CN1792663A - 磁浮车悬浮磁铁箱体梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开的磁浮车悬浮磁铁箱梁。包括一个具有安装托臂的开孔和用于固定磁铁铰接并承担主承力梁的磁铁箱梁体和悬浮电磁铁。所述磁铁箱梁体的背梁上面布置有至少二个端部磁极、四个高于主磁极铁芯的高铁芯磁极和六个主磁极和一个安装在悬浮电磁铁两端与所述高铁芯磁极铁芯之间的悬浮间隙测量单元。这样的组合排列能够达到相吸与相斥平衡的临界点。它通过调节悬浮电磁铁中励磁线圈的电流来控制悬浮力的大小，将相应荷载均匀地分配到剩余的悬浮电磁铁上，使悬浮电磁铁功能面与轨道相应功能面保持一定的间隙。磁铁箱梁体采用U型机构减轻了安装机构的重量。其中把线圈绕组高度的增大和线圈绝缘厚度减小，改善了线圈/铁芯间的传热性能。

Description

磁浮车悬浮磁铁箱体梁

技术领域

本发明涉及一种无接触的悬浮和导向，且不需要主动控制磁浮车的磁浮车悬浮磁铁箱体梁。

技术背景

几千年来人类陆上交通工具从马车进化到汽车、火车、磁浮车四个阶段，其中磁浮车是唯一没有轮子的车，而靠磁力线悬浮车子、离开轨道梁1CM～10CM处飞驶。由于它不和铁轨接触、也就消除了摩擦与振动，因此是行驶速度最快(时速大于500千米)、最平稳、最安全、又最舒适的超级低空飞行列车。20世纪80年代我国西南交通大学与国防科技大学开始研究磁浮车，经过20多年的努力，造出了试验性常导与超导磁浮车，直到去年才由上海合资建造出了世界上第一条试运营的磁悬浮列车。磁悬浮列车包含有两项基本技术，一项是用于牵引的直线电动机，另一项是使列车悬浮起来的电磁系统。磁悬浮列车按悬浮方式又分为常导型及超导型两种。常导型技术比较简单，以德国的TR型磁悬浮列车为代表；超导型技术相当复杂，并需屏蔽发散的强磁场。这种车以日本山梨线的MLX型车为代表。据悉，德国磁浮列车和轨道上都有线圈，通电后同性相斥实现悬浮。日本磁浮技术方案采用与磁性相斥的超导材料，再用通电后的线圈产生吸力实现悬浮。磁浮车实现悬浮的问题在于要使组合排列的悬浮磁铁达到相吸与相斥平衡的临界点，又不需要任何能源，不管是开着还是停着，列车就一直呈现悬浮状态。一般的电车是利用车轮将马达的旋转能变成推进力，而线形马达则是将普通的马达摊开排成一直线，以直接将电能转变成推进力。磁浮车的线形马达是将相当于马达外壳的部分固定在地上，而将马达的回转磁铁以装在车体上的电磁铁来代替。再与列车两侧面相对的壁上，装有相当于一般马达磁场的线圈，只要通上电流，就会变成电磁铁。所以它与普通的轮轨列车不同，磁浮列车是通过安装在悬浮磁铁箱梁上的磁极产生磁场，运用固定在磁铁装置上的磁极与轨道上的悬浮锭子通电后产生提供支承车辆浮起的垂向悬浮力，再把整个车辆荷载传递到轨道上。车辆的荷载是通过悬浮磁铁机构中的“托架”及“连接拉杆”机械连接机构传递到各个悬浮托臂中的两个相邻的部分悬浮电磁铁上，由悬浮电磁铁来承担车辆的重量。正常情况下由各个电磁铁分担车辆重量。当一个悬浮控制电路发生故障时，其控制的部分悬浮电磁铁不能产生悬浮力，这部分悬浮电磁铁所承担的荷载由相邻的悬浮电磁铁承担，这时失效的部分悬浮电磁铁所在位置的空气弹簧要排气。当对应的空气弹簧部分排气或完全排气后，相应荷载可以几乎均匀地分配到剩余的悬浮电磁铁上。悬浮电磁铁除产生悬浮力和牵引电机励磁磁场外，还要通过直线发电机为车辆提供电能。公知悬浮电磁铁磁极散热面积小，悬浮电磁铁传热性能差。悬浮电磁铁线圈中通入电流后会引起电磁铁励磁线圈温度的升高，由于线圈温度过高后会对线圈的功能造成损伤。

