CN108657011A - 一种真空管道磁悬列车混合ems支承结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,包括真空管道、胶囊列车和支承导向部分,胶囊列车套装于真空管道内,轨道衔铁沿真空管道的长度方向布设于真空管道的内壁上,真空管道与轨道衔铁之间设有支承导向部分,支承导向部分包括电磁线圈、电磁铁芯、永磁铁、安全支撑轮,电磁铁芯设置于胶囊列车的上端,安全支撑轮设置于胶囊列车的下端,永磁铁和电磁线圈均设置于电磁铁芯上,永磁铁与轨道衔铁相互咬合。实现零功率悬浮,大大降低***的功耗,减少了线圈所需要的安匝数,降低了列车以及轨道的成本,电磁EMS部分施加主动控制提供悬浮阻尼,列车运行更加平稳,舒适性更好,提高空间利用率、降低悬浮功耗、节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮列车技术领域,具体涉及一种真空管道磁悬列车混合EMS支承结构。
背景技术
真空管道磁悬浮列车***是将磁悬浮列车放在抽成近似真空的密封管道中运行,其关键技术包括:真空技术、牵引电机技术以及磁悬浮列车技术,其中磁悬浮列车技术核心是悬浮支承技术。当前,真空管道磁悬浮支承方案与常规磁悬浮列车的支撑方案大体相同,大多集中在常导电磁悬浮(EMS)、永磁悬浮(PMS)、电动悬浮(EDS)、高温超导悬浮(HTS);其中常导电磁悬浮(EMS)是利用常导电磁体与强导磁体之间的吸引力实现悬浮,现在这种结构技术比较成熟,可控而且稳定性较高,但悬浮力由电磁力完全提供,需要相当大的线圈电流才能产生足够的悬浮力,因此导致磁浮列车的悬浮能耗较大,且控制***相对复杂;永磁悬浮(PMS)是利用永磁体之间的吸引力或排斥力实现悬浮,功耗少但不稳定需要引入其他的主动控制或约束才能实现稳定悬浮,而且永磁体置于露天之中可能会吸附其他铁磁物质易引发列车事故;电动悬浮(EDS)是利用变化的电磁场在金属导体中感应涡流,涡流磁场与原激励磁场的方向相反,从而产生排斥力实现悬浮的,原激励磁场可由常导电磁体、永磁体或超导磁体激发,成本低,能耗小,但悬浮力随速度的增加而增加,所以在静止或低速情况下无法悬浮;高温超导悬浮(HTS)是利用高温超导块材的钉扎特性实现不需控制的自稳定被动悬浮技术,但其建造成本大,技术难点高,难于维护,尚处于实验研究阶段。
随着高磁能积永磁铁的开发和利用,其中钕铁硼材料拥有相当高的矫顽力和磁能积,时间性能稳定性好。将电磁和永磁构成混合磁悬浮***,采用永磁材料产生悬浮所需要的主要悬浮力,由常导线圈产生电磁力进行控制,可以显著减少***线圈电流安匝数从而降低悬浮能耗,也减小支承结构体积,节约成本。
所以,考虑将电磁支承与永磁支承相结合,以永磁体提供磁悬浮列车的悬浮力,以电磁力提供磁悬浮列车的控制力,形成一种混合磁悬浮支承***,通过改变支承结构与轨道结构以适应更高速的、管道式的运行环境,既可以实现磁悬浮列车稳定悬浮,又可以以大大节约能耗与成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术存在的上述缺陷,提供了一种真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,实现零功率悬浮,大大降低***的功耗,通过电磁线圈和电磁铁芯形成的电磁力提供磁悬浮列车的少许悬浮力和控制力,相对于现有EMS***大大减少了线圈所需要的安匝数,降低了列车以及轨道的成本,电磁EMS部分施加主动控制提供悬浮阻尼,列车运行更加平稳,舒适性更好,提高空间利用率、降低悬浮功耗、节约成本。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,包括真空管道、胶囊列车和支承导向部分,胶囊列车套装于真空管道内,轨道衔铁沿真空管道的长度方向布设于真空管道的内壁上,真空管道与轨道衔铁之间设有支承导向部分,
