CN214984851U

CN214984851U - 一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车

Info

Publication number: CN214984851U
Application number: CN202121368253.6U
Authority: CN
Inventors: 周大进; 朱理铭; 程翠华; 赵勇
Original assignee: Fujian Normal University
Current assignee: Fujian Normal University
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2031-06-18

Abstract

本实用新型公开一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其包括车体、悬浮架和直线电机；车体通过中心牵引销和减震器与悬浮架的顶部上表面连接；直线电机包括直线电机初级和直线电机次级，直线电机次级（初级）设在悬浮架的下表面的中间，悬浮架的下表面相对直线电机次级（初级）的两侧边分别设置悬浮杜瓦，悬浮杜瓦的底部放置超导材料，直线电机初级（次级）沿轮轨列车轨道线路中间铺设且与直线电机次级（初级）相对应，轮轨列车轨道上对应悬浮杜瓦设有永磁轨道，永磁轨道固定于永磁轨道基底的上端，永磁轨道基底安装在轮轨列车轨道上。本实用新型能够共用轮轨列车的线路基建、电力系统、列控系统等，从而极大减小了线路及其它系统搭建成本。

Description

一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车

技术领域

本实用新型涉及高温超导磁悬浮技术与高温超导磁悬浮列车工程应用领域，尤其涉及一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车。

背景技术

轮轨列车最高商业运营速度已达到350 km/h，进一步提速将受到轮轨黏着力及机械传动限制，磁悬浮列车采用无接触的电磁力为列车提供悬浮、导向，通过直线电机进行直驱，从而达到更高的运行速度。从技术原理上分，磁悬浮列车主要包括常导电磁悬浮列车、电动磁悬浮列车、高温超导磁悬浮列车。目前，已经实现或即将实现商业化应用的磁浮列车包括中低速常导磁浮列车、高速常导磁浮列车、低温超导电动磁浮列车。

如图1所示的轮轨列车线路结构示意图，轮轨列车线路主要由道床、轨枕、钢轨与扣件组成，轨枕沿线路铺设在道床上，钢轨通过扣件固定在轨枕上，根据道床结构的不同，分为有碴轨道与无碴轨道。然而，中低速及高速常导磁浮列车采用抱轨结构，其线路需要全程高架，且需要使用特制的铁轨；低温超导电动磁浮列车则采用“U”形槽线路，其悬浮、导向、驱动装置全部设置在线路两侧，导致磁悬浮列车线路与现有轮轨列车线路不兼容，需要独立于轮轨列车线路进行建设，从而带来高昂的建设成本与资源浪费。

高温超导磁浮列车从结构原理与线路特点上看，是最接近轮轨列车系统的磁悬浮列车技术。然而，高温超导磁浮列车的悬浮承载性能与导向性能相对较弱，且悬浮能力与导向能力不能同时兼顾，往往为了获得可靠的运行稳定性，只能通过减弱系统的悬浮性能来提高其导向性能。因此，在保证系统悬浮承载性能条件下，有必要在现有技术的基础上增加辅助导向装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车。在不减小系统悬浮性能的条件下，使高温超导磁浮列车在轮轨列车线路上实现稳定的悬停、低速运行及高速运行，实现高温超导磁浮列车与轮轨列车系统的兼容，极大降低了线路系统的搭建成本与资源浪费。

本实用新型采用的技术方案是：

一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其包括车体、悬浮架和直线电机；车体通过中心牵引销和减震器与悬浮架的顶部上表面连接；直线电机包括直线电机初级和直线电机次级，直线电机次级（初级）设在悬浮架的下表面的中间，悬浮架的下表面相对直线电机次级（初级）的两侧边分别设置悬浮杜瓦，悬浮杜瓦的底部放置超导材料，直线电机初级（次级）沿轮轨列车轨道线路中间铺设且与直线电机次级（初级）相对应，轮轨列车轨道上对应悬浮杜瓦设有永磁轨道，永磁轨道固定于永磁轨道基底的上端，永磁轨道基底安装在轮轨列车轨道上。使高温超导磁悬浮列车共用轮轨列车的线路基建、电力系统、列控系统等，从而实现与轮轨列车系统的兼容，极大减小了线路及其它系统搭建的成本。

