一种中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁制造技术

一种中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁，该结构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。本实用新型专利技术具有结构简单、成本低廉、可靠性好、便于维护；且悬浮能耗少，悬浮控制调节性能好的优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
—种中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁
本技术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。
技术介绍
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I按照一定方式组合起来，如图1所示。当电磁悬浮组件I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I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。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本技术提供一种结构简单、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。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案: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。作为本技术的进一步改进: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。所述永磁悬浮组件中的第二永磁体和所述混合悬浮组件中第一永磁体产生的永磁磁场共同用于提供额定载荷和额定悬浮气隙下列车悬浮基本用力；所述电磁悬浮组件中第一励磁线圈和/或所述混合悬浮组件中第二励磁线圈的电流产生的磁场对不同气隙和载荷下列车悬浮起控制调节作用。所述组合式悬浮电磁铁包含一个永磁悬浮组件和两个电磁悬浮组件，所述永磁悬浮组件位于两个电磁悬浮组件之间。所述组合式悬浮电磁铁包含一个永磁悬浮组件和两个混合悬浮组件，所述永磁悬浮组件位于两个混合悬浮组件之间。所述组合式悬浮电磁铁包含一个永磁悬浮组件、一个电磁悬浮组件和一个混合悬浮组件，永磁悬浮组件位于电磁悬浮组件与混合悬浮组件之间。所述组合式悬浮电磁铁包含两个永磁悬浮组件和两个电磁悬浮组件，所述两个永磁悬浮组件位于两个电磁悬浮组件之间。所述组合式悬浮电磁铁包含两个永磁悬浮组件和两个混合悬浮组件，所述两个永磁悬浮组件位于两个混合悬浮组件之间。与现有技术相比，本技术的优点在于:1、本技术利用车辆自身重量来抵消永磁悬浮组件中永磁体产生的磁场力，消除了单独永磁悬浮组件在列车悬浮控制方面因其不可控性带来的安全隐患，使组合后的悬浮电磁铁在车辆悬浮稳定性方面处于可控状态。2、本技术通过利用中低速磁浮列车在结构上具有一定的防吸死机械气隙特点，引入独立永磁悬浮组件，减少了组合在一起的混合悬浮组件所需提供的悬浮力，从而减少了混合悬浮组件中永磁体结构尺寸，提高了混合悬浮组件中线圈电流变化在悬浮力方面的控制调节性能，有利于整车的悬浮稳定调节。3、本技术通过利用NdFeB永磁材料的退磁工作曲线特点，最大限度利用了永磁悬浮组件的悬浮力功能，引入独立永磁悬浮组件，减少了电磁悬浮组件中线圈和混合悬浮组件中线圈的匝数，降低了车辆悬浮控制供电DC/DC设备容量。4、本技术引入独立永磁悬浮组件，降低了电磁悬浮组件中线圈和混合悬浮组件中线圈电流，从而减少了悬浮电磁铁的发热，降低了悬浮电磁铁温升，减少了车辆总的悬浮能耗。5、本技术由几种悬浮组件组合而成，可根据具体情况进行灵活搭配，操作简单，可靠性高，便于维护。【附图说明】图1是现有技术中一种悬浮电磁铁的结构示意图。图2是现有技术中另一种悬浮电磁铁的结构示意图。图3是本技术具体实例I的悬浮电磁铁的结构示意图。图4是本技术具体实例2的悬浮电磁铁的结构示意图。图5是本技术具体实例3的悬浮电磁铁的结构示意图。图6是本技术具体实例4的悬浮电磁铁的结构示意图。图7是本技术具体实例5的悬浮电磁铁的结构示意图。图8是NdFeB永磁材料的退磁工作曲线示意图。图9是本技术具体实例中电磁悬浮组件I的结构示意图。图10是本技术具体实例中混合悬浮组件2的结构示意图。图11是本技术具体实例中永磁悬浮组件3的结构示意图。图例说明:1、电磁悬浮组件；10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁，其特征在于：包括至少一个永磁悬浮组件（3）以及一个以上的电磁悬浮组件（1）和/或混合悬浮组件（2），所述永磁悬浮组件（3）与电磁悬浮组件（1）和/或混合悬浮组件（2）通过共用的铁芯极板（4）组合安装在一起。

【技术特征摘要】
1.一种中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁，其特征在于:包括至少一个永磁悬浮组件(3)以及一个以上的电磁悬浮组件(I)和/或混合悬浮组件(2)，所述永磁悬浮组件(3)与电磁悬浮组件(I)和/或混合悬浮组件(2)通过共用的铁芯极板(4)组合安装在一起。2.根据权利要求1所述的中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁，其特征在于:所述电磁悬浮组件(I)包括第一外侧极板(101)、第一铁轭(102)、第一励磁线圈(103)，所述第一励磁线圈(103)绕制在第一铁轭(102)上；当第一励磁线圈(103)通电流时，产生沿第一外侧极板(101)、第一铁轭(102)和悬浮气隙(5)、F型轨道(6)铁芯闭合的主磁场；所述混合悬浮组件(2 )包括第二外侧极板(201)、第二铁轭(202 )、第一永磁体(203 )和绕制在第二铁轭(202)上的第二励磁线圈(204)组成；所述第一永磁体(203)安装于第二铁轭(202)与第二外侧极板(201)之间，所产生的磁场与第二励磁线圈(204)电流产生的磁场处于同一主磁路当中；所述永磁悬浮组件(3)包括第三外侧极板(301)、第三铁轭(302)、第二永磁体(303)，所述第二永磁体(303)产生沿第三外侧极板(301)、第三铁轭(302)和悬浮气隙(5)、F型轨道(6)铁芯闭合的主磁场。3.根据权利要求1所述的中低速磁浮列车用组合式悬浮电磁铁，其特征在于:所述永磁悬浮组件(3)中的第二永磁体(303)和所述混合悬浮组件(2)中第一永磁体(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少克，佘龙华，李晓龙，曾欣欣，龙志强，陈贵荣，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：