一種基于錯(cuò)位結(jié)構(gòu)的串聯(lián)型永磁混合懸浮裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁懸浮列車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于吸力型中低速磁浮列車(chē)的永磁混合磁浮裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀(jì)20年代德國(guó)工程師肯佩爾提出磁浮列車(chē)概念以來(lái)，這種新型交通方式以其高速、安全等優(yōu)勢(shì)成為未來(lái)交通的主要方式之一。經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，磁浮列車(chē)逐漸形成電磁吸力懸浮(EMS)和電動(dòng)斥力懸浮(EDS)兩種主要模式。其中吸力懸浮目前逐步成為主流模式，德國(guó)TR、日本HSST系統(tǒng)均為改型磁浮的典型代表。
[0003]以上兩種模式為常導(dǎo)磁浮，依靠電磁鐵產(chǎn)生吸力，通過(guò)調(diào)整電流大小改變懸浮力和懸浮氣隙，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。這種懸浮方式能耗較高，載重能力較低，成為制約其發(fā)展的主要原因之一。
[0004]為了克服常導(dǎo)吸力懸浮的缺陷，有學(xué)者提出混合懸浮模式，依靠通電的超導(dǎo)線(xiàn)圈提供懸浮力，常導(dǎo)線(xiàn)圈僅在負(fù)載或氣隙突變時(shí)起到調(diào)節(jié)作用，從而實(shí)現(xiàn)“0”功率懸浮。但這種懸浮方式成本較高，且超導(dǎo)線(xiàn)圈存在“失超”風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]隨著稀土科學(xué)的發(fā)展，有學(xué)者提出用永磁體替代超導(dǎo)線(xiàn)圈，提供穩(wěn)定懸浮力，常導(dǎo)線(xiàn)圈僅對(duì)懸浮氣隙起調(diào)節(jié)作用。但由于永磁體磁場(chǎng)不可控，且傳統(tǒng)的永磁混合懸浮結(jié)構(gòu)中，懸浮模塊外極板和F型懸浮軌道等寬，因此懸浮力隨氣隙變化非常明顯，當(dāng)氣隙較小時(shí)，懸浮力遠(yuǎn)大于列車(chē)重力，因而易導(dǎo)致列車(chē)“吸死”(即懸浮氣隙為0)，且由于常導(dǎo)線(xiàn)圈能提供的最大反向電磁力遠(yuǎn)小于“吸死”時(shí)永磁體提供懸浮力，故列車(chē)一旦“吸死”很再難落下，從而嚴(yán)重影響了運(yùn)行安全性。并聯(lián)型混合懸浮裝置雖然能避免懸浮“吸死”，但其將永磁模塊和電磁模塊交替布置于轉(zhuǎn)向架下方，兩種模塊結(jié)構(gòu)不同，因此其工藝較為復(fù)雜，成本較高。更為重要的是，并聯(lián)式永磁混合懸浮必須滿(mǎn)足“吸死”時(shí)永磁體所提供懸浮力小于列車(chē)重力，因此在額定氣隙下，電磁鐵始終處于工作狀態(tài)，增加了能耗，不能實(shí)現(xiàn)“0”功率懸浮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種新型永磁混合磁浮裝置，使之能克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，減弱懸浮力隨氣隙變化的敏感性，從而實(shí)現(xiàn)任意可能氣隙狀態(tài)下永磁體提供的懸浮力與列車(chē)重力相當(dāng)，即當(dāng)懸浮氣隙為0時(shí)，永磁體懸浮力僅略大于列車(chē)重力，此時(shí)可通過(guò)常導(dǎo)線(xiàn)圈產(chǎn)生的反向電磁力避免“吸死”。
[0007]本發(fā)明目的可通過(guò)如下手段實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于錯(cuò)位結(jié)構(gòu)的串聯(lián)型永磁混合懸浮裝置，每套裝置包括永磁體和與之串聯(lián)的電磁鐵組成，多套裝置安裝于列車(chē)轉(zhuǎn)向架下方，從而實(shí)現(xiàn)混合懸浮，其特征在于:
[0009]A)永磁體和與之串聯(lián)的電磁鐵構(gòu)成的U形裝置的兩極外沿寬度大于F型軌道寬度；B) —定數(shù)量的U形裝置安裝于列車(chē)轉(zhuǎn)向架下方其中心線(xiàn)與F型軌中心線(xiàn)重合；C)軌道安裝后下部工作平面的外沿寬度L等于F型軌寬度；U形裝置的兩極板外沿寬度不等于F型軌道寬度，形成錯(cuò)位結(jié)構(gòu)。
