CN116373612A - 一种磁浮列车悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁浮列车悬浮系统，包括T型轨道和悬浮架，所述悬浮架的两侧向内弯折至所述T型轨道承载部的下方，与所述T型轨道形成T型抱轨结构；所述T型轨道承载部的上表面安装有左右对称的“8”字形线圈和牵引线圈，所述“8”字形线圈位于表层，所述牵引线圈位于内层；所述悬浮架的内顶部安装有超导磁体，所述超导磁体与所述“8”字型线圈相对，且所述超导磁体偏离所述“8”字型线圈的中心线；所述T型轨道承载部的两侧安装有导体板，所述悬浮架的内侧安装有永磁体阵列，所述永磁体阵列与所述导体板相对。该悬浮系统简洁、安全、高效，可有效解决高速条件下车辆横向承载能力不足、抗侧滚能力差问题。

Description

一种磁浮列车悬浮系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及磁悬浮列车的磁悬浮系统。

背景技术

目前，高速磁浮列车最高试验速度达到503km/h，更快的高速磁浮列车最高试验速度可达600km/h以上。

超高速运行要求磁浮列车具备更高的悬浮能力及稳定性，常导高速磁浮列车设计时速600公里，常导悬浮电磁铁尚可满足运行需求。超导高速磁浮列车体验运行速度达到500公里以上，超导磁体与地面线圈产生的被动力也能够满足需求。

然而，随着速度的进一步提升，车辆动态载荷加剧，尤其是横向载荷，一旦导向能力不足，容易导致列车失稳，高速失稳带来严重后果。如果只是单纯的配置过多的电磁铁，又会导致整车系统变得更加复杂，供电容量也随之大幅提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简洁、安全、高效的磁浮列车悬浮系统，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种磁浮列车悬浮系统，包括T型轨道和悬浮架，所述T型轨道具有横向的承载部和纵向的支撑部，所述悬浮架的两侧向内弯折至所述T型轨道承载部的下方，与所述T型轨道形成T型抱轨结构；

所述T型轨道承载部的上表面安装有左右对称的“8”字形线圈和牵引线圈，所述“8”字形线圈位于表层，所述牵引线圈位于内层；所述悬浮架的内顶部安装有超导磁体，所述超导磁体与所述“8”字型线圈相对，且所述超导磁体偏离所述“8”字型线圈的中心线；

所述T型轨道承载部的两侧安装有导体板，所述悬浮架的内侧安装有永磁体阵列，所述永磁体阵列与所述导体板相对。

可选地，所述超导磁体相对于所述“8”字型线圈的中心线偏向于外侧，或者，所述超导磁体相对于所述“8”字型线圈的中心线偏向于内侧。

可选地，所述悬浮架的内顶部安装有用于支撑车辆的走行轮，和/或，所述悬浮架向内弯折的末端设有防撞轮。

可选地，所述超导磁体包括偶数个超导线圈，且相邻两个所述超导线圈的极性相反。

可选地，单个所述超导线圈呈长圆形，其长度大于等于相邻两个所述“8”字型线圈的宽度，且小于相邻三个所述“8”字型线圈的宽度。

可选地，所述超导线圈的外部包裹有杜瓦。

可选地，每两个所述悬浮架为一组形成悬浮架组件，所述悬浮架组件沿车体长度方向间隔设置，相邻的两组所述悬浮架组件之间形成安装所述超导磁体和永磁体阵列的区域。

可选地，所述悬浮架与车体之间设有悬挂系统，所述悬挂系统位于每组所述悬浮架组件的顶部与车体之间。

可选地，所述永磁体阵列的永磁体以海尔贝克阵列的形式排列分布。

可选地，所述导体板为铜板、铝板或板状线圈。

本发明所提供的磁浮列车悬浮系统，整车利用电动悬浮原理，使超导磁体动态条件下与T型轨道上的“8”字型线圈相互作用产生被动悬浮力及导向力，与T型轨道上的牵引线圈作用产生牵引力，从而实现车辆的悬浮、导向及牵引功能，而且，车辆采用T型抱轨结构，利用永磁体阵列体与T型轨道侧面的导体板的相互作用，提高被动导向能力及抗侧滚能力，保证车辆高速运行时的稳定性，使车辆适应能力更强、稳定性及安全性更高。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种磁浮列车悬浮系统结构示意图；

图2为图1所示磁浮列车悬浮系统的侧面示意图；

图3为超导磁体的磁极分布示意图；

图4为超导磁体与“8”字型线圈和牵引线圈的位置关系示意图；

图5为超导磁体与“8”字型线圈的工作原理图；

图6为永磁体阵列体与导体板的工作原理图。

图中：

1.超导磁体；2.永磁体阵列；3.“8”字型线圈；4.牵引线圈；5.导体板；6.悬浮架；7.悬挂系统；8.车体；9.T型轨道；10.走行轮；11.防撞轮；12.杜瓦；13.超导线圈；14.第一安装区域；15.第二安装区域。

