CN201174286Y - 一种永磁电磁混合磁铁结构 - Google Patents

一种永磁电磁混合磁铁结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种永磁电磁混合磁铁结构，包括铁芯、永久磁铁和线圈，其特征在于：所述铁芯中间位置开设有两平行的直线凹槽，线圈沿直线凹槽绕制于铁芯中间的凸柱上；所述永久磁铁设于铁芯底部。进一步地，所述永久磁铁分设两个，可位于铁芯底部中间位置，且嵌设于铁芯两直线凹槽下方。本实用新型通过改进电磁铁结构，将永久磁铁安装在铁芯底部中间位置，且嵌设于直线凹槽下方，可在实现磁浮列车稳定悬浮的同时，显著降低悬浮能耗，减小了线圈中的电流和电磁铁的发热。

Description

一种永磁电磁混合磁铁结构
【技术领域】
本实用新型涉及磁浮列车，具体涉及一种适用于中低速磁浮列车的永磁电磁混合结构。
【背景技术】
磁浮列车从悬浮机理上可分为电磁悬浮(EMS，electromagneticsuspension)和电动悬浮(EDS，electrodynamic suspension)两种，前者依靠吸力使列车悬浮在轨道之上，后者则依靠斥力实现，其中，EMS型磁浮列车比较成熟并已投入运营，如德国的TR系列和日本的HSST系列。中低速磁浮列车的时速一般为100～150公里，其结构简单、转弯半径小、爬坡能力强、噪声低，适合于城市轨道交通，具有广阔的发展前景。电磁铁是磁浮列车的关键部件，其结构设计决定电磁磁路的走向，直接影响磁浮列车的悬浮能耗。
目前，EMS型中低速磁浮列车的电磁铁由铁芯和线圈组成，铁芯采用U型结构，其中部绕制线圈；有电流通过线圈时，激励铁芯产生电磁场，从而与铁磁性轨道之间产生电磁吸引力，控制线圈中的电流可实现磁浮列车的稳定悬浮。此外，与磁铁的U型结构相对应，轨道采用倒U型结构，使得列车在稳定悬浮的同时可实现导向方向上的自稳定，这显著降低了系统的复杂度。但是，目前这种结构下，悬浮力由电磁力完全提供，需要相当大的线圈电流才能产生足够的悬浮力，由此导致磁浮列车的悬浮能耗较大，同时，过大的电流会引起电磁铁发热，影响其使用寿命。
永磁材料的飞速发展使得永磁体的工程应用得以实现。其中，钕铁硼材料拥有相当高的矫顽力和磁能积，其时间稳定性好，应用价值极高。永磁材料在磁浮列车中的一个较好的尝试是：在原中低速磁浮列车电磁铁中嵌入永久磁铁，利用永久磁铁提供大部分的悬浮力，电磁力只用于动态调整，以降低悬浮能耗，从而可以适当增大悬浮间隙。
国内外相关学者曾就永磁电磁混合结构进行研究，提出了两种方案：方案一是将永久磁铁安装在U型电磁铁的两个端面，这样安装和维护方便，便于磁铁散热，但永久磁铁的厚度有限制，且当电磁铁与轨道发生碰撞时容易损坏永久磁铁；方案二是将永久磁铁安装在铁芯底部中间，该结构中永久磁铁的厚度有很大的调整空间，永久磁铁不容易损坏，但是安装维护困难，且不利于永久磁铁散热。
【实用新型内容】
本实用新型针对目前永磁电磁磁铁混合结构现有技术存在的不足，提出了一种能够在产生足够大的悬浮力的同时，显著减小线圈中的电流，有效降低悬浮能耗和减少电磁铁发热之新型电磁铁结构。
本实用新型所提出的技术方案是：
一种永磁电磁混合磁铁结构，包括铁芯、永久磁铁和线圈，其特征在于：所述铁芯中间位置开设有两平行的直线凹槽，线圈沿直线凹槽绕制于铁芯中间的凸柱上；所述永久磁铁设于铁芯底部。
优选地，所述永久磁铁设于铁芯底部中间位置。
进一步地，所述永久磁铁分设两个，嵌设于铁芯两直线凹槽下方。
本实用新型的有益效果是，通过改进电磁铁结构，将永久磁铁安装在铁芯底部中间位置，且嵌设于直线凹槽下方，这种结构便于安装永久磁铁，从而通过永久磁铁提供大部分悬浮力来减小线圈中的电流和电磁铁的发热。
【附图说明】
图1为本实用新型永磁电磁混合磁铁结构立体图；
图2为本实用新型混合磁铁的纵剖面构造图；
图3为本实用新型使用状态的纵剖面结构图之一；
图4为本实用新型使用状态的纵剖面结构图之二。
图中：
1-铁芯；    1.1-直线凹槽；1.2-凸柱；
2-永久磁铁；3-线圈；
4-轨道；    δ-悬浮间隙； Φ-磁通量。
【具体实施方式】
如图1和图2所示，本实用新型由铁芯1、永久磁铁2和线圈3组成，所述铁芯1中间位置开设有两平行的直通凹槽1.1，其含有三个凸柱1.2，构成一向上倒置的E型结构，使铁芯1形成三个极面。所述永久磁铁2分设两个，嵌设于铁芯1两直线凹槽1.1下方，即安装在磁铁轭部的中间位置。如图2所示，所述线圈3置于直线凹槽1.1内，沿直线凹槽1.1绕制于铁芯1中间的凸柱1.2上。
如图3、图4所示，在同一磁铁结构中，本实用新型两永久磁铁2之同级相邻设置，相应地，轨道4亦采用与本实用新型相适配的向下倒置的E型结构，与本实用新型对称。这样，在实际使用中，可避免永久磁铁2与轨道4的碰撞，且不影响永久磁铁2的散热。同时，可实现导向方向的自稳定，与常用的U型结构相比，其导向能力更强。另外，铁芯1的三个极面对应轨道4的三个极面，其与轨道4之间的悬浮间隙为δ，可与轨道4之间形成两个闭合的磁路，两个磁路中总的磁通量为Φ。改变线圈3励磁电流的大小和方向，能够改变总磁通量Φ，从而改变电磁力的大小。
本实用新型永久磁铁2可提供磁浮列车所需的大部分悬浮力，而电磁铁则主要用于动态调整。同样的间隙下，给线圈3加正向电流，所产生的电磁场与永久磁铁2的磁场方向相同，总磁场加强，悬浮力加大；给线圈3加反向电流，所产生的电磁场与永久磁铁2的磁场方向相反，总磁场减弱，悬浮力减小。由于电磁力提供的悬浮力比重很小，所需的励磁电流小，因此，能显著降低悬浮能耗。
如图3、图4所示，本实用新型永磁磁铁2在铁芯1中的磁极位置可根据需要而设置，如图4中的磁极位置与图3的相反，磁路方向也与图3的相反。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种较佳的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1、一种永磁电磁混合磁铁结构，包括铁芯、永久磁铁和线圈，其特征在于：所述铁芯中间位置开设有两平行的直线凹槽，线圈沿直线凹槽绕制于铁芯中间的凸柱上；所述永久磁铁设于铁芯底部。
2、根据权利要求1所述的一种永磁电磁混合磁铁结构，其特征在于：所述永久磁铁设于铁芯底部中间位置。
3、根据权利要求1或2所述的一种永磁电磁混合磁铁结构，其特征在于：所述永久磁铁分设两个，嵌设于铁芯两直线凹槽下方。
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