一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，包括多個(gè)懸浮控制模塊，其中，每個(gè)懸浮控制模塊包括懸浮電磁鐵、懸浮控制器和懸浮傳感器，懸浮電磁鐵包括鐵芯、高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈，高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈共同繞制在鐵芯上，懸浮控制器分別連接懸浮傳感器、高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利技術(shù)中，額定的懸浮力通過高溫超導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵提供，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)懸浮力由常導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵提供，使得磁浮列車能夠?qū)崿F(xiàn)大氣隙穩(wěn)定懸浮，減小了對(duì)軌道線路的精度要求，對(duì)于高速磁浮列車速度提升具有重要價(jià)值，特別是對(duì)于真空管道超高速磁浮列車系統(tǒng)具有決定性意義。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及磁浮列車領(lǐng)域，尤其是涉及一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
磁浮列車是一種新型的軌道交通運(yùn)輸工具，具有運(yùn)行噪聲低、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、安全可靠性高、運(yùn)營維護(hù)成本低、造價(jià)低等突出特點(diǎn)。它利用電磁吸力使車體懸浮于軌道之上，列車與軌道之間保持無接觸狀態(tài)，克服了兩者間的接觸磨損，減小了運(yùn)行阻力。經(jīng)過幾十年的技術(shù)開發(fā)，磁浮列車技術(shù)已基本成熟，正在逐步走向商業(yè)化生產(chǎn)和運(yùn)營。目前按照磁浮車輛采用的懸浮原理及方式的不同，磁浮列車一般劃分為兩大類，一類為電動(dòng)懸浮(ElectrodynamicSuspension)，簡稱EDS型；一類為電磁浮型(ElectromagneticSuspension)，簡稱EMS型。EDS型磁浮系統(tǒng)利用電磁排斥力將車輛在軌道上方懸浮，而EMS型磁浮系統(tǒng)則利用位于軌道下方的電磁鐵產(chǎn)生的吸引力將車輛抬起從而保證和軌道不接觸。EDS型磁浮系統(tǒng)不需要施加控制即可穩(wěn)定懸浮，而EMS型磁浮系統(tǒng)需要施加主動(dòng)控制來保證系統(tǒng)穩(wěn)定懸浮。目前商業(yè)化運(yùn)行的，都是EMS型磁浮列車。EMS型磁浮列車的懸浮系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)車輛懸浮的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它根據(jù)安裝在電磁鐵上的懸浮傳感器傳送過來的懸浮電磁鐵與軌道之間的氣隙以及電磁鐵的垂向運(yùn)動(dòng)加速度信號(hào)來改變懸浮電磁鐵內(nèi)部電流的大小,從而調(diào)節(jié)懸浮電磁鐵與鋼制軌道之間的吸引力,使磁浮列車保持在8～10mm氣隙大小的穩(wěn)定懸浮狀態(tài)。目前的懸浮電磁鐵內(nèi)通常是采用常導(dǎo)(電阻)線圈來實(shí)現(xiàn)電磁力。但是，由于常導(dǎo)線圈的懸浮電磁鐵使得懸浮氣隙不能超過10mm，其原因在于，常導(dǎo)線圈的電阻較大，而懸浮功耗將隨懸浮氣隙的平方成正比增加，如果加大懸浮氣隙，會(huì)導(dǎo)致常導(dǎo)線圈嚴(yán)重發(fā)熱從而造成危害。這就產(chǎn)生了以下問題：1、懸浮氣隙小，磁浮列車對(duì)軌道的精度要求就比較高，誤差一般要控制在1.5mm以內(nèi)，從而大大提高了線路的造價(jià)。同時(shí)，懸浮氣隙小造成允許偏差小，對(duì)控制系統(tǒng)控制精度要求高。提高列車速度后，懸浮氣隙波動(dòng)變大，有可能造成列車接觸軌道，影響運(yùn)行安全。2、由于采用常導(dǎo)線圈電磁鐵，為了達(dá)到一定的安匝數(shù)，在電流不能太大的情況下，常導(dǎo)線圈電磁鐵匝數(shù)會(huì)較大，造成電磁鐵重量大，增加了車輛的自重，降低了磁浮列車的有效載荷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有磁浮列車懸浮氣隙小、對(duì)線路精度要求高、常導(dǎo)電磁鐵重量大和發(fā)熱嚴(yán)重等技術(shù)問題。