CN104029686A - 一种磁悬浮列车的轨道组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮列车的轨道组件，包括轨道、设于磁悬浮列车车体上的转向架、牵引模块及设于轨道两侧的悬浮导向模块，所述牵引模块设于轨道的中间位置，所述牵引模块包括呈相对布置的阵列结构永磁体及由地面进行供电控制的长定子线圈，所述阵列结构永磁体安装于转向架上，所述长定子线圈安装于轨道上，所述长定子线圈与阵列结构永磁体相互作用产生悬浮列车的牵引力。该磁悬浮列车的轨道组件具有提高能源使用率、降低能耗，且简化车载设备的优点。

Description

一种磁悬浮列车的轨道组件

技术领域

本发明涉及到磁悬浮列车领域，尤其涉及适用于一种磁悬浮列车的轨道组件。

背景技术

磁浮列车是一种利用电磁力实现列车的无接触支承和导向，通过直线电机实现无接触牵引和制动的轨道交通工具。目前比较成熟的磁浮列车有低速磁浮列车和高速磁浮列车，其具有悬浮、导向、牵引三大基本功能，悬浮是指实现磁浮列车与轨道的不接触，导向是实现磁浮列车的转向与防翻滚，牵引是实现磁浮列车的向前行进功能。

低速磁浮列车的牵引采用异步感应方式，其具有结构简单、转弯半径小、噪声低等优点。其悬浮（导向）、牵引部件设置在车体的两侧，即车体两侧各有一悬浮电磁铁模块，悬浮电磁铁模块与两侧部轨道一起作用提供悬浮力，同时在列车偏航或拐弯时提供导向力；在悬浮电磁铁模块上方固定有短定子直线感应电机线圈，直线电机线圈下方的轨道上设有长铝感应板，定子线圈中施加三相交流电产生行波磁场，在铝反应轨中感应出涡流，行波磁场与涡流相互作用产生牵引力驱动车辆运行。

这种现有方式存在以下不足：

1、采用该牵引方式无法满足高效的运行速度（最高运行时速仅在100公里左右）。

2、采用该牵引方式的电机线圈须安装在车辆上，且须配备高压电路***、滤波电抗器、牵引逆变器、直线电机和制动电阻等车载牵引设备，牵引设备复杂。

3、在实际应用中，列车的安全运行要求车辆与轨道之间保持约8mm的悬浮间隙，由于车辆降落时电机不得触碰轨道、且轨道、电机存在安装误差，因此牵引电机的气隙一般保证在15mm左右，牵引电机气隙大，且由于上述原因牵引电机的气隙无法减小，其空载损害大，牵引电机效率低；且电机初级铁芯两端开断，定子线圈不连续，也使电机的效率降低，导致牵引效率低，且能量利用率低。

而高速磁浮列车（时速可达400～500公里）采用铁芯长定子直线同步电机牵引，能量利用率高。其车体两侧不仅有悬浮电磁铁还有独立的导向电磁铁，悬浮、导向电磁铁分别与两侧部的轨道作用，同时，悬浮电磁铁还与轨道上的铁芯长定子线圈相互作用，以同步电机方式实现车体的牵引（车载两侧悬浮磁铁的磁极沿轨道呈NS极交错形式排列，用作电机的次级，地面轨道上安装的长定子线圈，是电机的初级）。通电后，长定子线圈中可以产生移动的行波磁场，作用于车载悬浮磁铁，产生同步的电磁牵引力，牵引列车运行，可见，其***结构复杂，转弯半径大，线路选择不灵活，且控制***复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种提高能源使用率、降低能耗，且简化车载设备的磁悬浮列车的轨道组件。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种磁悬浮列车的轨道组件，包括轨道、设于磁悬浮列车车体上的转向架、牵引模块及设于轨道两侧的悬浮导向模块，所述牵引模块设于轨道的中间位置，所述牵引模块包括呈相对布置的阵列结构永磁体及由地面进行供电控制的长定子线圈，所述阵列结构永磁体安装于转向架上，所述长定子线圈安装于轨道上，所述长定子线圈与阵列结构永磁体相互作用产生悬浮列车的牵引力。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述长定子线圈的下端设有不导磁基体，所述长定子线圈绕设于不导磁基体的固定槽内以控制长定子线圈的电流、相位。

