CN1274659A - 磁浮动力舱 - Google Patents

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Abstract

磁浮动力舱包括由永磁吸浮和斥浮机构组成的永磁悬吊部分和动力部分。舱内中部装有动停架,架上安装一对可绕轴转动的起停动力轮,可与导向轨表面接触或脱离。舱两侧安装与变频调速器相连的永磁直线电动机的车载定子绕组,可周期性地变换该绕组的励磁极性。本动力舱的永磁补偿悬浮结构可保证列车稳定运行,并可消除机械摩擦力,可大大提高永磁悬浮列车的超载潜力。

Description

磁浮动力舱
本发明涉及一种永磁悬浮列车所用的悬吊装置，具体地说，涉及一种管道真空吊轨悬浮列车使用的磁浮动力舱。
在当今交通技术领域中，采用磁悬浮列车的运输系统被喻为二十一世纪交通领域的绿色革命。虽然二十世纪四十年代起已有人提出采用磁悬浮方式实现车辆运行的思想，终因这涉及全新的运行技术，而且是多学科的综合技术，直至四十年后的八十年代才有实际的电磁悬浮列车问世。迄今，德国、日本等国先后在电磁悬浮列车方面已发展到实用阶段，如德国的TR系列“常导”型电磁悬浮列车，采用直线电机推进，时速可达450Km/h。这种电磁悬浮列车需将路基高架，再将车体底部环抱在轨道上方，以避免车体脱轨或倾覆。八十年代日本率先推出MLX01系列“超导”型磁悬浮列车，它需使用低温超导线圈，借以产生强大的磁场，列车在U形槽内走行，槽的侧壁间隔地安装着“8”字形导电环，既有导向作用，更是借以对列车产生浮力的感应线圈。这些现有技术均可参见《磁悬浮列车重大技术经济问题研究报告》(磁悬浮列车技术汇编1998.8)
当今的这些现有技术磁悬浮列车均属于“卧轨式”电磁悬浮结构，它们的共同缺点在于造价过高，其中“常导”型磁悬浮列车每公里造价约需1.5亿圆人民币，而“超导”型者更需要高达6.8亿圆人民币的昂贵投资。另外，它们的超载潜力极为有限，只有客运使用意义。更为现实的缺点在于这种“卧轨式”电磁悬浮列车与现有的各种运输系统的兼容性差。具体地说，在与机场、港口、普通轮轨铁路、公路等兼容作业问题上存在诸多技术上的困难。而且，以上述结构列车构成的运输系统属“敞开式”系统，难于进一步提高列车的速度。
本发明的目的在于提供一种结构简单、运行可靠，可为悬吊式永磁悬浮列车提供悬吊支承及动力的磁浮动力舱。
本发明的目的是以如下方式实现的。本发明提出一种永磁补偿式悬浮列车用的磁浮动力舱，它被安装在车体上部并包括永磁悬吊部分和动力部分，其特征在于：所述永磁悬吊部分包括永磁吸浮机构和永磁斥浮机构，其中所述永磁吸浮机构包括固定安装在所述动力舱内顶部的车吸浮永磁铁，它与安装在弓形吊枕上铁磁性轨板组成永磁吸浮机构。所述弓形吊枕的弦线部分有开口，用以容纳所述磁浮动力舱。所述磁浮动力舱两侧面有垂直于车体轴线安装的、永磁材料制成的补偿翼板，它们与所述弓形吊枕弦线部分开口两侧的平直翼面上安装的枕板上的永磁铁轨板组成永磁斥浮机构。
所述磁浮动力舱内顶部两侧安装的动力电磁铁装置与所述弓形吊枕的铁磁性轨板两侧安装的轨动力磁极组成直线电机，用以驱动列车沿轨道运行或制动列车。
所述磁浮动力舱内的两个侧壁上还装有导向电磁铁装置。
所述磁浮动力舱内的中部装有动停架，该动停架上安装一对可绕轴转动的起停动力轮，受液压动力传动机构的驱动，可在与轨道接触和脱离两种状态间变换，用以提供列车运行的辅助动力，或提供列车的制动力。
所述磁浮动力舱两侧安装有永磁直线电动机的车载定子绕组，该定子绕组与变频调速器相连，以便周期性地变换该绕组的励磁极性。所述车载定子绕组与轨道的轨板上等间距固定安装的永磁极组成永磁直线电动机。
使用本发明的磁浮动力舱可充分消除产生机械摩擦力的根源。如果再考虑到本磁浮动力舱所适用的真空永磁悬浮列车实际运行在10-2大气压环境的因素，则由于使用本磁浮动力舱，使得列车行进时耗能极少，计算表明，列车在整个系统中的悬浮功耗降低至接近0千瓦/吨的水平，而现有技术的TR系列列车为1千瓦/吨。另外，如果以现有技术中TR系列和MLX系列的“卧轨式”电磁悬浮列车的运行耗能为1，则本发明“吊轨式”永磁悬浮列车系统的运行耗能仅为1/100，这些都为本发明系统提供了充分降低运行成本的发展空间，可大大提高与之配套的永磁悬浮列车的超载潜力，兼具客运和货运意义。此外，本磁浮动力舱可充分保证列车运行中所需的动力，并可灵活地控制列车的起停及运行速度。