[0010]永磁體磁場(chǎng)與電磁鐵磁場(chǎng)串聯(lián)后與F型軌道構(gòu)成磁場(chǎng)回路，產(chǎn)生吸力，通過(guò)安裝梁對(duì)磁浮列車(chē)的轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生向上的懸浮力。其基本原理與傳統(tǒng)永磁混合懸浮類(lèi)似，但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中永磁體所提供懸浮力隨氣隙指數(shù)變化，為了節(jié)能通常設(shè)計(jì)額定氣隙下永磁體懸浮力等于重力，而當(dāng)氣隙減小到一定值(如1mm)后，懸浮力遠(yuǎn)大于重力，而常導(dǎo)線(xiàn)圈過(guò)流能力有限，無(wú)法提供足夠的反向磁場(chǎng)，因此很容易造成“吸死”。而本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，永磁體所提供懸浮力在各種可能氣隙條件下幾乎保持恒定，因此通過(guò)選取合理的永磁材料，可使得額定氣隙下永磁體懸浮力等于列車(chē)重力，同時(shí)在極小氣隙(甚至零氣隙)下略大于重力，此時(shí)可通過(guò)常導(dǎo)線(xiàn)圈反向通磁，減小懸浮力，使得列車(chē)下落，當(dāng)達(dá)到額定氣隙時(shí)，斷開(kāi)常導(dǎo)線(xiàn)圈，電磁鐵停止工作，完全由永磁體提供吸力。
[0011]以下為典型工況下該裝置工作狀態(tài):
[0012]狀態(tài)(1)、額定懸浮狀態(tài)
[0013]當(dāng)處于額定懸浮狀態(tài)時(shí)，氣隙為額定值，通過(guò)合理參數(shù)配置可滿(mǎn)足此時(shí)永磁體提供懸浮力等于列車(chē)重力，系統(tǒng)處于“0”功率工作狀態(tài)，無(wú)懸浮能耗。狀態(tài)(2)、起浮狀態(tài)
[0014]當(dāng)列車(chē)起浮時(shí)，工作氣隙較大(如20mm)，永磁體能提供的懸浮力小于列車(chē)重力，此時(shí)在常導(dǎo)線(xiàn)圈中通以直流電，使電磁鐵與永磁體磁場(chǎng)疊加，以滿(mǎn)足電磁力大于列車(chē)重力，在電磁力作用下列車(chē)起浮。
[0015]狀態(tài)(3)、小氣隙狀態(tài)
[0016]當(dāng)列車(chē)因?yàn)檐壍榔巾樀纫蛩卦斐蓱腋庀缎∮陬~定氣隙時(shí)，本發(fā)明可使得懸浮力僅略大于重力，此時(shí)在常導(dǎo)線(xiàn)圈中通以與狀態(tài)(2)反向的直流電，電磁鐵為永磁體反向充磁，使得懸浮力小于重力，列車(chē)下落，懸浮氣隙增大，直至達(dá)到狀態(tài)(1)后，電磁鐵停止工作。
[0017]狀態(tài)(4)、故障狀態(tài)
[0018]當(dāng)由于永磁體失磁等因素造成額定氣隙下永磁體懸浮力小于(或大于)重力時(shí)，此時(shí)給常導(dǎo)線(xiàn)圈通電，使得電磁鐵與永磁體磁場(chǎng)疊加(或抵消)，從而增加(或減小)懸浮力，以滿(mǎn)足列車(chē)穩(wěn)定懸浮。
[0019]綜上所示，通過(guò)合理配置參數(shù)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)能有效解決永磁混合懸浮“吸死”問(wèn)題，提高了安全性，同時(shí)由于懸浮力隨氣隙變化不明顯，也降低了控制難度。
[0020]【附圖說(shuō)明】如下:
[0021]附圖1為本發(fā)明中模塊與F型軌相對(duì)位置關(guān)系圖。
[0022]附圖2為現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明結(jié)果對(duì)照?qǐng)D，(a)和(b)分別為本發(fā)明結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)
[0023]結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖3是考慮工程應(yīng)用的串聯(lián)式永磁體混合裝置示意圖。
[0025]附圖4為附圖3所示參數(shù)下傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)電磁力與氣隙關(guān)系實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。
[0026]圖中:1為F型軌，2為永磁體，3為電磁鐵，4為線(xiàn)圈，L為軌道安裝后下部工作平面的外沿寬度。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的詳述。
[0028]如圖1所示，本裝置截面為U型，其與F軌正對(duì)排列，圖1所示為列車(chē)轉(zhuǎn)向架一側(cè)不意圖，另一側(cè)與之對(duì)稱(chēng)布置。
[0029]由圖2(a)可知，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中懸浮模塊U型截面寬度與F軌寬度相等，而由圖2(b)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，懸浮模塊外沿大于F軌寬度，且電磁鐵與永磁體磁路為串聯(lián)關(guān)系。
