悬挂式永磁悬浮轨道交通系统及其直线电机感应板

1.本技术涉及磁悬浮轨道交通技术领域，具体而言涉及一种悬挂式永磁悬浮轨道交通系统及其直线电机感应板。


背景技术：

2.磁浮轨道交通是一种绿色、安全、智能的新型交通方式，直线感应电机作为磁浮轨道交通的牵引与制动系统，是磁浮轨道交通的核心系统。感应板是直线感应电机中不可或缺的重要组成部分，它铺设在磁浮轨道上，当车辆经过时，与安装在转向架下部的直线感应电机初级共同作用，构成功能完整的电机系统驱动磁悬浮轨道交通系统运行。传统跨座式轨道列车直线电机安装在轨道中间，有足够的空间便于安装。由于悬挂式磁悬浮系统的天梁为倒“u”型结构，内部空间有限，各系统较为拥挤的排布在天梁内部，导致采用传统的直线电机空间利用率低，无法达到列车稳定运行要求。


技术实现要素：

3.本技术针对现有技术的不足，提供一种悬挂式永磁悬浮轨道交通系统及其直线电机感应板，本技术将内层导磁层与外层导电层之间紧密贴合绝缘连接，能够在压缩直线电机感应板空间的同时避免电弧烧蚀、提高感应板功率及空间利用率。本技术具体采用如下技术方案。
4.首先，为实现上述目的，提出一种悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其包括：盖板，其为导电材料，所述盖板的两侧向下延伸并设置有连接扣；铁芯，其为导磁材料，所述铁芯设置在盖板的内侧，其内部具有纵向通孔，所述纵向通孔连通至连接扣内侧；绝缘层，其阻隔于盖板内侧壁与铁芯之间，保持盖板与铁芯之间绝缘连接；盖板紧固件，其设置于纵向通孔内，其两端由铁芯内部向外纵向贯穿至盖板的连接扣，与盖板固定连接；所述盖板及铁芯固定连接于悬挂式永磁悬浮轨道交通系统中天梁的顶部，驱动直线电机定子及安装直线电机定子的车厢沿天梁运行。
5.可选的，如上任一所述的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其特征在于，所述盖板的导电材料包括：铜及铜合金，铝及铝合金；所述铁芯的导磁材料包括：铁，钕铁硼；所述绝缘层为绝缘玻璃网和/或塑料薄膜布。
6.可选的，如上任一所述的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其特征在于，所述铁芯的内部还具有垂直螺纹孔，其内部贯穿设置有感应板紧固件，所述感应板紧固件的底部与天梁固定连接，所述感应板紧固件的顶部由下至上贯穿连接铁芯并抵接于绝缘层下侧。
7.可选的，如上任一所述的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其特征在于，所述感应板紧固件为沉头螺丝，其底部固定设置有垫片，所述垫片的底面抵接于天梁的上表面，所述垫片的顶面抵接于铁芯的下表面，用于调节直线电机感应板相对于天梁之间的高度。
8.可选的，如上任一所述的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其特征在于，所述感应板紧固件在铁芯纵向成对设置；每一对感应板紧固件，其横向前后两侧均分别贯穿设置有纵向通孔，所述纵向通孔中的盖板紧固件为固定连接盖板、绝缘层和铁芯的螺栓。
9.可选的，如上任一所述的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其特征在于，所述铁芯中，铁片与钕铁硼片沿铁芯横向间隔排列，所述感应板紧固件设置于铁片中，盖板紧固件贯穿设置于钕铁硼片中。
