CN115276473A

CN115276473A - 一种电动悬浮装置

Info

Publication number: CN115276473A
Application number: CN202210721901.4A
Authority: CN
Inventors: 王培龙; 李耀华; 史黎明; 徐炜钰; 段家珩
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2022-11-01

Abstract

本发明公开一种电动悬浮装置，通过在电动悬浮装置中增设利用金属材料制成的无源磁阻尼结构，当悬浮气隙振动时，该磁阻尼结构利用悬浮气隙变化引起的气隙磁场变化，产生感应涡流及阻尼力，有利于实现悬浮气隙振幅的快速衰减，达到抑制悬浮气隙振动的目的。所述电动悬浮装置主要包括场源磁体与反应板，场源磁体与反应板之间可高速相对运动；所述磁阻尼结构与电动悬浮装置的磁体固定在一起，随磁体一同运动；所述磁阻尼结构主要由非磁性、高电导率材料制成；所述磁阻尼结构可采用板式结构也可采用线圈式结构。采用本发明的磁阻尼结构，可显著提高电动悬浮装置抑制气隙振动的阻尼系数，有利于提高电动悬浮装置运行的平稳性。

Description

一种电动悬浮装置

技术领域

本发明属于电动磁悬浮领域，具体涉及一种通过提升垂向振动阻尼改善悬浮性能的电动悬浮装置。

背景技术

电动悬浮(EDS)装置主要由场源磁体与金属反应板组成，当场源磁体与金属反应板之间发生相对运动时，场源磁体在金属反应板上产生交变磁场，金属反应板在交变磁场的作用下感应出涡流，场源磁体与金属反应板感应出的涡流相互作用产生电磁斥力，利用该电磁斥力实现场源磁体的悬浮。

电动悬浮装置的场源磁体一般可由按一定规则排列、充磁的永磁阵列构成，也可由通电超导线圈构成，金属反应板可采用良导体材料制成的板式结构，也可采用按一定规则绕制的线圈结构。由于电磁悬浮电动悬浮装置在运行时无需施加额外的控制，当场源磁体与反应板之间的相对速度达到一定值时即可自动起浮，运行方式简单，尤其适合在高速、超高速地面推进领域，目前在火箭撬、高速磁悬浮列车等领域均有成功的应用。电动悬浮装置自身对气隙扰动的阻尼系数较小，对气隙扰动的阻尼作用较差，属于无阻尼或欠阻尼系统，不利于电动悬浮装置的平稳运行。

中国发明专利CN201610563045.9公开了一种用于磁浮列车的线圈式永磁电动悬浮装置，该装置场源磁体采用双边Halbach永磁体阵列，双边磁体阵列之间设置有沿列车运行轨道方向间隔布置的零磁通线圈，该悬浮装置利用双边永磁阵列与零磁通线圈相互作用产生的差动悬浮力，提高悬浮系统的悬浮刚度，提高对列车运行过程中悬浮间隙振动的抑制作用。但采用线圈式结构替代平板式反应板，虽然提升了悬浮刚度，但牺牲了悬浮力的绝对值，降低了悬浮系统的浮重比，同时也会增加了整个悬浮轨道的制作成本与安装难度。

中国发明专利CN202110677546.0公开了一种基于被动阻尼磁体的永磁电动斥力悬浮系统，该悬浮系统在车体悬浮方向及导向方向均布置了多组Halbach磁体阵列，分别用于产生所需悬浮力、导向力及悬浮阻尼与导向阻尼，悬浮磁体、悬浮阻尼磁体在空间布置上互相呈垂直布置，导向磁体、导向阻尼磁体在空间上互相呈垂直布置。该悬浮系统实际上通过多组磁体的相互垂直布置，利用Halbach磁体运动时的磁阻力提供阻尼作用，但此种方式无疑增加了悬浮系统的重量、提高了系统的复杂程度，且多组悬浮、导向间隙的设置方式也给悬浮系统的装配增加了难度。

