一種用于磁浮列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及磁懸浮列車技術領域，具體涉及吸力懸浮型中低速磁浮列車。
【背景技術】
[0002] 電磁吸力懸浮方式（EMS)主要用于中低速磁浮列車，也是目前國內(nèi)采用最為廣 泛、技術最為成熟的懸浮模式。研究單位主要以國防科技大學和西南交通大學為代表。2009 年在唐車公司下線的磁浮列車和2011年在中國南車下線的磁浮列車均屬于該類型。其實 現(xiàn)懸浮于空中的力由安裝于轉(zhuǎn)向架上且置于F形軌道下方的U型懸浮電磁鐵提供，每個懸 浮電磁鐵由其對應的懸浮控制器提供電流。
[0003] 在目前的電磁吸力懸浮方式中：懸浮電磁鐵的電流全部由懸浮控制器提供，在現(xiàn) 有的磁浮列車上布置有數(shù)量眾多的懸浮控制器，所以減小控制器的體積和重量，可以有效 地減小列車的自重，也能夠有效地增加更多的可利用的空間。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 鑒于現(xiàn)有技術在運營過程中存在的問題，本實用新型的目的是設計一種用于磁浮 列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮方法，使之能有效地降低列車的自重，同時為增加冗余的懸浮控制 器提供便利條件。
[0005] 本實用新型的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。
[0006] 一種用于磁浮列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮系統(tǒng)，實現(xiàn)列車懸浮的電流由穩(wěn)態(tài)和動態(tài)電 流共同提供。包括復合線圈型懸浮電磁鐵組和為其提供電能的供電系統(tǒng)；復合線圈型懸浮 電磁鐵組的每一個繞組均由動態(tài)繞組和穩(wěn)態(tài)繞組構成。動態(tài)繞組與穩(wěn)態(tài)繞組間以并聯(lián)方式 連接；電磁鐵組中所有的穩(wěn)態(tài)繞組串聯(lián)在一起并接入產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)電流的穩(wěn)態(tài)電源模塊；所有 動態(tài)繞組相互獨立，由各自的懸浮控制器提供動態(tài)電流。
[0007] 進一步地，穩(wěn)態(tài)電源模塊可以是恒流源，也可以是恒壓源。并且不與動態(tài)懸浮電流 調(diào)節(jié)模塊布置一個機箱內(nèi)。而是單獨布置在懸浮架上，為懸浮電磁鐵組所有的穩(wěn)態(tài)繞組提 供電流。
[0008] 復合線圈型懸浮電磁鐵組可以是整列車的電磁鐵組合，可以是整節(jié)車的電磁鐵組 合，也可以是一個懸浮架的電磁鐵組合。單個電磁鐵的繞組分動態(tài)繞組和穩(wěn)態(tài)繞組兩種，兩 種繞組之間的關系為并聯(lián)。電磁鐵組中所有的穩(wěn)態(tài)繞組通過串聯(lián)的方式連在一起，動態(tài)繞 組則相對獨立。其中穩(wěn)態(tài)繞組通過穩(wěn)態(tài)電流，動態(tài)繞組通過動態(tài)電流。
[0009] 懸浮控制器與電磁鐵的動態(tài)繞組連接，單個懸浮控制器只為其對應的單個動態(tài)繞 組提供動態(tài)電流。其輸出的動態(tài)電流方向可以變化。并且不與穩(wěn)態(tài)電源模塊布置一個機箱 內(nèi)。
[0010] 實現(xiàn)列車懸浮的電流由穩(wěn)態(tài)和動態(tài)電流共同提供。電磁鐵中，動態(tài)繞組和穩(wěn)態(tài)繞 組的匝數(shù)設置應滿足以下要求：當磁浮列車的起浮時，某懸浮點由動態(tài)繞組和靜態(tài)繞組共 同提供的電磁吸力要大于列車及其荷載的重力在此處的分力。使得列車能夠?qū)崿F(xiàn)起??；當 磁浮列車工作在額定的工作氣隙時，由靜態(tài)繞組提供的電磁吸力要等于或小于列車及其荷 載的重力在此處的分力，維持穩(wěn)定懸浮的動態(tài)電磁力由動態(tài)繞組提供，其由懸浮控制器提 供動態(tài)電流。在額定工況下，動態(tài)繞組通過的電流很小。當磁浮列車懸浮氣隙小于額定氣 隙時，動態(tài)繞組通過的電流方向可以改變，由動態(tài)繞組產(chǎn)生的電磁力可以與由穩(wěn)態(tài)繞組產(chǎn) 生的電磁力方向相反，從而使得懸浮氣隙恢復到額定的工作氣隙處；當磁浮列車懸浮氣隙 大于額定氣隙時，動態(tài)繞組通過的電流可以增加，由動態(tài)繞組產(chǎn)生的電磁力與由穩(wěn)態(tài)繞組 產(chǎn)生的電磁力方向相同，共同作用使得懸浮氣隙恢復到額定的工作氣隙處。由于磁浮列車 的起浮過程時間很短，只有數(shù)秒的時間，可以在此期間內(nèi)使懸浮控制器工作在接近于極限 工作狀態(tài)，從而選用較小參數(shù)的晶體管。