其中,支承导向部分包括电磁线圈、电磁铁芯、永磁铁、安全支撑轮,电磁铁芯设置于胶囊列车的上端,安全支撑轮设置于胶囊列车的下端,永磁铁和电磁线圈均设置于电磁铁芯上,永磁铁与轨道衔铁相互咬合。
按照上述技术方案,电磁铁芯为E型电磁铁芯,轨道衔铁为倒E型轨道衔铁,E型电磁铁芯上设有并排设置的3个磁极。
按照上述技术方案,永磁铁贴装于E型电磁铁芯的端面。
按照上述技术方案,永久磁铁贴装于E型电磁铁芯的中间磁极上,电磁线圈缠绕于E型电磁铁芯的两端磁极上或E型电磁铁芯的中间磁极上。
按照上述技术方案,永久磁铁贴装于E型电磁铁芯的两端磁极端面上,电磁线圈缠绕于电磁铁芯的两端磁极端面上。
按照上述技术方案,E型电磁铁芯上未贴装磁极的端面上贴装有橡胶片。
按照上述技术方案,轨道衔铁和电磁铁芯的个数均为2个,轨道衔铁对称分布于真空管道的上端两侧,电磁铁芯对称分布于胶囊列车的上端两侧。
按照上述技术方案,两个轨道衔铁和两个电磁铁芯均与竖直方向成35°~40°对称布置。
按照上述技术方案,永久磁铁的材料为钕铁硼、铝镍钴、铁氧体和稀土钴中的任意一种或几种的任意组合,永久磁铁的充磁方向沿厚度正对轨道衔铁方向;
电磁铁芯的材料为硅钢片、电工纯铁和结构钢中的任意一种或几种的任意组合。
按照上述技术方案,所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构还包括测量控制部分,测量控制部分包括位移传感器、控制器和磁铁电流驱动器,控制器和磁铁电流驱动器与电磁铁芯和位移传感器连接,位移传感器固定于E型电磁铁芯中间磁极两侧端面,正对于倒E型轨道衔铁中间磁极顶端面。
本发明具有以下有益效果:
1.本发明的混合EMS支承结构结合永磁材料的优点,通过永磁体提供磁悬浮列车的主要悬浮力,实现零功率悬浮,大大降低***的功耗,通过电磁线圈和电磁铁芯形成的电磁力提供磁悬浮列车的少许悬浮力和控制力,相对于现有EMS***大大减少了线圈所需要的安匝数,降低了列车以及轨道的成本,电磁EMS部分施加主动控制提供悬浮阻尼,列车运行更加平稳,舒适性更好,提高空间利用率、降低悬浮功耗、节约成本。
2.本发明将衔铁作为轨道固定于管道之中,电磁铁固定于列车上方,形成吊轨上吸式悬浮,相对于现有抱轨式悬浮,其结构更加紧凑简单,空间利用率更高,可减小车身以及管道积,节约建造成本;本发明混合EMS倾斜放置,产生的电磁力可分解为竖直方向的悬浮力和水平方向的导向力,实现导向与悬浮功能与一体,避免单独设置导向结构。
附图说明
图1是本发明实施例中真空管道磁悬列车混合EMS支承结构的结构示意图;
图2是图1的A-A剖视图;
图3(a)是本发明实施例一中混合EMS***电磁铁的结构示意图;
图3(b)是本发明实施例二中混合EMS***电磁铁的结构示意图;
图3(c)是本发明实施例三中混合EMS***电磁铁的结构示意图;
图4(a)是本发明实施例一中混合EMS支承结构工作状态时磁路的示意图;
图4(b)是本发明实施例二中混合EMS支承结构工作状态时磁路的示意图;
图中,1-真空管道,2-轨道衔铁,3-电磁线圈,4-电磁铁芯,5-永磁铁,6-橡胶片,7-胶囊列车,8-安全支撑轮,9-直线电机,10-位移传感器,11-控制器,12-驱动器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1~图4所示,本发明提供的一个实施例中的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,包括真空管道1、胶囊列车7和支承导向部分,胶囊列车7套装于真空管道1内,轨道衔铁2沿真空管道1的长度方向布设于真空管道1的内壁上,轨道衔铁2嵌入于真空管道1的内壁,真空管道1与轨道衔铁2之间设有支承导向部分,
其中,支承导向部分包括电磁线圈3、电磁铁芯4、永磁铁5、安全支撑轮8,电磁铁芯4设置于胶囊列车7的上端,安全支撑轮8设置于胶囊列车7的下端,永磁铁5和电磁线圈3均设置于电磁铁芯4上,永磁铁5与轨道衔铁2相互咬合;实现径向悬浮和导向功能,支承结构以永磁体提供磁悬浮列车的主要悬浮力,以电磁力提供磁悬浮列车的少许悬浮力和控制力,使得整个***稳定低能耗的悬浮和导向,真空管道1为管道骨架。
