[发明专利]一种中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁及制作方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到中低速磁浮列车领域，特指一种适用于中低速磁浮列车的组合式悬浮电磁铁及制作方法。

背景技术

中低速磁浮列车通过电磁吸力实现车辆与轨道无接触支撑，采用直线感应电机牵引技术。与其它城轨交通（如地铁、轻轨等）相比，中低速磁浮列车具有噪声低、爬坡能力强、拐弯半径小的优势，是一种未来城市或城郊可发展公共交通工具。

传统中低速磁浮列车采用电磁悬浮技术，其车载悬浮电磁铁是由多个电磁悬浮组件1按照一定方式组合起来，如图1所示。当电磁悬浮组件1中的线圈通电时，将产生沿电磁铁铁芯、F型轨道铁芯闭合的主磁通，电磁铁与轨道之间产生吸力，从而将列车悬浮起来。列车的悬浮能力是由线圈中电流产生的磁场来决定的。

近年，随着NdFeB永磁材料的开发和应用，有一些学者研究利用永磁体对铁质材料产生吸力的特点，试图将永磁应用于磁浮列车悬浮。但永磁体产生的吸力会随着与铁质物体的气隙大小变化而变化。气隙越小，吸力越大。尤其在气隙为零情况下，永磁体与铁质物体之间的吸力较有气隙情况下相比，呈现质的变化。究其原因，是因为铁质物体的导磁率是空气气隙的数百倍～数千倍。为了克服永磁体吸力的这种不可控特性，现有永磁体用于列车悬浮时，都是将永磁体材料与电励磁线圈混合在一起，如图2所示为近年发展的采用带永磁的悬浮电磁铁结构示意图，即采用混合悬浮组件2。采用混合悬浮组件2时，永磁体与电励磁线圈通电后形成的磁场共用同一流通路径，并通过线圈中电流大小和方向来调节和控制主磁场的大小。当采用带永磁的悬浮电磁铁结构时，多个混合悬浮组件2按照一定方式、通过共用同一铁芯极板安装在一起，其列车悬浮能力由永磁体的磁场和线圈中电流产生的磁场共同决定。为了充分利用永磁材料，混合悬浮组件2中永磁体按额定悬浮气隙、额定载荷下，永磁体位于最大磁能积工作点来进行设计确定。

在机械结构上，与高速磁浮列车不同，中低速磁浮列车在悬浮电磁铁铁芯极板气隙侧表面上都安装有防吸死铜片，由于铜为非导磁材料，故对于车辆悬浮来说，防吸死铜片的安装，相当于车辆有一个大于零的最小悬浮气隙（通常为3mm）。

现有中低速磁浮列车用悬浮电磁铁结构存在以下不足：

1、采用纯电磁悬浮组件1时，列车承载能力全部由电励磁线圈中电流产生的磁场决定，导致列车悬浮供电DC/DC设备容量要求大，其体积、重量大、电磁铁发热严重；且不管列车是否运动，只要列车悬浮，就存在由电励磁线圈产生的电阻损耗，列车悬浮能耗高。

2、采用混合悬浮组件2时，为了满足列车承载能力要求，在现有列车大悬浮气隙的技术状态下，永磁体在结构尺寸上沿磁场方向长度大。而对于混合悬浮组件2中电磁铁线圈所产生的磁场来说，由于永磁体位于工作主磁路中，沿永磁体磁场方向的长度（即永磁体厚度）对线圈电流来说相当于是空气气隙；而在产生同样悬浮力的情况下，空气气隙越大则要求电励磁线圈的电流越大，其工作效率越低，线圈发热越大。永磁体的引入，虽然一方面提供了部份悬浮磁场，但另一方面却大大削弱了电励磁线圈电流产生磁场的作用，增加了车辆悬浮控制的难度，导致车辆悬浮控制供电DC/DC设备的容量调节能力要加强，从而部分抵消了采用混合悬浮结构较传统纯电磁悬浮结构的车辆悬浮节能优势。

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，本发明提供一种结构简单、成本低廉、可靠性高、可控性更好、便于维护的中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁及制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁，包括至少一个永磁悬浮组件以及一个以上的电磁悬浮组件和/或混合悬浮组件，所述永磁悬浮组件与电磁悬浮组件和/或混合悬浮组件通过共用的铁芯极板组合安装在一起。

作为本发明的进一步改进：

所述电磁悬浮组件包括第一外侧极板、第一铁轭、第一励磁线圈，所述第一励磁线圈绕制在第一铁轭上；当第一励磁线圈通电流时，产生沿第一外侧极板、第一铁轭和悬浮气隙、F型轨道铁芯闭合的主磁场；所述混合悬浮组件包括第二外侧极板、第二铁轭、第一永磁体和绕制在第二铁轭上的第二励磁线圈；所述第一永磁体安装于第二铁轭与第二外侧极板之间，所产生的磁场与第二线圈励磁电流产生的磁场处于同一主磁路当中；所述永磁悬浮组件包括第三外侧极板、第三铁轭、第二永磁体，所述第二永磁体产生沿第三外侧极板、第三铁轭和悬浮气隙、F型轨道铁芯闭合的主磁场。