專利名稱：磁浮車懸浮磁鐵箱體梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)接觸的懸浮和導(dǎo)向，且不需要主動(dòng)控制磁浮車的磁浮車懸浮磁鐵箱體梁。
背景技術(shù)：
幾千年來(lái)人類陸上交通工具從馬車進(jìn)化到汽車、火車、磁浮車四個(gè)階段，其中磁浮車是唯一沒(méi)有輪子的車，而靠磁力線懸浮車子、離開(kāi)軌道梁1CM～10CM處飛駛。由于它不和鐵軌接觸、也就消除了摩擦與振動(dòng)，因此是行駛速度最快(時(shí)速大于500千米)、最平穩(wěn)、最安全、又最舒適的超級(jí)低空飛行列車。20世紀(jì)80年代我國(guó)西南交通大學(xué)與國(guó)防科技大學(xué)開(kāi)始研究磁浮車，經(jīng)過(guò)20多年的努力，造出了試驗(yàn)性常導(dǎo)與超導(dǎo)磁浮車，直到去年才由上海合資建造出了世界上第一條試運(yùn)營(yíng)的磁懸浮列車。磁懸浮列車包含有兩項(xiàng)基本技術(shù)，一項(xiàng)是用于牽引的直線電動(dòng)機(jī)，另一項(xiàng)是使列車懸浮起來(lái)的電磁系統(tǒng)。磁懸浮列車按懸浮方式又分為常導(dǎo)型及超導(dǎo)型兩種。常導(dǎo)型技術(shù)比較簡(jiǎn)單，以德國(guó)的TR型磁懸浮列車為代表；超導(dǎo)型技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，并需屏蔽發(fā)散的強(qiáng)磁場(chǎng)。這種車以日本山梨線的MLX型車為代表。據(jù)悉，德國(guó)磁浮列車和軌道上都有線圈，通電后同性相斥實(shí)現(xiàn)懸浮。日本磁浮技術(shù)方案采用與磁性相斥的超導(dǎo)材料，再用通電后的線圈產(chǎn)生吸力實(shí)現(xiàn)懸浮。磁浮車實(shí)現(xiàn)懸浮的問(wèn)題在于要使組合排列的懸浮磁鐵達(dá)到相吸與相斥平衡的臨界點(diǎn)，又不需要任何能源，不管是開(kāi)著還是停著，列車就一直呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)。一般的電車是利用車輪將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)能變成推進(jìn)力，而線形馬達(dá)則是將普通的馬達(dá)攤開(kāi)排成一直線，以直接將電能轉(zhuǎn)變成推進(jìn)力。磁浮車的線形馬達(dá)是將相當(dāng)于馬達(dá)外殼的部分固定在地上，而將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)磁鐵以裝在車體上的電磁鐵來(lái)代替。再與列車兩側(cè)面相對(duì)的壁上，裝有相當(dāng)于一般馬達(dá)磁場(chǎng)的線圈，只要通上電流，就會(huì)變成電磁鐵。所以它與普通的輪軌列車不同，磁浮列車是通過(guò)安裝在懸浮磁鐵箱梁上的磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，運(yùn)用固定在磁鐵裝置上的磁極與軌道上的懸浮錠子通電后產(chǎn)生提供支承車輛浮起的垂向懸浮力，再把整個(gè)車輛荷載傳遞到軌道上。車輛的荷載是通過(guò)懸浮磁鐵機(jī)構(gòu)中的“托架”及“連接拉桿”機(jī)械連接機(jī)構(gòu)傳遞到各個(gè)懸浮托臂中的兩個(gè)相鄰的部分懸浮電磁鐵上，由懸浮電磁鐵來(lái)承擔(dān)車輛的重量。正常情況下由各個(gè)電磁鐵分擔(dān)車輛重量。當(dāng)一個(gè)懸浮控制電路發(fā)生故障時(shí)，其控制的部分懸浮電磁鐵不能產(chǎn)生懸浮力，這部分懸浮電磁鐵所承擔(dān)的荷載由相鄰的懸浮電磁鐵承擔(dān)，這時(shí)失效的部分懸浮電磁鐵所在位置的空氣彈簧要排氣。當(dāng)對(duì)應(yīng)的空氣彈簧部分排氣或完全排氣后，相應(yīng)荷載可以幾乎均勻地分配到剩余的懸浮電磁鐵上。