具体实施方式

为了使本技术领域的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。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1、图2，图1为本发明实施例所提供的一种磁浮列车悬浮系统结构示意图；图2为图1所示磁浮列车悬浮系统的侧面示意图。

在一种具体实施例中，本发明所提供的磁浮列车悬浮系统，主要由T型轨道9、悬浮架6以及车体8等部分组成，其中，悬浮架6用于安装各种功能件，如电磁铁、超导磁体、走行轮10、防撞轮11等，用于传递力，将悬浮力、导向力及牵引力传递至车体8，从而保证车辆的运行；悬挂系统7用于连接悬浮架6与车体8，降低来自悬浮架的高频振动，提高车体8内部的舒适度。

T型轨道9具有横向的承载部和纵向的支撑部，悬浮架6呈开口向下的倒“U”形，其两侧向内弯折至T型轨道9承载部的下方，与T型轨道9形成T型抱轨结构。

T型轨道9承载部的上表面安装有左右对称的“8”字形线圈3和牵引线圈4，“8”字形线圈3位于外层，牵引线圈4位于内层；悬浮架6的内顶部安装有超导磁体2，超导磁体2与“8”字型线圈3及牵引线圈4相对，且超导磁体1偏离“8”字型线圈3的中心线，也就是说，超导磁体1与“8”字型线圈3的中心线存在偏差。

在本实施例中，超导磁体1相对于所述“8”字型线圈3的中心线偏向于外侧，在其他实施例中，所述超导磁体(1)相对于所述“8”字型线圈(3)的中心线偏向于内侧。

T型轨道9承载部的两侧安装有导体板5，悬浮架6的内侧安装有永磁体阵列2，永磁体阵列2与所述导体板5相对。永磁体阵列2的永磁体以海尔贝克阵列的形式排列分布，导体板5具体可以是铜板、铝板或线圈。

悬浮架6的内顶部安装有走行轮10，用于支撑车辆，在车辆没有处于悬浮状态时，通过滑橇坐落在T型轨道9上。

悬浮架6向内弯折的末端设有防撞轮11，防撞轮11与悬浮架6承载部的下表面相对，用于在特殊情况下，防止车辆悬浮力及气动升力过大而导致车辆飞离轨道。

每两个悬浮架6为一组形成悬浮架组件，悬浮架组件沿车体长度方向间隔设置，相邻的两组悬浮架组件之间形成安装永磁体阵列2的第一安装区域14和安装超导磁体1的第二安装区域15，悬挂系统7位于每组悬浮架组件的顶部与车体8。

超导磁体1和永磁体阵列2的具体数量可根据实际需求进行增减，设计原则是在保证功能基础上，最大化降低系统复杂性及供电容量。

超导磁体1具有偶数个超导线圈13，超导线圈13极性为N、S交替分布，即相邻超导线圈13极性相反，在本实施例中，每一个第一超导磁体设有两个超导线圈13，且超导线圈13的外围由杜瓦12进行包裹(见图3)。

请一并参考图4、图5，图4为超导磁体与“8”字型线圈和牵引线圈的位置关系示意图；图5为超导磁体与“8”字型线圈的工作原理图。

超导磁体1的单个超导线圈13大体呈长圆形，其长度大于等于相邻两个“8”字型线圈3的宽度，且小于相邻三个“8”字型线圈3的宽度。

超导磁体1供电后可产生强磁场，在车辆运行过程中，与“8”字型线圈3产生电磁感应，“8”字型线圈3内感应出电流及磁场，与超导磁体1相互作用产生向上的悬浮力，随着速度提升悬浮力增大，在导向方向上，理想状态下，超导线圈13中心线与“8”字型线圈3中心线存在一定偏差，左右两侧的超导线圈13均产生向内的横向力，分别为F1及F2，且两者相等，不会产生导向力。假设车辆向右发生偏移，横向力F1减小，如果左侧的超导线圈13与“8”字型线圈3中心线重合，F1减小至0，如果进一步偏移，F1会反向；而右侧超导线圈13受的F2增大，横向上的合力向左，与偏移方向相反，从而起到被动恢复作用。

超导磁体1同时还与牵引线圈4两者组成同步直线牵引电机，用于牵引列车运动，超导磁体1供电后产生强励磁磁场，牵引线圈4通三相电产生行波磁场，两磁场耦合作用产生前进动力。

请参考图6，图6为永磁体阵列体与导体板的工作原理图。

永磁体阵列2用于产生磁回路，在运动过程中切割导体板5，产生电磁感应，两侧永磁阵列2分别受横向力F3及F4。理想状态下，两侧永磁体阵列受力相同，即F3＝F4，横向合力为0，没有导向力。如果车辆发生向右发生横向偏移，横向力F4减小，横向力F3增大，合力向左，与偏移方向相反，从而起被动导向作用。这样能够为车辆提供额外的导向能力，提升车辆抗侧滚能力，从而使得T型抱轨结构的车辆稳定性及安全性更高，也能够满足更高横向载荷的运行工况。