中国实用新型专利CN202023335247.9公开了一种供了用于超导电动悬浮系统的阻尼器及阻尼设备，该装置在悬浮车体上增设有源阻尼线圈、控制组件及逆变电路，根据悬浮间隙的变化情况，对阻尼线圈的电流实施主动控制，实现对悬浮间隙振动的主动抑制，但此种提升悬浮装置阻尼性能的方式需要增设额外的控制组件及逆变电路，同时需要高精度的实时采集悬浮间隙的变化情况，增加了悬浮系统的成本及复杂程度，降低了悬浮系统在高速条件下的可靠性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种电动悬浮装置。本发明在传统电动悬浮装置基础上，增设由非磁性金属材料制成的无源磁阻尼结构，当悬浮气隙振动时，利用悬浮气隙变化引起的磁场变化感应出涡流，产生抑制悬浮气隙振动的磁阻尼作用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电动悬浮装置，包括反应板、磁体套筒、场源磁体和磁阻尼结构；磁体套筒采用非磁性金属材料或非金属材料制成，所述磁体套筒中开有开口槽，场源磁体嵌入固定在磁体套筒空槽中，随磁体套筒一起运动；所述磁阻尼结构固定在磁体套筒面向反应板的一面，随磁体套筒和场源磁体一起运动；所述反应板采用非磁性良导体材料制成的板式结构或线圈式结构；所述场源磁体由按一定方式排列的永磁阵列或通电超导线圈构成；所述的磁阻尼结构由非磁性、高电导率金属材料制成；所述磁体套筒在运动过程中保持与反应板的非接触状态。

进一步地，所述的磁阻尼结构由一整块非磁性、高电导率的金属平板构成，形成平板式磁阻尼结构。

进一步地，所述的平板式磁阻尼结构在金属平板外侧喷涂高电导率金属粉末，形成复合平板式磁阻尼结构。

进一步地，所述的平板式磁阻尼结构由多块非磁性、高电导率的金属薄平板复合而成，每块金属薄平板采用同种金属材料制成或不同金属材料制成，形成多层复合平板式磁阻尼结构。

进一步地，所述的平板式磁阻尼结构的金属平板上按一定方式开设矩形空槽，形成栅格式磁阻尼结构。

进一步地，所述的平板式磁阻尼结构的金属平板上按一定方式开设矩形空槽，并在槽内嵌入非磁性、高电导率的块状材料，形成复合栅格式磁阻尼结构。

有益效果：

采用本发明的磁阻尼结构，可显著提高电动悬浮装置抑制气隙变化的垂向振动阻尼，有利于提高电动悬浮装置运行的平稳性。本发明采用无源、非磁性金属结构的固有电磁效应增加电动悬浮装置的振动阻尼系数，具有结构简单运行可靠的优势。

附图说明

图1基于永磁阵列的电动悬浮装置整体结构示意图；

图2采用镀银涂层磁阻尼结构的电动悬浮装置示意图；

图3采用铜质平板式磁阻尼结构的电动悬浮装置示意图；

图4栅格平板式磁阻尼结构示意图；

图5复合栅格平板式磁阻尼结构示意图；

图6三种磁阻尼效果比较结果图。

其中，1反应板，2磁体套筒，3场源磁体，4一体式磁阻尼结构，5镀银涂层，6平板式磁阻尼结构，7栅格式磁阻尼结构，8块状材料。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。限于篇幅，下文所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中实施例中的技术方案，只要不引起冲突可进行多种组合，在此基础上，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，电动悬浮装置包括反应板1、磁体套筒2、场源磁体3和磁阻尼结构。磁体套筒2可采用非磁性金属材料或非金属材料制成，所述磁体套筒2中开有开口槽，场源磁体3嵌入固定在磁体套筒2的开口槽中，随磁体套筒2一起运动；所述磁阻尼结构固定在磁体套筒2面向反应板的一面，随磁体套筒2和场源磁体3一起运动；所述反应板1采用非磁性良导体材料制成的板式结构或线圈式结构；所述场源磁体3由按一定方式排列的永磁阵列或通电超导线圈构成；所述的磁阻尼结构由非磁性、高电导率金属材料制成；所述磁体套筒2在运动过程中保持与反应板的非接触状态。所述磁阻尼结构为一体式磁阻尼结构4，其与磁体套筒2采用了一体化设计。当悬浮气隙出现振动变化时，随场源磁体3一同运动的磁体套筒2的一体式磁阻尼结构4上将感应涡流，产生阻尼力，使得悬浮气隙的振动幅值迅速衰减。

