CN1803489A - 混合磁悬浮的悬浮方法以及磁悬浮运载系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合磁悬浮的悬浮方法以及应用该方法的磁悬浮运载系统，包括有车体、轨道和磁体，通过控制磁体与轨道之间的磁力与车体重力的大小关系来控制车体上升、悬浮或下降，其所述的磁体由电磁铁和永磁体组成。本发明通过用永磁体提供部分的悬浮力，就可以减小电磁铁提供的悬浮力，也就是减小了电磁铁的静态励磁，从而减小了悬浮功耗，采用混合磁悬浮的悬浮方法，即采用永磁体和电磁铁的组合，可以大大减少悬浮功耗(可接近90％)，从而节约大量的电能。

Description

混合磁悬浮的悬浮方法以及磁悬浮运载系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮运载系统领域，特别是一种混合磁悬浮的悬浮方法以及应用该悬浮方法的磁悬浮运载系统。

背景技术

目前中低速磁悬浮运载系统的悬浮方式有两种：斥力型和吸力型。其中吸力型的悬浮方式已进入实际运营阶段，如日本东部丘陵线HSST运载系统---LINIMO系统。一般来说，磁悬浮列车每个车体1底部都安装有若干个电磁铁31，这些电磁铁31均匀分布在车底。如LINIMO磁悬浮列车每个车厢底部安装有10个电磁铁，左右两边各5个，如图1所示。磁悬浮列车就是靠这些电磁铁31与轨道4之间的电磁吸力来实现车体的悬浮。

磁悬浮列车的悬浮原理如图2所示。在图2中，轨道梁的侧面为悬空的倒U型钢质铁磁性轨道4，固定在悬浮车体1车厢底架2上的磁体3正好置于钢质铁磁性轨道(以下简称“轨道”)下方，且铁芯横截面呈正U型，与倒U型的轨道相对。

现有技术中磁体3全部采用电磁铁31，电磁铁31接通励磁电流后，会产生电磁场，正U型的电磁铁铁芯和倒U型的轨道形成闭环磁路，电磁铁31和轨道4之间产生电磁吸力。该电磁吸力与两个因素有关：

①电磁铁中的励磁电流；

②电磁铁与轨道之间的距离。

电磁铁中的励磁电流与电磁吸力成正比关系，励磁电流越大，电磁吸力也越大；电磁铁与轨道之间的距离跟电磁吸力成反比关系，电磁铁和轨道之间的距离越大，电磁吸力越小。

从图2可以看出，电磁铁31中接通励磁电流时，电磁铁31和轨道4之间存在电磁吸力，由于电磁铁31和车体1通过车厢底架2连在一起，列车(包含车体、车厢底架和电磁铁)会受到与电磁吸力大小相等，方向向上的悬浮力的作用。当悬浮力大于列车重力时，列车开始向上悬浮；当悬浮力小于列车重力时，列车不能悬浮，向轨面下降，直到列车支撑到轨道上；当悬浮力等于列车重力时，列车处于悬浮状态。

在电磁铁和轨道之间设置了感应器，实时探测电磁铁与轨道之间的距离。当车体上升到额定高度时(如日本LINIMO系统是8mm)，通过调节电磁铁的励磁电流，使悬浮力等于列车重力，列车悬浮在离轨道面8mm的地方。实际上，列车在运行过程中会产生振动，列车的悬浮高度也不是固定不变的。为了使列车的悬浮尽可能地保持稳定，需要实时调节电磁铁中励磁电流，使列车基本稳定在额定的悬浮高度上。所以，列车的悬浮是一个动态平衡的过程。

目前的中低速磁浮列车的悬浮功耗主要来源于悬浮电磁铁的励磁功耗。悬浮电磁铁的励磁又分为静态励磁和动态调整部分，而静态励磁电流消耗的功率占悬浮功耗的大部分(约占90％)。因此，如果能尽可能减小静态励磁电流消耗，也就减小了列车的悬浮功耗。LINIMO系统已于2005年3月在日本东部丘陵线投入了商业运行。从目前情况看，运营状态良好。但是，由于列车的悬浮力完全靠电磁铁的励磁电流产生，功耗比较大，约为600～800瓦/吨，在整车功率消耗方面占了很大的比重。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种可以显著减小磁悬浮列车悬浮功耗的混合磁悬浮的悬浮方法。

本发明的另一个目的是提供一种节约能源，降低能耗的混合磁悬浮运载系统。

本发明的目的是这样实现的：一种混合磁悬浮的悬浮方法，包括有车体、轨道和磁体，通过控制磁体与轨道之间的磁力与车体重力的大小关系来控制车体上升、悬浮或下降，其特征在于：所述的磁体由电磁铁和永磁体组成。

