CN216508322U - 一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统，电机次级点阵包括对应钢箱梁横截面的横向齿槽阵列和对应列车走行方向的纵向齿槽阵列；电机初级单元的第一和第二电磁铁组，均由四个齿槽型极板结构的电磁铁编组构成；电磁铁纵向设置两个极板和一个绕线槽，极板的宽度与绕线槽的宽度相等，且极板的宽度与次级点阵的纵向齿槽阵列的齿、槽宽度相等；线包绕制在绕线槽；两个极板的横向，设置与次级点阵的横向齿槽阵列相对应的横向齿、槽；第一和第二电磁铁组的四个电磁铁编组后，依次纵向固定在车架的纵向前、后半部。本实用新型的有益效果在于，非接触式传动，结构简单，电机绕制方便，一个电机就能实现驱动、减重和导向三个力。
Description
技术领域
本实用新型涉及轨道交通悬挂式列车技术领域，特别是一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统。
背景技术
悬挂式列车的优势在于其运行于空中，占用极少的地面空间资源。主要用于短途城市轨道交通，旅游区、特色小镇、大型场企等处的交通，是一种新型轨道交通制式。
现有的悬挂式列车仍存在一些不足，主要体现在：胶轮轮胎磨耗严重，缺乏自导向功能，运行平稳性较差。传统的悬挂式列车系统采用以旋转电机加传动装置的机械驱动模式，为降低运行噪声采用了实心胶轮作为驱动轮和导向轮。在列车运行时，胶轮承受整车重量并且通过摩擦提供驱动力，长期以往磨损严重，由此带来的运营维护成本高。另外，实心轮胎承受整车重量，因受力会发生形变，导致列车在较高速度下平稳性较差。目前，解决这一问题的方式主要有以下几种：1、利用悬浮的方式取代传统的胶轮驱动，这种方式技术难度大，结构复杂，造价高，悬浮可靠性较低。2、利用钢轮取代胶轮，这种方式会带来噪声大的问题。3、利用空心轮胎取代实心轮胎，这种方式安全性差，有爆胎隐患。4、利用异步直线电机、同步直线电机、直线磁阻电机等非接触驱动的方式取代传统胶轮，目前已经有直线电机初级加铝次级、直线横向磁通磁阻电机等方式。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统，是非接触式的驱动方式。利用开关直线磁阻电机的原理，给出齿槽型极板结构的电磁铁，并将电磁铁按规律编组并沿线路纵向布置形成电机的初级，跟点阵型的电机次级作用，产生非接触式的驱动、减重和导向力，从而驱动悬挂式列车运行。相较于传统的磁阻电机，这种结构实现的系统，电磁铁绕制工艺简单，利于铜线集中排布，更容易实现较大的导向力。
实现本实用新型目的的技术方案为：
一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统，包括电机次级点阵和电机初级单元；电机次级点阵安装在钢箱梁顶板下方，包括对应钢箱梁横截面的横向齿槽阵列和对应列车走行方向的纵向齿槽阵列；纵向齿槽阵列的齿、槽宽度相等；电机初级单元包括第一电磁铁组和第二电磁铁组；第一电磁铁组和第二电磁铁组，均由四个齿槽型极板结构的电磁铁编组构成；所述电磁铁，纵向设置两个极板和一个绕线槽，极板的宽度与绕线槽的宽度相等，且极板的宽度与次级点阵的纵向齿槽阵列的齿、槽宽度相等；线包绕制在绕线槽；两个极板的横向，设置与次级点阵的横向齿槽阵列相对应的横向齿、槽；第一电磁铁组的四个电磁铁编组后，依次纵向固定在车架的纵向前半部；当列车处于初始位置时：一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线；第二电磁铁组的四个电磁铁编组后，依次纵向固定在车架的纵向后半部；当列车处于初始位置时：一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线。
进一步的技术方案，所述第一电磁铁组的四个电磁铁编组后，通过第一安装基板依次纵向固定在车架的纵向前半部；所述第二电磁铁组的四个电磁铁编组后，通过第二安装基板依次纵向固定在车架的纵向后半部。
进一步的技术方案，当列车处于初始位置时：第一电磁铁组的四个电磁铁，从前向后第一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，第二个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，第三个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，第四个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线，第一个电磁铁紧挨第二个电磁铁，第三个电磁铁紧挨第四个电磁铁，第二个电磁铁与第三个电磁铁相距0.5齿宽；第二电磁铁组的四个电磁铁，从后向前第一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，第二个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，第三个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线，第四个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，第一个电磁铁紧挨第二个电磁铁，第三个电磁铁紧挨第四个电磁铁，第二个电磁铁与第三个电磁铁相距1.5齿宽；两个电磁铁组的第一个电磁铁，还以车架纵向中线对称。