本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，包括多個(gè)懸浮控制模塊，其中，每個(gè)懸浮控制模塊包括懸浮電磁鐵、懸浮控制器和懸浮傳感器，所述的懸浮電磁鐵包括鐵芯、高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈，所述的高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈共同繞制在鐵芯上，所述的懸浮控制器分別連接懸浮傳感器、高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈。進(jìn)一步地，所述的高溫超導(dǎo)線圈繞制在常導(dǎo)線圈的上方。進(jìn)一步地，所述的懸浮控制器包括超導(dǎo)線圈斬波器、常導(dǎo)線圈斬波器和混合懸浮控制電路，所述的高溫超導(dǎo)線圈連接超導(dǎo)線圈斬波器，所述的常導(dǎo)線圈連接常導(dǎo)線圈斬波器，所述的混合懸浮控制電路分別連接超導(dǎo)線圈斬波器和常導(dǎo)線圈斬波器。進(jìn)一步地，每個(gè)懸浮控制模塊提供的懸浮力包括額定懸浮力和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)懸浮力，所述的額定懸浮力通過高溫超導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵和軌道互相吸引產(chǎn)生，所述的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)懸浮力通過常導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵和軌道互相吸引產(chǎn)生。進(jìn)一步地，所述的常導(dǎo)線圈上安裝有冷卻機(jī)構(gòu)。進(jìn)一步地，4個(gè)或者6個(gè)高溫超導(dǎo)線圈串聯(lián)連接懸浮傳感器組成一個(gè)控制回路；4個(gè)或者6個(gè)常導(dǎo)線圈串聯(lián)連接懸浮傳感器組成另一個(gè)控制回路。進(jìn)一步地，常導(dǎo)線圈通過鋁箔或銅線繞制而成。進(jìn)一步地，高溫超導(dǎo)線圈采用液氮冷卻的高溫超導(dǎo)體。進(jìn)一步地，懸浮電磁鐵中的鐵芯通過硅鋼片壓制而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：1、本專利技術(shù)采用了高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈相結(jié)合的混合電磁懸浮系統(tǒng)，其額定的懸浮力通過高溫超導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵提供，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)懸浮力由常導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵提供，使得磁浮列車能夠?qū)崿F(xiàn)超過20mm以上大氣隙穩(wěn)定懸浮，減小了對(duì)軌道線路的精度要求，對(duì)于高速磁浮列車速度提升具有重要價(jià)值，特別是對(duì)于真空管道超高速磁浮列車系統(tǒng)具有決定性意義。2、本專利技術(shù)中，高溫超導(dǎo)線圈能夠在較小電流的情況下使得電磁鐵產(chǎn)生較大的吸力，能夠減少線圈和常導(dǎo)線圈)在鐵芯上的匝數(shù)，減輕了懸浮系統(tǒng)整體的重量，從而提高了磁浮列車的有效載荷。同時(shí)，高溫超導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵只需提供額定的懸浮力，克服了目前技術(shù)中，高溫超導(dǎo)線材的最大電流密度和電流密度變化率在應(yīng)用中受到限制的缺陷；懸浮力的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)全部由常導(dǎo)線圈部分的懸浮電磁鐵提供，實(shí)現(xiàn)了在增加懸浮力的同時(shí)，無需要對(duì)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行改進(jìn)，易于改造和實(shí)現(xiàn)。3、高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈相結(jié)合可以有效地減小因電阻和多匝數(shù)帶來的發(fā)熱問題，減小發(fā)熱量，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記：1、懸浮電磁鐵，11、鐵芯，12、高溫超導(dǎo)線圈，13、常導(dǎo)線圈，2、懸浮控制器，21、超導(dǎo)線圈斬波器，22、常導(dǎo)線圈斬波器，23、混合懸浮控制電路，3、懸浮傳感器。