所述磁体与轨道之间的磁力大小可通过控制电磁铁中励磁电流或永磁体与轨道之间距离来动态调节。

一种磁悬浮运载系统，包括车体、轨道以及若干个安装于车体底部与轨道产生吸力的磁体，其特征在于：所述的磁体由电磁铁和永磁体组成。

本发明通过用永磁体提供部分的悬浮力，就可以减小电磁铁提供的悬浮力，也就是减小了电磁铁的静态励磁，从而减小了悬浮功耗，采用混合磁悬浮的悬浮方法，即采用永磁体和电磁铁的组合，可以大大减少悬浮功耗(可达90％)，从而节约大量的电能。

附图说明

图1是现有技术中车体底部电磁铁排布示意图；

图2是现有技术中磁悬浮运载系统的悬浮原理图；

图3是本发明实施例1的磁悬浮原理图；

图4是本发明实施例2的磁悬浮原理图；

图5是本发明实施例3的车体底部磁体排布示意图；

图6是本发明实施例3中永磁体的磁悬浮原理图。

具体实施方式

本发明是一种混合磁悬浮的悬浮方法，包括有车体1、轨道4和磁体3，磁体3与轨道4之间的吸力形成对车体1向上的悬浮力，通过控制该悬浮力与车体重力的大小关系来控制车体上升、悬浮或下降，磁体3由电磁铁31和永磁体32组成，共同提供对车体的悬浮力。磁体3与轨道4之间的磁力大小可通过控制磁体3数量，磁体3与轨道4之间距离，电磁铁31中励磁电流来设定。一般制造时磁体3的数量，电磁铁31与轨道4之间的距离等参数已经确定，因此磁体3与轨道4之间磁力可通过控制电磁铁31中励磁电流或永磁体32与轨道4之间距离来进行动态调节。

采用上述悬浮方法的一种磁悬浮运载系统，包括车体1、轨道4以及若干个安装于车体1底部与轨道产生吸力的磁体3，磁体3由电磁铁31和永磁体32共同组成。

实施例1

如图3所示，磁体3横截面为U型，U型的两端头为电磁铁31，中部为永磁体32，两电磁铁31和永磁体32是固定连接在一起的。

本实施例中磁体3由原来的整个电磁铁改装成两个电磁铁31和一块永磁体32固接而成的悬浮模块。当列车在未投入运营前，电磁铁31未接通励磁电流，电磁铁31不产生吸力，只有永磁体32和轨道4之间存在吸力。只要选用合适的永磁体32，使该吸力不足于使列车悬浮，列车支撑在轨道上。列车投入运营时，在电磁铁31中接通励磁电流，电磁铁31和轨道4之间也产生吸力。当电磁铁产生的吸力和永磁体产生的吸力的合力大于列车重力时，列车开始悬浮，通过控制电磁铁中的励磁电流，使列车基本稳定在额定的悬浮高度上。当车体位于额定悬浮高度时，永磁体和轨道之间的磁力大小控制在空车车体重力的80％至120％之间。

以日本HSST-100L中低速磁悬浮列车LINIMO为例，空载重量为17吨，满载重量为25吨。若采用本实施例，假设在列车达到额定悬浮间隙时(8mm)永磁体产生的吸力为15吨(小于车体重量)，则可以算出：列车在空载时，悬浮功耗可节约(15÷17)×90％＝79.4％；列车在满载时，悬浮功耗可节约(15÷25)×90％＝54％。

实施例2

如图4所示，磁体3横截面为U型，U型的两端头为电磁铁31，中部为永磁体32，电磁铁31和永磁体32是分体式安装，将永磁体31安装于上下移动机构上，使之可随上下移动机构移动。上下移动机构采用现有技术即可，在此不作限定。

永磁体32与轨道4之间的吸力大小，跟永磁体32与轨道4之间的距离有密切的关系。永磁体32与轨道4之间的距离越小，吸力越大；相反，若永磁体32与轨道4之间的距离越大，吸力越小。因此，可以利用上下移动机构上下移动永磁体32，通过调整永磁体32与轨道4之间的距离来调节永磁体32与轨道4之间的吸力。

当列车在未投入运营前，电磁铁31未接通励磁电流，电磁铁31不产生吸力，只有永磁体32和轨道4之间存在吸力。永磁体32安装于可根据车体1载重而调整永磁体32和轨道4之间距离的上下移动机构上。由于永磁体32可以利用上下移动机构上下移动，只要把永磁体32向下移动适当距离，该吸力不足于使列车悬浮，列车支撑在轨道上。列车投入运营时，利用上下移动机构向上移动永磁体32，永磁体32与轨道4之间的吸力增大，当永磁体32上移到一定位置时，电磁铁31才接通励磁电流。当电磁铁31产生的吸力和永磁体32产生的吸力的合力大于列车重力时，列车开始悬浮，通过控制电磁铁31中的励磁电流，使列车稳定在额定的悬浮高度上。