本实用新型的有益效果在于，非接触式传动，结构简单，电机绕制方便，一个电机就能实现驱动、减重和导向三个力。
附图说明
图1是电磁铁产生磁阻力的原理示意图。
图2是系统横向结构示意图。
图3是系统纵向结构示意图。
图4是电磁铁组定义示意图。
图5系统纵向布置示意图。
图6齿槽型电磁铁示意图。
具体实施方式
一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统，利用了开关直线磁阻的原理，提出了一种具有齿槽型极板结构的电磁铁，并以这种电磁铁编组，通过按规律排布构成电机初级单元。
系统包括电机次级点阵和电机初级单元。次级点阵为安装在钢箱梁顶板下方的块状点阵，安装基板安装在车架上并承载电机初级单元。电机初级单元包括两个1号电磁铁，两个2号电磁铁，两个3号电磁铁，两个4号电磁铁，共8个电磁铁，均安装在安装基板上。
在电机初级单元中，8个电磁铁在尺寸、参数、材料方面均相同，唯一不同的是布置位置，其极板均为齿槽型结构，且极板的宽度等于绕线槽的宽度，8个不同编号的电磁铁分成两组，按照一组1、3、2、4，另二组4、2、3、1的方式沿列车运行方向布置在车架上。其中，两组的1号电磁铁和3号电磁铁，分别以车架纵向中线为对称线布置。纵向对称布置的目的是为了车架受到的减重力分布对称，不产生额外的纵向扭矩。一组电磁铁的编号是按照以下原则定义的：1、任意选取一段能覆盖4个电磁铁总宽度的次级点阵，列车处于该段的初始位置时，让第一个电磁铁的极板和绕线槽分别与次级点阵在纵向上的齿和槽正对，将该电磁铁定义为1号电磁铁；2号电磁铁相对1号电磁铁右向错位二分之一极板宽度，3号电磁铁相对1号电磁铁右向错位一个极板宽度，4号电磁铁相对1号电磁铁右向错位一个半极板宽度。根据磁阻电机的原理，只要编组的4个电磁铁能满足上述错位关系即可。电磁铁一组按照1、3、2、4布置，另一组按照4、2、3、1的方式布置，能使结构紧凑，整体长度小。
电机次级及辅助单元中，次级点阵是以导磁材料块为单元形成横向和纵向阵列，横向对应箱梁的横截面，纵向对应列车的走行方向，次级点阵在横向形成的齿槽形状中，齿和槽在尺寸和数量上可以不相等，只需跟电机初级单元中单个电磁铁极板的齿和槽对应相等。次级点阵在纵向形成的沿线路连续的齿槽形状中，齿和槽的尺寸相等，并且等于电机初级单元中电磁铁极板宽度和绕线槽的宽度。安装基板为非导磁材料，用于将电机初级单元固定在车架上，以避免电磁铁形成的磁路被车架中的铁磁物质短路。当然，也可以不用安装基板，而采用其它的固定方式。
由于电磁铁极板的齿和槽跟次级点阵横向分布的齿和槽对应，所以在车架移动导致二者错位时，会产生横向磁阻力，即导向力。由于电磁铁通电之后，跟铁磁物质的次级点阵形成磁路，会产生吸引力，即减重力。由于电磁铁整体极板跟次级点阵纵向分布的齿和槽对应，在车架处于箱梁内任意位置，总存在电磁铁的极板和绕线槽跟次级点阵横向分布的齿和槽错位的情况，会产生纵向磁阻力，即驱动力。
具体实施例如下：
悬挂式列车的驱动与导向系统利用了磁阻电机的原理，由于结构中构成磁阻电机初级的单元是电磁铁，所以利用的是电磁铁产生磁阻力的原理。如图1所示，在电磁铁极板和电机次级正对的情况下，电磁铁绕组通电时只产生电磁吸力。在电磁铁极板和电机次级错位的情况下，不仅产生电磁吸力，同时还产生一个初始电磁铁回到正对位置的磁阻力。
悬挂式列车的驱动与导向系统，如图2和图3所示，包括电机次级点阵101和电机初级单元200。次级点阵101为安装在钢箱梁顶板下方的块状点阵，安装基板102安装在车架上并承载电机初级单元200。电机初级单元200包括两个1号电磁铁201，两个2号电磁铁202，两个3号电磁铁203，两个4号电磁铁204，共8个电磁铁，均安装在安装基板102上。如图4所示，电磁铁的编号是按照以下原则定义的：1、任意选取一段能覆盖4个电磁铁总宽度的次级点阵，让第一个电磁铁的极板和绕线槽与次级点阵在纵向上的齿和槽正对，将该电磁铁定义为1号电磁铁201；2号电磁铁202相对1号电磁铁右向错位二分之一极板宽度，3号电磁铁203相对1号电磁铁右向错位一个极板宽度，4号204电磁铁相对1号电磁铁右向错位一个半极板宽度。
如图5所示，本实施例采用了由三个车架带一个车体的模式，车体与各车架间用吊柱连接，次级点阵101沿线路布置在钢箱梁的顶板的下表面，长度与线路等长。每个车架上均布置一个电机初级单元200。由电机初级单元200和次级点阵101相互作用产生列车工作需要的驱动力，减重力和导向力，导向力方向见图2。
采用本实用新型实现的悬挂式列车的驱动与导向系统，可以实现非接触式运动，其构成电机初级单元200的8个电磁铁均为同一种具有齿槽极板的电磁铁，如图6所示，单个电磁铁的具体尺寸见下表。
