RU2734703C1

RU2734703C1 - Traction system of high-speed ground transport

Info

Publication number: RU2734703C1
Application number: RU2020110943A
Authority: RU
Inventors: Константин Константинович Ким; Вадим Витальевич Вешкин
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-10-22

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to electric traction of vehicles with magnetic suspensions. Traction system of high-speed land transport comprises a crew, on the bottom of which there are superconducting coils of electrodynamic suspension system, and inside the crew there are superconducting coils of excitation system of linear traction electric motors and a track bed made in the form of a chute, on the bottom of which there are longitudinal discrete track structures of the electrodynamic suspension system. At that, traction system additionally contains drive motors located inside crew symmetrically relative to longitudinal axis so that shafts of drive engines are perpendicular to crew cabin bottom and superconducting coils of excitation system of linear traction motors are rigidly attached to the ends of shafts by middle part of horizontal sides. At that, on side walls of track bed there rigidly fixed are longitudinal electroconductive structures of linear traction electric motors.

EFFECT: technical result consists in improvement of reliability of traction system of high-speed ground transport.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту (ВСНТ), а конкретнее к электрической тяговой системе для ВСНТ с линейным тяговым электродвигателем.The invention relates to high-speed ground transport (VSNT), and more specifically to an electric traction system for VSNT with a linear traction motor.

Известны электрические тяговые системы для высокоскоростного наземного транспорта, в которых сила подвеса возникает в результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек, расположенных на днище экипажа, с вихревыми токами, наведенными в сплошном электропроводящем путевом полотне при движении экипажа вдоль путевого полотна за счет взаимодействия полей статорных обмоток линейного синхронного тягового электродвигателя, расположенных на боковых стенках путевого U-образного желоба и катушек возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, расположенных на боковых стенках экипажа. (Наземный транспорт с магнитным подвесом и линейным приводом: Тр. ин-тов инж. ж.-д. трансп./Под общ. Ред. В.Д. Нагорского, В.А. Винокурова. /Моск. ин-т инж. ж.-д. трансп. - М., 1981. - Вып. 683. - С. 60-64; Транспорт с магнитным подвесом. /Ю.А. Бахвалов, В.И. Бочаров, В.А. Винокуров, В.Д. Нагорский; Под ред. В.И. Бочарова, В.Д. Нагорского. - М.: Машиностроение, 1991, с. 32, 87-94). В результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек, расположенных на днище экипажа, с вихревыми токами, наведенными в сплошном электропроводящем путевом полотне при движении экипажа, кроме подъемной силы, создается сила торможения. Обе эти силы действуют на экипажную сверхпроводящую катушку.Known electrical traction systems for high-speed ground transport, in which the suspension force arises as a result of the interaction of the magnetic field of superconducting coils located on the bottom of the carriage, with eddy currents induced in a continuous electrically conductive track bed when the crew moves along the track bed due to the interaction of the fields of the stator windings of the linear synchronous traction motor located on the side walls of the track U-shaped groove and excitation coils of the linear synchronous traction motor located on the side walls of the crew. (Ground transport with magnetic suspension and linear drive: Trudy Institute of Railway Transport / Under the general editorship of V.D. Nagorsky, V.A.Vinokurov. / Moscow Institute of Engineer. Railway transport. - M., 1981. - Issue 683. - P. 60-64; Transport with magnetic suspension. / Yu.A. Bakhvalov, V.I. Bocharov, V.A.Vinokurov, V. D. Nagorskiy; Under the editorship of V.I. Bocharov, V.D. Nagorskiy. - M .: Mashinostroenie, 1991, p. 32, 87-94). As a result of the interaction of the magnetic field of the superconducting coils located on the bottom of the carriage with eddy currents induced in the solid electrically conductive track bed during the movement of the carriage, in addition to the lifting force, a braking force is generated. Both these forces act on the superconducting carriage coil.

Недостатком такой системы является то, что существует вероятность обрыва или короткого замыкания трехфазных статорных обмоток, что обуславливает низкую надежность данной тяговой системы высокоскоростного транспорта.The disadvantage of such a system is that there is a possibility of breakage or short-circuit of three-phase stator windings, which causes low reliability of this traction system of high-speed transport.