10.可选的，如上任一所述的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其特征在于，所述钕铁硼片由以下步骤制备获得：第一步，将合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径不超过8μm的粗粉；第二步，对第一步所得粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末；第三步，分别收集粗粉和细合金粉末，将其均匀混合后备用；第四步，在粉末中添加粒径尺寸为20-800 nm的mn单质颗粒，调整粉末混合比例，然后依次进行混粉，在氧含量0.07%的气氛环境中进行磁场取向压制成型和冷等静压处理，压制中后期逐渐卸载60%成型压力，得到生胚；第五步，对生胚在1000℃温度下烧结，并进行回火处理，得到烧结钕铁硼磁体；第六步，将烧结钕铁硼磁体作为扩散源磁体，将烧结钕铁硼磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向脱净后所得磁体表面沉积tb含量70%的合金；第七步，通过晶界扩散工艺对第六步沉积后所得磁体进行高温扩散，制备获得钕铁硼磁体。
11.可选的，如上任一所述的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的直线电机感应板，其特征在于，所述铁片与钕铁硼片的接触面之间还喷涂有2~7μm厚度的磁环粉末。
12.同时，为实现上述目的，本技术还提供一种悬挂式永磁悬浮轨道交通，其如上任一所述的直线电机感应板。
13.有益效果本技术将直线电机感应板设置为内外两侧，通过内层的铁芯提供导磁，通过外层的盖板提供导电，内外两层之间由绝缘层间隔开，能够防止在运行过程中两层结构间因电压差发生电弧烧蚀，影响电机感应板的质量。本技术的感应板内外两层之间能够通过盖板紧固件实现固定连接，一体设置在悬挂式永磁悬浮轨道交通系统中天梁的顶部，驱动直线电机定子及安装直线电机定子的车厢沿天梁运行。本技术的感应板克服了现阶段直线电机感应板在悬挂式轨道交通系统中安装难度大、空间利用率低和功率不足等问题。
14.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。
附图说明
15.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1是本技术的悬挂式永磁悬浮轨道交通系统中直线电机感应板的主视图；图2是本技术直线电机感应板的安装主视图；图3是本技术直线电机感应板的俯视图；图中：1表示铁芯；2表示盖板；3表示绝缘层；4表示盖板紧固件；5表示垫片；6表示
感应板紧固件；7表示天梁。
具体实施方式
16.为使本技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
17.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
18.本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
19.本技术中所述的“内、外”的含义指的是相对于轨道系统本身而言，由铁芯内部纵向通孔指向感应板外层盖板的方向为外，反之为内；而非对本技术的装置机构的特定限定。
20.本技术中所述的“纵向”、“横向”的含义指的是使用者正对轨道系统车厢运行方向时，垂直于感应板长轴方向或车厢运行方向即为“纵向”，平行于感应板长轴方向或车厢运行方向即为“横向”，而非对本技术的装置机构的特定限定。
21.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
22.本技术中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对悬挂式永磁悬浮轨道交通系统车厢前进方向时，由天梁指向盖板顶部外壳的方向即为上，反之即为下，而非对本技术的装置机构的特定限定。