[0011] 由上所述，在合理的設計條件下，采用本實用新型的結構，可使磁浮列車完成起 浮、穩(wěn)定懸浮在額定氣隙處。由于通過動態(tài)繞組的電流只在起浮時較大（起浮時間很短）， 在額定氣隙工作時，動態(tài)電流較小。與現(xiàn)有技術下的懸浮電流均為動態(tài)電流的情況相比：可 以選用更小更輕的器件實現(xiàn)動態(tài)電流的輸出控制，同時可以降低對散熱的要求。有效減小 懸浮控制器的體積和重量
【附圖說明】 [0012] 如下：
[0013] 附圖1是本實用新型各模塊的結構示意圖。
[0014] 附圖2是本實用新型中實施例涉及到的三種復合線圈型懸浮電磁鐵的結構示意 圖。其中（a)第一種結構，（b)第二種結構（c)第三種結構。
[0015] 附圖3是本實用新型中實施例復合線圈型懸浮電磁鐵的結構尺寸示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖對本實用新型的結構作進一步的詳述。
[0017] 如圖1所示：
[0018] 在一個懸浮架內(nèi)，或者一節(jié)車內(nèi)，或者整列車內(nèi)。布置一個穩(wěn)態(tài)電源模塊和一個復 合線圈型懸浮電磁鐵組。懸浮電磁鐵組內(nèi)的每個懸浮電磁鐵的繞組都由兩部分組成，即穩(wěn) 態(tài)繞組和動態(tài)繞組。其中：所有穩(wěn)態(tài)繞組通過串聯(lián)方式連接到靜態(tài)電源模塊上，由靜態(tài)電源 模塊提供靜態(tài)電流；每個動態(tài)繞組均由其對應的懸浮控制器提供動態(tài)電流。所有的穩(wěn)態(tài)電 流和動態(tài)電流共同作用實現(xiàn)磁浮列車的懸浮。
[0019] 如圖2所示：
[0020] 復合線圈型懸浮電磁鐵組中的電磁鐵，其兩種繞組的布置方式有三種：第一種是 沿X方向，兩側布置穩(wěn)態(tài)繞組，中間布置動態(tài)繞組。第二種是沿X方向，一側布置穩(wěn)態(tài)繞組， 另一側布置動態(tài)繞組。第三種是沿y方向，外圈布置穩(wěn)態(tài)繞組，內(nèi)圈布置動態(tài)繞組。布置方 式的設計主要考慮的因素是繞組散熱，由于動態(tài)繞組主要工作在小電流狀態(tài)下，所以優(yōu)先 考慮的是穩(wěn)態(tài)繞組散熱的問題，而將其繞組貼近電磁鐵鐵芯，更有利于散熱。
[0021] 實施例
[0022] 采用圖1的結構，在一個懸浮架內(nèi)，布置一個穩(wěn)態(tài)電源模塊和一個復合線圈型懸 浮電磁鐵組。該懸浮架長3. 2米、自重G1 = 65000N、額定載重G2 = 25000N，由四個懸浮點 支撐，單個懸浮點抵消的列車重力的分力為：FI = (Gl+G2)/4 = 22500N。懸浮架在落下的 狀態(tài)下：懸浮電磁鐵與軌道之間的間隙為S = 20mm。懸浮架在額定氣隙工作狀態(tài)下：懸浮 電磁鐵與軌道之間的間隙為S =8_。穩(wěn)態(tài)電源為恒流源，輸出60A的恒定電流。如果懸 浮架的每個懸浮點產(chǎn)生的電磁吸力均能克服各自所受的列車重力的分力，那么懸浮架就可 以浮起。所以只需要考慮單個懸浮點的工作情況即可。
[0023] 如圖3所示單個懸浮電磁鐵的尺寸和相關參數(shù)見下表。懸浮電磁鐵的穩(wěn)動態(tài)繞組 選擇如圖2所示的b圖結構。
[0024]
[0025]
[0026] 根據(jù)本實施例給仃1力具;?舁力、t/r，侍m :
[0027] 當列車工作在額定氣隙狀態(tài)下時，懸浮電磁鐵與軌道之間的間隙為δ = 8_，此 時由穩(wěn)態(tài)繞組提供的電磁力為16950Ν，如果此時在動態(tài)繞組中通入12Α的電流，則由動 態(tài)繞組產(chǎn)生的力為5720Ν。兩個電磁力的合力為：22575Ν，大于懸浮架重力在該點的分力 22500Ν?？梢詫腋〖芴?。
[0028] 當列車工作在起浮狀態(tài)下時，最大的氣隙為δ = 20mm，此時由穩(wěn)態(tài)繞組提供的電 磁力為6830N，如果此時在動態(tài)繞組中通入85A的電流，則由動態(tài)繞組產(chǎn)生的力為15920N。 兩個電磁力的合力為：22750N，大于懸浮架重力在該點的分力22500N?？梢詫腋〖芴?。