进一步地，中心牵引销的两侧分别设置减震器。

进一步地，轮轨列车轨道包括道床以及沿线路横向间隔铺设在道床上的轨枕，钢轨通过扣件固定在轨枕上。

进一步地，永磁轨道基底安装在钢轨的上端面，永磁轨道基底底面开设有与钢轨的上端面匹配固定的安装槽。

进一步地，永磁轨道基底代替钢轨安装在原钢轨位置，永磁轨道基底通过与永磁轨道基底匹配的永磁轨道扣件固定在轨枕上。

进一步地，永磁轨道基底设在钢轨外侧或内侧，且永磁轨道基底通过与永磁轨道基底匹配的永磁轨道扣件固定在轨枕上。

进一步地，轮轨列车轨道的两侧分别竖直设有侧梁，悬浮架的两侧边分别设有磁场源，侧梁的内侧面对应磁场源设有金属板，磁场源和金属板构成辅助导向装置。

进一步地，所述的磁场源为永磁体、电磁体、超导线圈磁体中的一种单一磁体结构或任意二种以上的组合结构；所述的金属板为金属导电板、常导线圈、“8”字形零磁通线圈中的单一结构或任意二种以上的组合结构；金属导电板采用铝、铜、铁中的一种单一材质或任意二种以上复合材质成型。

进一步地，当系统低速运行时，磁场源采用电磁体，金属板采用高磁导率的铁板，通过主动控制实现列车的辅助导向；当系统高速运行时，磁场源采用永磁体、超导线（带）圈磁体中的单一磁体结构或任意二种以上的组合结构，金属板采用高电导率的铝板、铜板、铝铜复合板或“8”字形零磁通线圈，使辅助导向装置工作在电动磁悬浮状态，从而在高速下具备高导向性能。

进一步地，所述的车体、悬浮杜瓦与悬浮架采用轻铝合金、碳纤维、环氧树脂与钢材中的单一材质或任意二种以上材质的组合进行建造，在确保结构强度可靠的条件下，最大程度减少列车的自重，从而提高系统的承载能力；所述的减震器为机械减震器、空气减震器、油压减震器、磁悬浮减震器中的一种单一结构或任意二种以上的组合结构。

进一步地，悬浮杜瓦采用注入液氮、低压固氮处理、制冷机制冷中的一种单一制冷方法或任意二种以上的组合制冷方法对超导材料进行冷却。

进一步地，所述的永磁轨道为永磁体、电磁体、超导线圈磁体中的一种单一磁体结构或任意二种以上的组合结构。

进一步地，直线电机初级为带铁心或空心三相绕组；直线电机次级为金属导电板、永磁体、电磁体、超导线材磁体中的一种单一结构或任意二种以上的组合结构；金属导电板采用铝、铜、铁中的一种单一材质或任意二种以上复合材质成型。

进一步地，超导材料为ReBaCuO（Re为稀土元素）或其它超导材料的块材、带材堆叠、线圈中一种单一组合结构或任意二种以上的组合结构。进一步地，优选超导材料为YBa₂Cu₃O_7-x。

进一步地，所述的轨枕采用木枕、钢枕、混凝土材料预制或现场浇筑成型；所述的道床采用碎石铺设成型，或采用混凝土预制或现场浇筑成型。

进一步地，永磁轨道采用永磁体进行组装时，永磁轨道的横向结构按Halbach阵列进行排列。

本实用新型采用以上技术方案，在现有轮轨列车线路的基础上，将永磁轨道替换钢轨或铺设在钢轨旁边或钢轨正上方，在线路中间与两侧分别增加驱动装置与辅助导向装置，使高温超导磁悬浮列车共用轮轨列车的线路基建、电力系统、列控系统等，从而实现稳定的悬停、低速运行及高速运行，极大降低了线路系统的搭建成本与资源浪费。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；

图1 现有技术中轮轨列车线路结构示意图；

图2 高温超导磁浮列车复合轮轨线路系统结构图；

图3 高温超导磁浮列车复合轮轨线路俯视图；

图4 高温超导磁浮列车复合轮轨线路侧视图；

图5 永磁轨道复合钢轨线路设置示意图；

图6 永磁轨道线路设置示意图。

附图中标号的名称：

1-车体，2-中心牵引销，3-减震器，4-悬浮架，5-磁场源，6-金属板，7-悬浮杜瓦，8-超导材料，9-永磁轨道，10-永磁轨道基底，11-钢轨，12-扣件，13-直线电机，131-直线电机初级，132-直线电机次级，14-侧梁，15-轨枕，16-道床。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图2至图6之一所示，本实用新型公开了一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其包括车体1、悬浮架4和直线电机13；车体1通过中心牵引销2和减震器3与悬浮架4的顶部上表面连接；直线电机13包括直线电机初级131和直线电机次级132，直线电机初级131设在悬浮架4的下表面的中间，悬浮架4的下表面相对直线电机初级131的两侧边分别设置悬浮杜瓦7，悬浮杜瓦7的底部放置超导材料8，直线电机次级132沿轮轨列车轨道线路中间铺设且与直线电机初级131相对应，轮轨列车轨道上对应悬浮杜瓦7设有永磁轨道9，永磁轨道9固定于永磁轨道基底10的上端，永磁轨道基底10安装在轮轨列车轨道上。使高温超导磁悬浮列车共用轮轨列车的线路基建、电力系统、列控系统等，从而实现与轮轨列车系统的兼容，极大减小了线路及其它系统搭建的成本。