实际运行过程中，超导电动悬浮在运动时产生电磁力实现稳定的悬浮导向，静态或低速时，列车配备走行轮10，通过走行轮10支撑车辆运行。待达到一定运行速度后，悬浮力能够完全承担垂向载荷，收起走行轮10，车辆完全处于悬浮状态。由于采用的超导磁体1，其产生的磁场较大，所以车辆与T型轨道9之间的悬浮间隙较大，允许车辆存在较大的波动，无需担心车辆撞轨。

当车辆垂向载荷增大，车辆会下落一定的高度，即超导磁体1与“8”字型线圈间隙减小，向上的悬浮力相应增大，从而保证车辆承载。

当车辆受较大气动升力而发生上移时，超导磁体1与“8”字型线圈间隙增大，向上的悬浮力相应减小，车辆在重力作用下回落。

如果出现极端情况，车辆急速起飞，防撞轮11与T型轨道9的下表面接触，避免车辆脱离轨道，保证列车安全。

当发生横向偏移时，超导电动及永磁电动两套系统均能够产生横向恢复力，保证车辆稳定性，同时两套系统的电磁作用力均存在一定长度的力臂，具备较强的抗侧滚能力。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，超导磁体1的超导线圈13的数量及极性分布不一定与图中完全一致；或者，永磁阵列2不一定与图中完全一致，可根据需要进行调整，采用其他形式的海尔贝克阵列，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

该磁浮列车悬浮系统将超导磁体1与“8”字型线圈3、永磁体阵列2与导体板5组合应用，进一步增加被动导向能力，使列车具备更强的导向恢复能力，确保列车在更高速运行时的稳定性及安全性，解决了高速条件下车辆横向承载能力不足、抗侧滚能力差问题，其悬浮、导向系统均采用被动式悬浮，悬浮力及导向力均为被动力，取消了主动控制系统，简化了整车系统配置。

此外，采用超导磁体和永磁体，工作状态下的能耗非常低，使得整车供电系统容量较低，系统复杂度大幅降低，更利于节能。

以上对本发明所提供的磁浮列车悬浮系统进行了详细介绍。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)

1.一种磁浮列车悬浮系统，其特征在于，包括T型轨道(9)和悬浮架(6)，所述T型轨道(9)具有横向的承载部和纵向的支撑部，所述悬浮架(6)的两侧向内弯折至所述T型轨道(9)承载部的下方，与所述T型轨道(9)形成T型抱轨结构；

所述T型轨道(9)承载部的上表面安装有左右对称的“8”字形线圈(3)和牵引线圈(4)，所述“8”字形线圈(3)位于表层，所述牵引线圈(4)位于内层；所述悬浮架(6)的内顶部安装有超导磁体(1)，所述超导磁体(1)与所述“8”字型线圈(3)相对，且所述超导磁体(1)偏离所述“8”字型线圈(3)的中心线；

所述T型轨道(9)承载部的两侧安装有导体板(5)，所述悬浮架(6)的内侧安装有永磁体阵列(2)，所述永磁体阵列(2)与所述导体板(5)相对。

2.根据权利要求1所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述超导磁体(1)相对于所述“8”字型线圈(3)的中心线偏向于外侧，或者，所述超导磁体(1)相对于所述“8”字型线圈(3)的中心线偏向于内侧。

3.根据权利要求1所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述悬浮架(6)的内顶部安装有用于支撑车辆的走行轮(10)，和/或，所述悬浮架(6)向内弯折的末端设有防撞轮(11)。

4.根据权利要求1所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述超导磁体(1)包括偶数个超导线圈(13)，且相邻两个所述超导线圈(13)的极性相反。

5.根据权利要求4所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，单个所述超导线圈(13)呈长圆形，其长度大于等于相邻两个所述“8”字型线圈(3)的宽度，且小于相邻三个所述“8”字型线圈(3)的宽度。

6.根据权利要求5所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述超导线圈(13)的外部包裹有杜瓦(12)。

7.根据权利要求1所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，每两个所述悬浮架(6)为一组形成悬浮架组件，所述悬浮架组件沿车体长度方向间隔设置，相邻的两组所述悬浮架组件之间形成安装所述超导磁体(1)和永磁体阵列(2)的区域。

8.根据权利要求7所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述悬浮架(6)与车体(8)之间设有悬挂系统(7)，所述悬挂系统(7)位于每组所述悬浮架组件的顶部与车体(8)之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述永磁体阵列(2)的永磁体以海尔贝克阵列的形式排列分布。

10.根据权利要求9所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述导体板(5)为铜板、铝板或板状线圈。

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