[0029] 綜上所述，基于本實用新型的懸浮方法，可以實現(xiàn)磁浮列車的懸浮，同時其懸浮控 制器主要工作在小電流的狀態(tài)下。
[0030] 采用本實用新型的結構，可以有效地降低懸浮控制器的工作電流，從而可以選用 更小更輕的器件，進而有效地降低懸浮控制器的體積和重量。同時，由于工作電流的減小， 對散熱的要求也降低了，可以不用風冷方式，降低噪音，也可以縮減散熱片的尺寸。另外，現(xiàn) 有的吸力懸浮方式中由于安裝空間和自重的限制，無法增加冗余的懸浮控制器，采用本實 用新型提供的方法，由于懸浮控制器體積和重量的有效降低，為增加冗余的懸浮控制器提 供了便利條件，可以更好地保障列車的可靠運行。
[0031] 上述針對較佳實施例的具體描述，本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述 的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為實用新型的保護范圍并不局 限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被 認為屬于本實用新型的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種用于磁浮列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮系統(tǒng)，實現(xiàn)列車懸浮的電流由穩(wěn)態(tài)和動態(tài)電流 共同提供，其特征在于，包括復合線圈型懸浮電磁鐵組和為其提供電能的供電系統(tǒng)；復合 線圈型懸浮電磁鐵組的每一個繞組均由動態(tài)繞組和穩(wěn)態(tài)繞組構成，動態(tài)繞組與穩(wěn)態(tài)繞組間 以并聯(lián)方式連接；電磁鐵組中所有的穩(wěn)態(tài)繞組串聯(lián)在一起并接入產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)電流的穩(wěn)態(tài)電源 模塊；所有動態(tài)繞組相互獨立，由各自的懸浮控制器提供動態(tài)電流。2. 根據(jù)權利要求1所述的用于磁浮列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn) 態(tài)電源模塊可以是恒流源，也可以是恒壓源，并且不與懸浮控制器布置一個機箱內(nèi)。3. 根據(jù)權利要求1所述的用于磁浮列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮系統(tǒng)，其特征在于，所述復 合線圈型懸浮電磁鐵組可以是整列車的電磁鐵組合，可以是整節(jié)車的電磁鐵組合，也可以 是一個懸浮架的電磁鐵組合。4. 根據(jù)權利要求1所述的用于磁浮列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮系統(tǒng)，其特征在于，所述懸 浮控制器與動態(tài)繞組連接，單個懸浮控制器只為其對應的單個動態(tài)繞組提供動態(tài)電流，其 輸出的動態(tài)電流方向可以變化。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于磁浮列車的穩(wěn)動態(tài)混合懸浮系統(tǒng)，包括復合線圈型懸浮電磁鐵組和為其提供電能的供電系統(tǒng)；復合線圈型懸浮電磁鐵組的每一個繞組均由動態(tài)繞組和穩(wěn)態(tài)繞組構成，動態(tài)繞組與穩(wěn)態(tài)繞組間以并聯(lián)方式連接；電磁鐵組中所有的穩(wěn)態(tài)繞組串聯(lián)在一起并接入產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)電流的穩(wěn)態(tài)電源模塊；所有動態(tài)繞組相互獨立，由各自的懸浮控制器提供動態(tài)電流。本實用新型實現(xiàn)列車懸浮的電流由穩(wěn)態(tài)和動態(tài)電流共同提供，可以較大程度地減小傳統(tǒng)的懸浮控制器的體積和重量，降低散熱要求，有利于列車減重。由于懸浮控制器體積減小，也為增加冗余的控制器，保障可靠懸浮提供了便利。
【IPC分類】B60L13/04
【公開號】CN205130969
【申請?zhí)枴緾N201520869734
【發(fā)明人】劉國清, 張昆侖, 王瀅, 郭秀云, 董金文, 靖永志, 張慧
【申請人】西南交通大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月3日