RU214369U1 - COMBINED SUSPENSION FOR HIGH-SPEED MAGNETIC TRANSPORT - Google Patents
COMBINED SUSPENSION FOR HIGH-SPEED MAGNETIC TRANSPORT Download PDFInfo
- Publication number
- RU214369U1 RU214369U1 RU2021139088U RU2021139088U RU214369U1 RU 214369 U1 RU214369 U1 RU 214369U1 RU 2021139088 U RU2021139088 U RU 2021139088U RU 2021139088 U RU2021139088 U RU 2021139088U RU 214369 U1 RU214369 U1 RU 214369U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vehicle
- electromagnets
- hybrid
- housing
- track structure
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000005339 levitation Methods 0.000 abstract description 28
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 abstract description 17
- 230000005294 ferromagnetic Effects 0.000 description 19
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 11
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 3
- 230000003137 locomotive Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000005442 atmospheric precipitation Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к транспортному средству с комбинированным подвесом, содержащим корпус с боковыми стенками и выступами вниз. К боковым стенкам корпуса прикреплены электромагнитные обмотки с возможностью формирования магнитного поля в боковом направлении снаружи корпуса. К выступам вниз прикреплены гибридные электромагниты, включающие в себя электромагниты и постоянные магниты, выполненные с возможностью формирования магнитного поля в вертикальном направлении (в частности, вверх) под корпусом. Технический результат полезной модели заключается в обеспечении бесконтактной левитации транспортного средства с электродинамическим подвесом как в движении с любыми скоростями, так и на стоянке, при одновременном обеспечении пониженного (практически нулевого) энергопотребления в режиме стоянки и на низких скоростях, а также при одновременном обеспечении возможности регулирования положения транспортного средства по высоте относительно путевой структуры как на стоянке, так и в движении. The utility model relates to a vehicle with a combined suspension, containing a body with side walls and projections down. Electromagnetic windings are attached to the side walls of the housing with the possibility of forming a magnetic field in the lateral direction outside the housing. Attached to the protrusions downward are hybrid electromagnets, including electromagnets and permanent magnets, configured to generate a magnetic field in a vertical direction (particularly upward) under the housing. The technical result of the utility model is to provide non-contact levitation of a vehicle with an electrodynamic suspension both in motion at any speed and in the parking lot, while providing reduced (almost zero) power consumption in the parking mode and at low speeds, as well as while providing the possibility of regulation position of the vehicle in height relative to the track structure, both in the parking lot and in motion.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельField of technology to which the utility model belongs
Настоящая полезная модель относится к транспорту, в частности, к высокоскоростному магнитолевитационному транспорту.This utility model relates to transport, in particular, to high-speed maglev transport.
Уровень техникиState of the art
Из патента JP2003333709 известно транспортное средство с электродинамическим подвесом, представляющее собой вагон, снабженный электромагнитными обмотками на бортах и колесами снизу. Вагон предназначен для передвижения в путевой структуре в виде открытого вверх желоба, на боковых поверхностях которого установлены пассивные двухпетлевые катушки, а нижняя поверхность представляет собой горизонтальную площадку для качения колес вагона.From the patent JP2003333709 a vehicle with an electrodynamic suspension is known, which is a wagon equipped with electromagnetic windings on the sides and wheels from below. The car is intended for movement in the track structure in the form of a chute open upwards, on the side surfaces of which passive two-loop coils are installed, and the lower surface is a horizontal platform for rolling the wheels of the car.
Двухпетлевые катушки на боковых поверхностях путевой структуры и электромагнитные обмотки на бортах вагона во взаимодействии друг с другом обеспечивают электродинамическую левитацию при достаточной для этого скорости перемещения вагона вдоль путевой структуры. На стоянке и при наборе скорости вагон перемещается на колесах по горизонтальной поверхности пути.Two-loop coils on the side surfaces of the track structure and electromagnetic windings on the sides of the car, in interaction with each other, provide electrodynamic levitation at a sufficient speed of movement of the car along the track structure. In the parking lot and when picking up speed, the car moves on wheels along the horizontal surface of the track.
Недостатком описанного транспортного средства является применение колес для обеспечения нахождения вагона в требуемом положении на стоянке, а также для обеспечения перемещения вагона на малых скоростях, когда электродинамическая сила недостаточна для удержания вагона на заданной высоте.The disadvantage of the described vehicle is the use of wheels to ensure that the car is in the required position in the parking lot, as well as to ensure the movement of the car at low speeds, when the electrodynamic force is insufficient to keep the car at a given height.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задачей полезной модели является исключение колес или пар скольжения, которые могут быть применены в качестве замены колес из левитационного транспорта и обеспечение его левитации как в движении с любыми скоростями, так и на стоянке при том же или незначительно возросшем уровне энергопотребления, что и у левитационного транспорта с электродинамическим подвесом и колесами из уровня техники.The objective of the utility model is to exclude wheels or sliding pairs that can be used as a replacement for wheels from a levitation transport and ensure its levitation both in motion at any speed and in a parking lot at the same or slightly increased level of energy consumption as that of a levitation transport with electrodynamic suspension and state of the art wheels.
Задача полезной модели решается с помощью транспортного средства с комбинированным подвесом, содержащим корпус с боковыми стенками и выступами (кронштейнами), направленными вниз. К боковым стенкам корпуса прикреплены электромагнитные обмотки с возможностью формирования магнитного поля в боковом направлении снаружи корпуса. К выступам вниз прикреплены гибридные электромагниты, включающие в себя магнитопровод, электромагниты и постоянные магниты, формирующие магнитное поле в вертикальном направлении (в частности, вверх) под корпусом.The task of the utility model is solved using a vehicle with a combined suspension, containing a body with side walls and protrusions (brackets) directed downward. Electromagnetic windings are attached to the side walls of the housing with the possibility of forming a magnetic field in the lateral direction outside the housing. Attached to the protrusions downward are hybrid electromagnets, including a magnetic circuit, electromagnets, and permanent magnets that form a magnetic field in a vertical direction (in particular, upwards) under the housing.
