CN210881692U - 一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统，安装布置于悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁内实现正常和应急悬浮。包括一条置于轨道箱梁内的悬浮轨(101)和置于悬浮轨下部的悬浮架(103)。四个电磁悬浮模块和一个悬浮永磁铁(102)固联在悬浮架(103)上。四个电磁悬浮模块两两分置于悬浮架(103)两端。两个相邻的电磁悬浮模块相互构成冗余应急配置组合，保证在单个电磁悬浮模块故障的情况下，悬浮系统仍可提供足够的悬浮力。整个系统具有结构简单，小尺寸、高悬浮能力、可悬浮冗余的特点。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挂式磁浮交通工具。

Description

一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮 系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统。

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，国内尚无悬挂式磁浮列车，与之类似的有悬挂式单轨车辆，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，可通过非接触的方式优化该问题。

目前能成熟实现工程应用的悬浮技术为电磁悬浮技术，该技术的特点是需要主动控制，其悬浮控制器，悬浮传感器内均有上千的电子器件，故障率较高，现有的磁浮运营线，悬浮故障时有发生，主要原因就是系统器件众多导致可靠性低，但是又很难实现冗余悬浮，因为悬浮方式的承载力本来就比轮轨方式低，在有限的车长上全部电磁铁工作尚显承载偏弱，何况拿出其中一部分做冗余。要想实现悬浮冗余，就得包括悬浮电磁铁，悬浮控制器，悬浮传感器的整个电磁悬浮模块都冗余，这是几乎无法实现的。

只有在承担小客流量的交通领域，如旅游观光领域，承载力要求不大的情况下。在悬挂式磁浮列车的悬浮系统中加入永磁成为电磁永磁混合选型系统，使得悬浮系统的悬浮足够，损失其部分悬浮能力做冗余应急，是可行的。

目前，国内研究悬挂式列车刚处于起步阶段，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

基于上述情况，本实用新型提出了一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统。其特点是结构简单紧凑，悬浮能力强，能实现电磁悬浮模块的完全冗余。

本实用新型的技术方案如下：

一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统，安装布置于悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁内实现正常和应急悬浮，其特征在于，包括一条置于轨道箱梁内的悬浮轨101和置于悬浮轨下部的悬浮架103；四个电磁悬浮模块和一个悬浮永磁铁102固联在悬浮架103上；各电磁悬浮模块具有一个悬浮电磁铁和用于控制悬浮电磁铁电流的控制支路，所述控制支路通过一个可控开关与电池105连接并通过一个悬浮传感器感知悬浮距离信号；所述悬浮轨 101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，悬浮永磁铁102设置在悬浮架103的中部，四个电磁悬浮模块两两分置于悬浮架两端；悬浮架的下部设置有通过与轨道箱梁内面碰触悬浮架提供抗侧翻力的导向轮。

进一步地，两个相邻的电磁悬浮模块相互构成冗余应急配置组合。

以电磁悬浮模块200和电磁悬浮模块300为例，正常运行时，两个相邻的电磁悬浮模块共同工作，电磁悬浮模块200和电磁悬浮模块300互相冗余，在一个故障时，另外一个继续工作。同样，电磁悬浮模块400和电磁悬浮模块500 互相冗余，在一个故障时，另外一个继续工作。在电磁悬浮模块内，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，悬浮电磁铁与悬浮轨构成磁回路产生可调节的磁吸力实现悬浮功能。正常工作模式时，四个电磁悬浮模块与悬浮永磁铁共同产生磁吸力实现整车悬浮。导向轮在单轨制悬挂磁浮车悬浮时，通过与轨道箱梁内面的碰触，为悬浮架提供抗侧翻力。

这样，当某个电磁悬浮模块发生故障无法正常工作时，与它冗余的另外一个电磁悬浮模块能够将原来两个电磁悬浮模块承担的重量独自承担起来，与悬浮永磁铁102和其它两个电磁悬浮模块共同提供整车的悬浮力。

一般情况下，悬浮永磁铁只要保护好使用环境，可靠性很高，所以不需冗余设计，将悬浮永磁铁置于中间，两侧分别布置两个电磁电磁悬浮模块，同一侧的两个电磁电磁悬浮模块互为冗余，一个出现故障，另外一个继续工作。

采用本实用新型的结构，可以实现一种结构简单，尺寸小，悬浮能力强，能够实现冗余的悬浮系统，可用在承载能力小的用于景点观光，楼宇间交通等应用领域的悬浮式磁浮交通工具。

附图说明

图1是系统中包含悬浮电磁铁结构的剖面图。

图2是系统中包含悬浮永磁铁结构的剖面图。

图3是系统整体结构的侧视图。

图4是系统冗余结构示意图。

图5是实施例中的电磁体和永磁体的结构尺寸示意图。

图6是出现故障时的工作示意图。

具体实施方式

本实用新型一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统，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、图4，一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统，布置安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁内。安装布置于悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁内，包括一条悬浮轨101，四个电磁悬浮模块(200、 300、400、500)，一个悬浮永磁铁102，一个悬浮架103，导向轮104，电源105。其中电磁悬浮模块200由悬浮电磁铁201、悬浮控制器202、悬浮传感器203和可控开关204组成；电磁悬浮模块300由悬浮电磁铁301、悬浮控制器302、悬浮传感器303和可控开关304组成；电磁悬浮模块400由悬浮电磁铁401、悬浮控制器402、悬浮传感器403和可控开关404组成；电磁悬浮模块500由悬浮电磁铁501、悬浮控制器502、悬浮传感器503和可控开关504组成。悬浮轨101 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，两个电磁悬浮模块(200、300)固定在悬浮架103的上部的一端；电磁悬浮模块((400、500)固定在悬浮架103的上部的另一端。悬浮永磁铁102固定在悬浮架103的上部中间。

