CN210363399U - 一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统，包括由支撑柱悬挂支撑的悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元以及为列车单元提供牵引动力的驱动单元，所述悬浮路轨具有固联于各支撑柱上并沿运行路径延伸的轨道箱梁(200)。轨道箱梁(200)箱体内侧具有呈“品”字形分布的悬浮轨(201)和两条导向轨；在悬浮纵梁的长度方向上正对悬浮轨位置设置有两个悬浮电磁铁和一个悬浮永磁铁。整个系统具有结构简单，小尺寸、低成本的特点，可服务于景点观光、楼宇间交通等低速小运量使用情况下的客运需求，可作为现代轨道交通制式的一种有效补充，有广阔的应用前景。

Description

一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统。

背景技术

悬挂式磁浮列车是一种新制式轨道交通工具，作为一种多元化的城市轨道交通系统，可服务于旅游区的观光揽胜、城市楼宇之间的立体交通、高架立交的补充交通等，凭借其自身诸多优点预计将在我国有着广阔的发展及应用前景。目前，现有的悬挂式单轨车辆为达到降噪目的，其走行轮大多采用胶轮。而走行轮本身承载车辆重力，在实际运营过程中胶轮的磨耗较为严重，进而造成系统运营维护成本增高。鉴于此，如采用磁悬浮方式实现悬挂式交通，可通过三种途径优化该问题：一是通过车辆悬浮和非接触驱动的方式，使得车辆与轨道之间完全无直接的机械接触，以避免胶轮与轨道走行面发生机械冲击和磨损；二是通过悬浮减重的方式，减小胶轮与轨道之间的正压力，实现减少胶轮所受的机械冲击和摩擦阻力，达到增加胶轮的使用寿命的目的，适用于低速交通；三是通过车辆悬浮实现与轨道非接触，通过胶轮侧面接触式驱动实现走行，在这种方式下，胶轮承担驱动和导向的任务，但由于不承担车辆的自重，所以摩擦力也有效降低，起到增加胶轮寿命的作用，也适用于低速交通。当前，仍未有实际的悬挂式磁浮试验车和工程车，以色列和国内西南交大翟婉明教授团队提出的悬挂式磁浮方案均基于上述的第一种方式，研究开发多种制式的悬挂式磁浮列车，对多元化交通和未来交通模式探索均是迫切而有益的。

实用新型内容

基于上述的第一种方式，本实用新型提出了一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统。其特点是结构简单紧凑，尺寸小，悬浮能力强，建造难度低，建设成本低。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统，包括由支撑柱 4悬挂支撑的悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元以及为列车单元提供牵引动力的驱动单元，所述悬浮路轨具有固联于各支撑柱上并沿运行路径延伸的轨道箱梁。轨道箱梁箱体200内侧具有呈“品”字形分布的悬浮轨201和两条导向轨；所述箱梁箱体具有顶板和分别垂直于顶板两侧的侧板；平板形的悬浮轨201 固联在侧板之间的顶板上；侧板内侧分别对称设置有限位梁203；右导向轨212 和左导向轨213置于限位梁的下方的侧板内侧。

列车单元中，车体3通过其上的二次悬挂系统5联接在悬浮架上；所述悬浮架具有悬浮纵梁108，悬浮纵梁108的横截面呈T型，包括横板和竖板；横板位于轨道箱梁200上限位梁203的上方且其宽度大于限位梁的中间空隙宽度；沿竖板的两侧在悬浮纵梁108的长度方向上分别置有前后两个悬浮电磁铁和两个导向电磁铁组；前端悬浮电磁铁111和后端悬浮电磁铁112在悬浮纵梁的长度方向上正对悬浮轨201位置设置，悬浮电磁铁与控制其电流大小的悬浮控制器连接；每个导向电磁铁组具有左右两个导向电磁铁，两个导向电磁铁分别与右导向轨212和左导向轨213相对而立形成电磁耦合为悬浮单元提供导向和抗侧翻力；悬浮电磁铁单元与控制其电流大小的悬浮控制器连接，各悬浮控制器接受悬浮传感器所感知的悬浮架与平板悬浮轨相对高度信号和与各导向轨的距离信号；悬浮纵梁的中部，在前端悬浮电磁铁111和后端悬浮电磁铁112之间位置，设置有悬浮永磁铁113。