| 参数名称 | 参数值(mm) | 参数名称 | 参数值 |
| 极板宽度 | 70 | 最大安匝数 | 20000A |
| 槽深 | 120 | 最大工作间隙 | 10mm |
| 槽宽 | 70 | 铁芯厚度 | 30 |
| 极板长度 | 800 | 横向齿宽 | 30mm |
| 极板高度 | 150 | 横向槽宽 | 20mm |
| 极板材料 | 硅钢片 | 绕组材料 | 铝 |
构成电机次级的次级点阵101中的单个块呈长方体状，具体尺寸见下表。
如图5所示，在车体长度为12米，三车架，共24个电磁铁组成三个电机初级单元(200)，电机次级为次级点阵，布满线路。列车加荷载总重为30吨。列车运行中，在纵向长度上移动半个极板宽度下的驱动力和减重力的情况如下表所示。
本实施例中，在横向长度上，存在错位情况的导向力如下表所示。
由以上两表可知，本实施例中的驱动和导向系统，在最大安匝数的情况下，其驱动力在3.3到5.5吨范围内，其减重力在31吨到50吨范围内，其导向力在0.6吨到3.5吨范围内。可见，通过调节输入电磁铁的电流大小，该系统可以满足悬挂式列车驱动、减重和导向的需求。
Claims (3)
1.一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统，其特征在于，包括电机次级点阵和电机初级单元；
电机次级点阵安装在钢箱梁顶板下方，包括对应钢箱梁横截面的横向齿槽阵列和对应列车走行方向的纵向齿槽阵列；纵向齿槽阵列的齿、槽宽度相等；电机初级单元包括第一电磁铁组和第二电磁铁组；第一电磁铁组和第二电磁铁组，均由四个齿槽型极板结构的电磁铁编组构成；所述电磁铁，纵向设置两个极板和一个绕线槽，极板的宽度与绕线槽的宽度相等，且极板的宽度与次级点阵的纵向齿槽阵列的齿、槽宽度相等；线包绕制在绕线槽；两个极板的横向，设置与次级点阵的横向齿槽阵列相对应的横向齿、槽；
第一电磁铁组的四个电磁铁编组后，依次纵向固定在车架的纵向前半部；当列车处于初始位置时：一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线；第二电磁铁组的四个电磁铁编组后，依次纵向固定在车架的纵向后半部；当列车处于初始位置时：一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，一个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线。
2.如权利要求1所述一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统，其特征在于，所述第一电磁铁组的四个电磁铁编组后，通过第一安装基板依次纵向固定在车架的纵向前半部；所述第二电磁铁组的四个电磁铁编组后，通过第二安装基板依次纵向固定在车架的纵向后半部。
3.如权利要求1所述一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统，其特征在于，当列车处于初始位置时：
第一电磁铁组的四个电磁铁，从前向后第一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，第二个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，第三个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，第四个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线，第一个电磁铁紧挨第二个电磁铁，第三个电磁铁紧挨第四个电磁铁，第二个电磁铁与第三个电磁铁相距0.5齿宽；
第二电磁铁组的四个电磁铁，从后向前第一个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的齿，第二个电磁铁的极板对准纵向齿槽阵列的槽，第三个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的槽、齿分割线，第四个电磁铁的极板中线对准纵向齿槽阵列的齿、槽分割线，第一个电磁铁紧挨第二个电磁铁，第三个电磁铁紧挨第四个电磁铁，第二个电磁铁与第三个电磁铁相距1.5齿宽；
两个电磁铁组的第一个电磁铁，还以车架纵向中线对称。
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| CN114194222A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-03-18 | 山西中海威轨道交通工程有限公司 | 一种用于悬挂式列车的驱动与导向系统 |
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2022
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