所述固定槽沿不导磁基体的长度方向阵列布置。

所述阵列结构永磁体通过永磁体固定架安装于转向架的内侧。

所述悬浮导向模块包括U型电磁铁，所述转向架包括转向架本体及设于转向架本体两侧的电磁铁固定架，所述U型电磁铁连接于电磁铁固定架上。

所述U型电磁铁通过活动铰链或橡胶垫与电磁铁固定架连接。

所述转向架朝向轨道的一面上设置有一个以上的滑橇部件。

所述滑橇部件通过活动铰链或橡胶垫与转向架连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明磁悬浮列车的轨道组件的牵引模块通过长定子线圈与阵列结构永磁体的相互作用产生悬浮列车的牵引力，长定子牵引线圈由地面供电和控制，车载牵引部分采用阵列结构排列的永磁体，永磁体下方的磁场加强，永磁体上方的磁场减弱，有效提高了能源的使用率，降低了能耗；且永磁体无需相关的控制部件，有效简化了车载供电控制设备；同时，本发明牵引模块移至轨道的中间位置（原低速磁浮车两侧的牵引短定子线圈和F轨上铝反应板取消），大大增加了滑橇部件的安装空间与位置，增加了受力面积，有效改善了滑橇部件滚轮的受力性能，减少了磨损、故障率的发生。

2、本发明与现有低速磁浮列车比具有更高的牵引***效率及运行速度（其最高运行速度可达300公里/时），与低速磁浮列车兼容性好；同时，与现有的高速磁浮列车相比，调试***更方便、结构更简单、路线适应能力增强（转弯半径小）。

3、本发明进一步采用U型电磁铁同时实现悬浮和导向两功能，使轨道结构简单，不存在导向电磁铁碰撞轨道的约束，有效实现了小转弯半径，同时控制器数量减少（比高速少一半）。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明阵列结构永磁体与长定子线圈的结构示意图。

图3是本发明阵列结构永磁体与长定子线圈相互作用的原理图。

图中各标号表示：

1、轨道；2、牵引模块；21、阵列结构永磁体；22、长定子线圈；23、不导磁基体；231、固定槽；3、悬浮导向模块；31、U型电磁铁；4、转向架；41、电磁铁固定架；42、转向架本体；5、永磁体固定架；6、滑橇部件。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实施例的磁悬浮列车的轨道组件，包括轨道1、转向架4、牵引模块2及悬浮导向模块3，轨道1采用F轨，悬浮导向模块3设于轨道1的两侧，转向架4设于磁悬浮列车车体上，牵引模块2设于轨道1的中间位置，牵引模块2采用同步直线电机方式，包括呈相对布置的阵列结构永磁体21及长定子线圈22，阵列结构永磁体21作为车载牵引受力部，通过永磁体固定架5安装于转向架4的内侧，长定子线圈22安装于轨道1上，长定子线圈22由地面进行供电和控制，作为电机的初级，阵列结构永磁体21由不同方向角度的永磁块组成（如图2），永磁块按采用Halbach排列方式阵列，作为电机的次级，长定子线圈22与阵列结构永磁体21相互作用产生悬浮列车的牵引力。由于长定子线圈22由地面进行供电和控制，车载牵引部分采用阵列结构永磁体21，使永磁体下方的磁场大大加强，而其上方的磁场减弱，这样能更充分的利用磁场能提供列车水平行走的牵引力，有效提高了能源的使用率，有效降低了能耗；且永磁体无需相关的控制部件，有效简化了车载供电控制设备。可见，本发明与现有低速磁浮列车比，牵引***效率及运行速度提高（其最高运行速度可达300公里/时），且能与低速磁浮列车兼容；同时，与现有的高速磁浮列车相比，调试***更方便、结构更简单、路线适应能力增强（转弯半径小）。