23.图1为根据本技术的一种安装在悬挂式永磁悬浮轨道交通系统天梁上的直线电机感应板，其包括：盖板2，其为导电材料，所述盖板2的两侧向下延伸并设置有连接扣；铁芯1，其为导磁材料，所述铁芯1设置在盖板2的内侧，其内部具有垂直于车厢运行方向的纵向通孔，所述纵向通孔连通至连接扣内侧；绝缘层3，其阻隔于盖板2内侧壁与铁芯1之间，保持盖板2与铁芯1之间绝缘连接；盖板紧固件4，其设置于纵向通孔内，其两端由铁芯1内部向外纵向贯穿至盖板2的连接扣，与盖板2固定连接；所述盖板2及铁芯1可通过感应板紧固件固定连接于悬挂式永磁悬浮轨道交通系统中天梁7的顶部，驱动直线电机定子及安装直线电机定子的车厢沿天梁运行。
24.上述的感应板通过外层的盖板提供导电作用，通过内层的铁芯提供导磁作用，通过两者之间由绝缘玻璃网和/或塑料薄膜布构成的绝缘层提供绝缘隔离，通过螺栓等紧固件固定安装在天梁顶部。如此设置的感应板与现有感应板安装方法相比，能够极大地简化直线电机感应板的结构，更便于安装，并且，本技术的感应板在安装过程中只需将与天梁相连的紧固件固定即完成了感应板的安装。本技术所提供的安装于天梁顶部的平面结构的感应板能够提高悬挂式永磁悬浮轨道交通系统的空间利用率，并同时有效提升直线电机效
率。
25.上述感应板中，盖板2的导电材料可选择：铜及铜合金，铝及铝合金；所述铁芯1的导磁材料可选择：铁，钕铁硼。为方便安装，还可进一步优选在铁芯1中，以图3所示方式将铁片11与钕铁硼片12沿铁芯1横向，即，沿车厢沿天梁运行的方向，间隔排列，以利用铁片较高的机械强度提高感应板的应力承受能力。
26.具体安装时，所述铁芯1的内部可相应在铁片11或钕铁硼片12中设置垂直螺纹孔。一般，由于铁片应力承受能力更佳，因此优选在铁片内部设置垂直螺纹孔，并在垂直螺纹孔内部贯穿设置相应的感应板紧固件6，通过所述感应板紧固件6的底部将感应板与天梁固定连接，所述感应板紧固件6的顶部由下至上贯穿连接铁芯1并抵接于绝缘层3下侧，实现对感应板的固定。
27.考虑到结构强度，一般可选择沉头螺丝作为感应板紧固件6。其底部可进一步固定设置有垫片5，通过将所述垫片5的底面抵接于天梁7的上表面，并将所述垫片5的顶面抵接于铁芯1的下表面，以调节直线电机感应板相对于天梁之间的高度。
28.安装过程中，先将沉头螺丝插入感应板铁芯上预留的垂直螺纹孔中，再将绝缘布铺于铁芯上方，再在绝缘布顶上盖好盖板，固定感应板两侧纵向通孔内的螺栓，将铁芯和盖板固定住。由此可通过沉头螺丝的底部将固定好的感应板安装在悬挂式永磁悬浮系统的天梁内部，最后通过调节感应板垫片的厚度保证安装精度。
29.由此所获得的的感应板能够通过外层铝合金盖板结构提供电流通路实现驱动，通过盖板两端连接扣之间设置于盖板内部的铁芯提供导磁，使车厢顶部转向架中的直线电机定子切割磁感线，相应受力沿天梁前后运行。
30.本技术中，感应板紧固件6一般可在铁芯1内沿铁芯纵向成对设置；为避免车辆运行过程中震颤通过磁力传递至铁芯，为进一步稳定安装铁芯减少其偏移和震动，本技术还可进一步的分别在每一对感应板紧固件6的横向前后两侧均分别贯穿设置相应的纵向通孔，通过纵向通孔中由螺栓构成的盖板紧固件4固定连接盖板2、绝缘层3和铁芯1实现对整个感应板的限位和固定。
31.对于通过将铁片11和钕铁硼片12拼接装配的铁芯，本技术还可进一步的将所述感应板紧固件6设置于铁片11中，设置盖板紧固件4贯穿设置于钕铁硼片12中以实现对整个感应板的安装和固定。盖板两端开设的连接扣能够便于螺栓与内层铁芯连接。铝合金盖板板的厚度，以及感应板内层铁芯的厚度均可由车辆所需的牵引力和电机的参数决定。
32.对于设计运行速度为120 km/h的永磁悬浮轨道列车，结合电机的固有参数，一般建议设置感应板的铁芯厚度为30 mm，铝合金盖板的厚度为10 mm。