懸浮電磁鐵除產(chǎn)生懸浮力和牽引電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)外，還要通過(guò)直線發(fā)電機(jī)為車輛提供電能。公知懸浮電磁鐵磁極散熱面積小，懸浮電磁鐵傳熱性能差。懸浮電磁鐵線圈中通入電流后會(huì)引起電磁鐵勵(lì)磁線圈溫度的升高，由于線圈溫度過(guò)高后會(huì)對(duì)線圈的功能造成損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，以滿足列車在高速行駛過(guò)程中的強(qiáng)度和剛度要求，以及電性能要求，其目的是提供一種組合排列能夠達(dá)到相吸與相斥平衡的臨界點(diǎn)，且能減輕其重量的懸浮電磁鐵安裝機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是改善電磁鐵磁極傳熱性和散熱。
為了達(dá)到上述目的。本發(fā)明提供的一種沿列車長(zhǎng)度方向布置在軌道下方，且布置在每一節(jié)車廂包括端車下部四個(gè)懸浮架兩側(cè)各八個(gè)懸浮框，相鄰于兩個(gè)懸浮框之間的電磁鐵安裝機(jī)構(gòu)，它包括一個(gè)具有安裝托臂的開(kāi)孔和用于固定磁鐵鉸接，并承擔(dān)主承力梁的磁鐵箱梁體和懸浮電磁鐵，其特征在于，所述磁鐵箱梁體的背梁上面布置有至少二個(gè)端部磁極、四個(gè)高于主磁極鐵芯的高鐵芯磁極和六個(gè)主磁極；和一個(gè)用來(lái)測(cè)量氣隙、垂向加速度和列車運(yùn)行速度并安裝在懸浮電磁鐵兩端與所述高鐵芯磁極鐵芯之間的懸浮間隙測(cè)量單元；一個(gè)用于導(dǎo)磁，安裝在磁軛安裝托架的磁軛彈簧片與磁極之間的磁極磁軛；以及固定懸浮電磁鐵并連接所述懸浮電磁鐵與托臂的連接拉桿和位于兩個(gè)懸浮框之間承擔(dān)懸浮電磁鐵安裝結(jié)構(gòu)重量的主承力梁“磁鐵箱梁體”。由于所有其它部件都固定在磁鐵箱梁體上，它必須維持整個(gè)裝置的強(qiáng)度和剛度。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具如下有有益效果。
本發(fā)明的荷載是通過(guò)懸浮磁鐵安裝機(jī)構(gòu)中的“托架”及“連接拉桿”機(jī)械連接機(jī)構(gòu)傳遞到各個(gè)懸浮托臂中的兩個(gè)相鄰的部分懸浮電磁鐵上，由懸浮電磁鐵來(lái)承擔(dān)車輛的重量。正常情況下由各個(gè)電磁鐵分擔(dān)車輛重量。當(dāng)一個(gè)懸浮控制電路發(fā)生故障時(shí)，其控制的部分懸浮電磁鐵不能產(chǎn)生懸浮力，這部分懸浮電磁鐵所承擔(dān)的荷載由相鄰的懸浮電磁鐵承擔(dān)，這時(shí)失效的部分懸浮電磁鐵所在位置的空氣彈簧要排氣。當(dāng)對(duì)應(yīng)的空氣彈簧部分排氣或完全排氣后，相應(yīng)荷載可以幾乎均勻地分配到剩余的懸浮電磁鐵上。它通過(guò)調(diào)節(jié)懸浮電磁鐵中勵(lì)磁線圈的電流來(lái)控制懸浮力的大小，使懸浮電磁鐵功能面與軌道相應(yīng)功能面保持一定的間隙。磁鐵箱梁體的背梁上面布置的至少二個(gè)端部磁極、四個(gè)高于主磁極鐵芯的高鐵芯磁極和六個(gè)主磁極；和一個(gè)用來(lái)測(cè)量氣隙、垂向加速度和列車運(yùn)行速度，安裝在懸浮電磁鐵兩端與所述高鐵芯磁極鐵芯之間的懸浮間隙測(cè)量單元，這樣的組合排列能夠達(dá)到相吸與相斥平衡的臨界點(diǎn)。磁鐵箱梁體采用U型機(jī)構(gòu)減輕了安裝機(jī)構(gòu)的重量。
由于懸浮電磁鐵的跟隨特性造成了懸浮間隙的動(dòng)態(tài)變化，為了保證在電磁鐵懸浮間隙動(dòng)態(tài)變化的情況下懸浮力大小的穩(wěn)定并與承受荷載平衡，懸浮電磁鐵的勵(lì)磁電流必須跟隨懸浮間隙的變化，所以要在懸浮電流平均值上附加有一個(gè)交變電流分量。懸浮電磁鐵跟隨特性引起的最大間隙動(dòng)態(tài)偏差在列車荷載情況A時(shí)為4.5mm，荷載情況B和C時(shí)為5.5mm。另外懸浮間隙的動(dòng)態(tài)變化特性還會(huì)造成相對(duì)于最大靜態(tài)荷載10％的動(dòng)荷載。滿足了列車在高速行駛過(guò)程中的強(qiáng)度和剛度要求，以及電性能要求。