Известна электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта, выбранная в качестве прототипа (RU 2229988, B60L 13/10, 10.06.2004), которая содержит экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках - сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейного электродвигателя. Путевое полотно имеет форму желоба, на боковых стенках которого расположены катушки статорной обмотки линейного электродвигателя. Обмотка выполнена в виде электрически несвязанных участков. На днище желоба расположены дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса. Катушки статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, снабжены экраном из электропроводящего немагнитного материала.Known electric traction system for high-speed ground transport, selected as a prototype (RU 2229988, B60L 13/10, 10.06.2004), which contains a crew, on the bottom of which there are superconducting coils of the electrodynamic suspension system, and on the side walls - superconducting coils of the excitation system linear electric motor. The track bed has the shape of a groove, on the side walls of which the coils of the stator winding of the linear electric motor are located. The winding is made in the form of electrically unconnected sections. Discrete track structures of the electrodynamic suspension system are located at the bottom of the trough. The stator winding coils at the junction of the two feed sections, located at the beginning of the stator winding section run by the crew, are equipped with a screen made of electrically conductive non-magnetic material.

Использование статорных обмоток, расположенных вдоль всей трассы путевого полотна, приводит к возможности их обрыва под действием климатических условий и человеческого фактора, отмеченное обуславливает низкую надежность прототипа.The use of stator windings, located along the entire track of the track, leads to the possibility of their breakage under the influence of climatic conditions and the human factor, noted causes the low reliability of the prototype.

Задачей изобретения является повышение надежности работы тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта за счет использования взаимодействия вихревых токов, индуцированных в продольных электропроводящих полосах, с магнитным полем вращающихся сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейного тягового электродвигателя.The objective of the invention is to improve the reliability of the traction system of high-speed ground transport through the use of the interaction of eddy currents induced in longitudinal electrically conductive strips with the magnetic field of rotating superconducting coils of the linear traction motor excitation system.

Технический результат достигается тем, что тяговая система высокоскоростного наземного транспорта, содержащая экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а внутри экипажа вертикально расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей и путевое полотно, выполненное в виде желоба, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса, дополнительно содержит приводные двигатели, расположенные внутри экипажа симметрично относительно продольной оси так, что валы приводных двигателей перпендикулярны днищу экипажа и к концам валов жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей, а на боковых стенках путевого полотна жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей.The technical result is achieved by the fact that the traction system of high-speed ground transport, containing a carriage, on the bottom of which superconducting coils of the electrodynamic suspension system are located, and inside the carriage, superconducting coils of the excitation system of linear traction motors and a track bed made in the form of a groove are located vertically longitudinal discrete track structures of the electrodynamic suspension system, additionally contains drive motors located inside the carriage symmetrically relative to the longitudinal axis so that the shafts of the drive motors are perpendicular to the bottom of the carriage and superconducting coils of the excitation system of linear traction motors are rigidly attached to the ends of the shafts by the middle part of the horizontal sides, and on the side longitudinal conductive structures of linear traction motors are rigidly fixed to the walls of the track bed.

На фиг. 1 показана тяговая система высокоскоростного наземного транспорта. На фиг. 2 приведен разрез А-А тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта.FIG. 1 shows the traction system of high-speed land transport. FIG. 2 shows a section A-A of the traction system of high-speed ground transport.