如图2所示，所述磁体套筒2采用铝合金材质，同时在磁体套筒2的下部、面向反应板1一侧设置镀银涂层5构成的磁阻尼结构。由于银的电导率高于铜、铝等常规非磁性金属材料，因此在达到相同阻尼性能的条件下所需涂层厚度较小，有利于减小电磁悬浮间隙，提升悬浮性能。

如图3所示，所述磁体套筒2采用开口槽结构，在磁体套筒2的开口槽处，设置铜质平板构成的平板式磁阻尼结构6，所述铜质平板与磁体套筒2之间可采用胶粘、焊接或螺栓连接方式固定在一起。所述磁体套筒2和平板式磁阻尼结构6可选用不同的金属材质，材质选取较为灵活，有利于在满足不同需求下磁阻尼结构和套筒的设计与优化。进一步地，在铜质平板的外侧喷涂高电导率金属粉末，形成复合平板式磁阻尼结构。

如图4所示，所述阻尼结构为栅格式磁阻尼结构7，其由铜质平板构成，且在铜质平板上沿场源磁体3的运动方向开有一系列的矩形空槽。所述栅格式磁阻尼结构7的安装方式与所述平板式磁阻尼结构6类似，位于磁体套筒2的面向反应板1一侧。

如图5所示，复合栅格式磁阻尼结构由栅格式磁阻尼结构7和银质的块状材料8组成，在栅格式磁阻尼结构7的矩形空槽中填充银质的块状材料8。所述栅格式磁阻尼结构7的安装方式与所述平板式磁阻尼结构6类似，位于磁体套筒2面向反应板1一侧。所述复合栅格式磁阻尼结构的栅格式磁阻尼结构7和块状材料8可选用不同的金属材质，材质选取较为灵活，有利于在满足不同需求条件下磁阻尼结构的设计与优化。

如图6所示，采用相同永磁式场源磁体与反应板，且垂向初始速度相同的条件下，图1、图2及图5所示的三种磁阻尼结构对应的磁阻尼效果比较，从图中垂向速度的变化情况可以看出，通过增加本发明提出的磁阻尼结构，电动悬浮装置的垂向阻尼效果显著。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电动悬浮装置，其特征在于：包括反应板、磁体套筒、场源磁体和磁阻尼结构；所述磁体套筒采用非磁性金属材料或非金属材料制成，所述磁体套筒中开有开口槽，场源磁体嵌入固定在磁体套筒的开口槽中，随磁体套筒一起运动；所述磁阻尼结构固定在磁体套筒面向反应板的一面，随磁体套筒和场源磁体一起运动；所述反应板为采用非磁性良导体材料制成的板式结构或线圈式结构；所述场源磁体由按一定方式排列的永磁阵列或通电超导线圈构成；所述的磁阻尼结构由非磁性、高电导率金属材料制成；所述磁体套筒在运动过程中保持与反应板的非接触状态。

2.根据权利要求1所述的电动悬浮装置，其特征在于：所述的磁阻尼结构由一整块非磁性、高电导率的金属平板构成，形成平板式磁阻尼结构。

3.根据权利要求2所述的电动悬浮装置，其特征在于：所述的平板式磁阻尼结构在金属平板外侧喷涂高电导率金属粉末，形成复合平板式磁阻尼结构。

4.根据权利要求2所述的电动悬浮装置，其特征在于：所述的平板式磁阻尼结构由多块非磁性、高电导率的金属薄平板复合而成，每块金属薄平板采用同种金属材料制成或不同金属材料制成，形成多层复合平板式磁阻尼结构。

5.根据权利要求2所述的电动悬浮装置，其特征在于：所述的平板式磁阻尼结构的金属平板上按一定方式开设矩形空槽，形成栅格式磁阻尼结构。

6.根据权利要求2所述的电动悬浮装置，其特征在于：所述的平板式磁阻尼结构的金属平板上按一定方式开设矩形空槽，并在槽内嵌入非磁性、高电导率的块状材料，形成复合栅格式磁阻尼结构。