CN205674890U - 一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道，包括导电板，导电板包括上导电板和下导电板；上导电板包括多层铜薄板和隔离相邻铜薄板的绝缘层，下导电板包括多层铝薄板和隔离相邻铝薄板的绝缘层；以及用于冷却导电板的冷却装置。本实用新型的导电板采用了铜铝组合，在集肤深度内采用铜薄板，在超过集肤深度的区域采用铝薄板，不仅能够保证升力，而且能极大的减小导轨建设成本。同时本实用新型配置了冷却装置，可以对导电板进行冷却，避免温度升高导致性能下降。

Description

一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道

技术领域

本实用新型涉及轨道运输技术领域，具体涉及到一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道。

背景技术

电动式导电板式导轨磁悬浮交通运输系统是目前先进的地面高速交通运输技术之一，但是其相对较大的磁阻力是妨碍该技术实际应用的主要不利因素之一。

当磁体相对导电板运动时，该种运动有两种方式，一种是磁体在导电板上方以速度v运动，另一种是磁体在导体板上方以角频率w旋转，都会在导体板中产生涡流J，进而产生J×B的相互作用力，而实际中表现出来的就是悬浮力以及阻碍相对运动的电磁阻力。由于外磁场在导体板中是三维空间分布，则导体板中感应出的涡流也是三维分布，其中z方向的涡流Jz只产生电磁阻力，为有害涡流，该涡流分量增加了系统运行的阻力和能量损耗。若能减小Jz，则能够有效的减小能量损耗，并且不影响悬浮力。美国MIT推出的Magplane磁悬浮列车采用单层导电板轨道实现悬浮和导向，在速度为150m/s时电磁阻力系数为1/40，低速时电磁阻力系数更大，达到1.0左右，该值远大于普通钢铁轮轨1/100的摩擦阻力系数。

当磁体相对导电板运动时，导体内会感应出涡流，随着相对运动速度的增大，导体内的涡流由于集肤效应而趋于导体表面分布，分布的厚度δ可表示为：

$\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}\mathrm{\σ}}}---\left(1\right)$

其中，ω为磁体运动的等效角频率，μ为导体的磁导率，σ为导体电导率。在实际应用中，一般要求单层导电板的厚度不小于运营速度下的δ，因此只要夹层结构的分层厚度小于δ，则就能起到减小电磁阻力的作用。理论上，分层结构的层数越多，即每片导体厚度越小，对Jz的减弱作用越好，即削弱电磁阻力的效果就越好，而实际工程中导电板的分层数需要从多方面综合考虑。

当磁体相对于导体板运动时，空间磁场B发生变化，根据电磁感应定律，产生空间电场E，有：

$\▿\×E=-\frac{\∂B}{\∂t}---\left(2\right)$

其中t为时间。在导体板内部形成涡流J，J与磁场B之间存在洛伦兹力J×B。其中悬浮力为导体板受到的来自磁体的压力：

F_l＝∫∫∫(J_xB_y-J_yB_x)dV (3)

电磁阻力为导体板受到的来自磁体的推进力：

F_d＝∫∫∫(J_yB_z-J_zB_y)dV (4)

从式*可以看到，悬浮力与J_z无关，J_z只与电磁阻力有关，因此J_z为有害涡流，必须进行减弱或者消除。

本实用新型人认为，当磁体运动速度提高时，由于集肤效应，导体板内的涡流会趋于表面，由集肤深度公式可以计算出一定运动状态下的集肤深度，在该深度内，分层数量越多，即每层厚度越小，则对有害涡流的削弱就越明显。根据公式(3)在水平方向即x-y平面内的涡流强度增大的话能够有效的提高升力，根据感应电流公式：

J＝σE (5)

若采用电导率更高的材料则能获得更大的涡流，同时导电率高的材料一般导热性能也较好。根据公式(1)，在磁体运动状态一定时，铜导电板中的集肤深度要小于铝导电板，这样在采用更少导轨材料的同时，也能增大升力。在超过集肤深度的厚度时若继续采用铜导电板，对升力的增大效果会见减弱，导电板的性价比减少。

当磁体相对导电板运动时，导电板内的涡流会造成热损耗，而金属的电导率随着其温度的上升而减小，根据公式(5)涡流强度降低，从而造成升力的下降，影响整个轨道交通的正常运行，所以必须采用降温措施。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道。

为达上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道，包括导电板，导电板包括被绝缘层隔离的上导电板和下导电板；上导电板包括多层铜薄板和隔离相邻铜薄板的绝缘层，下导电板包括多层铝薄板和隔离相邻铝薄板的绝缘层；以及用于冷却导电板的冷却装置。