[0030]參考株洲中低速磁浮商業(yè)試驗(yàn)線(xiàn)技術(shù)指標(biāo)，列車(chē)滿(mǎn)載時(shí)單位長(zhǎng)度質(zhì)量為2.4T，由于列車(chē)質(zhì)量對(duì)稱(chēng)分布，單位長(zhǎng)度下單側(cè)懸浮質(zhì)量1.2T。為滿(mǎn)足懸浮要求，設(shè)計(jì)串聯(lián)型混合懸浮裝置尺寸如圖3所示。
[0031]圖4為圖3所示參數(shù)下，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)電磁力隨氣隙變化曲線(xiàn)(傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)懸浮模塊寬度與F軌寬度相同，均為220mm)。由圖可知，串聯(lián)型混合懸浮裝置懸浮力幾乎不隨氣隙變化，氣隙8_下永磁體提供懸浮力為12kN，恰為列車(chē)重力。而零氣隙下懸浮力為12.58kN，僅增加4.87%，此時(shí)電磁鐵僅需反向充磁，克服4.87%倍重力。采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電磁力隨氣隙指數(shù)衰減，氣隙20mm時(shí)滿(mǎn)足額定懸浮力要求12kN，而當(dāng)氣隙衰減為0時(shí)，懸浮力130.23kN，比額定懸浮力增加983.3%。為避免“吸死”，電磁鐵需反向充磁，克服983.3%倍重力，顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常導(dǎo)線(xiàn)圈過(guò)載能力，因此無(wú)法避免“吸死”。
[0032]綜上所述，本發(fā)明的永磁混合磁浮裝置是節(jié)能、易于控制、切實(shí)可行的?？闪己玫赜糜谖π痛鸥×熊?chē)。
[0033]上述針對(duì)較佳實(shí)施例的具體描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。凡是根據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認(rèn)為屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于錯(cuò)位結(jié)構(gòu)的串聯(lián)型永磁混合懸浮裝置，每套裝置包括永磁體和與之串聯(lián)的電磁鐵組成，多套裝置安裝于列車(chē)轉(zhuǎn)向架下方，從而實(shí)現(xiàn)混合懸浮，其特征在于: A)永磁體和與之串聯(lián)的電磁鐵構(gòu)成的U形裝置的兩極外沿寬度大于F型軌道寬度；B)一定數(shù)量的U形裝置安裝于列車(chē)轉(zhuǎn)向架下方其中心線(xiàn)與F型軌中心線(xiàn)重合；C)軌道安裝后下部工作平面的外沿寬度L等于F型軌寬度；U形裝置的兩極板外沿寬度不等于F型軌道寬度，形成錯(cuò)位結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，用于磁浮列車(chē)的串聯(lián)型永磁混合懸浮裝置，其特征在于，一個(gè)轉(zhuǎn)向架內(nèi)設(shè)置若干套懸浮裝置并排編組。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于錯(cuò)位結(jié)構(gòu)的串聯(lián)型永磁混合懸浮裝置。每套裝置包括永磁體和與之串聯(lián)的電磁鐵組成，且：A)永磁體和與之串聯(lián)的電磁鐵構(gòu)成的U形裝置的兩極外沿寬度大于F型軌道寬度；B)一定數(shù)量的U形裝置安裝于列車(chē)轉(zhuǎn)向架下方其中心線(xiàn)與F型軌中心線(xiàn)重合；C)軌道安裝后下部工作平面的外沿寬度L等于F型軌寬度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其懸浮力與氣隙關(guān)系較弱，因此當(dāng)載重、軌道平整度等因素導(dǎo)致懸浮變化時(shí)，電磁力波動(dòng)較小，避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)普遍存在的懸浮吸死問(wèn)題。降低了控制難度，同時(shí)增加了運(yùn)行安全可靠性。與并聯(lián)型永磁混合懸浮裝置相比，該發(fā)明可實(shí)現(xiàn)“0”功率懸浮，降低能耗，且該裝置結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，便于工程化生產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】B60L13/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105346408
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510737060
【發(fā)明人】劉國(guó)清, 張昆侖, 張慧, 靖永志, 王瀅, 王濤, 郭秀云
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月3日