專利名稱：混合磁懸浮的懸浮方法以及磁懸浮運載系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁懸浮運載系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種混合磁懸浮的懸浮方法以及應(yīng)用該懸浮方法的磁懸浮運載系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前中低速磁懸浮運載系統(tǒng)的懸浮方式有兩種斥力型和吸力型。其中吸力型的懸浮方式已進入實際運營階段，如日本東部丘陵線HSST運載系統(tǒng)---LINIMO系統(tǒng)。一般來說，磁懸浮列車每個車體1底部都安裝有若干個電磁鐵31，這些電磁鐵31均勻分布在車底。如LINIMO磁懸浮列車每個車廂底部安裝有10個電磁鐵，左右兩邊各5個，如圖1所示。磁懸浮列車就是靠這些電磁鐵31與軌道4之間的電磁吸力來實現(xiàn)車體的懸浮。
磁懸浮列車的懸浮原理如圖2所示。在圖2中，軌道梁的側(cè)面為懸空的倒U型鋼質(zhì)鐵磁性軌道4，固定在懸浮車體1車廂底架2上的磁體3正好置于鋼質(zhì)鐵磁性軌道(以下簡稱“軌道”)下方，且鐵芯橫截面呈正U型，與倒U型的軌道相對。
現(xiàn)有技術(shù)中磁體3全部采用電磁鐵31，電磁鐵31接通勵磁電流后，會產(chǎn)生電磁場，正U型的電磁鐵鐵芯和倒U型的軌道形成閉環(huán)磁路，電磁鐵31和軌道4之間產(chǎn)生電磁吸力。該電磁吸力與兩個因素有關(guān)①電磁鐵中的勵磁電流；
②電磁鐵與軌道之間的距離。
電磁鐵中的勵磁電流與電磁吸力成正比關(guān)系，勵磁電流越大，電磁吸力也越大；電磁鐵與軌道之間的距離跟電磁吸力成反比關(guān)系，電磁鐵和軌道之間的距離越大，電磁吸力越小。
從圖2可以看出，電磁鐵31中接通勵磁電流時，電磁鐵31和軌道4之間存在電磁吸力，由于電磁鐵31和車體1通過車廂底架2連在一起，列車(包含車體、車廂底架和電磁鐵)會受到與電磁吸力大小相等，方向向上的懸浮力的作用。當懸浮力大于列車重力時，列車開始向上懸?。划攽腋×π∮诹熊囍亓r，列車不能懸浮，向軌面下降，直到列車支撐到軌道上；當懸浮力等于列車重力時，列車處于懸浮狀態(tài)。
在電磁鐵和軌道之間設(shè)置了感應(yīng)器，實時探測電磁鐵與軌道之間的距離。當車體上升到額定高度時(如日本LINIMO系統(tǒng)是8mm)，通過調(diào)節(jié)電磁鐵的勵磁電流，使懸浮力等于列車重力，列車懸浮在離軌道面8mm的地方。實際上，列車在運行過程中會產(chǎn)生振動，列車的懸浮高度也不是固定不變的。為了使列車的懸浮盡可能地保持穩(wěn)定，需要實時調(diào)節(jié)電磁鐵中勵磁電流，使列車基本穩(wěn)定在額定的懸浮高度上。所以，列車的懸浮是一個動態(tài)平衡的過程。
目前的中低速磁浮列車的懸浮功耗主要來源于懸浮電磁鐵的勵磁功耗。懸浮電磁鐵的勵磁又分為靜態(tài)勵磁和動態(tài)調(diào)整部分，而靜態(tài)勵磁電流消耗的功率占懸浮功耗的大部分(約占90％)。因此，如果能盡可能減小靜態(tài)勵磁電流消耗，也就減小了列車的懸浮功耗。LINIMO系統(tǒng)已于2005年3月在日本東部丘陵線投入了商業(yè)運行。從目前情況看，運營狀態(tài)良好。但是，由于列車的懸浮力完全靠電磁鐵的勵磁電流產(chǎn)生，功耗比較大，約為600～800瓦/噸，在整車功率消耗方面占了很大的比重。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種可以顯著減小磁懸浮列車懸浮功耗的混合磁懸浮的懸浮方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種節(jié)約能源，降低能耗的混合磁懸浮運載系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種混合磁懸浮的懸浮方法，包括有車體、軌道和磁體，通過控制磁體與軌道之間的磁力與車體重力的大小關(guān)系來控制車體上升、懸浮或下降，其特征在于所述的磁體由電磁鐵和永磁體組成。