以下将参照附图通过对具体实施例的详细描述，使本发明的上述结构和优点变得愈为清晰，其中：
图1是本发明磁浮动力舱的剖面结构示意图；
图2表示安装图1所示磁浮动力舱的永磁悬浮列车及与之配合的弓形轨枕的结构布置示意图；
图3表示安装在动停架上的起停动力轮处于工作状态的示意图；
图4表示安装在动停架上的起停动力轮处于非工作状态的示意图。
以下参照图1和2以一种GKC06型管道真空永磁补偿悬浮列车为例说明本发明磁浮动力舱的结构和与它弓形轨道的配合情况。
本实施例的GKC06系统采用永磁补偿悬浮技术，实现永磁斥悬浮和永磁吸悬浮相互补偿的协同工作，从而大幅度提高列车的承载能力，并降低磁悬浮路的造价。
如图2所示，本实施例的磁浮动力舱用于将磁悬浮列车车体3悬吊在一密封管道100中运行。具体地说，弓形吊枕5借助倒T形纵向加强筋7固定安装管道100内的顶部，弓形吊枕5的圆弧部分与密封管道100的内壁吻合，其下部直线部分5′的中间段有开口，用以容纳车体3的磁浮动力舱，而所余平直段上装有铁磁性斥浮基板4，基板4上安装构成斥悬浮机构的平板状轨永磁体2。
本实施例的磁浮动力舱安装在车体3的上部，磁浮动力舱外部侧面与车体轴线垂直的两翼上安装铁磁性基板5″，所述铁磁性基板5″下表面安装有平板状车永磁体1，车永磁体1与轨永磁体2之间的气隙为5-15mm，二者以相同磁极的平面彼此相对，其间相互作用的斥力使磁悬浮车体3悬浮在轨道上。
结合图1和图2可以看出，永磁吸浮机构包括本实施例磁浮动力舱内顶部的宽板状车吸悬浮永磁板8，它被安装在铁磁性吸浮基板9上，而所述铁磁性吸浮基板9又被安装在升降横梁10上，升降横梁10与液压系统11固定连接。另外，在所述吸浮永磁板8上方的弓形吊枕5上对应地设置铁磁性吸浮轨板12。其中车吸悬浮永磁板8与铁磁性吸浮轨板12之间产生的吸引力使列车悬浮；借助液压系统11，由与之相连的微型计算机根据列车运行的情况控制所述升降横梁10，使车吸悬浮永磁板8随铁磁性吸浮基板9沿导向柱32升降，从而保持车吸悬浮永磁板8与弓形吊枕5上安装的铁磁性吸浮轨板12间的气隙在10-40mm范围。
又如图1和2所示，本实施例的磁浮动力舱内，关于中轴线对称的两侧装有标号14表示的车动力电磁铁，与此车动力电磁铁14对应位置的上方并在铁磁性吸浮轨板12的两侧设置轨动力磁极15。所述车动力电磁铁14与轨动力磁极15之间通过传感器产生正反向磁场，以推动列车向前或向后运动。
另外，磁浮动力舱内两侧壁上还安装车导向电磁铁16，与车导向电磁铁16对应地，在弓形吊枕5上安装铁磁性导向轨17。车导向电磁铁16与铁磁性导向轨17间保持一定的气隙，当超出该限定值时，则由同侧安装的传感器控制车导向电磁铁16通电，并产生磁场，吸引同侧的铁磁性导向轨17，使磁悬浮车体3回到上述限定的气隙范围。
图1中还示出，在本实施例的磁浮动力舱内部的铁磁性吸浮基板9下面中央部位，对称地安装着一对动力轮27，它们固定安装在动停架钢梁28上。动力轮27分别与各自的电动机29共轴，电动机29与各自的动力轮27相对地固定在动停架钢梁28上。动停架钢梁28的一端与弹簧支座30相连，另一端与液压离合器31连接。受液压离合器31的驱动，动停架钢梁28可围绕弹簧支座30的支轴(图中未示出)枢轴转动，从而带动固定于其上的动力轮27作绕轴运动，实现与导向轨17表面的接触或脱离。
当列车起动时，计算机控制液压离合器31驱动动停架钢梁28作彼此分开的绕轴运动，带动动力轮27和电动机29作彼此远离的运动，并使动力轮27与弓形吊枕两端的导向轨17表面接触(参见图3)，同时计算机启动电动机29转动，进而动力轮27随之转动，借助动力轮27与导向轨17表面间的摩擦力驱动列车运动。待列车被加速到预定速度时计算机控制电动机停止转动，进而动力轮27停止转动，并驱动动停架钢梁28作彼此合拢的运动，使动力轮脱离与导向轨17表面的接触，此后，列车以直线电机的动力保持运行，如图4所示。
类似地，当列车要停止运行时，可由计算机控制动停架钢梁28、动力轮27重复上述运动，只是电动机29的转动方向与上述过程中的转动方向相反，从而在动力轮27与导向轨17表面间产生相反方向的摩擦力，实现对列车的制动，如图3所示。而且，作为这一情况的延伸，当列车需较长时间停止运行，如在车站停车的情况下，可利用上述动力轮支撑列车车体3。
在特别的情况下，如果遇有直线电机或导向电磁铁因故不能正常工作的情况，则上述动停架结构可在一定程度上替代它们，维持列车的运行。

