一种用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]本发明的目的是通过如下手段实现的。
[0008]—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:
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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:
[0012](I)、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。
[0013](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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]【附图说明】如下:
[0019]附图1是本发明各模块结构示意图
[0020]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
[0021]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。
[0022]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】
:
[0023]下面结合附图对本发明的结构作进一步的详述。
[0024]如图1所示，I为圆柱状永磁体模块，2为车体，3为轿厢，4为旋转电机，5为圆筒型导轨。
[0025]采用图1的结构，在单节列车中，将两个圆柱状永磁体模块和两台旋转电机编组后沿导轨方向布置，且圆柱状永磁体模块轴心与导轨轴心重合；单节列车长10米、单个圆柱状永磁体模块长0.5米、柱状永磁体自重90000牛、车体及相关设备重30000牛(柱状永磁体自重除外)、额定载重150000牛。图1中，列车的悬浮力由旋转的圆柱状永磁体模块与圆筒状导轨相互作用提供，沿列车行进方向看，若左侧圆柱状永磁体模块逆时针方向旋转，则右侧圆柱状永磁体模块即为顺时针方向旋转，圆柱状永磁体模块的转速取决于旋转电机的转速和功率。具体实施选择的尺寸参数见附图2。在图2中表达了圆柱状永磁体模块可采用的充磁方式，如其上箭头所示，可采用径向和弧向充磁。
[0026]根据本实施例给出的尺寸，当永磁体模块与轨轴心有40mm偏移情况下进行仿真分析，得出单节列车产生的悬浮力为280000N。满足前述在本发明中提到的设计应满足的条件，此时的悬浮气隙为60mmo
[0027]附图3分别对静浮、直行以及过弯道时车体的受力进行分析，旨在说明本发明的磁浮列车具有更高的乘坐舒适性。如附图3所示，车中的物体A在静止、直行时受到自身的重力F1和圆筒型导轨提供的悬浮力Fa，且匕与Fa大小相等方向相反；列车过弯道时，车中的物体A除受到自身重力匕外，还将受到因转弯而产生的一个离心力F2，两者的合力为F。，与此同时，圆筒型导轨对A提供一个悬浮力Fb，且F。与F b大小相等方向相反。
[0028]综上所述，本发明的电动悬浮装置是可行的，同时克服了现有电动悬浮方案的诸多缺陷。
[0029]上述针对较佳实施例的具体描述，本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一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，其特征在于，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。 圆柱状永磁体模块由模块轴心与固定在模块轴心上的多个块状永磁体构成，块状永磁体按柱状组合排列且安装时其轴向方向与导轨行进方向平行。2.根据权利要求1所述之用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置，其特征在于，圆筒形导轨的底板上设置有支撑块，以保证其与圆柱状永磁体模块有一很小的气隙。3.根据权利1要求所述之用于永磁电动式磁悬浮列车的圆筒型悬浮装置，其特征在于，前后两端圆柱状永磁体模块的轴心连线应与导轨行进方向平行。
【专利摘要】本发明公开了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能够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。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。采用本发明的结构，可使永磁电动式磁悬浮列车实现静态悬浮，具有圆筒状导槽的导轨在车辆过弯道时能够提供一个力来平衡车体重力和离心力的合力，即同时提供了悬浮力和导向力。
【IPC分类】B60L13/04
【公开号】CN105346409
【申请号】CN201510738713
【发明人】张文龙, 张昆仑, 刘习军, 黎松奇, 陈小勤
【申请人】西南交通大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月3日