实施例1：如图2所示的高温超导磁浮列车复合轮轨线路系统结构图，系统整体结构由车体1、悬浮架4、悬浮杜瓦7、永磁轨道9、直线电机13、辅助导向装置（5，6）、钢轨11、轨枕15、侧梁14与道床16组成。悬浮架4底部两侧设置悬浮杜瓦7、底部中间设置直线电机初级131、两端设置磁场源5、顶部两端设置减震器3、顶部中间设置中心牵引销2、上方设置车体1。永磁轨道9上方设置悬浮杜瓦7，悬浮杜瓦7底部设置超导材料8。基于轮轨列车线路，在钢轨11正上方依次铺设永磁轨道基底10与永磁轨道9，通过超导材料8与永磁轨道9间的电磁作用力，列车提供悬浮支撑与导向，利用直线电机初、次级（131，132）间的电磁推力驱动列车。同时，使高温超导磁悬浮列车共用轮轨列车的线路基建、电力系统、列控系统等，从而实现与轮轨列车系统的兼容，极大减小了线路及其它系统搭建的成本。

此外，作为一种可行地的实施方式，直线电机初级和直线电机次级的安装位置可以互换。

优选地，所述的车体1、悬浮杜瓦7与悬浮架4采用全碳纤维板（管、布）进行建造，在确保结构强度可靠的条件下，最大程度减少列车的自重，从而提高系统的承载能力；

优选地，所述的减震器3采用复合磁悬浮减震器，使车体1获得优于传统减震器的减震性能。

优选地，所述的悬浮杜瓦7通过注入液氮对超导材料8进行冷却；

优选地，所述的超导材料8为ReBa₂Cu₃O_7-x（Re为稀土元素）的块材、带材堆叠、线（带）圈的单一组合结构或任意二种及以上的组合结构；

优选地，所述的永磁轨道9采用永磁体单元进行组装，其横向结构按Halbach阵列进行排列；

优选地，所述的直线电机次级132采用铝、铜复合材质金属导电板，沿线路中间铺设；

优选地，所述的直线电机初级131采用带铁心的三相短距绕组，设置在悬浮架4底部中间。

如图3、图4所示的高温超导磁浮列车复合轮轨线路俯视图、侧视图，在轨枕15中间，沿线路铺设直线电机次级132，沿线路两侧依次铺设永磁轨道9与侧梁14，进一步，在侧梁14上设置金属板6，金属板6与悬浮架4两端的磁场源5组成辅助导向装置。

优选地，当系统低速运行时，磁场源5采用电磁体，金属板6采用高磁导率的铁板，通过主动控制实现列车的辅助导向；

优选地，当系统高速运行时，磁场源5采用永磁体、超导线（带）圈磁体的单一磁体组合结构或任意二种及以上的组合结构，金属板6采用高电导率的铝、铜复合板或“8”字形零磁通线圈，使辅助导向装置工作在电动磁悬浮状态，从而在高速下具备高导向性能；

实施例2：作为另一种实施方式，如图5所示永磁轨道复合钢轨线路设置示意图，其与实施例1的区别在于：在钢轨11旁边，通过永磁轨道扣件20与永磁轨道基底10，将永磁轨道9固定在轨枕15两端。进一步，沿线路中间铺设直线电机次级132，在保留轮轨列车线路结构的基础上，使高温超导磁浮列车与轮轨列车能够共用同一条线路。

实施例3：作为又一种实施方式，如图6所示的永磁轨道线路另一种设置示意图，其与实施例1的区别在于：将永磁轨道9直接替换钢轨11，通过永磁轨道扣件20与永磁轨道基底10，整体固定在轨枕15上。进一步，沿线路中间铺设直线电机次级132，使高温超导磁浮列车能够利用现有轮轨列车系统的基础设施。

