CN116424105A - 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T型轨道与所述T型轨道形成T型抱轨结构；所述T型轨道承载部的侧面安装有第一“8”字形线圈和牵引线圈；所述悬浮架的内侧安装有第一超导磁体，所述第一超导磁体与所述第一“8”字型线圈及牵引线圈相对，且所述第一超导磁体的中心线低于所述第一“8”字型线圈和牵引线圈的中心线；所述T型轨道承载部的底部安装有第二“8”字形线圈，所述悬浮架的末端安装有第二超导磁体，所述第二超导磁体与所述第二“8”字形线圈相对，且所述第二超导磁体与所述第二“8”字形线圈的中心线重合。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。

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，所述悬浮架呈开口向下的倒“U”形，其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型轨道承载部的侧面安装有第一“8”字形线圈和牵引线圈，所述第一“8”字形线圈位于外层，所述牵引线圈位于内层；所述悬浮架的内侧安装有第一超导磁体，所述第一超导磁体与所述第一“8”字型线圈及牵引线圈相对，且所述第一超导磁体的中心线低于所述第一“8”字型线圈和牵引线圈的中心线；

所述T型轨道承载部的底部安装有第二“8”字形线圈，所述悬浮架的末端安装有第二超导磁体，所述第二超导磁体与所述第二“8”字形线圈相对，且所述第二超导磁体与所述第二“8”字形线圈的中心线重合。

可选地，所述悬浮架向内弯折的末端设有箱体结构，所述第二超导磁体安装于所述箱体结构的顶部。

可选地，所述箱体结构的内部安装有超低温制冷装置，所述超低温制冷装置用于所述对所述第一超导磁体和第二超导磁体进行制冷并维持低温环境。

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。

可选地，所述第一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第一“8”字型线圈的宽度，且小于相邻三个所述第一“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第一超导磁体和第二超导磁体的区域。

可选地，所述悬浮架与车体之间设有悬挂系统。

可选地，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。

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，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，利用竖向和横向的超导磁体与T型轨道侧面和底面的“8”字型线圈的组合，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为第一超导磁体的磁极分布示意图；

图4为第一超导磁体与第一“8”字型线圈和牵引线圈的位置关系示意图；

图5为第一超导磁体与第一“8”字型线圈的工作原理图；

图6为第一超导磁体与第一“8”字型线圈的磁力示意图；

图7为第二超导磁体与第二“8”字型线圈的工作原理图；

图8为第二超导磁体与第二“8”字型线圈的磁力示意图。

图中：

1.第二超导磁体；2.第一超导磁体；3.第一“8”字形线圈；4.牵引线圈；5.第二“8”字形线圈；6.悬浮架；7.悬挂系统；8.车体；9.T型轨道；10.走行轮；11.超低温制冷装置；12.第一安装区域；13.第二安装区域；19.杜瓦；20.超导线圈。

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承载部的侧面安装有第一“8”字形线圈3和牵引线圈4，第一“8”字形线圈3位于外层，牵引线圈4位于内层；悬浮架6的内侧安装有第一超导磁体2，第一超导磁体2与第一“8”字型线圈3及牵引线圈4相对，且第一超导磁体2的中心线低于第一“8”字型线圈3和牵引线圈4的中心线。

T型轨道9承载部的底部安装有第二“8”字形线圈5，悬浮架6向内弯折的末端设有箱体结构，箱体结构的顶部安装有第二超导磁体1，第二超导磁体1与第二“8”字形线圈5相对，在初始位置或理想状态下，第二超导磁体1与第二“8”字形线圈5的中心线重合。

箱体结构的内部安装有超低温制冷装置11，用于对第一超导磁体2和第二超导磁体1进行制冷并维持低温环境。

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。

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第一超导磁体2的第一安装区域12和安装第二超导磁体1的第二安装区域13，悬挂系统7位于每组悬浮架组件的顶部与车体8。

第一超导磁体2和第二超导磁体1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。

第一超导磁体2具有偶数个超导线圈20，超导线圈20极性为N、S交替分布，即相邻超导线圈20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20，且超导线圈20的外围由杜瓦19进行包裹(见图3)。

请一并参考图4、图5、图6，图4为第一超导磁体与第一“8”字型线圈和牵引线圈的位置关系示意图；图5为第一超导磁体与第一“8”字型线圈的工作原理图；图6为第一超导磁体与第一“8”字型线圈的磁力示意图。

第一超导磁体2的单个超导线圈20大体呈长圆形，其长度大于等于相邻两个第一“8”字型线圈3的宽度，且小于相邻三个第一“8”字型线圈3的宽度。

第一超导磁体2供电后可产生强磁场，在车辆运行过程中，与第一“8”字型线圈3产生电磁感应，在第一“8”字型线圈3内感应出电流及磁场，与第一超导磁体2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，如果车辆发生偏移，靠近侧第一超导磁体2与第一“8”字型线圈3间的横向斥力变大，远离侧第一超导磁体2与第一“8”字型线圈3之间的横向斥力减小，合力与偏移方向相反。