发明内容

本发明是对现有技术的进一步发展和改进，以满足列车在高速行驶过程中的强度和刚度要求，以及电性能要求，其目的是提供一种组合排列能够达到相吸与相斥平衡的临界点，且能减轻其重量的悬浮电磁铁安装机构。

本发明的另一目的是改善电磁铁磁极传热性和散热。

为了达到上述目的。本发明提供的一种沿列车长度方向布置在轨道下方，且布置在每一节车厢包括端车下部四个悬浮架两侧各八个悬浮框，相邻于两个悬浮框之间的电磁铁安装机构，它包括一个具有安装托臂的开孔和用于固定磁铁铰接，并承担主承力梁的磁铁箱梁体和悬浮电磁铁，其特征在于，所述磁铁箱梁体的背梁上面布置有至少二个端部磁极、四个高于主磁极铁芯的高铁芯磁极和六个主磁极；和一个用来测量气隙、垂向加速度和列车运行速度并安装在悬浮电磁铁两端与所述高铁芯磁极铁芯之间的悬浮间隙测量单元；一个用于导磁，安装在磁轭安装托架的磁轭弹簧片与磁极之间的磁极磁轭；以及固定悬浮电磁铁并连接所述悬浮电磁铁与托臂的连接拉杆和位于两个悬浮框之间承担悬浮电磁铁安装结构重量的主承力梁“磁铁箱梁体”。由于所有其它部件都固定在磁铁箱梁体上，它必须维持整个装置的强度和刚度。

本发明相比于现有技术具如下有有益效果。

本发明的荷载是通过悬浮磁铁安装机构中的“托架”及“连接拉杆”机械连接机构传递到各个悬浮托臂中的两个相邻的部分悬浮电磁铁上，由悬浮电磁铁来承担车辆的重量。正常情况下由各个电磁铁分担车辆重量。当一个悬浮控制电路发生故障时，其控制的部分悬浮电磁铁不能产生悬浮力，这部分悬浮电磁铁所承担的荷载由相邻的悬浮电磁铁承担，这时失效的部分悬浮电磁铁所在位置的空气弹簧要排气。当对应的空气弹簧部分排气或完全排气后，相应荷载可以几乎均匀地分配到剩余的悬浮电磁铁上。它通过调节悬浮电磁铁中励磁线圈的电流来控制悬浮力的大小，使悬浮电磁铁功能面与轨道相应功能面保持一定的间隙。磁铁箱梁体的背梁上面布置的至少二个端部磁极、四个高于主磁极铁芯的高铁芯磁极和六个主磁极；和一个用来测量气隙、垂向加速度和列车运行速度，安装在悬浮电磁铁两端与所述高铁芯磁极铁芯之间的悬浮间隙测量单元，这样的组合排列能够达到相吸与相斥平衡的临界点。磁铁箱梁体采用U型机构减轻了安装机构的重量。

由于悬浮电磁铁的跟随特性造成了悬浮间隙的动态变化，为了保证在电磁铁悬浮间隙动态变化的情况下悬浮力大小的稳定并与承受荷载平衡，悬浮电磁铁的励磁电流必须跟随悬浮间隙的变化，所以要在悬浮电流平均值上附加有一个交变电流分量。悬浮电磁铁跟随特性引起的最大间隙动态偏差在列车荷载情况A时为4.5mm，荷载情况B和C时为5.5mm。另外悬浮间隙的动态变化特性还会造成相对于最大静态荷载10％的动荷载。满足了列车在高速行驶过程中的强度和刚度要求，以及电性能要求。

悬浮电磁铁线圈中通入电流后会引起电磁铁励磁线圈温度的升高，由于线圈温度过高后会对线圈的功能造成损伤，所以必须有较好的措施来防止悬浮电磁铁线圈温度过高。悬浮电磁铁最高温度出现在位于磁极之间缝隙区域的最外层磁极线圈上。因此，悬浮电磁铁的设计上，针对电磁铁线圈温升采取了如下几个方面的详细设计。