本实用新型采用以上技术方案，在现有轮轨列车线路的基础上，将永磁轨道替换钢轨或铺设在钢轨旁边或钢轨正上方，在线路中间与两侧分别增加驱动装置与辅助导向装置，使高温超导磁悬浮列车共用轮轨列车的线路基建、电力系统、列控系统等，从而实现稳定的悬停、低速运行及高速运行，极大降低了线路系统的搭建成本与资源浪费。本实用新型与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在不降低系统悬浮承载性能的条件下，保证了系统低速与高速运行下的稳定性。同时，使高温超导磁悬浮列车能够共用轮轨列车的线路基建、电力系统、列控系统等，实现与轮轨列车系统的兼容，从而极大减小了线路及其它系统搭建的成本。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims

1.一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：其包括车体、悬浮架和直线电机；车体通过中心牵引销和减震器与悬浮架的顶部上表面连接；直线电机包括直线电机初级和直线电机次级，直线电机次级或直线电机初级设在悬浮架的下表面的中间，与直线电机次级或直线电机初级相对应直线电机初级或者直线电机次级沿轮轨列车轨道线路中间铺设，悬浮架的下表面相对直线电机次级或直线电机初级的两侧边分别设置悬浮杜瓦，悬浮杜瓦的底部放置超导材料，轮轨列车轨道上对应悬浮杜瓦设有永磁轨道，永磁轨道固定于永磁轨道基底的上端，永磁轨道基底安装在轮轨列车轨道上。

2.根据权利要求1所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：轮轨列车轨道包括道床以及沿线路横向间隔铺设在道床上的轨枕，钢轨通过扣件固定在轨枕上；永磁轨道基底安装在钢轨的上端面，永磁轨道基底底面开设有与钢轨的上端面匹配固定的安装槽；或者永磁轨道基底设在钢轨外侧或内侧，且永磁轨道基底通过与永磁轨道基底匹配的永磁轨道扣件固定在轨枕上。

3.根据权利要求2所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：永磁轨道基底代替钢轨安装在原钢轨位置，永磁轨道基底通过与永磁轨道基底匹配的永磁轨道扣件固定在轨枕上。

4.根据权利要求1所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：悬浮架的两侧边分别设有磁场源，轮轨列车轨道的两侧分别竖直设有侧梁，侧梁的内侧面对应磁场源设有金属板，磁场源和金属板构成辅助导向装置。

5.根据权利要求4所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：所述的磁场源为永磁体、电磁体、超导线圈磁体中的一种单一磁体结构或任意二种以上的组合结构；所述的金属板为金属导电板、常导线圈、“8”字形零磁通线圈中的单一结构或任意二种以上的组合结构；金属导电板采用铝、铜、铁中的一种单一材质或任意二种以上复合材质成型；当系统低速运行时，磁场源采用电磁体，金属板采用高磁导率的铁板，通过主动控制实现列车的辅助导向；当系统高速运行时，磁场源采用永磁体、超导线圈磁体中的单一磁体结构或任意二种以上的组合结构，金属板采用高电导率的铝板、铜板、铝铜复合板或“8”字形零磁通线圈。

6.根据权利要求1所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：所述的车体、悬浮杜瓦与悬浮架采用轻铝合金、碳纤维、环氧树脂与钢材中的单一材质或任意二种以上材质的组合成型；所述的减震器为机械减震器、空气减震器、油压减震器、磁悬浮减震器中的一种单一结构或任意二种以上的组合结构。

7.根据权利要求1所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：悬浮杜瓦采用注入液氮、低压固氮处理、制冷机制冷中的一种单一制冷方法或任意二种以上的组合制冷方法对超导材料进行冷却。

8.根据权利要求1所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：所述的永磁轨道为永磁体、电磁体、超导线圈磁体中的一种单一磁体结构或任意二种以上的组合结构；直线电机初级为带铁心或空心三相绕组；直线电机次级为金属导电板、永磁体、电磁体、超导线材磁体中的一种单一结构或任意二种以上的组合结构；金属导电板采用铝、铜、铁中的一种单一材质或任意二种以上复合材质成型；超导材料为ReBaCuO或其它超导材料的块材、带材堆叠、线圈中一种单一组合结构或任意二种以上的组合结构，Re为稀土元素。

9.根据权利要求8所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：永磁轨道采用永磁体进行组装时，永磁轨道的横向结构按Halbach阵列进行排列。

10.根据权利要求2所述的一种兼容轮轨列车系统的高温超导磁悬浮列车，其特征在于：所述的轨枕采用木枕、钢枕、混凝土材料预制或现场浇筑成型；所述的道床采用碎石铺设成型，或采用混凝土预制或现场浇筑成型。