Выступы вниз могут быть снабжены в нижней части горизонтальными площадками, к которым крепятся гибридные электромагниты.The downward protrusions can be provided in the lower part with horizontal platforms to which the hybrid electromagnets are attached.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении бесконтактной левитации транспортного средства с электродинамическим подвесом как в движении с любыми скоростями, так и на стоянке, при одновременном обеспечении пониженного (практически нулевого) энергопотребления в режиме стоянки и на низких скоростях, а также при одновременном обеспечении возможности регулирования положения транспортного средства по высоте относительно путевой структуры как на стоянке, так и в движении.The technical result of the utility model is to provide non-contact levitation of a vehicle with an electrodynamic suspension both in motion at any speed and in the parking lot, while providing reduced (almost zero) power consumption in the parking mode and at low speeds, as well as while providing the ability to control position of the vehicle in height relative to the track structure, both in the parking lot and in motion.
Одновременное достижение всех составных частей технического результата - обеспечение левитации как в движении с любой скоростью, так и на стоянке, при низком энергопотреблении и регулировании положения транспортного средства по высоте - является важным ввиду того, что переход от прототипа из уровня техники, использующего электродинамическую левитацию в движении и колеса на стоянке к левитации как в движении, так и на стоянке имеет смысл только при обеспечении аналогичных экономических характеристик, что с технической точки зрения выражается в энергопотреблении, так и при обеспечении реализуемости и безопасности левитации на стоянке, что невозможно без регулирования положения транспортного средства по высоте, поскольку иначе оно упадет или придет в соприкосновение с магнитопроводом, вследствие чего ни левитация, ни движение транспортного средства будет невозможным.The simultaneous achievement of all the components of the technical result - the provision of levitation both in motion at any speed and in the parking lot, with low power consumption and regulation of the vehicle's position in height - is important in view of the fact that the transition from a prototype from the prior art using electrodynamic levitation to movement and wheels in the parking lot to levitation both in motion and in the parking lot makes sense only when providing similar economic characteristics, which from a technical point of view is expressed in energy consumption, and when ensuring the feasibility and safety of levitation in the parking lot, which is impossible without regulating the position of the vehicle means in height, because otherwise it will fall or come into contact with the magnetic circuit, as a result of which neither levitation nor movement of the vehicle will be possible.
Указанный технический результат достигается за счет комбинирования в транспортном средстве элементов электродинамического подвеса и гибридного электромагнитного подвеса (то есть применения комбинированного подвеса), которые при перемещении транспортного средства в соответствующей путевой структуре обеспечивают электродинамическую левитацию на высоких скоростях (работают боковые обмотки) и электромагнитную левитацию на низких скоростях и стоянке (работают нижние гибридные электромагниты). Регулирование положения транспортного средства по высоте относительно путевой структуры на стоянке и малых скоростях обеспечивается электромагнитами, входящими в состав гибридных электромагнитов, а в движении - боковыми обмотками, обеспечивающими электродинамическую левитацию, и, в некоторых случаях, электромагнитами, входящими в состав гибридных электромагнитов.The specified technical result is achieved by combining elements of an electrodynamic suspension and a hybrid electromagnetic suspension in the vehicle (that is, the use of a combined suspension), which, when the vehicle moves in the corresponding track structure, provide electrodynamic levitation at high speeds (side windings work) and electromagnetic levitation at low speeds. speeds and parking (bottom hybrid electromagnets work). Regulation of the position of the vehicle in height relative to the track structure at parking and low speeds is provided by electromagnets that are part of hybrid electromagnets, and in motion - by side windings that provide electrodynamic levitation, and, in some cases, electromagnets that are part of hybrid electromagnets.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фигуре показано транспортное средство в соответствии с настоящей полезной моделью в поперечном разрезе внутри путевой структуры.The figure shows a vehicle in accordance with the present utility model in cross section inside the track structure.
Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model
Далее полезная модель описана по отношению к фигуре, на которой представлен предпочтительный вариант осуществления полезной модели. Описываемый предпочтительный вариант, показанный на фигуре, не является ограничивающим объем охраны полезной модели и предназначен лишь для пояснения ее сущности. Объем охраны полезной модели определяется последующей формулой полезной модели.Next, the utility model is described with respect to the figure, which shows the preferred embodiment of the utility model. The described preferred option, shown in the figure, is not limiting the scope of protection of the utility model and is intended only to clarify its essence. The scope of protection of the utility model is determined by the following claims of the utility model.