Claims (9)

1.一种永磁补偿式悬浮列车用的磁浮动力舱，安装在车体上部，包括永磁悬吊部分和动力部分，其特征在于：
所述永磁悬吊部分包括永磁吸浮机构和永磁斥浮机构，其中所述永磁吸浮机构包括固定安装在所述磁浮动力舱内顶部的车吸浮永磁铁，与安装在弓形吊枕上铁磁性轨板组成永磁吸浮机构；弓形吊枕的弦线部分有开口，用以容纳所述磁浮动力舱；所述磁浮动力舱两侧面有垂直于车体轴线安装的、永磁材料制成的补偿翼板，它们与所述弓形吊枕弦线部分开口两侧的平直翼面上安装的枕板上的永磁轨板组成永磁斥浮机构；
所述磁浮动力舱内顶部两侧安装的动力电磁铁装置与所述弓形吊枕的铁磁性轨板两侧安装的轨动力磁极组成直线电机，驱动列车沿轨道运行或制动列车；
所述磁浮动力舱内的两个侧壁上还装有导向电磁铁装置；
所述磁浮动力舱内的中部装有动停架，该动停架上安装一对可绕轴转动的起停动力轮，受液压动力传动机构的驱动，可在与导向轨表面接触与脱离两种状态间变换，提供列车运行的辅助动力或提供列车的制动力；
所述磁浮动力舱两侧安装有永磁直线电动机的车载定子绕组，该定子绕组与变频调速器相连，以周期性的方式变换该绕组的励磁极性；所述车载定子绕组与轨板两侧等间距固定安装的永磁极组成永磁直线电动机。
2.一种如权利要求1所述的磁浮动力舱，其特征在于：所述磁浮动力舱外部侧面与车体轴线垂直的两翼上安装铁磁性基板(5″)，所述铁磁性基板(5″)下表面安装有平板状车永磁体(1)，车永磁体(1)与轨永磁体(2)以相同磁极的平面彼此相对。
3.一种如权利要求2所述的磁浮动力舱，其特征在于：所述车永磁体(1)与轨永磁体(2)之间的气隙为5-15mm。
4.一种如权利要求1所述的磁浮动力舱，其特征在于：所述磁浮动力舱内顶部的宽板状车吸悬浮永磁板(8)被安装在铁磁性吸浮基板(9)上，而所述铁磁性吸浮基板(9)又被安装在升降横梁(10)上，升降横梁(10)与液压系统(11)固定连接；所述吸浮永磁板(8)与其上方对应地设置的铁磁性吸浮轨板(12)组成所述永磁吸浮机构。
5.一种如权利要求4所述的磁浮动力舱，其特征在于：还包括液压系统(11)，控制所述升降横梁(10)沿导向柱(32)升降。
6.一种如权利要求5所述的磁浮动力舱，其特征在于：所述吸悬浮永磁板(8)与安装在弓形吊枕(5)上的铁磁性吸浮轨板(12)间的气隙在10-40mm范围。
7.一种如权利要求1所述的磁浮动力舱，其特征在于：在所述磁浮动力舱内，关于中轴线对称地装有车动力电磁铁(14)，与此车动力电磁铁(14)对应位置的上方并在铁磁性吸浮轨板(12)的两侧设置轨动力磁极(15)。
8.一种如权利要求7所述的磁浮动力舱，其特征在于：所述磁浮动力舱内两侧壁上还安装车导向电磁铁(16)，弓形吊枕(5)上与车导向电磁铁16对应地安装铁磁性导向轨(17)；车导向电磁铁(16)与铁磁性导向轨(17)间保持一定的气隙。
9.一种如权利要求7所述的磁浮动力舱，其特征在于：所述铁磁性吸浮基板(9)下面中央部位，对称地安装着一对动力轮(27)，它们固定安装在动停架钢梁(28)上；动力轮(27)分别与各自的电动机(29)共轴，二者相对地固定在动停架钢梁(28)上；动停架钢梁(28)的一端与弹簧支座(30)相连，另一端与液压离合器(31)连接。
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