[發明專利]一種中低速磁浮列車用組合式懸浮電磁鐵及制作方法

有效

• 申請號: 201310409223.9
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103481794A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 劉少克;佘龍華;李曉龍;曾欣欣;龍志強;陳貴榮
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B60L13/04
• 分類號: B60L13/04;H01F7/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;周長清

技術領域

本發明主要涉及到中低速磁浮列車領域，特指一種適用于中低速磁浮列車的組合式懸浮電磁鐵及制作方法。

背景技術

中低速磁浮列車通過電磁吸力實現車輛與軌道無接觸支撐，采用直線感應電機牽引技術。與其它城軌交通（如地鐵、輕軌等）相比，中低速磁浮列車具有噪聲低、爬坡能力強、拐彎半徑小的優勢，是一種未來城市或城郊可發展公共交通工具。

傳統中低速磁浮列車采用電磁懸浮技術，其車載懸浮電磁鐵是由多個電磁懸浮組件1按照一定方式組合起來，如圖1所示。當電磁懸浮組件1中的線圈通電時，將產生沿電磁鐵鐵芯、F型軌道鐵芯閉合的主磁通，電磁鐵與軌道之間產生吸力，從而將列車懸浮起來。列車的懸浮能力是由線圈中電流產生的磁場來決定的。

近年，隨著NdFeB永磁材料的開發和應用，有一些學者研究利用永磁體對鐵質材料產生吸力的特點，試圖將永磁應用于磁浮列車懸浮。但永磁體產生的吸力會隨著與鐵質物體的氣隙大小變化而變化。氣隙越小，吸力越大。尤其在氣隙為零情況下，永磁體與鐵質物體之間的吸力較有氣隙情況下相比，呈現質的變化。究其原因，是因為鐵質物體的導磁率是空氣氣隙的數百倍～數千倍。為了克服永磁體吸力的這種不可控特性，現有永磁體用于列車懸浮時，都是將永磁體材料與電勵磁線圈混合在一起，如圖2所示為近年發展的采用帶永磁的懸浮電磁鐵結構示意圖，即采用混合懸浮組件2。采用混合懸浮組件2時，永磁體與電勵磁線圈通電后形成的磁場共用同一流通路徑，并通過線圈中電流大小和方向來調節和控制主磁場的大小。當采用帶永磁的懸浮電磁鐵結構時，多個混合懸浮組件2按照一定方式、通過共用同一鐵芯極板安裝在一起，其列車懸浮能力由永磁體的磁場和線圈中電流產生的磁場共同決定。為了充分利用永磁材料，混合懸浮組件2中永磁體按額定懸浮氣隙、額定載荷下，永磁體位于最大磁能積工作點來進行設計確定。

在機械結構上，與高速磁浮列車不同，中低速磁浮列車在懸浮電磁鐵鐵芯極板氣隙側表面上都安裝有防吸死銅片，由于銅為非導磁材料，故對于車輛懸浮來說，防吸死銅片的安裝，相當于車輛有一個大于零的最小懸浮氣隙（通常為3mm）。

現有中低速磁浮列車用懸浮電磁鐵結構存在以下不足：

1、采用純電磁懸浮組件1時，列車承載能力全部由電勵磁線圈中電流產生的磁場決定，導致列車懸浮供電DC/DC設備容量要求大，其體積、重量大、電磁鐵發熱嚴重；且不管列車是否運動，只要列車懸浮，就存在由電勵磁線圈產生的電阻損耗，列車懸浮能耗高。

2、采用混合懸浮組件2時，為了滿足列車承載能力要求，在現有列車大懸浮氣隙的技術狀態下，永磁體在結構尺寸上沿磁場方向長度大。而對于混合懸浮組件2中電磁鐵線圈所產生的磁場來說，由于永磁體位于工作主磁路中，沿永磁體磁場方向的長度（即永磁體厚度）對線圈電流來說相當于是空氣氣隙；而在產生同樣懸浮力的情況下，空氣氣隙越大則要求電勵磁線圈的電流越大，其工作效率越低，線圈發熱越大。永磁體的引入，雖然一方面提供了部份懸浮磁場，但另一方面卻大大削弱了電勵磁線圈電流產生磁場的作用，增加了車輛懸浮控制的難度，導致車輛懸浮控制供電DC/DC設備的容量調節能力要加強，從而部分抵消了采用混合懸浮結構較傳統純電磁懸浮結構的車輛懸浮節能優勢。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單、成本低廉、可靠性高、可控性更好、便于維護的中低速磁浮列車用組合式懸浮電磁鐵及制作方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種中低速磁浮列車用組合式懸浮電磁鐵，包括至少一個永磁懸浮組件以及一個以上的電磁懸浮組件和/或混合懸浮組件，所述永磁懸浮組件與電磁懸浮組件和/或混合懸浮組件通過共用的鐵芯極板組合安裝在一起。

作為本發明的進一步改進：

所述電磁懸浮組件包括第一外側極板、第一鐵軛、第一勵磁線圈，所述第一勵磁線圈繞制在第一鐵軛上；當第一勵磁線圈通電流時，產生沿第一外側極板、第一鐵軛和懸浮氣隙、F型軌道鐵芯閉合的主磁場；所述混合懸浮組件包括第二外側極板、第二鐵軛、第一永磁體和繞制在第二鐵軛上的第二勵磁線圈；所述第一永磁體安裝于第二鐵軛與第二外側極板之間，所產生的磁場與第二線圈勵磁電流產生的磁場處于同一主磁路當中；所述永磁懸浮組件包括第三外側極板、第三鐵軛、第二永磁體，所述第二永磁體產生沿第三外側極板、第三鐵軛和懸浮氣隙、F型軌道鐵芯閉合的主磁場。