На фигуре показано транспортное средство с комбинированным подвесом, содержащее корпус 5 с боковыми стенками и выступами (например, кронштейнами) 8 вниз. Корпус транспортного средства может содержать дно, соединяющее боковые стенки и расположенное над горизонтальными площадками стола 9 в основании желоба и гибридными электромагнитами на расстоянии, достаточным для размещения под дном части ферромагнитного рельса с зазорами между рельсом и дном, а также между рельсом и гибридными электромагнитами. В другом варианте корпус транспортного средства может содержать продольную раму, а также поперечную раму, соединяющую боковые стенки и расположенную над горизонтальными площадками и гибридными электромагнитами на расстоянии, достаточным для размещения под рамой части ферромагнитного рельса с зазорами между рельсом и рамой, а также между рельсом и гибридными электромагнитами.The figure shows a vehicle with a combined suspension, containing a
Соединение боковых стенок дном или рамой обеспечивает удержание в заданном положении электромагнитов (электромагнитных обмоток), что создает возможность непрерывного и контролируемого электродинамического взаимодействия электромагнитных обмоток транспортного средства с пассивными катушками путевой структуры. В то же время указанное расстояние между дном (рамой) и горизонтальными площадками и гибридными электромагнитами, обеспечивает возможность размещения под дном части ферромагнитного рельса так, чтобы он не касался ни дна (рамы), ни гибридных электромагнитов, и чтобы между гибридными электромагнитами и рельсом был зазор, достаточный для электромагнитного взаимодействия, обеспечивающего левитацию транспортного средства на стоянках и при низких скоростях.The connection of the side walls with a bottom or a frame ensures that the electromagnets (electromagnetic windings) are held in a predetermined position, which creates the possibility of a continuous and controlled electrodynamic interaction of the electromagnetic windings of the vehicle with the passive coils of the track structure. At the same time, the specified distance between the bottom (frame) and horizontal platforms and hybrid electromagnets makes it possible to place a part of the ferromagnetic rail under the bottom so that it does not touch either the bottom (frame) or hybrid electromagnets, and that between the hybrid electromagnets and the rail there is a gap sufficient for electromagnetic interaction, providing levitation of the vehicle in parking lots and at low speeds.
Рама транспортного средства может быть выполнена в виде отдельных поперечных балок или балок, соединенных между собой и расположенных как поперечно, так и продольно. Корпус транспортного средства может не иметь рамы или балок и быть выполненным в виде единой несущей силовой конструкции (монокок).The vehicle frame can be made in the form of separate transverse beams or beams interconnected and arranged both transversely and longitudinally. The body of the vehicle may not have a frame or beams and be made in the form of a single load-bearing structure (monocoque).
Корпус транспортного средства, в том числе выступы вниз, рама и другие элементы, могут изготавливаться из широко применяемых в уровне техники конструкционных материалов, таких как металлы, полимеры, композиты, растительного происхождения и другие. Они должны обеспечивать достаточную механическую прочность. Соединяться элементы корпуса могут с помощью известных из уровня техники способов, таких как сварка, винтовое/болтовое/клепанное соединение, приклеивание, прижим или зажим и т.п.The body of the vehicle, including the downward projections, the frame and other elements, can be made from construction materials widely used in the prior art, such as metals, polymers, composites, vegetable origin, and others. They must provide sufficient mechanical strength. The housing elements can be connected using methods known from the prior art, such as welding, screw/bolt/riveting, gluing, clamping or clamping, and the like.
Во всех случаях материалы, используемые для создания стенок проницаемых для магнитного поля, должны обеспечивать достаточную механическую прочность, коррозионную стойкость и защиту электрических цепей от негативных внешних факторов. Защита от неблагоприятных атмосферных условий обеспечивается использованием соответствующих покрытий.In all cases, the materials used to create walls that are permeable to a magnetic field must provide sufficient mechanical strength, corrosion resistance and protection of electrical circuits from negative external factors. Protection against adverse weather conditions is ensured by the use of appropriate coatings.
К боковым стенкам корпуса 5 прикреплены обмотки 3, обеспечивающие формирование магнитного поля в боковом направлении снаружи корпуса 5. Магнитное поле от обмоток 3 обеспечивает возможность осуществления электродинамической левитации относительно путевой структуры 2 и стационарных двухпетлевых катушек с петлями 1 и 4, расположенных в боковых стенках желоба путевой структуры 2.
Боковые обмотки 3 (электромагнитные катушки) могут быть прикреплены к наружным или внутренним поверхностям боковых стенок корпуса 5 или могут быть размещены внутри боковых стенок, причем в последних двух случаях боковые стенки выполняются проницаемыми для магнитного поля. Во всех случаях размещения электромагнитных катушек на боковых стенках корпуса транспортного средства желательно предусматривать соответствующие экраны для защиты (ограждения) пассажиров и перевозимого груза от воздействия электромагнитных полей.Side windings 3 (electromagnetic coils) can be attached to the outer or inner surfaces of the side walls of the
Корпус 5 снабжен выступами/кронштейнами 8 вниз, к которым под корпусом прикреплены гибридные электромагниты 7. Выступы 8 вниз от корпуса транспортного средства, предназначенные для размещения гибридных электромагнитов 7, могут быть выполнены съемными. Выступы вниз могут быть расположены на углах и прикреплены к боковым стенкам и, таким образом, являться продолжением боковых сторон. В другом варианте выступы вниз могут быть расположены под корпусом и прикреплены к дну или поперечной раме.The
Гибридные электромагниты 7 могут быть прикреплены к выступам 8 непосредственно или через горизонтальные площадки, к которые могут прикрепляться к выступам 8 и к которым могут прикрепляться гибридные электромагниты 7. Гибридные электромагниты могут быть прикреплены к горизонтальным площадкам сверху или через площадки так, что обращены рабочей поверхностью (где создается требуемое магнитное поле и с которой образуется рабочий зазор с феррорельсом) вверх к месту размещения ферромагнитного рельса. В другом варианте гибридные электромагниты могут быть прикреплены к горизонтальным площадкам снизу или через площадки так, что обращены рабочей поверхностью вверх к месту размещения ферромагнитного рельса через горизонтальную площадку и зазор образуется горизонтальной площадкой, которая должна быть выполнена проницаемой для магнитного поля. Горизонтальные площадки могут быть расположены под корпусом или выступать за вертикальные боковые проекции корпуса.