所述磁體與軌道之間的磁力大小可通過控制電磁鐵中勵磁電流或永磁體與軌道之間距離來動態(tài)調(diào)節(jié)。
一種磁懸浮運載系統(tǒng)，包括車體、軌道以及若干個安裝于車體底部與軌道產(chǎn)生吸力的磁體，其特征在于所述的磁體由電磁鐵和永磁體組成。
本發(fā)明通過用永磁體提供部分的懸浮力，就可以減小電磁鐵提供的懸浮力，也就是減小了電磁鐵的靜態(tài)勵磁，從而減小了懸浮功耗，采用混合磁懸浮的懸浮方法，即采用永磁體和電磁鐵的組合，可以大大減少懸浮功耗(可達90％)，從而節(jié)約大量的電能。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中車體底部電磁鐵排布示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮運載系統(tǒng)的懸浮原理圖；圖3是本發(fā)明實施例1的磁懸浮原理圖；圖4是本發(fā)明實施例2的磁懸浮原理圖；圖5是本發(fā)明實施例3的車體底部磁體排布示意圖；圖6是本發(fā)明實施例3中永磁體的磁懸浮原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種混合磁懸浮的懸浮方法，包括有車體1、軌道4和磁體3，磁體3與軌道4之間的吸力形成對車體1向上的懸浮力，通過控制該懸浮力與車體重力的大小關(guān)系來控制車體上升、懸浮或下降，磁體3由電磁鐵31和永磁體32組成，共同提供對車體的懸浮力。磁體3與軌道4之間的磁力大小可通過控制磁體3數(shù)量，磁體3與軌道4之間距離，電磁鐵31中勵磁電流來設(shè)定。一般制造時磁體3的數(shù)量，電磁鐵31與軌道4之間的距離等參數(shù)已經(jīng)確定，因此磁體3與軌道4之間磁力可通過控制電磁鐵31中勵磁電流或永磁體32與軌道4之間距離來進行動態(tài)調(diào)節(jié)。
采用上述懸浮方法的一種磁懸浮運載系統(tǒng)，包括車體1、軌道4以及若干個安裝于車體1底部與軌道產(chǎn)生吸力的磁體3，磁體3由電磁鐵31和永磁體32共同組成。
實施例1如圖3所示，磁體3橫截面為U型，U型的兩端頭為電磁鐵31，中部為永磁體32，兩電磁鐵31和永磁體32是固定連接在一起的。
本實施例中磁體3由原來的整個電磁鐵改裝成兩個電磁鐵31和一塊永磁體32固接而成的懸浮模塊。當列車在未投入運營前，電磁鐵31未接通勵磁電流，電磁鐵31不產(chǎn)生吸力，只有永磁體32和軌道4之間存在吸力。只要選用合適的永磁體32，使該吸力不足于使列車懸浮，列車支撐在軌道上。列車投入運營時，在電磁鐵31中接通勵磁電流，電磁鐵31和軌道4之間也產(chǎn)生吸力。當電磁鐵產(chǎn)生的吸力和永磁體產(chǎn)生的吸力的合力大于列車重力時，列車開始懸浮，通過控制電磁鐵中的勵磁電流，使列車基本穩(wěn)定在額定的懸浮高度上。當車體位于額定懸浮高度時，永磁體和軌道之間的磁力大小控制在空車車體重力的80％至120％之間。
以日本HSST-100L中低速磁懸浮列車LINIMO為例，空載重量為17噸，滿載重量為25噸。若采用本實施例，假設(shè)在列車達到額定懸浮間隙時(8mm)永磁體產(chǎn)生的吸力為15噸(小于車體重量)，則可以算出列車在空載時，懸浮功耗可節(jié)約(15÷17)×90％＝79.4％；列車在滿載時，懸浮功耗可節(jié)約(15÷25)×90％＝54％。