1)通过把线圈绕组高度从71mm增加到83mm，扩大了磁极散热表面的面积；通过把线圈绝缘厚度从2.3mm减少到1.2mm，改善了线圈/铁芯间的传热性能；

2)磁铁箱梁体的紧固件在电磁铁磁极和背梁之间有更好的传热性能；

3)更长的磁铁箱梁体，从2923mm增加到3045.5mm。

通过以上设计，能使整个悬浮电磁铁具有传热的性能，以满足其功能要求。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本发明所公开的内容和保护范围。

图1是本发明布置在轨道下方的截面结构示意图

图2是本发明布置在车厢下部悬浮架悬浮框之间的截面结构示意图。

图3是本发明的构造示意图。

图4是本发明的典型截面结构示意图。

图5是本发明的磁铁箱梁体构造示意图及截面结构示意图。

图6是图5的侧视图。

图7是本发明磁轭安装托架和磁轭的示意图。

图8是图7的截面示意图。

图9是本发明连接整个悬浮电磁铁与托臂的连接拉杆结构示意图。

附图中，1悬电浮磁铁、2悬浮框、3轨道、4轨道上的悬浮锭子、5磁铁箱梁体、6悬浮电磁铁磁极、7悬浮间隙测量单元、8裙板连接支座、9托架、10连接拉杆、11接线槽装配件、12磁轭安装托架、13磁轭、14磁轭片弹簧、15托臂。

具体实施方式

图1～图4描述了沿着整列车长度方向布置，主要由悬浮电磁铁磁极6、悬浮间隙测量单元7、磁极磁轭13、磁铁箱梁体5、磁轭安装托架12、连接拉杆10、裙板连接支座8以及托架9等组成的悬浮电磁铁安装机构。通常每一节车有四个悬浮架。每个悬浮架有四个悬浮框2，每个悬浮框2又安装了两个托臂15，也就是说一节车的两侧各有八个悬浮框2。悬浮电磁铁1相邻两个悬浮框之间(即安装在两个悬浮框2的两个相邻托臂15之间)，且布置在轨道3下方。

每个悬浮电磁铁装置长约三米，悬浮电磁铁机构上的各个零部件通过悬浮电磁铁1的悬浮磁铁箱梁体连接起来构成一个整体。在背梁上面布置着悬浮电磁铁的以下部件：悬浮电磁铁磁极6；悬浮间隙测量单元7；磁铁箱梁体5上留有受流器的安装位置以及与两个悬浮架托臂相连接的磁铁铰接机构(连接拉杆10)的固定铰接点；在每一辆端车头部的两个悬浮电磁铁1中，各安装一个用于绝对定位测量的绝对定位读码器。每个悬浮电磁铁装置的磁铁箱梁体上固定了裙板连接支座8。磁铁箱梁体5内侧安装有磁轭安装托架12和起导磁作用的固定磁极磁轭13。

列车有两种不同磁极数量的电磁铁。端车头部的两个悬浮电磁铁各有十四个磁极，其中有两个端部磁极、六个高铁芯磁极和六个主磁极；其余悬浮电磁铁6各有十二个磁极、分别为二个端部磁极、四个高铁芯磁极与六个主磁极。高铁芯磁极功能上与主磁极相同，只是铁芯较高，留出了一定的空间用于安装悬浮间隙测量单元。悬浮间隙测量单元安装在悬浮电磁铁1两端高铁芯磁极的铁芯之间，用来测量气隙、垂向加速度和列车运行速度。用于产生磁场的磁极包括主磁极、高铁芯磁极和端部磁极。安装在磁轭13上方，通过紧固件固定在磁铁箱梁体5的外侧。为了安装悬浮间隙测量单元7，高铁芯磁极的励磁线圈上平面低于磁极铁芯上表面，从而留出了一个用于安装悬浮间隙测量单元7的安装位置，在装上悬浮间隙测量单元7后整个悬浮电磁铁1表面保持平整。通过刚性磁铁箱梁体5和相应的磁极和传感器装配形成平整的磁极表面，还通过一些填盖措施，使磁铁外表面的各端面都较光滑平整，以减轻高速时的空气湍流，降低噪声。为了扩大了磁极散热表面的面积，可以把线圈绕组高度从71mm增加到83mm，通过把不同磁极数量的电磁铁线圈绝缘厚度从2.3mm减少到1.2mm，以改善线圈/铁芯间的传热性能。