Гибридные электромагниты 7 включают в себя электромагниты и постоянные магниты, формирующие под корпусом 5 магнитное поле, направленное в вертикальном направлении, в частности, вверх. Кроме того, гибридные электромагниты содержат сердечники или магнитопроводы для направления магнитного поля вверх. Материал сердечников электромагнитных катушек должен обеспечивать малые потери при перемагничивании и не иметь высокой остаточной намагниченности.The
Транспортное средство с комбинированным подвесом предназначено для перемещения в путевой структуре 2, показанной на фигуре, состоящей из боковых стенок, на которых вдоль путевой структуры установлены стационарные двухпетлевые катушки 1 и 4, и нижней ферромагнитной направляющей 6, установленной на нижней Т-образной структуре, обеспечивающей возможность размещения гибридных электромагнитов 7 под направляющей 6. The vehicle with a combined suspension is designed to move in the
В предпочтительном варианте путевая структура может быть выполнена в виде U-образного желоба, открытого вверх. В другом варианте путевая структура может иметь стенки, соединенные поперечными балками или рамой. Во всех вариантах исполнения путевая структура имеет необходимые дренажные отверстия для удаления атмосферных осадков. Дренажные отверстия предусматриваются в наиболее низких местах с целью их гарантированного удаления самотеком.In a preferred embodiment, the track structure may be in the form of a U-shaped trough, open upwards. In another embodiment, the track structure may have walls connected by transverse beams or a frame. In all versions, the track structure has the necessary drainage holes to remove atmospheric precipitation. Drainage holes are provided in the lowest places in order to guarantee their removal by gravity.
Путевая структура 2 на фигуре содержит двухпетлевые электромагнитные катушки с верхней петлей 1 и нижней петлей 4, в боковых стенках путевой структуры. Двухпетлевые электромагнитные катушки выполняются в виде восьмерки с целью для генерирования разнонаправленных электродвижущих сил от инициирующей боковой обмотки 3 транспортного средства и позволяют создать условия для формирования равновесной зоны, в которую попадает транспортное средство при движении с расчетной максимальной скоростью.The
В некоторых случаях в путевых структурах в боковых стенках могут применяться однопетлевые электромагнитные катушки. Однопетлевые катушки позволяют сформировать только поднимающую электромагнитную силу и не формируют равновесной зоны для транспортного средства, в которой они уравновешивают друг друга при движении транспортного средства с расчетной максимальной скоростью. Это требует дополнительных конструктивных изменений в системе управления транспортного средства, но позволяет сократить расход электропроводного материала в связи с исключением второй петли.In some cases, single-loop electromagnetic coils can be used in track structures in the side walls. Single-loop coils allow only a lifting electromagnetic force to be generated and do not form an equilibrium zone for the vehicle in which they balance each other when the vehicle is moving at the calculated maximum speed. This requires additional design changes in the vehicle control system, but allows to reduce the consumption of electrically conductive material due to the exclusion of the second loop.
В нижней части путевой структуры 2 установлен один или более ферромагнитный рельс (направляющая) 6. Одна ферромагнитная направляющая устанавливается в том случае, когда она имеет достаточную ширину, чтобы к ней могли притягиваться гибридные электромагниты с двух сторон от плоскости симметрии транспортного средства, проходящей вдоль него и вдоль пути следований и расположенной вертикально через транспортное средства. Данная плоскость симметрии предназначена только элементов транспортного средства, обеспечивающих его перемещение и нахождение в заданном положении на стоянке. Вместо одной широкой ферромагнитной направляющей могут применяться две узкие направляющие 6, показанные на фигуре, которые устанавливаются с двух сторон от плоскости симметрии на Т-образном основании 9 так, чтобы располагаться над гибридными электромагнитами транспортного средства.One or more ferromagnetic rails (guides) 6 are installed in the lower part of the
Т-образное основание 9, на котором размещена стальная направляющая 6, может быть изготовлен из соответствующих конструкционных материалов (металлические сплавы, полимеры, железобетон или др.) из расчета полной нагрузки от транспортного средства. Во всех случаях корпусные конструкции транспортного средства и соответствующего элемента путевой структуры должны выдерживать полный вес транспортного средства в случае постановки на них транспортного средства (в аварийной или иной нештатной ситуации), что обеспечивается выбором соответствующих конструкционных материалов и методов их соединения.The T-shaped base 9, on which the
Транспортное средство с комбинированным подвесом размещается в путевой структуре 2 между боковыми стенками так, чтобы боковые электромагнитные обмотки 3 транспортного средства были расположены напротив боковых петель 1 и 4 путевой структуры 2, а гибридные электромагниты 7 находились под ферромагнитным рельсом (направляющей) 6 с зазором Δ снизу, причем для обеспечения возможности перемещения также должен обеспечиваться и некоторый зазор между направляющей 6 и корпусом 5.A vehicle with a combined suspension is placed in the
Работа комбинированного подвеса, совмещающего классический двухпетлевой электродинамический подвес и гибридный электромагнитный подвес, заключается следующем.The operation of the combined suspension, which combines the classic two-loop electrodynamic suspension and the hybrid electromagnetic suspension, is as follows.
В транспортном средстве система управления одновременно отслеживает величину двух воздушных левитационных зазоров. Первый воздушный левитационный зазор h между центром нижней петли 4 двухпетлевой катушки и центром обмотки 3 на боковой стенке транспортного средства. Второй воздушный левитационный зазор Δ определяется между гибридным электромагнитом 7 и стальной направляющей 6, которая также может называться ферромагнитным рельсом. Подъем и опускание транспортного средства вызывает одинаковые по величине, но разные по направлению изменения обоих указанных воздушных левитационных зазоров.In the vehicle, the control system simultaneously monitors the value of two air levitation gaps. The first air levitation gap h between the center of the
В условиях стоянки транспортного средства гибридный электромагнитный подвес обеспечивает компенсацию полного веса транспортного средства с обеспечением равновесного левитационного воздушного зазора в обеих контролируемых автоматикой вышеуказанных зонах.Under vehicle parking conditions, the hybrid electromagnetic suspension provides compensation for the total weight of the vehicle while providing an equilibrium levitation air gap in both of the above-mentioned zones controlled by the automation.