采用如上的结构，悬浮轨固定安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的内部上表面正中位置，两个导向轨分别固定安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁两内侧面，两个悬浮电磁铁固定在悬浮架的上部两端，永磁铁固定在悬浮架的上部中间，两个导向电磁铁固定在悬浮架的两侧，悬浮控制器，导向控制器，悬浮传感器和导向传感器均安装在悬浮架上，悬浮控制器根据悬浮传感器提供的悬浮距离值来控制输入悬浮电磁铁的电流大小，导向控制器根据导向传感器提供的导向距离值来控制输入导向电磁铁的电流大小。悬浮电磁铁和永磁铁共同构成混合式悬浮装置，共同提供悬浮力，其中永磁铁提供的悬浮力在悬浮距离不变的情况下是固定不变的，电磁铁提供可变的悬浮力，进而影响混合悬浮装置整体的悬浮力，达到与负载的重力平衡，实现悬浮功能。两个能提供可变导向力的导向电磁铁相互作用，保证悬浮系统处于轨道箱梁内正中的位置。

进一步地，悬浮轨101、右导向轨212和左导向轨213的截面形状均为长方形。所述悬浮电磁铁和永磁铁，其截面均为“U”形。

采用本实用新型的结构，可以用来服务于一种适用于景点观光，楼宇间交通等应用领域的低速运营的悬浮式磁浮交通工具，具有结构简单，尺寸小，悬浮能力强的特点。同时，轨道梁桥墩占地量小且系统路权独立，因此可有效降低工程建造的成本。

附图说明

图1系统整体结构的侧视图。

图2是系统中包含悬浮电磁铁结构的K-K剖面图。

图3是系统中包含永磁铁结构的T-T剖面图。

图4是“U”型电磁铁和永磁铁的截面示意图。其中，图a为电磁铁；图b为永磁铁。

图5是导向电磁铁的截面示意图

具体实施方式

本实用新型一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统，主要用于小微型悬挂式磁浮列车，服务于景区观光，楼宇间交通等领域。

如图1、图2、图3，一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统，布置安装在悬挂式磁浮列车系统得轨道箱梁内。

如图1、图2和图3，本实用新型用于悬挂式磁浮列车的分离式三轨悬浮与驱动系统，包括由支撑柱4悬挂支撑的悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元以及为列车单元提供牵引动力的驱动单元，所述悬浮路轨具有固联于各支撑柱上并沿运行路径延伸的轨道箱梁200。轨道箱梁200箱体内侧具有呈“品”字形分布的悬浮轨201和两条导向轨212，左导向轨213。所述箱梁箱体具有顶板和分别垂直于顶板两侧的侧板；平板形的悬浮轨201固联在侧板之间的顶板上；侧板内侧分别对称设置有限位梁203；右导向轨212和左导向轨213置于限位梁的下方的侧板内侧；

图中部件：悬浮单元100，悬浮轨201，右导向轨212，左导向轨213，

悬浮纵梁架108、前端悬浮电磁铁111、后端悬浮电磁铁112、永磁铁113、导向电磁铁121、导向电磁铁122、悬浮控制器131、悬浮控制器132、导向控制器141、导向控制器142、悬浮传感器151、悬浮传感器152、导向传感器161、导向传感器162。悬浮轨201固定安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的内部上表面正中位置，两条导向轨固定安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁两内侧面，悬浮电磁铁(111和112)固定在悬浮的上部两端，永磁铁113固定在悬浮架的上部中间，导向电磁铁(121和122)固定在悬浮架的两侧，悬浮控制器 (131和132)，导向控制器(141和142)，悬浮传感器(151和152)，导向传感器(162和162)均安装在悬浮架上，悬浮控制器131根据悬浮传感器151提供的悬浮距离值来控制输入前端悬浮电磁铁111的电流大小，悬浮控制器132 根据悬浮传感器152提供的悬浮距离值来控制输入后端悬浮电磁铁112的电流大小，导向控制器141根据导向传感器161提供的导向距离值来控制输入导向电磁铁121的电流大小，导向控制器142根据导向传感器162提供的导向距离值来控制输入导向电磁铁122的电流大小。

悬浮电磁铁和永磁铁共同构成混合式悬浮装置，共同提供悬浮力，其中永磁铁提供的悬浮力在悬浮距离不变的情况下是固定不变的，电磁铁提供可变的悬浮力，进而影响混合悬浮装置整体的悬浮力，达到与负载的重力平衡，实现悬浮功能。两个能提供可变导向力的导向电磁铁相互作用，保证悬浮系统处于轨道箱梁内正中的位置。

三条轨道包括一个悬浮轨两个导向轨，截面均为长方形结构，悬浮电磁铁和导向电磁铁均采用“U”形结构。

如图4，截面为长方形的悬浮轨的截面尺寸为长200mm，宽25mm，悬浮轨长度为2500mm。“U”型悬浮电磁铁的截面尺寸为长200mm，宽125mm，磁极宽25mm，单个悬浮电磁铁长度为1000mm，永磁铁截面尺寸为长300mm，宽125mm，其中的永磁块长120mm，宽60mm，磁极宽25mm，永磁铁长度为1000mm；悬浮轨和悬浮电磁铁磁极以及永磁铁磁极的材料均为Q235，永磁体选用钕铁硼永磁材料，电磁铁线包填充铜线的截面尺寸为100mm*150mm，电磁铁中铜线的填充率选 60％，选择每平方毫米最大通过1.6A电流的方式，选择悬浮距离为8mm。