在图5、图6中，用于固定磁极/磁极磁轭的磁铁箱梁体5、安装悬浮间隙测量单元，具有安装托臂的开孔和用于固定磁铁铰接的机构，可以布置电缆和安装受流器。，磁铁箱梁体的结构示意图见图5，磁铁箱梁体用LY12M-δ6采用钣金成形，也可以采用其它的加工方式成形，但必须满足整个悬浮电磁铁的强度和刚度要求。为使磁铁箱梁体5有更好的传热性，磁铁箱梁体5可以从2923mm增加到3045.5mm。把磁铁箱梁体5的紧固件连接在电磁铁磁极和背梁之间。如果磁铁箱梁体5采用其它的结构形式，将增加其机构重量和生产成本，因此磁铁箱梁体采用U型机构能满足性能要求。

在图7、图8描述的磁轭安装托架和磁轭示意图中，磁轭安装托架12由多个角型材、磁轭片弹簧14以及多个托架垫片通过铆钉铆接而成，整个磁轭安装托架12固定在磁铁箱梁体5内侧，在磁轭片弹簧14上方安放有磁轭13。起导磁作用的磁轭13安装托架12的高度是通过磁极的上表面的要求决定的。磁轭13调整通过安装在磁轭安装托架12的垫片的厚度调整。

图9中的连接拉杆10是整个悬浮电磁铁1与托臂15的连接机构，固定悬浮电磁铁，并传递车辆的载荷。

除以上主要部件外，悬浮磁铁机构中还有接线槽装配件11和托架，接线槽装配件11主要是用来固定和保护磁极的各种电缆；托架与托臂的弹性元件组成铰接机构，实现对动态电磁悬浮力的解耦。

另外，端车头部的悬浮电磁铁每个增加了两个高铁芯磁极。出于冗余度方面的原因，在四个高铁芯磁极区安装有四个悬浮间隙测量单元7。在每个端车头部悬浮电磁铁靠车头方向的磁铁背梁上还安装有两个齿槽计数器，用于列车的相对定位测量，各安装一个用于绝对定位测量的绝对定位读码器。其余的部件都与普通的悬浮电磁铁机构相同。

Claims (10)

1一种沿列车长度方向布置在轨道下方，且布置在每一节车厢包括端车下部四个悬浮架两侧各八个悬浮框，相邻于两个悬浮框之间的电磁铁安装机构，它包括一个具有安装托臂的开孔和用于固定磁铁铰接，并承担主承力梁的磁铁箱梁体和悬浮电磁铁，其特征在于，所述磁铁箱梁体的背梁上面布置有至少二个端部磁极、四个高于主磁极铁芯的高铁芯磁极和六个主磁极；和一个用来测量气隙、垂向加速度和列车运行速度并安装在悬浮电磁铁两端与所述高铁芯磁极铁芯之间的悬浮间隙测量单元；一个用于导磁，安装在磁轭安装托架的磁轭弹簧片与磁极之间的磁极磁轭；以及固定悬浮电磁铁并连接所述悬浮电磁铁与托臂的连接拉杆和位于两个悬浮框之间承担悬浮电磁铁安装结构重量的主承力梁“磁铁箱梁体”。

2.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于端车头部至少有两个悬浮电磁铁安装一个用于绝对定位测量的绝对定位读码器。

3.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，安装在端车头部的两个悬浮电磁铁中至少有两个端部磁极、六个高铁芯磁极和六个主磁极。

4.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，端车头部的悬浮电磁铁其中有四个高铁芯磁极区安装有四个悬浮间隙测量单元。

5.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，在每个端车头部悬浮电磁铁靠车头方向的磁铁背梁上还安装有两个齿槽计数器和一个用于绝对定位测量的绝对定位读码器。

6.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，所述的磁铁箱梁体上固定有裙板连接支座。

7.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，所述悬浮磁铁结构的磁极线圈绕组高度71mm～83mm或以上。

8.根据权利要求7所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，所述线圈绝缘厚度为1.2mm。

9.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，所述磁铁箱梁体长度为2923mm～3045.5mm。

10.根据权利要求1所述的悬浮磁铁箱体梁，其特征在于，所述磁铁箱梁体是U型。

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