Гибридный подвес включает в себя гибридные электромагниты 7, расположенные под ферромагнитной направляющей 6 так, что благодаря магнитному полю от постоянных магнитов и электромагнитных катушек, входящих в состав гибридных электромагнитов 7, во взаимодействии с ферромагнитной направляющей вызывающему механическую силу притяжения к ферромагнитной направляющей, гибридные электромагниты притягиваются вверх к этой направляющей. Величина магнитного поля, формируемого гибридными электромагнитами 7, зависящая от постоянной величины магнитного поля постоянных магнитов и величины магнитного поля электромагнитных катушек, изменяемой путем изменения силы тока, подбирается так, чтобы транспортное средство 5, к которому с помощью выступов вниз прикреплены гибридные электромагниты 7, оказывалось в подвешенном состоянии, но при этом между гибридными электромагнитами 7 и ферромагнитной составляющей 6 оставался зазор Δ. Так обеспечивается левитация на стоянке и при малых скоростях движения.The hybrid suspension includes
Постоянный электрический ток в электромагнитных обмотках 3, прикрепленных вертикально к боковым стенкам транспортного средства 5, формирует постоянное магнитное поле и постоянный магнитный поток, исходящие наружу в сторону путевой структуры и расположенных на ней перекрестных петлях 1 и 4 двухпетлевых катушек. При стоянке транспортного средства и при движении с незначительными скоростями магнитный поток от обмотки 3 не способен вызвать наведенные электрические токи в перекрестных петлях 1 и 4 такой величины, что бы при взаимодействии с магнитным потоком обмотки 3 вызвать появление достаточной подъемной силы, компенсирующей вес транспортного средства.A constant electric current in the
При движении транспортного средства с достаточно высокой скоростью указанный магнитный поток от обмотки 3 по закону электромагнитной индукции вызывает наиболее интенсивные наведенные электрические токи в петлях 1 и 4. Двухпетлевая катушка 1 и 4 формирует условия для разнонаправленного течения в них индуцированных токов в петлях 1 и 4 при одинаковом движении относительно них катушки 3 транспортного средства.When the vehicle is moving at a sufficiently high speed, the indicated magnetic flux from winding 3, according to the law of electromagnetic induction, causes the most intense induced electric currents in
Индуцированные в петлях 1 и 4 электрические токи создают во взаимодействии с магнитным потоком обмотки 3 разнонаправленные пондеромоторные силы, вызывающие подъем/опускание транспортного средства в равновесное положение относительно геометрических центров петель 1 и 4 и его удержание в данном положении в период движения с максимальной скоростью. В частности, петли 4 отталкивают обмотки 3, в результате чего транспортное средство испытывает подъемную силу, поскольку горизонтальные отталкивающие силы от петель 4 с двух бортов 2 путевой структуры компенсируют друг друга и остаются только силы, направленные вертикально вверх, ввиду того, что обмотки 3 расположены выше петель 4. The electric currents induced in
Петли 1 наоборот притягивают обмотки 3, поскольку в них ток течет в обратном относительно петель 4 направлении (петли 1 и 4 - перекрестные), в результате чего также создается подъемная сила, поскольку горизонтальные притягивающие силы от петель 1 с двух бортов 2 путевой структуры компенсируют друг друга и остаются только силы, направленные вертикально вверх, ввиду того, что обмотки 3 расположены ниже петель 1. Таким образом, петли 1 и 4 обеспечивают подъемную силу для обмоток 3.
При наборе или снижении скорости транспортного средства соответствующий подъем или опускание транспортного средства компенсируются системой управления транспортного тока посредством изменения величины управляющего электрического тока в катушках электромагнитов гибридного электромагнитного подвеса с таким условием, что бы выполнялось условие сохранения величины равновесного левитационного воздушного зазора.When accelerating or decelerating the vehicle speed, the corresponding rise or fall of the vehicle is compensated by the vehicle current control system by changing the magnitude of the control electric current in the coils of the electromagnets of the hybrid electromagnetic suspension so that the condition for maintaining the magnitude of the equilibrium levitation air gap is met.
При наборе или снижении скорости, а также в ходе движения транспортного средства все указанные зазоры динамически изменяются вследствие совокупного воздействия на транспортное средство электромагнитных сил, вызванных взаимодействием индуцированных электрических токов в петлях 1 и 4 с инициирующим магнитным потоком от обмотки 3 транспортного средства, а также магнитного взаимодействия электромагнитов 7 с ферромагнитным рельсом (направляющей) 6. Система управления гибридным электромагнитным подвесом формирует управляющие электрические токи в электромагнитах 7 таким образом, чтобы они во взаимодействии с ферромагнитным рельсом (направляющей) 6 формировали результирующие электромагнитные силы, обеспечивающие гарантированные безопасные зазоры с учетом величины равновесного левитационного воздушного зазора, требуемого для работы описываемой полезной модели. Таким образом, электромагниты 7 в любой момент времени создают достаточную по величине и направлению дополнительную магнитную силу для компенсации веса транспортного средства, вызванного недостаточной электродинамической силой от взаимодействия электрических индуцированных токов в перекрестных катушках 1 и 4 и магнитного потока инициирующей обмотке 3 транспортного средства.When picking up or slowing down, as well as during the movement of the vehicle, all these gaps dynamically change due to the cumulative effect on the vehicle of electromagnetic forces caused by the interaction of induced electric currents in
Пондемоторная сила, уравновешивающая вес транспортного средства в условиях нулевой скорости (стоянка транспортного средства) и в условиях недостаточной скорости (участки разгона и торможения транспортного средства), генерируется постоянными магнитами с высокой коэрцитивной силой, встроенными в гибридные электромагниты. Незначительное количество электрической энергии необходимо для питания гибридного электромагнита и стабилизации положения транспортного средства относительной направляющих путевой структуры. Наличие гибридных электромагнитов особенно важно во время перемещения груза (движения пассажиров) в транспортном средстве вследствие непрерывного и непредсказуемого изменения центра масс транспортного средства и его отклонения от центра приложения магнитных сил от электромагнитного подвеса. Компенсацию таких флуктуаций обеспечивают исключительно гибридные электромагниты, которые являются ключевым элементом активной безопасности транспортного средства в указанный период. Для существенного сокращения потребляемой электрической энергии необходимой для реализации указанного контроля положения транспортного средства сердечники гибридных электромагнитов выполнены из магнитомягких материалов с высокой намагничивающей способностью.The ponderomotive force that balances the weight of the vehicle in zero speed conditions (vehicle parking) and under speed conditions (vehicle acceleration and deceleration phases) is generated by high coercive force permanent magnets built into hybrid electromagnets. A small amount of electrical energy is needed to power the hybrid electromagnet and stabilize the position of the vehicle relative to the guides of the track structure. The presence of hybrid electromagnets is especially important during the movement of cargo (movement of passengers) in the vehicle due to the continuous and unpredictable change in the center of mass of the vehicle and its deviation from the center of application of magnetic forces from the electromagnetic suspension. Compensation for such fluctuations is provided exclusively by hybrid electromagnets, which are a key element in the active safety of the vehicle during this period. To significantly reduce the consumed electrical energy necessary for the implementation of the specified control of the position of the vehicle, the cores of hybrid electromagnets are made of soft magnetic materials with a high magnetizing ability.
