CN205311363U - 一种基于错位结构的串联型永磁混合悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于错位结构的串联型永磁混合悬浮装置。每套装置包括永磁体和与之串联的电磁铁组成，且：永磁体和与之串联的电磁铁构成的U形装置的两极外沿宽度大于F型轨道宽度；一个以上的U形装置安装于列车转向架下方其中心线与F型轨中心线重合；轨道安装后下部工作平面的外沿宽度L等于F型轨宽度。本实用新型结构与传统结构相比，其悬浮力与气隙关系较弱，因此当载重、轨道平整度等因素导致悬浮变化时，电磁力波动较小，避免了传统结构普遍存在的悬浮吸死问题。降低了控制难度，同时增加了运行安全可靠性。与并联型永磁混合悬浮装置相比，该实用新型可实现“0”功率悬浮，降低能耗，且该装置结构更为简单，便于工程化生产。

Description

一种基于错位结构的串联型永磁混合悬浮装置

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮列车技术领域，具体涉及一种用于吸力型中低速磁浮列车的永磁混合磁浮装置。

背景技术

自上世纪20年代德国工程师肯佩尔提出磁浮列车概念以来，这种新型交通方式以其高速、安全等优势成为未来交通的主要方式之一。经过近百年的发展，磁浮列车逐渐形成电磁吸力悬浮(EMS)和电动斥力悬浮(EDS)两种主要模式。其中吸力悬浮目前逐步成为主流模式，德国TR、日本HSST系统均为改型磁浮的典型代表。

以上两种模式为常导磁浮，依靠电磁铁产生吸力，通过调整电流大小改变悬浮力和悬浮气隙，从而实现稳定悬浮。这种悬浮方式能耗较高，载重能力较低，成为制约其发展的主要原因之一。

为了克服常导吸力悬浮的缺陷，有学者提出混合悬浮模式，依靠通电的超导线圈提供悬浮力，常导线圈仅在负载或气隙突变时起到调节作用，从而实现“0”功率悬浮。但这种悬浮方式成本较高，且超导线圈存在“失超”风险。

随着稀土科学的发展，有学者提出用永磁体替代超导线圈，提供稳定悬浮力，常导线圈仅对悬浮气隙起调节作用。但由于永磁体磁场不可控，且传统的永磁混合悬浮结构中，悬浮模块外极板和F型悬浮轨道等宽，因此悬浮力随气隙变化非常明显，当气隙较小时，悬浮力远大于列车重力，因而易导致列车“吸死”(即悬浮气隙为0)，且由于常导线圈能提供的最大反向电磁力远小于“吸死”时永磁体提供悬浮力，故列车一旦“吸死”很再难落下，从而严重影响了运行安全性。并联型混合悬浮装置虽然能避免悬浮“吸死”，但其将永磁模块和电磁模块交替布置于转向架下方，两种模块结构不同，因此其工艺较为复杂，成本较高。更为重要的是，并联式永磁混合悬浮必须满足“吸死”时永磁体所提供悬浮力小于列车重力，因此在额定气隙下，电磁铁始终处于工作状态，增加了能耗，不能实现“0”功率悬浮。

实用新型内容

鉴于现有技术的缺点，本实用新型的目的是设计一种新型永磁混合磁浮装置，使之能克服现有技术的缺点，减弱悬浮力随气隙变化的敏感性，从而实现任意可能气隙状态下永磁体提供的悬浮力与列车重力相当，即当悬浮气隙为0时，永磁体悬浮力仅略大于列车重力，此时可通过常导线圈产生的反向电磁力避免“吸死”。

本实用新型目的可通过如下手段实现：

一种基于错位结构的串联型永磁混合悬浮装置，每套装置包括永磁体和与之串联的电磁铁组成，多套装置安装于列车转向架下方，从而实现混合悬浮，其特征在于：

A)永磁体和与之串联的电磁铁构成的U形装置的两极外沿宽度大于F型轨道宽度；B)一定数量的U形装置安装于列车转向架下方其中心线与F型轨中心线重合；C)轨道安装后下部工作平面的外沿宽度L等于F型轨宽度；U形装置的两极板外沿宽度不等于F型轨道宽度，形成错位结构。

永磁体磁场与电磁铁磁场串联后与F型轨道构成磁场回路，产生吸力，通过安装梁对磁浮列车的转向架产生向上的悬浮力。其基本原理与传统永磁混合悬浮类似，但传统结构中永磁体所提供悬浮力随气隙指数变化，为了节能通常设计额定气隙下永磁体悬浮力等于重力，而当气隙减小到一定值(如1mm)后，悬浮力远大于重力，而常导线圈过流能力有限，无法提供足够的反向磁场，因此很容易造成“吸死”。而本实用新型结构中，永磁体所提供悬浮力在各种可能气隙条件下几乎保持恒定，因此通过选取合理的永磁材料，可使得额定气隙下永磁体悬浮力等于列车重力，同时在极小气隙(甚至零气隙)下略大于重力，此时可通过常导线圈反向通磁，减小悬浮力，使得列车下落，当达到额定气隙时，断开常导线圈，电磁铁停止工作，完全由永磁体提供吸力。