进一步地,电磁铁芯4为E型电磁铁芯4,轨道衔铁2为倒E型轨道衔铁2,E型电磁铁芯4上设有并排设置的3个磁极。
进一步地,永磁铁5贴装于E型电磁铁芯4的端面;构成混合电磁铁,混合电磁铁共计四组,分别布置于胶囊列车7端部和尾部形成四点支撑,混合电磁铁由电磁铁芯4、永磁体、和电磁线圈3组成。
进一步地,永久磁铁贴装于E型电磁铁芯4的中间磁极上,电磁线圈3缠绕于E型电磁铁芯4的两端磁极上或E型电磁铁芯4的中间磁极上。
进一步地,永久磁铁贴装于E型电磁铁芯4的两端磁极端面上,电磁线圈3缠绕于电磁铁芯4的两端磁极端面上。
进一步地,E型电磁铁芯4上未贴装磁极的端面上贴装有橡胶片6。
进一步地,轨道衔铁2和电磁铁芯4的个数均为2个,轨道衔铁2对称分布于真空管道1的上端两侧,电磁铁芯4对称分布于胶囊列车7的上端两侧;形成吊轨上吸式悬浮。
进一步地,两个轨道衔铁2和两个电磁铁芯4均与竖直方向成37°对称布置。
进一步地,永久磁铁的材料为钕铁硼、铝镍钴、铁氧体和稀土钴中的任意一种或几种的任意组合,永久磁铁的充磁方向沿厚度正对轨道衔铁2方向;
电磁铁芯4的材料为硅钢片、电工纯铁和结构钢中的任意一种或几种的任意组合。
进一步地,所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构还包括测量控制部分,测量控制部分包括位移传感器10、控制器11和磁铁电流驱动器12,控制器11和磁铁电流驱动器12与电磁铁芯4和位移传感器10连接,形成一个闭环监测控制,对***悬浮进行实时控制,位移传感器10固定于E型电磁铁芯4中间磁极两侧端面,正对于倒E型轨道衔铁2中间磁极顶端面。
进一步地,控制器11和磁铁电流驱动器12布置于胶囊列车7车身上方,通过电缆线与电磁线圈3和悬浮位移传感器10相连,形成一个闭环监测控制***,对列车悬浮进行实时控制;当列车处于静止非悬浮状态或悬浮失效时,列车靠固定以车身下方的安全支撑轮8与管道下方机械轨道接触进行机械支承;当悬浮状态时,上方通电混合电磁铁芯4与轨道衔铁2产生吸力使车身向上到达悬浮平衡位置进行无摩擦行进。
进一步地,真空管道磁悬列车混合EMS支承结构的还包括驱动部分,驱动部分设置于胶囊列车7的下端,驱动部分为直线电机9驱动,长定子布置在管道下方,短动子安装在胶囊列车7下方。
进一步地,本发明的三个实施例中真空管道磁悬浮列车混合EMS支承结构悬浮电磁铁如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示,图3(a)中轨道衔铁2固定于真空管道1上,电磁铁芯4正对于轨道衔铁2固定于胶囊列车7上;电磁铁芯4两端极柱缠绕电磁线圈3,中间极柱贴装永久磁铁5。其他布置方式如图3(b)电磁铁芯4中间磁极端面贴装永久磁铁,极柱缠绕电磁线圈3;或者如图3(c)电磁铁芯4两端磁极端面贴装永久磁铁,中间极柱缠绕电磁线圈3;其中未贴装永磁铁5的磁极端面贴装橡胶片6,贴装橡胶的磁极高度稍高于贴装永磁铁5磁极的高度端面,起防吸死限位作用。
所述图3(a)形式一种真空管道磁悬浮列车混合EMS支承结构工作时原理图如图4所示,其他形式原理类似:列车运行处于额定工作间隙即平衡位置时,永久磁铁5产生的磁场力等于列车的重力,实现零功率悬浮;当列车产生波动偏离平衡位置向远离轨道衔铁2时,电磁线圈3施加正向电流产生与永磁磁通相同的电磁磁通,两者相互叠加增强如图4(a)所示,电磁铁芯4与轨道衔铁2之间会产生大于车身重力的磁场力,使列车逐渐回到平衡位置;反之,列车产生波动偏离平衡位置向轨道衔铁2靠近时,电磁线圈3施加反向电流产生与永磁磁通相反的电磁磁通,两者相互叠加减少如图4(b)所示,电磁铁芯4与衔铁轨道2之间产生的磁场力小于车身重力,列车逐渐回到平衡位置。