При движении транспортного средства с высокой скоростью происходит взаимное сцепление магнитного потока, создаваемого обмоткой 3, расположенной на боковой стенке транспортного средства, и перекрестными электропроводными петлями 1 и 4. В результате указанного взаимодействия изменения магнитного потока от каждой обмотки 3, вызванные движением транспортного средства относительно элемента путевой структуры, наводит посредством электромагнитной индукции электрические токи в петлях 1 и 4. Электромагнитная сила взаимодействия указанных возникающих токов и магнитного потока от обмотки 3 транспортного средства формирует устойчивую магнитную силу, полностью компенсирующую вес транспортного средства. При этом зона устойчивого равновесного стояния транспортного средства определяется как электромагнитными характеристиками двухпетлевых катушек 1 и 4, так и их конструктивным расположением на элементе путевой структуры. Электрическая мощность, потребляемая транспортным средством в период разгона, движения с постоянной скоростью и торможения, в наибольшем объеме расходуется именно на горизонтальное перемещение транспортного средства вдоль путевой структуры, оставшаяся часть используется для формирования магнитных сил, компенсирующих вес транспортного средства. В электрическом балансе транспортного средства гибридные электромагниты занимают незначительную долю, в связи с тем, что выполняют только компенсирующие и управляющие функции. Вместе с тем, именно наличие гибридных электромагнитов в составе предлагаемого магнитного подвеса позволяет транспортному средству в любой момент движения и стоянки сохранять продольную и поперечную устойчивость и гарантировать отсутствие механического контакта корпуса транспортного средства с элементами путевой структуры.When the vehicle moves at high speed, the magnetic flux generated by the winding 3 located on the side wall of the vehicle and the cross
При движении транспортного средства с достаточно высокой скоростью полное отключение гибридного электромагнитного подвеса в предпочтительном варианте не предполагается в целях сохранения возможности безопасного управления транспортным средством. Предусмотренные доли распределения левитационной силы транспортного средства в указанном режиме движения могут составлять 10% за счет гибридного электромагнитного подвеса и 90% за счет электродинамического подвеса. Это позволяет использовать электромагнитные катушки, входящие в состав гибридных электромагнитов, для регулирования расположения транспортного средства по высоте при движении транспортного средства на высокой скорости в дополнение к электромагнитным обмоткам, расположенным по бортам транспортного средства и предназначенных для обеспечения электродинамической левитации в движении. Электромагнитные катушки из гибридных электромагнитов позволят обеспечить более точное регулирование положения транспортного средства как по высоте, так и по крену.When the vehicle is moving at a sufficiently high speed, the complete shutdown of the hybrid electromagnetic suspension in the preferred embodiment is not expected in order to maintain the possibility of safe control of the vehicle. The provided shares of the distribution of the levitation force of the vehicle in the specified driving mode can be 10% due to the hybrid electromagnetic suspension and 90% due to the electrodynamic suspension. This makes it possible to use the electromagnetic coils included in the hybrid electromagnets to control the height of the vehicle when the vehicle is moving at high speed, in addition to the electromagnetic windings located along the sides of the vehicle and designed to provide electrodynamic levitation in motion. Electromagnetic coils made of hybrid electromagnets will allow for more precise control of the vehicle's position both in height and in roll.
Технический результат позволяет исключить механически движущиеся элементы транспортного средства, необходимые для перемещения на низких скоростях, такие как колеса. Под колесом в данном случае понимаются тела вращения, имеющие ось вращения и любую форму образующей (прямолинейная - цилиндр, наклонная - конус и др.), а также шарообразное тело вращения, которое может иметь не только ось вращения, а в том числе и точку вращения (свободновращающийся шар в опоре).The technical result makes it possible to eliminate the mechanically moving elements of the vehicle required for movement at low speeds, such as wheels. In this case, a wheel means bodies of revolution that have an axis of rotation and any shape of the generatrix (rectilinear - a cylinder, inclined - a cone, etc.), as well as a spherical body of revolution, which can have not only an axis of rotation, but also a point of rotation (freely rotating ball in support).