Тяговая система высокоскоростного наземного транспорта содержит экипаж 1 (фиг. 1, 2), на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса 2, а внутри экипажа 1 расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. Обмотки сверхпроводящих катушек системы электродинамического подвеса 2 и сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3 выполнены, например, из сплава ниобий-титан (Nb-Ti), станнида триниобия (Nb3Sn) или высокотемпературного сверхпроводящего провода второго поколения. Путевое полотно 4, выполненное в виде желоба из неармированного бетона, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры 5 системы электродинамического подвеса, обмоточный провод которых выполнен из меди и алюминия. Приводные двигатели 6, расположенные внутри экипажа 1 симметрично относительно продольной оси так, что валы 7 приводных двигателей 6 перпендикулярны днищу экипажа 1 и к концам валов 7 жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон 8 сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. На фиг. 1, 2 стрелками показаны направления вращения сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. На боковых стенках путевого полотна 4 жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей 9, выполненные, например, либо в виде продольных сплошных полос из меди, алюминия или алюминиевого сплава АД31, либо в виде распределенной электропроводящей короткозамкнутой обмотки.The traction system of high-speed ground transport contains a crew 1 (Figs. 1, 2), on the bottom of which there are superconducting coils of the electrodynamic suspension system 2, and inside the crew 1 there are superconducting coils of the excitation system of linear traction electric motors 3. The windings of superconducting coils of the electrodynamic suspension system 2 and superconducting The coils of the excitation system of the linear traction motors 3 are made, for example, of a niobium-titanium (Nb-Ti) alloy, triniobium stannide (Nb3Sn) or a second generation high-temperature superconducting wire. Track 4, made in the form of a groove of unreinforced concrete, on the bottom of which there are longitudinal discrete track structures 5 of the electrodynamic suspension system, the winding wire of which is made of copper and aluminum. Drive motors 6, located inside the carriage 1 symmetrically relative to the longitudinal axis so that the shafts 7 of the drive motors 6 are perpendicular to the bottom of the carriage 1 and to the ends of the shafts 7 are rigidly attached by the middle part of the horizontal sides 8 superconducting coils of the excitation system of linear traction motors 3. FIG. 1, 2, the arrows show the directions of rotation of the superconducting coils of the excitation system of linear traction motors 3. On the side walls of the track 4, longitudinal electrically conductive structures of linear traction motors 9 are rigidly fixed, made, for example, either in the form of longitudinal continuous strips of copper, aluminum or aluminum alloy AD31 , or in the form of a distributed electrically conductive short-circuited winding.

Работа тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта осуществляется следующим образом. Сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3, создающие постоянное магнитное поле, вращаются посредством приводных двигателей 6. Вращение валов 7 приводных двигателей 6 синхронизировано таким образом, что сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3, расположенные на одной стороне экипажа 1, вращаются в одну сторону, а на другой стороне - в противоположную. Взаимодействие магнитного поля вращающихся катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3 с вихревыми токами, индуцированными в продольных электропроводящих структурах линейных тяговых электродвигателей 9, приводит к возникновению силы тяги, обеспечивающей движение экипажа 1 вдоль путевого полотна 4. При движении экипажа 1 вдоль путевого полотна 4 происходит взаимодействие магнитного поля сверхпроводящих катушек системы электродинамического подвеса 2 с вихревыми токами, индуцированными в продольных дискретных путевых структурах 5 системы электродинамического подвеса, что приводит к возникновению электродинамической силы отталкивания - подъемной силы.The operation of the traction system of high-speed ground transport is carried out as follows. The superconducting coils of the excitation system of linear traction motors 3, creating a constant magnetic field, rotate by means of the drive motors 6. The rotation of the shafts 7 of the drive motors 6 is synchronized in such a way that the superconducting coils of the excitation system of the linear traction motors 3, located on one side of the carriage 1, rotate into one side, and on the other side - in the opposite direction. The interaction of the magnetic field of the rotating coils of the excitation system of linear traction motors 3 with eddy currents induced in the longitudinal electrically conductive structures of linear traction motors 9 leads to the appearance of a thrust force that ensures the movement of the crew 1 along the track 4. When the crew 1 moves along the track 4, interaction occurs the magnetic field of the superconducting coils of the electrodynamic suspension system 2 with eddy currents induced in the longitudinal discrete track structures 5 of the electrodynamic suspension system, which leads to the appearance of an electrodynamic repulsive force - lift.

Сравнительный анализ прототипа и заявляемой тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта показывает, что благодаря использованию вращающихся сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей, отпадает необходимость использования статорных обмоток линейных тяговых электродвигателей вдоль трассы путевого полотна, а это приводит к повышению надежности тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта.A comparative analysis of the prototype and the claimed traction system of high-speed ground transport shows that due to the use of rotating superconducting coils of the excitation system of linear traction motors, there is no need to use stator windings of linear traction motors along the track of the track, and this leads to an increase in the reliability of the traction system of high-speed ground transport.

Claims

Traction system of high-speed ground transport, containing a crew, on the bottom of which superconducting coils of the electrodynamic suspension system are located, and inside the crew there are superconducting coils of the excitation system of linear traction electric motors and a track bed made in the form of a trough, on the bottom of which there are longitudinal discrete track structures of the electrodynamic suspension system characterized in that it additionally contains drive motors located inside the carriage symmetrically about the longitudinal axis so that the shafts of the drive motors are perpendicular to the carriage bottom and superconducting coils of the excitation system of linear traction motors are rigidly attached to the ends of the shafts by the middle part of the horizontal sides, and on the side walls of the track longitudinal electrically conductive structures of linear traction motors are rigidly fixed.