[发明专利]一种用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，具体涉及一种用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置。

技术背景

目前，磁悬浮技术主要有电磁悬浮和电动悬浮两种方式，与电磁悬浮相比较，电动悬浮的优势在于：应用速度下，悬浮间隙较大，不需要进行主动控制。

鉴于电动悬浮的技术优势，国内外研究机构对其研究主要集中在以日本MLX型超导磁浮列车为代表的超导电动悬浮和以美国为代表的Magplane永磁电动悬浮。

超导电动悬浮的特点是车体须安装超导制冷和液氮密封系统，与永磁电动悬浮相比，需要更高的运行和维护费用；然而永磁电动悬浮方式的悬浮和驱动均采用汝铁硼永磁结构，车上不用安装悬浮和励磁绕组及相应的供变电系统，提高了系统的可靠性，降低了制造和运营成本。

但是，上述电动式悬浮方式在静止及低速运动时，这个悬浮力不足以使列车悬浮在轨道上，需要有车轮支撑，须达到一定速度后才能起浮；并且不论是上述哪种悬浮方式，在列车过弯道时将使得车上的乘客因为离心力而具有偏离原始位置的倾向。

发明内容

鉴于现有技术的缺点，本发明的目的是设计一种新型永磁电动悬浮装置，使之克服现有技术的缺点。

本发明的目的是通过如下手段实现的。

一种用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置，使永磁电动式磁悬浮列车实现静态及高舒适性悬浮。包括安装在磁浮列车上的圆柱状永磁体模块编组、与圆柱状永磁体模块编组配合的圆筒型导轨；其中：

在一节列车中，采用两个柱状永磁体构成圆柱状永磁体模块编组：两个圆柱状永磁体模块对称地设置在列车的前后两端，每一端上的圆柱状永磁体模块安装在旋转电机的输出轴上，旋转电机输出轴与圆柱状永磁体模块几何中心重合；固定模块将旋转电机固定在车体端部几何中心位置；圆柱状永磁体模块采用径向和弧向的充磁方式。

本发明装置通过旋转电机带动圆柱状永磁体模块沿轴向方向作圆周运动。永磁体模块在旋转过程中，圆筒状导轨将沿径向方对永磁体模块提供一个排斥力，在永磁体模块轴心不偏移圆筒状导轨轴心的情况下，这个排斥力的合力为零；在永磁体模块轴心偏移圆筒状导轨的情况下，这个排斥力的合力方向为永磁体模块轴心指向圆筒状导轨轴心，如列车静浮或直线运动时，这个排斥力的合力方向为竖直向上。无论是哪个方向的合力，它们都随着气隙的增大而减小。

采用本发明的结构，圆柱状永磁体模块的设计应满足的前提条件：

(1)、单节列车上的前后两个圆柱状永磁体模块的轴心连线圆筒状导轨的轴心平行。以保证在静浮和行进时，车体处于水平位置。

(2)、当列车在允许范围内负重时，所需悬浮和导向消耗功率均由驱动柱状永磁体的旋转电机提供。所选电机的最小功率是能保证列车满载悬浮在额定气隙时所消耗的功率。

当磁浮列车处于未气浮状态时，此时车体通过支撑块将其支撑以保证圆柱状永磁体模块与圆筒状导轨有一小的气隙，旋转电机处于未工作状态；当磁浮列车工作在额定气隙时，通过调节旋转电机带动圆柱状永磁体模块旋转，随着转速的增加，圆筒状导轨提供的排斥力越来越大，车体开始向上悬浮，当前后两柱状永磁体模块的轴心越来越靠近圆筒状导轨轴心时车体不再向上悬浮，且从行进方向看，同一节列车的两台旋转电机的旋转方向是相反的。

当磁浮列车通过弯道时，由于离心力和车体重力的合力与竖直方向成一定角度，车体将偏离原始状态并旋转一定角度，直到通过弯道时恢复至原始状态，而列车上的乘客及物品始终保持与原始状态车厢内的相对位置不变，增加乘客的舒适性。

为了提高系统效率，在利用本发明方案来设计悬浮系统时，在保证正常工作和经济性的前提下，尽量增加导轨的厚度和导轨材料的电导率。

由上所述，在合理的设计条件下，采用本发明结构，可使永磁电动悬浮方式的列车与导轨在水平方向无相对运动的情况下而使车体悬浮，同时具有全方位导向功能。解决了永磁电动悬浮方式的磁浮列车不能静浮以及传统磁浮列车过弯道时因离心力而产生的不舒适性等缺点。

附图说明如下：

附图1是本发明各模块结构示意图

附图2是发明中永磁体模块与导轨的尺寸及位置关系示意图

附图3是车体剖面受力示意图，其中：图a是静浮、直行时车体的受力情况；图b是过弯道时车体的受力情况。

附图4是悬浮力随单个永磁体模块转速变化实验曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的结构作进一步的详述。