Кроме того, благодаря настоящей полезной модели исключена необходимости использования других вариантов организации контакта транспортного средства с путевой структурой в условиях стоянки транспортного средства и в периоды его разгона и торможения. В частности, предлагаемый гибридный электромагнитный подвес исключает использование всех видов и форм реализации пар скольжения, которые могут быть применены в качестве замены колес в указанном транспортном средстве.In addition, thanks to this utility model, the need to use other options for organizing the contact of the vehicle with the track structure in the conditions of the parking of the vehicle and during periods of its acceleration and deceleration is eliminated. In particular, the proposed hybrid electromagnetic suspension excludes the use of all types and forms of implementation of sliding pairs that can be used as a replacement for wheels in the specified vehicle.
Важным свойством настоящей полезной модели является избегание применения воздушной подушки между элементами гибридного электромагнитного подвеса транспортного средства и путевой структуры и воздушной смазки направляющих путевой структуры и транспортного средства, посредством которых реализуется гибридный электромагнитный подвес. Еще одним полезным свойством настоящей полезной модели является исключение использования электретов для создания электростатической левитационной силы, что повысит безопасность транспортного средства по причине устранения источника помех электронным системам управления транспортным средством и источника, повышающего вероятность поражения атмосферным электричеством.An important property of the present utility model is the avoidance of the use of an air cushion between the elements of the hybrid electromagnetic suspension of the vehicle and the track structure and air lubrication of the guides of the track structure and the vehicle, through which the hybrid electromagnetic suspension is implemented. Another useful feature of the present utility model is the elimination of the use of electrets to generate electrostatic levitation force, which will increase the safety of the vehicle due to the elimination of the source of interference to the electronic control systems of the vehicle and the source that increases the likelihood of atmospheric electricity.
Дополнительным техническим результатом настоящей полезной модели является снижение уровней шума и вибраций от транспортного средства, оборудованного гибридным электромагнитным подвесом вследствие исключения трения и качения колес транспортного средства по элементам и стыкам элементов путевой структуры. Данное обстоятельство повышает привлекательность транспортного средства для пассажиров и грузов в местностях с особыми условиями и требованиями по экологичности перевозок.An additional technical result of this utility model is the reduction of noise and vibration levels from a vehicle equipped with a hybrid electromagnetic suspension due to the elimination of friction and rolling of the vehicle wheels along the elements and joints of the elements of the track structure. This circumstance increases the attractiveness of the vehicle for passengers and cargo in areas with special conditions and requirements for environmentally friendly transportation.
Настоящая полезная модель также обеспечивает снижение материалоемкости элементов путевой структуры и транспортного средства вследствие исключения по всей протяженности путевой структуры дублирующего дорожного элемента, предназначенного для контакта с колесами транспортного средства (на случай аварийных ситуаций и остановок в пути). При этом у ферромагнитного рельса (направляющей) гибридного электромагнитного подвеса при его использовании на всей протяженности путевой структуры в любом случае будет отсутствовать физический износ и сократится структура и величина расхода легирующих добавок для повышения твердости и прочности, так как ключевым требованием является полнота магнитного взаимодействия.The present utility model also provides a reduction in the material consumption of the elements of the track structure and the vehicle due to the exclusion of a redundant road element along the entire length of the track structure, designed to contact the wheels of the vehicle (in case of emergencies and stops along the way). At the same time, the ferromagnetic rail (guide) of the hybrid electromagnetic suspension, when used along the entire length of the track structure, will in any case have no physical wear and the structure and consumption of alloying additives will be reduced to increase hardness and strength, since the key requirement is the completeness of the magnetic interaction.
Настоящая полезная модель также обеспечивает улучшение технологичности строительства, монтажа, сборки, пуско-наладки, проверочных и ремонтно-восстановительных работ на элементах путевой структуры и транспортного средства, посредством которых реализуется гибридный электромагнитный подвес, в частности большими по величине допусками на строительство, ремонт и монтаж что обусловлено более комфортной отработкой таких участков гибридным электромагнитным подвесом по сравнению с механическим контактом колесных пар или пар скольжения.This utility model also improves the manufacturability of construction, installation, assembly, commissioning, testing and repair and restoration work on the elements of the track structure and the vehicle, through which a hybrid electromagnetic suspension is implemented, in particular, large tolerances for construction, repair and installation which is due to more comfortable working out of such areas by a hybrid electromagnetic suspension compared to the mechanical contact of wheel pairs or sliding pairs.
Дополнительным техническим результатом настоящей полезной модели является улучшение аэродинамики транспортного средства ввиду отсутствия выступающих колес и других элементов их подвески и замены на практически ровные внутренние каналы, образованные сочетанием нижней части корпуса транспортного средства и охватываемого им элемента путевой структуры, содержащего ферромагнитный рель (направляющую), что приводит к снижению расхода энергии на перемещение транспортного средства в расчете на каждый километр пути.An additional technical result of this utility model is to improve the aerodynamics of the vehicle due to the absence of protruding wheels and other elements of their suspension and replacement with practically even internal channels formed by a combination of the lower part of the vehicle body and the element of the track structure covered by it, containing a ferromagnetic relay (guide), which leads to a decrease in energy consumption for the movement of the vehicle per each kilometer of the way.
Настоящая полезная модель также обеспечивает более стабильное и прогнозируемое движение, обусловленное наличием системы активного управления гибридным электромагнитным подвесом транспортного средства в период его разгона и торможения, вследствие исключения механического контакта колеса транспортного средства с соответствующим элементом путевой структуры, особенно в неблагоприятных атмосферных условиях. Данное обстоятельство повышает активную безопасность транспортного средства, то есть безопасность, обусловленную наличием в транспортном средстве автоматических систем контроля его движения, во всех условиях его эксплуатации.The present utility model also provides a more stable and predictable movement due to the presence of an active control system for the hybrid electromagnetic suspension of the vehicle during its acceleration and deceleration, due to the exclusion of mechanical contact of the vehicle wheel with the corresponding element of the track structure, especially in adverse atmospheric conditions. This circumstance increases the active safety of the vehicle, that is, the safety due to the presence in the vehicle of automatic systems for controlling its movement, in all conditions of its operation.