本实施例中，长定子线圈22固定在地面轨道1上，其下端设有不导磁基体23，作为牵引电机初级的长定子线圈22绕设于不导磁基体23的固定槽231内，这样长定子线圈22可以承受牵引时永磁体对它的反作用力，同时，固定槽231沿不导磁基体23的长度方向阵列布置，固定槽231用以控制长定子线圈22的电流、相位，就可以与车载的阵列结构永磁体21相互作用，实现车体的牵引前行，如果控制得当，除牵引方向外的其它方向力基本为零，有效提高了能源的使用率，降低了能耗。

本实施例中，悬浮导向模块3包括U型电磁铁31，U型电磁铁31由U型铁芯和电磁线圈组成，U型电磁铁31结构简单，重量轻，承载比大，转向架4包括转向架本体42及设于转向架本体42两侧的电磁铁固定架41， U型电磁铁31连接于电磁铁固定架41上，且U型电磁铁31设置在轨道1的下方，与轨道1间产生吸力，电磁吸力提供列车的悬浮力，当发生侧向偏移时，气隙内的磁力线将受到扭曲而形成会形成横向电磁力，即导向力。本发明进一步采用U型电磁铁同时实现悬浮和导向两功能，使轨道结构简单，不存在导向电磁铁碰撞轨道的约束，有效实现了小转弯半径，同时，控制器数量减少（比高速少一半）。该***完全能与现有的低速悬浮轨道***兼容使用。在其他实施例中，也可以采用单独的悬浮、导向电磁铁来实现悬浮与导向功能。

本实施例中，U型电磁铁31通过活动铰链或橡胶垫与电磁铁固定架41连接，使列车在转弯与上下坡时，确保各部件的解耦功能。

本实施例中，转向架4朝向轨道1的一面上设置有一个以上的滑橇部件6，滑橇部件6用于列车落车和紧急制动，滑橇部件6由磨耗板、壳体、安装座组成。悬浮状态下，滑橇与下方的导轨保持脱离。由于牵引模块2移至轨道1的中间位置（原低速磁浮车两侧的牵引短定子线圈和F轨上铝反应板取消），大大增加了滑橇部件6的安装空间与位置，增加了受力面积，有效改善了滑橇部件6滚轮的受力性能，减少了磨损、故障率的发生。滑橇部件6通过活动铰链或橡胶垫与转向架4连接。使列车在转弯与上下坡时，确保各部件的解耦功能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种磁悬浮列车的轨道组件，包括轨道（1）、设于磁悬浮列车车体上的转向架（4）、牵引模块（2）及设于轨道（1）两侧的悬浮导向模块（3），其特征在于，所述牵引模块（2）设于轨道（1）的中间位置，所述牵引模块（2）包括呈相对布置的阵列结构永磁体（21）及由地面进行供电控制的长定子线圈（22），所述阵列结构永磁体（21）安装于转向架（4）上，所述长定子线圈（22）安装于轨道（1）上，所述长定子线圈（22）与阵列结构永磁体（21）相互作用产生悬浮列车的牵引力。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮列车的轨道组件，其特征在于，所述长定子线圈（22）的下端设有不导磁基体（23），所述长定子线圈（22）绕设于不导磁基体（23）的固定槽（231）内以控制长定子线圈（22）的电流、相位。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮列车的轨道组件，其特征在于，所述固定槽（231）沿不导磁基体（23）的长度方向阵列布置。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮列车的轨道组件，其特征在于，所述阵列结构永磁体（21）通过永磁体固定架（5）安装于转向架（4）的内侧。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的磁悬浮列车的轨道组件，其特征在于，所述悬浮导向模块（3）包括U型电磁铁（31），所述转向架（4）包括转向架本体（42）及设于转向架本体（42）两侧的电磁铁固定架（41），所述U型电磁铁（31）连接于电磁铁固定架（41）上。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮列车的轨道组件，其特征在于，所述U型电磁铁（31）通过活动铰链或橡胶垫与电磁铁固定架（41）连接。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮列车的轨道组件，其特征在于，所述转向架（4）朝向轨道（1）的一面上设置有一个以上的滑橇部件（6）。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮列车的轨道组件，其特征在于，所述滑橇部件（6）通过活动铰链或橡胶垫与转向架（4）连接。