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本專利技術(shù)技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，該混合電磁懸浮系統(tǒng)由多個(gè)混懸浮控制模塊組合而成，混懸浮控制模塊布置在高速磁浮列車的車廂下。每個(gè)懸浮控制模塊包括懸浮電磁鐵1、懸浮控制器2和懸浮傳感器3。其中，懸浮電磁鐵1包括鐵芯11、高溫超導(dǎo)線圈12和常導(dǎo)線圈13。高溫超導(dǎo)線圈12和常導(dǎo)線圈13共同繞制在鐵芯11上，高溫超導(dǎo)線圈12可以繞制在常導(dǎo)線圈13的上方或下方，本實(shí)施例中高溫超導(dǎo)線圈12繞制在常導(dǎo)線圈13的上方，便于安裝。懸浮控制器2分別連接懸浮傳感器3、高溫超導(dǎo)線圈12和常導(dǎo)線圈13。常導(dǎo)線圈13一般采用鋁箔或銅線繞制而成，本實(shí)施例中，常導(dǎo)線圈13采用鋁箔繞制而成。高溫超導(dǎo)線圈12采用液氮冷卻的高溫超導(dǎo)體。懸浮電磁鐵1中的鐵芯11一般采用硅鋼片壓制而成，本實(shí)施例中，鐵芯11采用硅鋼片M530-50A壓制而成。在常導(dǎo)線圈13還可以安裝冷卻機(jī)構(gòu)，該冷卻機(jī)構(gòu)為現(xiàn)有的技術(shù)，因此本文不進(jìn)行展開。懸浮控制器2包括超導(dǎo)線圈斬波器21、常導(dǎo)線圈斬波器22和混合懸浮控制電路23。高溫超導(dǎo)線圈12連接超導(dǎo)線圈斬波器21，常導(dǎo)線圈13連接常導(dǎo)線圈斬波器22。混合懸浮控制電路23分別連接超導(dǎo)線圈斬波器21和常導(dǎo)線圈斬波器22，通過超導(dǎo)線圈斬波器21和常導(dǎo)線圈斬波器22向高溫超導(dǎo)線圈12和常導(dǎo)線圈13傳輸電流。一般情況下，4個(gè)或者6個(gè)高溫超導(dǎo)線圈12串聯(lián)連接懸浮傳感器3，組成一個(gè)控制回路；4個(gè)或者6個(gè)常導(dǎo)線圈13串聯(lián)連本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，包括多個(gè)懸浮控制模塊，其中，每個(gè)懸浮控制模塊包括懸浮電磁鐵(1)、懸浮控制器(2)和懸浮傳感器(3)，其特征在于，所述的懸浮電磁鐵(1)包括鐵芯(11)、高溫超導(dǎo)線圈(12)和常導(dǎo)線圈(13)，所述的高溫超導(dǎo)線圈(12)和常導(dǎo)線圈(13)共同繞制在鐵芯(11)上，所述的懸浮控制器(2)分別連接懸浮傳感器(3)、高溫超導(dǎo)線圈(12)和常導(dǎo)線圈(13)。/n

【技術(shù)特征摘要】
20200320 CN 20201020057491.一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，包括多個(gè)懸浮控制模塊，其中，每個(gè)懸浮控制模塊包括懸浮電磁鐵(1)、懸浮控制器(2)和懸浮傳感器(3)，其特征在于，所述的懸浮電磁鐵(1)包括鐵芯(11)、高溫超導(dǎo)線圈(12)和常導(dǎo)線圈(13)，所述的高溫超導(dǎo)線圈(12)和常導(dǎo)線圈(13)共同繞制在鐵芯(11)上，所述的懸浮控制器(2)分別連接懸浮傳感器(3)、高溫超導(dǎo)線圈(12)和常導(dǎo)線圈(13)。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于，所述的高溫超導(dǎo)線圈(12)繞制在常導(dǎo)線圈(13)的上方。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速磁浮列車的混合電磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于，所述的懸浮控制器(2)包括超導(dǎo)線圈斬波器(21)、常導(dǎo)線圈斬波器(22)和混合懸浮控制電路(23)，所述的高溫超導(dǎo)線圈(12)連接超導(dǎo)線圈斬波器(21)，所述的常導(dǎo)線圈(13)連接常導(dǎo)線圈斬波器(22)，所述的混合懸浮控制電路(23)分別連接超導(dǎo)線圈斬波器(21)和常導(dǎo)線圈斬波器(22)。


4.根據(jù)權(quán)利要求1所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐俊起，林國斌，孫友剛，榮立軍，陳琛，吉文，倪菲，宋一鋒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：同濟(jì)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31