以下为典型工况下该装置工作状态：

状态(1)、额定悬浮状态

当处于额定悬浮状态时，气隙为额定值，通过合理参数配置可满足此时永磁体提供悬浮力等于列车重力，系统处于“0”功率工作状态，无悬浮能耗。

状态(2)、起浮状态

当列车起浮时，工作气隙较大(如20mm)，永磁体能提供的悬浮力小于列车重力，此时在常导线圈中通以直流电，使电磁铁与永磁体磁场叠加，以满足电磁力大于列车重力，在电磁力作用下列车起浮。状态(3)、小气隙状态

当列车因为轨道平顺等因素造成悬浮气隙小于额定气隙时，本实用新型可使得悬浮力仅略大于重力，此时在常导线圈中通以与状态(2)反向的直流电，电磁铁为永磁体反向充磁，使得悬浮力小于重力，列车下落，悬浮气隙增大，直至达到状态(1)后，电磁铁停止工作。

状态(4)、故障状态

当由于永磁体失磁等因素造成额定气隙下永磁体悬浮力小于(或大于)重力时，此时给常导线圈通电，使得电磁铁与永磁体磁场叠加(或抵消)，从而增加(或减小)悬浮力，以满足列车稳定悬浮。

综上所示，通过合理配置参数，本实用新型结构能有效解决永磁混合悬浮“吸死”问题，提高了安全性，同时由于悬浮力随气隙变化不明显，也降低了控制难度。

附图说明：

附图1为本实用新型中模块与F型轨相对位置关系图。

附图2为现有技术与本实用新型结果对照图,(a)和(b)分别为本实

用新型结构与传统结构示意图。

附图3是考虑工程应用的串联式永磁体混合装置示意图。

附图4为附图3所示参数下传统结构与本实用新型结构电磁力与气隙关系实验曲线。

图中：1为F型轨，2为永磁体，3为电磁铁，4为线圈，L为轨道安装后下部工作平面的外沿宽度。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构作进一步的详述。

如图1所示，本装置截面为U型，其与F轨正对排列，图1所示为列车转向架一侧示意图，另一侧与之对称布置。

由图2(a)可知，传统结构中悬浮模块U型截面宽度与F轨宽度相等，而由图2(b)，本实用新型结构中，悬浮模块外沿大于F轨宽度，且电磁铁与永磁体磁路为串联关系。

参考株洲中低速磁浮商业试验线技术指标，列车满载时单位长度质量为2.4T，由于列车质量对称分布，单位长度下单侧悬浮质量1.2T。为满足悬浮要求，设计串联型混合悬浮装置尺寸如图3所示。

图4为图3所示参数下，传统结构与本实用新型结构电磁力随气隙变化曲线(传统结构悬浮模块宽度与F轨宽度相同，均为220mm)。由图可知，串联型混合悬浮装置悬浮力几乎不随气隙变化，气隙8mm下永磁体提供悬浮力为12kN，恰为列车重力。而零气隙下悬浮力为12.58kN，仅增加4.87％，此时电磁铁仅需反向充磁，克服4.87％倍重力。采用传统结构，电磁力随气隙指数衰减，气隙20mm时满足额定悬浮力要求12kN，而当气隙衰减为0时，悬浮力130.23kN，比额定悬浮力增加983.3％。为避免“吸死”，电磁铁需反向充磁，克服983.3％倍重力，显然远远超过常导线圈过载能力，因此无法避免“吸死”。

综上所述，本实用新型的永磁混合磁浮装置是节能、易于控制、切实可行的。可良好地用于吸力型磁浮列车。

上述针对较佳实施例的具体描述，本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本实用新型的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于错位结构的串联型永磁混合悬浮装置，每套装置包括永磁体和与之串联的电磁铁组成，多套装置安装于列车转向架下方，从而实现混合悬浮，其特征在于：

永磁体和与之串联的电磁铁构成的U形装置的两极外沿宽度大于F型轨道宽度；一个以上的U形装置安装于列车转向架下方其中心线与F型轨中心线重合；轨道安装后下部工作平面的外沿宽度L等于F型轨宽度；U形装置的两极板外沿宽度不等于F型轨道宽度，形成错位结构。

2.根据权利要求1所述的基于错位结构的串联型永磁混合悬浮装置，用于磁浮列车的串联型永磁混合悬浮装置，其特征在于，一个转向架内设置若干套悬浮装置并排编组。