优选的，上导电板的铜薄板总厚度不大于集肤深度。

优选的，铜薄板和铝薄板的单层厚度低于20mm。

优选的，冷却装置包括与导电板换热的热交换管道。

优选的，冷却装置为水冷装置，所述热交换管道为水冷管道。

优选的，热交换管道铺设于下导电板下方或者铺设于导电板四周。

优选的，导电板包括启动段和高速段，其中启动段配置的冷却装置的热交换管道密度高于高速段配置的热交换管道密度。

优选的，导电板和冷却装置安装在轨道基础内。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型的导电板采用了铜铝组合，在集肤深度内采用铜薄板，在超过集肤深度的区域采用铝薄板，不仅能够保证升力，而且能极大的减小导轨建设成本。

2、本实用新型的导电板配置有冷却装置，例如通过铺设水冷管道的方式对轨道进行降温，同时根据运行状态的不同，对水冷管道的铺设要求也不同。在启动或者减速运行时，速度较低，热量累计加快，并且有可能会保持静止悬浮状态，此时导电板中的热损耗很大，温度上升很快，在这种运行状态下，水冷管道铺设加密。当磁体在高速运行状态时，由于相对速度很快，导电板中的热功率较低，其自然散热时间很长，自然散热完全能够满足导电板的散热需求，不需要铺设高密度的热交换管道，甚至可以省略热交换管道。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的示意图；

图2为导电板的一个侧视图。

其中，1、导电板；2、上导电板；3、下导电板；4、冷却装置；5、热交换管道；6、铜薄板；7、铝薄板；8、绝缘层；9、绝缘层；10、绝缘层；11、轨道基础。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

本实用新型的一个实施例中，如图1所示，提供了一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道，包括导电板1、冷却导电板1的冷却装置4以及安装固定导电板和冷却装置的轨道基础11。

轨道基础11用于稳定导电板1以及将其他线路、冷却管道等配套设施安装在内部，避免暴露在外部造成安全事故。导电板1是轨道的主体，导电板1包括被绝缘层9隔离的上导电板2和下导电板3。上导电板2和下导电板3嵌入在轨道基础11内平整的放置，当有磁体在其上运动时可以产生磁悬浮力。上导电板2由多层铜薄板6和设置在相邻铜薄板之间的绝缘层8组成，下导电板3由多层铝薄板7和设置在相邻铝薄板之间的绝缘层10组成。上导电板和下导电板为金属材料制成，均可以产生涡流形成磁悬浮力。上导电板为铜薄板材料，金属铜的集肤深度较低，使得超过一定深度后金属材质对升力的影响降低，进而下导电板采用铝质材料不仅不会对磁悬浮力产生明显影响，而且可以显著降低运行成本。导电板在运行过程中会产生大量热量，通过配置冷却装置可以降低温度，从而使性能更高。

本实用新型的一个优化实施例中，为了使成本和性能之间形成最佳优化组合，可以使上导电板的铜薄板总厚度不大于集肤深度。例如，在具体配置时，铜薄板和铝薄板的单层厚度低于20mm。

本实用新型的一个优化实施例中，冷却装置包括与导电板换热的热交换管道5。热交换管道内填充有冷却介质，通过冷却装置配置的制冷机构或者散热机构使得热交换管道内介质可以吸收导电板的热量。

更优化的，冷却装置可以为水冷装置，热交换管道为水冷管道，即选择的冷却介质为水。

更优化的，如图2所示，为了解决热交换管道的安装结构和形式，热交换管道铺设于下导电板下方或者铺设于导电板四周。

在实际运行过程中，不同运行状态使得导电板内产生的热量不一样。例如在启动或者低速运行时可以理解为启动段，磁体高速运行时下方的导电板为高速段。因此，导电板包括启动段和高速段，其中启动段配置的冷却装置的热交换管道密度高于高速段配置的热交换管道密度；这样可以使得启动段的热量散热更快，高速段铺设数量较少，降低运行成本。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动旋转式磁悬浮导电板式轨道，其特征在于：包括导电板，所述导电板包括被绝缘层隔离的上导电板和下导电板；所述上导电板包括多层铜薄板和隔离相邻铜薄板的绝缘层，下导电板包括多层铝薄板和隔离相邻铝薄板的绝缘层；以及用于冷却导电板的冷却装置。

2.如权利要求1所述的轨道，其特征在于：所述上导电板的铜薄板总厚度不大于集肤深度。

3.如权利要求1所述的轨道，其特征在于：所述铜薄板和铝薄板的单层厚度低于20mm。

4.如权利要求1所述的轨道，其特征在于：所述冷却装置包括与导电板换热的热交换管道。

5.如权利要求4所述的轨道，其特征在于：所述冷却装置为水冷装置，所述热交换管道为水冷管道。

6.如权利要求4所述的轨道，其特征在于：所述热交换管道铺设于下导电板下方或者铺设于导电板四周。

7.如权利要求1所述的轨道，其特征在于：所述导电板包括启动段和高速段，其中启动段配置的冷却装置的热交换管道密度高于高速段配置的热交换管道密度。

8.如权利要求1所述的轨道，其特征在于：所述导电板和冷却装置安装在轨道基础内。