懸浮電磁鐵線圈中通入電流后會(huì)引起電磁鐵勵(lì)磁線圈溫度的升高，由于線圈溫度過(guò)高后會(huì)對(duì)線圈的功能造成損傷，所以必須有較好的措施來(lái)防止懸浮電磁鐵線圈溫度過(guò)高。懸浮電磁鐵最高溫度出現(xiàn)在位于磁極之間縫隙區(qū)域的最外層磁極線圈上。因此，懸浮電磁鐵的設(shè)計(jì)上，針對(duì)電磁鐵線圈溫升采取了如下幾個(gè)方面的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
1)通過(guò)把線圈繞組高度從71mm增加到83mm，擴(kuò)大了磁極散熱表面的面積；通過(guò)把線圈絕緣厚度從2.3mm減少到1.2mm，改善了線圈/鐵芯間的傳熱性能；2)磁鐵箱梁體的緊固件在電磁鐵磁極和背梁之間有更好的傳熱性能；3)更長(zhǎng)的磁鐵箱梁體，從2923mm增加到3045.5mm。
通過(guò)以上設(shè)計(jì)，能使整個(gè)懸浮電磁鐵具有傳熱的性能，以滿足其功能要求。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施范圍之中。所有這些構(gòu)思應(yīng)視為本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容和保護(hù)范圍。
圖1是本發(fā)明布置在軌道下方的截面結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明布置在車廂下部懸浮架懸浮框之間的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的構(gòu)造示意圖。
圖4是本發(fā)明的典型截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的磁鐵箱梁體構(gòu)造示意圖及截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖5的側(cè)視圖。
圖7是本發(fā)明磁軛安裝托架和磁軛的示意圖。
圖8是圖7的截面示意圖。
圖9是本發(fā)明連接整個(gè)懸浮電磁鐵與托臂的連接拉桿結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中，1懸電浮磁鐵、2懸浮框、3軌道、4軌道上的懸浮錠子、5磁鐵箱梁體、6懸浮電磁鐵磁極、7懸浮間隙測(cè)量單元、8裙板連接支座、9托架、10連接拉桿、11接線槽裝配件、12磁軛安裝托架、13磁軛、14磁軛片彈簧、15托臂。
具體實(shí)施例方式
圖1～圖4描述了沿著整列車長(zhǎng)度方向布置，主要由懸浮電磁鐵磁極6、懸浮間隙測(cè)量單元7、磁極磁軛13、磁鐵箱梁體5、磁軛安裝托架12、連接拉桿10、裙板連接支座8以及托架9等組成的懸浮電磁鐵安裝機(jī)構(gòu)。通常每一節(jié)車有四個(gè)懸浮架。每個(gè)懸浮架有四個(gè)懸浮框2，每個(gè)懸浮框2又安裝了兩個(gè)托臂15，也就是說(shuō)一節(jié)車的兩側(cè)各有八個(gè)懸浮框2。懸浮電磁鐵1相鄰兩個(gè)懸浮框之間(即安裝在兩個(gè)懸浮框2的兩個(gè)相鄰?fù)斜?5之間)，且布置在軌道3下方。
每個(gè)懸浮電磁鐵裝置長(zhǎng)約三米，懸浮電磁鐵機(jī)構(gòu)上的各個(gè)零部件通過(guò)懸浮電磁鐵1的懸浮磁鐵箱梁體連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)整體。在背梁上面布置著懸浮電磁鐵的以下部件懸浮電磁鐵磁極6；懸浮間隙測(cè)量單元7；磁鐵箱梁體5上留有受流器的安裝位置以及與兩個(gè)懸浮架托臂相連接的磁鐵鉸接機(jī)構(gòu)(連接拉桿10)的固定鉸接點(diǎn)；在每一輛端車頭部的兩個(gè)懸浮電磁鐵1中，各安裝一個(gè)用于絕對(duì)定位測(cè)量的絕對(duì)定位讀碼器。每個(gè)懸浮電磁鐵裝置的磁鐵箱梁體上固定了裙板連接支座8。磁鐵箱梁體5內(nèi)側(cè)安裝有磁軛安裝托架12和起導(dǎo)磁作用的固定磁極磁軛13。