33.对于图2所示的运行速度为120 km/h的永磁悬浮轨道列车，本技术优选将铁芯设计为：长为1200 mm，宽为250 mm。铁芯垂直方向开设上部边长为60 mm六边形孔、下部直径为50 mm的阶梯孔，水平方向开设直径为30 mm的通孔。所述绝缘布位于铁芯和盖板中间，厚度为0.5 mm。所述盖板长为1200 mm，宽为251 mm，两侧折弯处高度为40 mm。使用盖板紧固件穿过盖板和铁芯，将盖板、铁芯和绝缘玻璃固定。
34.考虑到本技术中铁芯内部将铁片和钕铁硼片12交替设置，为提高其内部磁场的延续性，避免铁片内部涡流影响传动效率，本技术优选在铁片11与钕铁硼片12的接触面之间喷涂有2~7μm厚度的磁环粉末提供绝缘间隔，并减小其对感应片整体磁场分布的干扰和影
响。
35.未获得更好的导磁效果，本技术优选将钕铁硼片12通过以下步骤制备获得：第一步，将合金按照名义成分进行配比熔炼及真空速凝处理后得到合金速凝片，将速凝片进行氢破碎处理得到粒径不超过8μm的粗粉；第二步，对第一步所得粗粉进行高能气流磨处理，得到粉末粒径分布区间在1-6μm之间的细合金粉末；第三步，分别收集粗粉和细合金粉末，将其均匀混合后备用；第四步，在粉末中添加粒径尺寸为20-800 nm的mn单质颗粒，调整粉末混合比例，然后依次进行混粉，在氧含量0.07%的气氛环境中进行磁场取向压制成型和冷等静压处理，压制中后期逐渐卸载60%成型压力，得到生胚；第五步，对生胚在1000℃温度下烧结，并进行回火处理，得到烧结钕铁硼磁体；第六步，将烧结钕铁硼磁体作为扩散源磁体，将烧结钕铁硼磁体表面的氧化皮脱净并烘干，向脱净后所得磁体表面沉积tb含量70%的合金；第七步，通过晶界扩散工艺对第六步沉积后所得磁体进行高温扩散，制备获得钕铁硼磁体。
36.上述制备过程中，由于生胚中粉末粗细粒径不一，因此会在磁体中形成较大缺陷相间隙。由此，本技术反向利用缺陷相具有高活化能和不稳定的特性，以缺陷相作为重稀土的存储和扩散通道，促进元素扩散深度及速率，从而利用磁体制备过程中所形成的可调控的点、线、面、晶格以及空位缺陷等，利用缺陷浓度的提升改善重稀土核壳结构层的分布，提升本技术制备所得钕铁硼磁体的矫顽力，并节约制造成本。
37.上述制备工艺利用磁体中缺陷相具有高活跃性和高能量的特点，增加晶界相自身的活跃程度，提升其活化能，能够显著提升后续晶界扩散效率，增加扩散深度，制备更加高性能的商业磁体。充分利用缺陷相具有高活泼性的优点后，本技术可直接通过现有的晶界扩散技术，避免其缺点对材料性能的恶化，而相反地利用磁体表面沉积的tb含量70%的合金增强矫顽力，改善剩磁和磁能积，实现综合磁性能的同步提升。
38.由此制备的钕铁硼片12与铁片11交替拼接成感应板的铁芯后，能够利用铁片的强度和韧性在感应板内层铁芯垂直方向开设螺纹孔，通过该螺纹孔将感应板与悬挂式永磁悬浮系统的天梁连接；并相应地在铁芯螺纹孔的前后两侧分别纵向开设通孔，便于内层铁芯与外层铝合金盖板使用螺栓连接。
39.安装过程中，在固定感应板的盖板、铁芯和绝缘布前将感应板于天梁连接的螺栓致于铁芯预设的阶梯孔中。在感应板和天梁之间加入适当高度的垫片，便于调节感应板的高度，固定感应板与天梁之间的螺栓，然后将绝缘玻璃置于内层盖板和外层铁芯之间，起绝缘作用，防止盖板和铁芯在车辆运行过程两层结构存在的电压差引起电弧烧蚀。如图2所示，所述感应板使用感应板紧固件固定在悬挂式永磁磁浮系统的天梁上，完成感应板地安装。由于此安装方式下，感应板直接水平安装在天梁顶部，其整个板面均可实现对直线电机定子的驱动，因此，本技术相较于现有感应板结构，其安装方式更为便捷，感应面更为平整，能够有效压缩感应板所需的安装支撑结构，实现对直线电机的高效驱动输出。
40.以上仅为本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术
构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本技术的保护范围。