第一超导磁体2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，第一超导磁体2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。由于牵引电机安装在T型轨道9侧面，能够有效避免列车垂向波动及起浮、降落过程带来的电机间隙影响，即使列车悬浮系统故障，落车之后，直线牵引电机依旧可以正常工作，通过救援轮辅助，完成自主牵引救援。

请参考图7、图8，图7为第二超导磁体与第二“8”字型线圈的工作原理图；图8为第二超导磁体与第二“8”字型线圈的磁力示意图。

第二超导磁体1至少包含一个超导线圈，超导线圈极性不作具体要求，单个超导线圈大体呈长圆形，其长度大于等于相邻两个第二“8”字型线圈5的宽度，且小于相邻三个第二“8”字型线圈5的宽度。

第二超导磁体1和第二“8”字型线圈5的工作原理与第一超导磁体2和第一“8”字型线圈3类似，在初始位置或理想状态下，第二超导磁体1的中心线与第二“8”字型线圈5的中心线重合，此时，车辆运行时，第二“8”字型线圈5内不会产生感应电流，所以两者之间没有电磁力。如果车辆发生横向偏移，两者会产生反向的被动导向力，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。

工作时，第一超导磁体2内的超导线圈20极性为N、S交替分布，即相邻两超导线圈20的极性相反，超导线圈20通过空气相互形成磁场回路，超导线圈安匝数较大，能够产生较高磁场，第一超导磁体2即作为悬浮功能件又作为直线电机的励磁部件，轨道侧面的牵引线圈通入三相交流电，产生行波磁场，与超导线圈20产生的励磁磁场相互耦合作用，产生前进的动力，即牵引力。

超导线圈20产生的励磁磁场在运动过程中会经过轨道侧面的第一“8”字型线圈3，磁场在第一“8”字型线圈3内感应出电流，第一“8”字型线圈3与超导线圈20相互作用产生悬浮向上的分力，即被动悬浮力。随着速度提升悬浮力增大，在导向方向上，如果车辆发生偏移，靠近侧超导线圈20与第一“8”字型线圈3之间的横向斥力变大，远离侧超导线圈20与第一“8”字型线圈3之间的横向斥力减小，合力与偏移方向相反，从而使列车恢复到横向平衡位置。

在初始位置或理想状态下，第二超导磁体1的中心线与第二“8”字型线圈的中心线重合，车辆运行时，第二“8”字型线圈5内不会产生感应电流，所以两者之间没有电磁力。如果车辆发生横向偏移，两者会产生反向的被动导向力，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。

超导电动悬浮必须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，其产生的磁场较大，所以车辆与轨道之间的悬浮间隙较大，允许车辆存在较大的波动，而无需担心车辆撞轨。

当车辆垂向载荷增大，车辆会下落一定的高度，即第一超导磁体2中心线距离第一“8”字型线圈3中心线增大，向上的悬浮力相应增大，从而保证车辆车载。当车辆受较大气动升力而发生上移时，第一超导磁体2中心线距离第一“8”字型线圈3中心线减小，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，即第一超导磁体2中心线高于了第一“8”字型线圈3中心线，此时电磁力变为向下，将车辆拉回至平衡点。当发生横向偏移时，两套电动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，将悬浮架6设计成其他能够与T型轨道9形成T型抱轨结构的形状，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与“8”字型线圈组合应用，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，磁体均采用超导磁体，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)承载部的侧面安装有第一“8”字形线圈(3)和牵引线圈(4)，所述第一“8”字形线圈(3)位于外层，所述牵引线圈(4)位于内层；所述悬浮架(6)的内侧安装有第一超导磁体(2)，所述第一超导磁体(2)与所述第一“8”字型线圈(3)及牵引线圈(4)相对，且所述第一超导磁体(2)的中心线低于所述第一“8”字型线圈(3)和牵引线圈(4)的中心线；

所述T型轨道(9)承载部的底部安装有第二“8”字形线圈(5)，所述悬浮架(6)的末端安装有第二超导磁体(1)，所述第二超导磁体(1)与所述第二“8”字形线圈(5)相对，且所述第二超导磁体(1)与所述第二“8”字形线圈(5)的中心线重合。

2.根据权利要求1所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述悬浮架(6)向内弯折的末端设有箱体结构，所述第二超导磁体(1)安装于所述箱体结构的顶部。

3.根据权利要求2所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述箱体结构的内部安装有超低温制冷装置(11)，所述超低温制冷装置(11)用于所述对所述第一超导磁体(2)和第二超导磁体(1)进行制冷并维持低温环境。

4.根据权利要求1所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述悬浮架(5)的内顶部安装有用于支撑车辆的走行轮(10)。

5.根据权利要求1所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述第一超导磁体(2)包括偶数个超导线圈(20)，且相邻两个所述超导线圈(20)的极性相反。

6.根据权利要求5所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，单个所述超导线圈(20)呈长圆形，其长度大于等于相邻两个所述第一“8”字型线圈(3)的宽度，且小于相邻三个所述第一“8”字型线圈(3)的宽度。

7.根据权利要求6所述的磁浮列车悬浮系统，其特征在于，所述超导线圈(20)的外部包裹有杜瓦(19)。

8.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第一超导磁体(2)和第二超导磁体(1)的区域。

9.根据权利要求8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)。

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。

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