在电磁悬浮模块内，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，悬浮电磁铁与悬浮轨101构成磁回路产生可调节的磁吸力实现悬浮功能。正常工作模式时，四个电磁悬浮模块与悬浮永磁铁102 共同产生磁吸力实现整车悬浮。导向轮104在单轨制悬挂磁浮车悬浮时，通过与轨道箱梁内面的碰触，为悬浮架提供抗侧翻力。

可控开关204用于控制电磁悬浮模块200的供电，可控开关304用于控制电磁悬浮模块300的供电，可控开关404用于控制电磁悬浮模块400的供电，可控开关504用于控制电磁悬浮模块500的供电，系统正常工作时，可控开关为闭合状态，一旦某个电磁悬浮模块出现故障，则系统将断开其对应的可控开关。电磁悬浮模块电能均由电源105提供。

如图6，电磁悬浮模块200和电磁悬浮模块300互相冗余，在一个故障时，另外一个继续工作；电磁悬浮模块400和电磁悬浮模块500互相冗余，在一个故障时，另外一个继续工作。图中方框内有对角线的表示为故障状态。

截面为长方形的悬浮轨的截面尺寸为长300mm，宽25mm，悬浮轨长度为 5500mm。“U”型悬浮电磁铁的截面尺寸为长300mm，宽125mm，磁极宽25mm，单个悬浮电磁铁长度为1000mm，悬浮永磁铁截面尺寸为长350mm，宽125mm，其中的永磁块长200mm，宽120mm，磁极宽25mm，悬浮永磁铁长度为1000mm；悬浮轨和悬浮电磁铁磁极以及悬浮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*250mm，电磁铁中铜线的填充率选60％，考虑散热因素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单个悬浮电磁铁与悬浮轨之间的电磁吸力为 21097N，可折算为2110Kg。悬浮永磁铁与悬浮轨之间的电磁合力为24918N，可折算合力为2492Kg。正常工作时，由四个悬浮电磁铁和一个悬浮永磁铁工作，其总合力可达10932Kg。有电磁悬浮模块出现故障时，只能由两个悬浮电磁铁和一个悬浮永磁铁提供悬浮吸力，其总合力可达6712Kg。所以，故障情况下，悬浮系统能够提供的电磁合力可达到6712Kg。

需要说明的是，一个电磁悬浮模块出现故障时，与它互为冗余的电磁悬浮模块需要单独提供原来由两个电磁悬浮模块提供的电磁吸力，此时它需要增大电流工作，与另外一侧的两个电磁悬浮模块产生的电磁力达到力的平衡，否则会出现悬浮系统沿轨道方向翻转的情况。如图6，正常工作情况下，四个电磁悬浮模块和悬浮永磁铁共同作用提供电磁吸力，每个电磁悬浮模块的悬浮电磁铁的线包中每平方毫米大约通过1.1A左右的电流，当电磁悬浮模块200出现故障时，需由电磁悬浮模块300、400、500和悬浮永磁铁共同工作，此时，与电磁悬浮模块200互为冗余的电磁悬浮模块300立即将工作电流提高到1.56A左右，保证其提供的电磁吸力大致等于电磁悬浮模块400和500所提供的电磁合力。

混合悬浮系统和车体的重量为：悬浮架总重为3000Kg左右，车体总重为2100 Kg左右，车体设计有一个驾驶员和八个乘客的空间，载重设定为1200Kg，这样，整体悬浮的重量总计为6300Kg，小于故障情况下的6712Kg，可见无论正常工作还是故障工作，该“1+4”电磁永磁混合悬浮系统均能完成整车的悬浮任务。

由上述分析知，所设计的“1+4”电磁永磁混合悬浮系统能够提供充足的悬浮力。能够提供冗余的悬浮力，能够在单个电磁悬浮模块故障的情况下正常工作。综上所述，本实用新型一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统，整个系统具有结构简单，小尺寸、高悬浮能力、可悬浮冗余的特点。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挂式磁浮交通工具。

Claims (2)

1.一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统，安装布置于悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁内实现正常和应急悬浮，其特征在于，包括一条置于轨道箱梁内的悬浮轨(101)和置于悬浮轨下部的悬浮架(103)；四个电磁悬浮模块和一个悬浮永磁铁(102)固联在悬浮架(103)上；各电磁悬浮模块具有一个悬浮电磁铁和用于控制悬浮电磁铁电流的控制支路，所述控制支路通过一个可控开关与电池(105)连接并通过一个悬浮传感器感知悬浮距离信号；所述悬浮轨(101)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，悬浮永磁铁(102)设置在悬浮架(103)的中部，四个电磁悬浮模块两两分置于悬浮架(103)两端；悬浮架(103)的下部设置有通过与轨道箱梁内面碰触悬浮架提供抗侧翻力的导向轮。

2.如权利要求1所述的一种具有故障应急冗余配置的单轨悬挂式小型磁浮列车悬浮系统，其特征在于，两个相邻的电磁悬浮模块相互构成冗余应急配置组合。

Images