通过有限元仿真分析得出两个悬浮电磁铁与悬浮轨之间的电磁合力为 36562N，可折算为3656Kg。永磁铁与悬浮轨之间的电磁合力为3075N，可折算合力为308Kg。所以悬浮系统总计能够3964Kg的悬浮力，混合悬浮系统和车体的重量为：悬浮架总重为1600Kg左右，车体总重为1100Kg左右，车体设计有一个驾驶员和四个乘客的空间，载重设定为600Kg，这样，整体悬浮的重量总计为3300Kg，小于3964Kg。可见，所设计的悬浮系统完全能够负担整车重量。如图5，两根导向轨的尺寸一致，截面为长方形的导向轨的截面尺寸为长150mm，宽10mm，导向轨长度为2500mm。“U”型导向电磁铁的截面尺寸为长100mm，宽 45mm，磁极宽10mm，单个导向电磁铁长度为1000mm，导向轨和导向电磁铁磁极的材料均为Q235，电磁铁线包填充铜线的截面尺寸为80mm*35mm，电磁铁中铜线的填充率选60％，选择每平方毫米最大通过1.6A电流的方式，选择导向距离为10mm。

通过有限元仿真分析得出两个导向电磁铁与导向轨之间的电磁合力为 845N，可折算为85Kg。当悬浮架处于悬浮箱梁内正中位置时，两个导向电磁铁均不通电流，此时无需导向力，当悬浮架发生倾斜时，导向电磁铁根据导向传感器反应出的倾斜程度通电，保证悬浮架恢复到正中位置。

由上述分析知，所设计的电磁永磁混合悬浮系统能够提供充足的悬浮力。当悬浮控制器为悬浮电磁铁提供合适大小的电流，使得混合悬浮系统整体产生的悬浮吸力等于悬浮架和车体的自重，就可以实现悬浮功能，同时利用导向电磁铁能够防止悬浮架出现侧翻的情况。

综上所述，本实用新型一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统，整个系统具有结构简单，小尺寸、高悬浮能力的特点。可以用来服务于一种适用于景点观光，楼宇间交通等应用领域的低速运营的悬浮式磁浮交通工具。

Claims (2)

1.一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统，包括由支撑柱4悬挂支撑的悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元以及为列车单元提供牵引动力的驱动单元，所述悬浮路轨具有固联于各支撑柱上并沿运行路径延伸的轨道箱梁；其特征在于，轨道箱梁箱体(200)内侧具有呈“品”字形分布的悬浮轨(201)和两条导向轨；所述箱梁箱体具有顶板和分别垂直于顶板两侧的侧板；平板形的悬浮轨(201)固联在侧板之间的顶板上；侧板内侧分别对称设置有限位梁(203)；右导向轨(212)和左导向轨(213)置于限位梁的下方的侧板内侧；

列车单元中，车体(3)通过其上的二次悬挂系统(5)联接在悬浮架上；所述悬浮架具有悬浮纵梁(108)，悬浮纵梁(108)的横截面呈T型，包括横板和竖板；横板位于轨道箱梁箱体(200)限位梁(203)的上方且其宽度大于限位梁的中间空隙宽度；沿竖板的两侧在悬浮纵梁(108)的长度方向上分别置有前后两个悬浮电磁铁和两个导向电磁铁组；前端悬浮电磁铁(111)和后端悬浮电磁铁(112)在悬浮纵梁的长度方向上正对悬浮轨(201)位置设置，悬浮电磁铁与控制其电流大小的悬浮控制器连接；每个导向电磁铁组具有左右两个导向电磁铁，两个导向电磁铁分别与右导向轨(212)和左导向轨(213)相对而立形成电磁耦合为悬浮单元提供导向和抗侧翻力；悬浮电磁铁单元与控制其电流大小的悬浮控制器连接，各悬浮控制器接受悬浮传感器所感知的悬浮架与平板悬浮轨相对高度信号和与各导向轨的距离信号；悬浮纵梁的中部，在前端悬浮电磁铁(111)和后端悬浮电磁铁(112)之间位置，设置有悬浮永磁铁(113)。

2.如权利要求1所述的一种用于悬挂式磁浮列车的三轨制电磁永磁混合悬浮系统，其特征在于，悬浮轨(201)、右导向轨(212)和左导向轨(213)的截面形状均为长方形。

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