综上所述,本发明综合了现有EMS及永磁材料的优点,以永磁体提供磁悬浮列车的主要悬浮力,电磁力提供磁悬浮列车的少许悬浮力和控制力,相对于纯EMS***大大减少了线圈所需要的安匝数,降低了列车以及轨道的成本;本发明采用电磁永磁混合支承,永磁体提供主要悬浮力,电磁EMS部分施加主动控制提供悬浮阻尼,相对于EDS***,列车运行更加平稳,舒适性更好;本发明将衔铁作为轨道固定于管道之中,电磁铁固定于列车上方,形成吊轨上吸式悬浮,相对于现有抱轨式悬浮,其结构更加紧凑简单,空间利用率更高,可减小车身以及管道积,节约建造成本;本发明采用混合EMS悬浮以永磁体提供磁悬浮列车的主要甚至全部悬浮力,可以实现零功率悬浮,大大降低***的功耗;本发明混合EMS倾斜放置,产生的电磁力可分解为竖直方向的悬浮力和水平方向的导向力,实现导向与悬浮功能与一体,避免单独设置导向结构。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等效变化,仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,包括真空管道、胶囊列车和支承导向部分,胶囊列车套装于真空管道内,轨道衔铁沿真空管道的长度方向布设于真空管道的内壁上,真空管道与轨道衔铁之间设有支承导向部分,
其中,支承导向部分包括电磁线圈、电磁铁芯、永磁铁、安全支撑轮,电磁铁芯设置于胶囊列车的上端,安全支撑轮设置于胶囊列车的下端,永磁铁和电磁线圈均设置于电磁铁芯上,永磁铁与轨道衔铁相互咬合。
2.根据权利要求1所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,电磁铁芯为E型电磁铁芯,轨道衔铁为倒E型轨道衔铁,E型电磁铁芯上设有并排设置的3个磁极。
3.根据权利要求2所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,永磁铁贴装于E型电磁铁芯的端面。
4.根据权利要求3所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,永久磁铁贴装于E型电磁铁芯的中间磁极上,电磁线圈缠绕于E型电磁铁芯的两端磁极上或E型电磁铁芯的中间磁极上。
5.根据权利要求3所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,永久磁铁贴装于E型电磁铁芯的两端磁极端面上,电磁线圈缠绕于电磁铁芯的两端磁极端面上。
6.根据权利要求4或5所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,E型电磁铁芯上未贴装磁极的端面上贴装有橡胶片。
7.根据权利要求1所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,轨道衔铁和电磁铁芯的个数均为2个,轨道衔铁对称分布于真空管道的上端两侧,电磁铁芯对称分布于胶囊列车的上端两侧。
8.根据权利要求7所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,两个轨道衔铁和两个电磁铁芯均与竖直方向成35°~40°对称布置。
9.根据权利要求1所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,永久磁铁的材料为钕铁硼、铝镍钴、铁氧体和稀土钴中的任意一种或几种的任意组合,永久磁铁的充磁方向沿厚度正对轨道衔铁方向;
电磁铁芯的材料为硅钢片、电工纯铁和结构钢中的任意一种或几种的任意组合。
10.根据权利要求1所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构,其特征在于,所述的真空管道磁悬列车混合EMS支承结构还包括测量控制部分,测量控制部分包括位移传感器、控制器和磁铁电流驱动器,控制器和磁铁电流驱动器与电磁铁芯和位移传感器连接,位移传感器固定于E型电磁铁芯中间磁极两侧端面,正对于倒E型轨道衔铁中间磁极顶端面。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181016 |