当车体1位于额定悬浮高度时，永磁体32和轨道4之间的磁力大小控制在车体重力的80％至120％之间，并可随车体1载重变化而变化。例如当列车上的乘客增加时，可以利用上下移动机构适当地向上移动永磁体32，增大永磁体32与轨道4之间的吸力；相反，当列车上的乘客减少时，可以利用上下移动机构适当地向下移动永磁体32，减小永磁体32与轨道4之间的吸力。因此，在本实施例中，不管列车的重量怎样变化，列车在额定悬浮高度位置时，永磁体32与轨道4之间的吸力都接近于列车的重力，电磁铁31只需接通相对较小的电流(主要用来动态调节悬浮力的大小)，就能保持列车的稳定悬浮。

若采用本实施例，永磁体相当于减去了电磁铁的静态励磁电流消耗，而静态励磁电流消耗的功率约占悬浮功耗的90％左右，因此，悬浮功耗可节约近90％。

实施例3

如图5所示，磁体3为独立的U型电磁铁31和U型永磁体32，分别安装于车体1底部。

现有磁悬浮列车每个车厢底部安装有若干对电磁铁，例如日本LINIMO磁悬浮列车每个车厢底部安装有5对电磁铁。在本实施例中可以把其中的部分电磁铁用永磁体代替，如图5，可以把中间的三对电磁铁换成永磁体32，两边的两对电磁铁31仍保留，其中，电磁铁的悬浮原理如图2所示，永磁体的悬浮原理如图6所示。

当列车在未投入运营前，电磁铁31未接通励磁电流，电磁铁31不产生吸力，只有永磁体32和轨道4之间存在吸力。只要选用合适的永磁体32，该吸力不会使列车悬浮，列车支撑在轨道上。列车投入运营时，在电磁铁31中接通励磁电流，电磁铁31和轨道4之间也产生吸力。当电磁铁31产生的吸力和永磁体32产生的吸力的合力大于列车重力时，列车开始悬浮，通过控制电磁铁31中的励磁电流，使列车基本稳定在额定的悬浮高度上。同样的，永磁体32可安装于上下移动机构上，使之可随上下移动机构移动，其与轨道的间隙调整可以改变悬浮力，适应车辆载重的变化，当车体1位于额定悬浮高度时，永磁体32和轨道4之间的磁力大小控制在车体1重力的80％至120％之间，并由上下移动机构控制，使磁力随车体1载重变化而变化。

若采用本实施例，永磁体也相当于减去了电磁铁的静态励磁电流消耗，因此其悬浮功耗也可节约近90％。

可见，若采用混合磁悬浮的悬浮方法，加入永磁体，可以大量节约中低速磁悬浮列车的悬浮功耗(最大可节约近90％)。

Claims (8)

1.一种混合磁悬浮的悬浮方法，包括有车体、轨道和磁体，通过控制磁体与轨道之间的磁力与车体重力的大小关系来控制车体上升、悬浮或下降，其特征在于：所述的磁体由电磁铁和永磁体组成。

2.根据权利要求1所述的混合磁悬浮的悬浮方法，其特征在于：所述磁体与轨道之间的磁力大小可通过控制电磁铁中励磁电流或永磁体与轨道之间距离来动态调节。

3.一种磁悬浮运载系统，包括车体、轨道以及若干个安装于车体底部与轨道产生吸力的磁体，其特征在于：所述的磁体由电磁铁和永磁体组成。

4.根据权利要求3所述的一种磁悬浮运载系统，其特征在于：所述的磁体横截面为U型，U型的两端头为电磁铁，中部为永磁体。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮运载系统，其特征在于：所述的电磁铁和永磁体固定连接在一起，当车体位于额定悬浮高度时，该永磁体和轨道之间的磁力大小控制在空车车体重力的80％至120％之间。

6.根据权利要求4所述的一种磁悬浮运载系统，其特征在于：所述的电磁铁和永磁体是分体式安装，永磁体安装于可根据车体载重而调整永磁体和轨道之间距离的上下移动机构上，当车体位于额定悬浮高度时，该永磁体和轨道之间的磁力大小控制在车体重力的80％至120％之间，并随车体载重变化而变化。

7.根据权利要求3所述的一种磁悬浮运载系统，其特征在于：所述的磁体为独立的U型电磁铁和U型永磁体，分别安装于车体底部。

8.根据权利要求7所述的一种磁悬浮运载系统，其特征在于：所述的永磁体通过可根据车体载重而调整永磁体和轨道之间距离的上下移动机构安装于车体底部，当车体位于额定悬浮高度时，该永磁体和轨道之间的磁力大小控制在车体重力的80％至120％之间，并随车体载重变化而变化。

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