列車有兩種不同磁極數(shù)量的電磁鐵。端車頭部的兩個(gè)懸浮電磁鐵各有十四個(gè)磁極，其中有兩個(gè)端部磁極、六個(gè)高鐵芯磁極和六個(gè)主磁極；其余懸浮電磁鐵6各有十二個(gè)磁極、分別為二個(gè)端部磁極、四個(gè)高鐵芯磁極與六個(gè)主磁極。高鐵芯磁極功能上與主磁極相同，只是鐵芯較高，留出了一定的空間用于安裝懸浮間隙測(cè)量單元。懸浮間隙測(cè)量單元安裝在懸浮電磁鐵1兩端高鐵芯磁極的鐵芯之間，用來(lái)測(cè)量氣隙、垂向加速度和列車運(yùn)行速度。用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極包括主磁極、高鐵芯磁極和端部磁極。安裝在磁軛13上方，通過(guò)緊固件固定在磁鐵箱梁體5的外側(cè)。為了安裝懸浮間隙測(cè)量單元7，高鐵芯磁極的勵(lì)磁線圈上平面低于磁極鐵芯上表面，從而留出了一個(gè)用于安裝懸浮間隙測(cè)量單元7的安裝位置，在裝上懸浮間隙測(cè)量單元7后整個(gè)懸浮電磁鐵1表面保持平整。通過(guò)剛性磁鐵箱梁體5和相應(yīng)的磁極和傳感器裝配形成平整的磁極表面，還通過(guò)一些填蓋措施，使磁鐵外表面的各端面都較光滑平整，以減輕高速時(shí)的空氣湍流，降低噪聲。為了擴(kuò)大了磁極散熱表面的面積，可以把線圈繞組高度從71mm增加到83mm，通過(guò)把不同磁極數(shù)量的電磁鐵線圈絕緣厚度從2.3mm減少到1.2mm，以改善線圈/鐵芯間的傳熱性能。
在圖5、圖6中，用于固定磁極/磁極磁軛的磁鐵箱梁體5、安裝懸浮間隙測(cè)量單元，具有安裝托臂的開(kāi)孔和用于固定磁鐵鉸接的機(jī)構(gòu)，可以布置電纜和安裝受流器。，磁鐵箱梁體的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖5，磁鐵箱梁體用LY12M-δ6采用鈑金成形，也可以采用其它的加工方式成形，但必須滿足整個(gè)懸浮電磁鐵的強(qiáng)度和剛度要求。為使磁鐵箱梁體5有更好的傳熱性，磁鐵箱梁體5可以從2923mm增加到3045.5mm。把磁鐵箱梁體5的緊固件連接在電磁鐵磁極和背梁之間。如果磁鐵箱梁體5采用其它的結(jié)構(gòu)形式，將增加其機(jī)構(gòu)重量和生產(chǎn)成本，因此磁鐵箱梁體采用U型機(jī)構(gòu)能滿足性能要求。
在圖7、圖8描述的磁軛安裝托架和磁軛示意圖中，磁軛安裝托架12由多個(gè)角型材、磁軛片彈簧14以及多個(gè)托架墊片通過(guò)鉚釘鉚接而成，整個(gè)磁軛安裝托架12固定在磁鐵箱梁體5內(nèi)側(cè)，在磁軛片彈簧14上方安放有磁軛13。起導(dǎo)磁作用的磁軛13安裝托架12的高度是通過(guò)磁極的上表面的要求決定的。磁軛13調(diào)整通過(guò)安裝在磁軛安裝托架12的墊片的厚度調(diào)整。
圖9中的連接拉桿10是整個(gè)懸浮電磁鐵1與托臂15的連接機(jī)構(gòu)，固定懸浮電磁鐵，并傳遞車輛的載荷。
除以上主要部件外，懸浮磁鐵機(jī)構(gòu)中還有接線槽裝配件11和托架，接線槽裝配件11主要是用來(lái)固定和保護(hù)磁極的各種電纜；托架與托臂的彈性元件組成鉸接機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)電磁懸浮力的解耦。
另外，端車頭部的懸浮電磁鐵每個(gè)增加了兩個(gè)高鐵芯磁極。出于冗余度方面的原因，在四個(gè)高鐵芯磁極區(qū)安裝有四個(gè)懸浮間隙測(cè)量單元7。在每個(gè)端車頭部懸浮電磁鐵靠車頭方向的磁鐵背梁上還安裝有兩個(gè)齒槽計(jì)數(shù)器，用于列車的相對(duì)定位測(cè)量，各安裝一個(gè)用于絕對(duì)定位測(cè)量的絕對(duì)定位讀碼器。其余的部件都與普通的懸浮電磁鐵機(jī)構(gòu)相同。
權(quán)利要求