實施例2如圖4所示，磁體3橫截面為U型，U型的兩端頭為電磁鐵31，中部為永磁體32，電磁鐵31和永磁體32是分體式安裝，將永磁體31安裝于上下移動機構(gòu)上，使之可隨上下移動機構(gòu)移動。上下移動機構(gòu)采用現(xiàn)有技術(shù)即可，在此不作限定。
永磁體32與軌道4之間的吸力大小，跟永磁體32與軌道4之間的距離有密切的關(guān)系。永磁體32與軌道4之間的距離越小，吸力越大；相反，若永磁體32與軌道4之間的距離越大，吸力越小。因此，可以利用上下移動機構(gòu)上下移動永磁體32，通過調(diào)整永磁體32與軌道4之間的距離來調(diào)節(jié)永磁體32與軌道4之間的吸力。
當列車在未投入運營前，電磁鐵31未接通勵磁電流，電磁鐵31不產(chǎn)生吸力，只有永磁體32和軌道4之間存在吸力。永磁體32安裝于可根據(jù)車體1載重而調(diào)整永磁體32和軌道4之間距離的上下移動機構(gòu)上。由于永磁體32可以利用上下移動機構(gòu)上下移動，只要把永磁體32向下移動適當距離，該吸力不足于使列車懸浮，列車支撐在軌道上。列車投入運營時，利用上下移動機構(gòu)向上移動永磁體32，永磁體32與軌道4之間的吸力增大，當永磁體32上移到一定位置時，電磁鐵31才接通勵磁電流。當電磁鐵31產(chǎn)生的吸力和永磁體32產(chǎn)生的吸力的合力大于列車重力時，列車開始懸浮，通過控制電磁鐵31中的勵磁電流，使列車穩(wěn)定在額定的懸浮高度上。
當車體1位于額定懸浮高度時，永磁體32和軌道4之間的磁力大小控制在車體重力的80％至120％之間，并可隨車體1載重變化而變化。例如當列車上的乘客增加時，可以利用上下移動機構(gòu)適當?shù)叵蛏弦苿佑来朋w32，增大永磁體32與軌道4之間的吸力；相反，當列車上的乘客減少時，可以利用上下移動機構(gòu)適當?shù)叵蛳乱苿佑来朋w32，減小永磁體32與軌道4之間的吸力。因此，在本實施例中，不管列車的重量怎樣變化，列車在額定懸浮高度位置時，永磁體32與軌道4之間的吸力都接近于列車的重力，電磁鐵31只需接通相對較小的電流(主要用來動態(tài)調(diào)節(jié)懸浮力的大小)，就能保持列車的穩(wěn)定懸浮。
若采用本實施例，永磁體相當于減去了電磁鐵的靜態(tài)勵磁電流消耗，而靜態(tài)勵磁電流消耗的功率約占懸浮功耗的90％左右，因此，懸浮功耗可節(jié)約近90％。
實施例3如圖5所示，磁體3為獨立的U型電磁鐵31和U型永磁體32，分別安裝于車體1底部。
現(xiàn)有磁懸浮列車每個車廂底部安裝有若干對電磁鐵，例如日本LINIMO磁懸浮列車每個車廂底部安裝有5對電磁鐵。在本實施例中可以把其中的部分電磁鐵用永磁體代替，如圖5，可以把中間的三對電磁鐵換成永磁體32，兩邊的兩對電磁鐵31仍保留，其中，電磁鐵的懸浮原理如圖2所示，永磁體的懸浮原理如圖6所示。
當列車在未投入運營前，電磁鐵31未接通勵磁電流，電磁鐵31不產(chǎn)生吸力，只有永磁體32和軌道4之間存在吸力。只要選用合適的永磁體32，該吸力不會使列車懸浮，列車支撐在軌道上。列車投入運營時，在電磁鐵31中接通勵磁電流，電磁鐵31和軌道4之間也產(chǎn)生吸力。當電磁鐵31產(chǎn)生的吸力和永磁體32產(chǎn)生的吸力的合力大于列車重力時，列車開始懸浮，通過控制電磁鐵31中的勵磁電流，使列車基本穩(wěn)定在額定的懸浮高度上。同樣的，永磁體32可安裝于上下移動機構(gòu)上，使之可隨上下移動機構(gòu)移動，其與軌道的間隙調(diào)整可以改變懸浮力，適應(yīng)車輛載重的變化，當車體1位于額定懸浮高度時，永磁體32和軌道4之間的磁力大小控制在車體1重力的80％至120％之間，并由上下移動機構(gòu)控制，使磁力隨車體1載重變化而變化。