Дополнительным техническим результатом является возможность использования электромагнитов (электромагнитных катушек), входящих в состав гибридных электромагнитов, для регулирования расположения транспортного средства по высоте при движении транспортного средства на высокой скорости в дополнение к электромагнитам (катушкам), расположенным по бортам транспортного средства и предназначенных для обеспечения электродинамической левитации в движении. Электромагнитные катушки из гибридных электромагнитов позволят обеспечить непрерывный и точный контроль регулирования положения транспортного средства как по высоте, так и по крену.An additional technical result is the possibility of using electromagnets (electromagnetic coils), which are part of hybrid electromagnets, to control the location of the vehicle in height when the vehicle is moving at high speed, in addition to electromagnets (coils) located on the sides of the vehicle and designed to provide electrodynamic levitation in motion. Solenoid coils of hybrid electromagnets will provide continuous and accurate control of the regulation of the vehicle's position both in height and in roll.
Транспортное средство может быть представлено в виде отдельного вагона и/или локомотива, а также представлять собой ряд соединенных (сочлененных) между собой вагонов и/или локомотивов. Количество и размеры таких вагонов и локомотивов определяются поставленными задачами и требованиями грузо- и пассажироперевозки.The vehicle can be represented as a separate wagon and/or locomotive, as well as a number of interconnected (articulated) wagons and/or locomotives. The number and dimensions of such wagons and locomotives are determined by the tasks and requirements of cargo and passenger transportation.
Предпочтительное использование настоящей полезной модели в качестве альтернативы классическому железнодорожному транспорту позволяет повысить скорость перевозки и снизить энергозатраты на ее осуществление вследствие исключения трения и механически движущихся деталей. По сравнению с авиаперевозками настоящая полезная модель позволяет сократить энергозатраты ввиду перемещения транспортного средства по фиксированному пути, а также затраты времени на подготовку к полету, что в конечном итоге ускоряет перемещение грузов и пассажиров. Отдельными преимуществами предлагаемого транспортного средства являются снижение шума, улучшение экологичности, отсутствие вибраций и исключение возможности появления искр.The preferred use of the present utility model as an alternative to classical rail transport makes it possible to increase the speed of transportation and reduce energy costs for its implementation due to the elimination of friction and mechanically moving parts. Compared with air transportation, the present utility model can reduce energy costs due to the movement of the vehicle on a fixed path, as well as the time spent on preparing for the flight, which ultimately speeds up the movement of goods and passengers. Separate advantages of the proposed vehicle are noise reduction, improved environmental friendliness, absence of vibrations and elimination of the possibility of sparks.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU214369U1 true RU214369U1 (en) | 2022-10-25 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2229988C2 (en) * | 2002-08-12 | 2004-06-10 | Петербургский государственный университет путей сообщения | Electric traction system for high-speed ground transport |
CN201824897U (en) * | 2010-09-15 | 2011-05-11 | 袁哲 | Novel magnetic suspension train |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2229988C2 (en) * | 2002-08-12 | 2004-06-10 | Петербургский государственный университет путей сообщения | Electric traction system for high-speed ground transport |
CN201824897U (en) * | 2010-09-15 | 2011-05-11 | 袁哲 | Novel magnetic suspension train |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5586505A (en) | Levitation system using permanent magnets for use with trains and the like type of right-of-way vehicles | |
CN109056431B (en) | Suspension type permanent magnetism magnetic levitation track traffic machinery structure | |
CN100427334C (en) | Electric electromagnetic hybrid suspension system | |
US6062350A (en) | Braking system for an amusement device | |
JP2018533332A (en) | Magnetic levitation device for vehicles with lift adjustment function | |
CN101083447B (en) | Generalized force application magnet and conductor rail magnetic suspension vehicle or train using the same | |
US8578860B2 (en) | Inductrack III configuration—a maglev system for high loads | |
US8985030B2 (en) | Inductrack III configuration—a maglev system for high loads | |
WO2003002370A1 (en) | Improved inductrack configuration | |
JP2006501799A (en) | Floating, guiding, and propulsion transportation using magnetic force | |
US10208431B1 (en) | Permanent magnet maglev using passive, low-frequency electromagnetic stabilization | |
CN105151927B (en) | Magnetic suspension guide is to Zhi Qu transportation systems and its control method | |
US5652472A (en) | Magnetodynamic levitation and stabilizing selfregulating system | |
CN217074052U (en) | Magnetic suspension train based on high-temperature superconductivity | |
CN114981195B (en) | Linear motor driven tracked vehicle | |
CN1803489A (en) | Suspension method of mixed magnetic suspension and magnetic suspension system | |
CN109094422B (en) | Suspension type track traffic equipment and magnetoelectric hybrid suspension rail system therein | |
CN102069744A (en) | Special transport vehicle for maglev vehicle | |
CN114261287B (en) | Permanent magnet-high temperature superconductive magnetic suspension rail transit system | |
RU214369U1 (en) | COMBINED SUSPENSION FOR HIGH-SPEED MAGNETIC TRANSPORT | |
RU2782389C1 (en) | Method for functioning of a combined suspension and high-speed magnitolevity transport with a combined suspension functioning in accordance with such method | |
Sharma et al. | Magnetically levitated vehicles: suspension, propulsion and guidance | |
CA1122664A (en) | Construction of truck for attractive type magnetically levitated vehicle | |
CN206841206U (en) | Eddy current retarder and magnetically supported vehicle | |
Ohashi | Effect of the active damper coils of the superconducting magnetically levitated bogie in case of acceleration |