永磁体21的宽度。这样的设计，缩小上层的第一永磁组1中位于两侧的钕铁硼永磁体宽度，可以大量减少钕铁硼永磁体的使用量。同时，将上下两层永磁组中其余的永磁体按照上述实施例中的排列方式进行排列且宽度设计为相同，是为了增加永磁轨道垂向和横向的磁极峰数，以弥补减少钕铁硼永磁体使用量而带来的磁场衰减，同时使得本申请在原有的永磁轨道基础上具有更多的磁极峰数，使得本申请的永磁轨道磁场的磁极峰能够覆盖的空间范围更广，增强了永磁轨道的悬浮性能。

较佳的，在另一些实施例中，第一永磁体11的宽度与第二永磁体121的宽度的比值大于0.64且小于1.8，第三永磁体21的宽度与第四永磁体221的宽度的比值大于0.64且小于1.8。这样的设计可以让第一永磁组1和第二永磁组2的磁力线集中在轨道工作面上，增加轨道工作面上的磁场强度，有效提升了高温超导钉扎磁浮系统的悬浮性能。

较佳的，在另一些实施例中，第一永磁体11的宽度与第二永磁体121的宽度的比值为1.6，第三永磁体21的宽度与第四永磁体221的宽度的比值为1.6。通过对永磁轨道磁力线的模拟，宽度比值1.6能得到最佳的磁力线聚集效果。

较佳的，在另一些实施例中，第一聚磁组12包括至少一个第一聚磁板122，每个第一聚磁板122均设置在两个第二永磁体121之间，第二聚磁组22包括第二聚磁板222，第二聚磁板222设置在两个第四永磁体221之间。聚磁板为铁磁性材料制成，在第一永磁组1和第二永磁组2中起到聚磁的作用，通过将永磁轨道的磁力线聚集引导至轨道工作面上，增加轨道工作面上的磁场强度，有效提升了高温超导钉扎磁浮系统的悬浮性能。

结合上述实施例中第一永磁组1和第二永磁组2中永磁体的排列方式，第二永磁组2的宽度与第一永磁组1的宽度的比值为0.79，第二永磁组2的高度与第一永磁组1的高度的比值为0.27。本实施例通过计算机模拟永磁导轨中的磁力线分布，优化双层复合材料永磁轨道的长度和宽度之比，使轨道工作面的磁场强度最大，非工作面的磁场强度最小，得到最佳的悬浮性能和最小的钕铁硼永磁体材料使用量。

较佳的，在另一些实施例中，第一永磁组1包括两个第一不导磁钢板13，第一不导磁钢板13设置在第一永磁组1两侧，第二永磁组2包括两个第二不导磁钢板23，第二不导磁钢板23设置在第二永磁组2两侧。不导磁钢板设置对永磁组起到固定作用，增强永磁组结构的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种凸型双层永磁轨道，其特征在于，包括：

第一永磁组(1)，所述第一永磁组(1)由铁氧体磁性材料组成；以及

第二永磁组(2)，所述第二永磁组(2)由钕铁硼磁性材料组成，所述第二永磁组(2)的宽度小于所述第一永磁组(1)的宽度，所述第二永磁组(2)的高度小于所述第一永磁组(1)的高度，所述第二永磁组(2)设置在所述第一永磁组(1)的上表面，所述第二永磁组(2)和所述第一永磁组(1)构成沿轨道中心对称的凸型结构。

2.根据权利要求1所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第二永磁组(2)在轨道上方的磁力线与所述第一永磁组(1)在轨道上方的磁力线重合。

3.根据权利要求1所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第一永磁组(1)的永磁阵列排布与所述第二永磁组(2)的永磁阵列排布相同。

4.根据权利要求3所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第一永磁组(1)包括三个第一永磁体(11)，所述第一永磁体(11)的磁化方向为竖直向下，每两个所述第一永磁体(11)之间设置有第一聚磁组(12)，所述第一聚磁组(12)包括两个左右对称设置的第二永磁体(121)，两个左右对称设置的所述第二永磁体(121)的磁化方向为水平方向，两个左右对称设置的所述第二永磁体(121)沿磁化方向相对设置，所述第二永磁组(2)包括三个第三永磁体(21)，每两个所述第三永磁体(21)之间设置有第二聚磁组(22)，所述第二聚磁组(22)包括两个左右对称设置的第四永磁体(221)。

5.根据权利要求4所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第二永磁体(121)的宽度与所述第四永磁体(221)的宽度相同，设置在所述第一永磁组(1)侧面的两个所述第一永磁体(11)的宽度大于设置在所述第二永磁组(2)两侧面的两个所述第三永磁体(21)的宽度，设置在所述第一永磁组(1)中心的所述第一永磁体(11)的宽度等于设置在所述第二永磁组(2)中心的所述第三永磁体(21)的宽度。

6.根据权利要求5所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第一永磁体(11)的宽度与所述第二永磁体(121)的宽度的比值大于0.64且小于1.8，所述第三永磁体(21)的宽度与所述第四永磁体(221)的宽度的比值大于0.64且小于1.8。

7.根据权利要求5所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：第一永磁体(11)的宽度与所述第二永磁体(121)的宽度的比值为1.6，所述第三永磁体(21)的宽度与所述第四永磁体(221)的宽度的比值为1.6。

8.根据权利要求5所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第一聚磁组(12)包括至少一个第一聚磁板(122)，每个所述第一聚磁板(122)均设置在两个所述第二永磁体(121)之间，所述第二聚磁组(22)包括第二聚磁板(222)，所述第二聚磁板(222)设置在两个所述第四永磁体(221)之间。

9.根据权利要求1所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第二永磁组(2)的宽度与所述第一永磁组(1)的宽度的比值为0.79，所述第二永磁组(2)的高度与所述第一永磁组(1)的高度的比值为0.27。

10.根据权利要求1所述的凸型双层永磁轨道，其特征在于：所述第一永磁组(1)包括两个第一不导磁钢板(13)，所述第一不导磁钢板(13)设置在所述第一永磁组(1)两侧，所述第二永磁组(2)包括两个第二不导磁钢板(23)，所述第二不导磁钢板(23)设置在所述第二永磁组(2)两侧。

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