若采用本實施例，永磁體也相當于減去了電磁鐵的靜態(tài)勵磁電流消耗，因此其懸浮功耗也可節(jié)約近90％。
可見，若采用混合磁懸浮的懸浮方法，加入永磁體，可以大量節(jié)約中低速磁懸浮列車的懸浮功耗(最大可節(jié)約近90％)。
權(quán)利要求
1.一種混合磁懸浮的懸浮方法，包括有車體、軌道和磁體，通過控制磁體與軌道之間的磁力與車體重力的大小關(guān)系來控制車體上升、懸浮或下降，其特征在于所述的磁體由電磁鐵和永磁體組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合磁懸浮的懸浮方法，其特征在于所述磁體與軌道之間的磁力大小可通過控制電磁鐵中勵磁電流或永磁體與軌道之間距離來動態(tài)調(diào)節(jié)。
3.一種磁懸浮運載系統(tǒng)，包括車體、軌道以及若干個安裝于車體底部與軌道產(chǎn)生吸力的磁體，其特征在于所述的磁體由電磁鐵和永磁體組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁懸浮運載系統(tǒng)，其特征在于所述的磁體橫截面為U型，U型的兩端頭為電磁鐵，中部為永磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種磁懸浮運載系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁鐵和永磁體固定連接在一起，當車體位于額定懸浮高度時，該永磁體和軌道之間的磁力大小控制在空車車體重力的80％至120％之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種磁懸浮運載系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁鐵和永磁體是分體式安裝，永磁體安裝于可根據(jù)車體載重而調(diào)整永磁體和軌道之間距離的上下移動機構(gòu)上，當車體位于額定懸浮高度時，該永磁體和軌道之間的磁力大小控制在車體重力的80％至120％之間，并隨車體載重變化而變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁懸浮運載系統(tǒng)，其特征在于所述的磁體為獨立的U型電磁鐵和U型永磁體，分別安裝于車體底部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種磁懸浮運載系統(tǒng)，其特征在于所述的永磁體通過可根據(jù)車體載重而調(diào)整永磁體和軌道之間距離的上下移動機構(gòu)安裝于車體底部，當車體位于額定懸浮高度時，該永磁體和軌道之間的磁力大小控制在車體重力的80％至120％之間，并隨車體載重變化而變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合磁懸浮的懸浮方法以及應(yīng)用該方法的磁懸浮運載系統(tǒng)，包括有車體、軌道和磁體，通過控制磁體與軌道之間的磁力與車體重力的大小關(guān)系來控制車體上升、懸浮或下降，其所述的磁體由電磁鐵和永磁體組成。本發(fā)明通過用永磁體提供部分的懸浮力，就可以減小電磁鐵提供的懸浮力，也就是減小了電磁鐵的靜態(tài)勵磁，從而減小了懸浮功耗，采用混合磁懸浮的懸浮方法，即采用永磁體和電磁鐵的組合，可以大大減少懸浮功耗(可接近90％)，從而節(jié)約大量的電能。
文檔編號B60L13/04GK1803489SQ20051012152
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者朱日華, 樊嘉峰, 陳朗 申請人:廣州市地下鐵道總公司