1一種沿列車長(zhǎng)度方向布置在軌道下方，且布置在每一節(jié)車廂包括端車下部四個(gè)懸浮架兩側(cè)各八個(gè)懸浮框，相鄰于兩個(gè)懸浮框之間的電磁鐵安裝機(jī)構(gòu)，它包括一個(gè)具有安裝托臂的開(kāi)孔和用于固定磁鐵鉸接，并承擔(dān)主承力梁的磁鐵箱梁體和懸浮電磁鐵，其特征在于，所述磁鐵箱梁體的背梁上面布置有至少二個(gè)端部磁極、四個(gè)高于主磁極鐵芯的高鐵芯磁極和六個(gè)主磁極；和一個(gè)用來(lái)測(cè)量氣隙、垂向加速度和列車運(yùn)行速度并安裝在懸浮電磁鐵兩端與所述高鐵芯磁極鐵芯之間的懸浮間隙測(cè)量單元；一個(gè)用于導(dǎo)磁，安裝在磁軛安裝托架的磁軛彈簧片與磁極之間的磁極磁軛；以及固定懸浮電磁鐵并連接所述懸浮電磁鐵與托臂的連接拉桿和位于兩個(gè)懸浮框之間承擔(dān)懸浮電磁鐵安裝結(jié)構(gòu)重量的主承力梁“磁鐵箱梁體”。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于端車頭部至少有兩個(gè)懸浮電磁鐵安裝一個(gè)用于絕對(duì)定位測(cè)量的絕對(duì)定位讀碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，安裝在端車頭部的兩個(gè)懸浮電磁鐵中至少有兩個(gè)端部磁極、六個(gè)高鐵芯磁極和六個(gè)主磁極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，端車頭部的懸浮電磁鐵其中有四個(gè)高鐵芯磁極區(qū)安裝有四個(gè)懸浮間隙測(cè)量單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，在每個(gè)端車頭部懸浮電磁鐵靠車頭方向的磁鐵背梁上還安裝有兩個(gè)齒槽計(jì)數(shù)器和一個(gè)用于絕對(duì)定位測(cè)量的絕對(duì)定位讀碼器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，所述的磁鐵箱梁體上固定有裙板連接支座。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，所述懸浮磁鐵結(jié)構(gòu)的磁極線圈繞組高度71mm～83mm或以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，所述線圈絕緣厚度為1.2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，所述磁鐵箱梁體長(zhǎng)度為2923mm～3045.5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮磁鐵箱體梁，其特征在于，所述磁鐵箱梁體是U型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的磁浮車懸浮磁鐵箱梁。包括一個(gè)具有安裝托臂的開(kāi)孔和用于固定磁鐵鉸接并承擔(dān)主承力梁的磁鐵箱梁體和懸浮電磁鐵。所述磁鐵箱梁體的背梁上面布置有至少二個(gè)端部磁極、四個(gè)高于主磁極鐵芯的高鐵芯磁極和六個(gè)主磁極和一個(gè)安裝在懸浮電磁鐵兩端與所述高鐵芯磁極鐵芯之間的懸浮間隙測(cè)量單元。這樣的組合排列能夠達(dá)到相吸與相斥平衡的臨界點(diǎn)。它通過(guò)調(diào)節(jié)懸浮電磁鐵中勵(lì)磁線圈的電流來(lái)控制懸浮力的大小，將相應(yīng)荷載均勻地分配到剩余的懸浮電磁鐵上，使懸浮電磁鐵功能面與軌道相應(yīng)功能面保持一定的間隙。磁鐵箱梁體采用U型機(jī)構(gòu)減輕了安裝機(jī)構(gòu)的重量。其中把線圈繞組高度的增大和線圈絕緣厚度減小，改善了線圈/鐵芯間的傳熱性能。
文檔編號(hào)B60L13/04GK1792663SQ20051002245
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者申韓 申請(qǐng)人:成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司