本發(fā)明涉及電磁道岔技術(shù)，具體涉及帶超導(dǎo)帶材的電磁鐵，采用該電磁鐵結(jié)構(gòu)的電磁道岔，以及利用該電磁道岔進(jìn)行轉(zhuǎn)轍的方法。

背景技術(shù)：

目前關(guān)于電磁道岔用電磁鐵的研究較少，文章“aturnoutswitchforasuperconductivelylevitatedlineartransportsystem”描述了關(guān)于電磁道岔用電磁鐵的相關(guān)研究進(jìn)展。該電磁鐵通過線圈通電產(chǎn)生磁場，用鐵軛聚集磁力線至磁極(即軌道面)，從而產(chǎn)生能實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)所需要的特定磁場。

現(xiàn)有電磁鐵所產(chǎn)生的磁通密度不能達(dá)到永磁體磁通密度的大小，從而導(dǎo)致軌道上表面磁場在道岔處不均勻，進(jìn)而引起高溫超導(dǎo)磁浮車在通過道岔時(shí)運(yùn)行不平穩(wěn)的現(xiàn)象。cn201610173560.6公開了電磁道岔用電磁鐵，其包括：鐵芯和線圈，鐵芯包含四個(gè)分支，四個(gè)分支從左向右依次并排設(shè)置，同一側(cè)的一端匯集為一體，靠左的兩個(gè)分支的另一端匯集后延伸出磁極a，靠右的兩個(gè)分支的另一端匯集后延伸出磁極b；每個(gè)分支上纏繞一個(gè)線圈，四個(gè)線圈連接；根據(jù)上述連接方式可對靠左的兩個(gè)分支和靠右的兩個(gè)分支線圈分別通以不同方向的電流。利用該設(shè)置分支的鐵芯，纏繞線圈產(chǎn)生較大的磁通密度，調(diào)節(jié)電磁鐵通電電流大小產(chǎn)生與永磁體匹配的磁通密度。但是，該專利利用電磁體通電線圈難以產(chǎn)生與永磁體相匹配的磁通密度，且通電線圈發(fā)熱導(dǎo)致電磁道岔不能持續(xù)性工作。由于磁通線總是選擇磁阻最小的路徑通過，因此專利1中的平行磁極a和磁極b，兩極間的磁通量最大，不利于提高磁極上方的磁通密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電磁道岔用電磁鐵、電磁道岔及轉(zhuǎn)轍方法，以解決電磁道岔產(chǎn)生磁通密度與永磁軌道的磁通密度相匹配的問題。

本發(fā)明專利涉及一種電磁道岔用電磁鐵，其包括：鐵芯、超導(dǎo)帶材和低溫容器；所述鐵芯包含四個(gè)分支，四個(gè)分支從左向右依次并排設(shè)置，同一側(cè)的一端匯集為一體，靠左的兩個(gè)分支的另一端匯集后延伸出磁極a，靠右的兩個(gè)分支的另一端匯集后延伸出磁極b；每個(gè)分支上纏繞一個(gè)所述超導(dǎo)帶材，四個(gè)所述超導(dǎo)帶材連接；靠左的兩個(gè)分支上的線圈的通電方向和靠右的兩個(gè)分支上的線圈通電方向不同；所述超導(dǎo)帶材置于所述低溫容器的冷卻液中。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，靠左的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材通電方向相同；靠右的兩個(gè)分支的超導(dǎo)帶材通電方向相同。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述磁極a和所述磁極b之間的距離自分支匯集端向延伸尾端逐漸減小。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述鐵芯的拐角處倒圓角。

本發(fā)明還提供了一種包含所述電磁鐵的電磁道岔，所述電磁鐵垂直于永磁軌道，電磁道岔用電磁鐵的磁極嵌入所述永磁軌道內(nèi)，磁極a和磁極b處于分岔處的中心位置，二者之間相間一塊永磁體大小的空隙。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述永磁軌道采用釹鐵硼永磁體，且為halbach型永磁軌道。

本發(fā)明還提供了一種利用所述的電磁道岔進(jìn)行轉(zhuǎn)轍的方法，其包括：

確定待轉(zhuǎn)轍方向；

根據(jù)待轉(zhuǎn)轍方向?qū)Τ瑢?dǎo)帶材通電，以在待轉(zhuǎn)轍方向上產(chǎn)生與軌道永磁體相匹配的均勻磁場，在非待轉(zhuǎn)轍方向上產(chǎn)生不均勻磁場。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述超導(dǎo)帶材從低溫容器的冷卻液中吸收低溫以處于超導(dǎo)態(tài)。

在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述根據(jù)待轉(zhuǎn)轍方向?qū)€圈通電的方式為：

當(dāng)左轉(zhuǎn)時(shí)：靠右的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材剖面右側(cè)通電方向?yàn)樽约垉?nèi)向紙外，靠左的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材剖面右側(cè)通電方向?yàn)樽约埻庀蚣垉?nèi)；

當(dāng)右轉(zhuǎn)時(shí)：靠右的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材剖面右側(cè)通電方向?yàn)樽约埻庀蚣垉?nèi)，靠左的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材剖面右側(cè)通電方向?yàn)樽约垉?nèi)向紙外。

本發(fā)明實(shí)施例提供的在鐵芯上纏繞超導(dǎo)帶材，由于超導(dǎo)帶材的高臨界電流密度，可以產(chǎn)生更大的磁通密度，足以提供車輛懸浮的磁場。使用低溫液體為超導(dǎo)帶材提供低溫環(huán)境，相對現(xiàn)有技術(shù)中鐵芯上纏繞的線圈，避免了由于線圈發(fā)熱帶來的不可持續(xù)性工作的問題。

超導(dǎo)帶材的臨界電流密度高，在繞制于鐵芯通電后，可產(chǎn)生與永磁體相匹配的磁通密度，足以提供懸浮車輛的磁場；同時(shí)利用為超導(dǎo)帶材提供低溫環(huán)境的冷卻液體，使電磁道岔可持續(xù)性工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中左轉(zhuǎn)時(shí)電磁道岔用電磁鐵的示意圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中右轉(zhuǎn)時(shí)電磁道岔用電磁鐵的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

現(xiàn)有鐵芯圍繞線圈難以產(chǎn)生與永磁體相匹配的磁通密度，且通電線圈發(fā)熱導(dǎo)致電磁道岔不能持續(xù)性工作。為此，本發(fā)明提供了一種帶超導(dǎo)帶材的電磁鐵、電磁道岔及轉(zhuǎn)轍方法。具體為：

電磁道岔用電磁鐵，包括：鐵芯、超導(dǎo)帶材和低溫容器；鐵芯包含四個(gè)分支，四個(gè)分支從左向右依次并排設(shè)置，同一側(cè)的一端匯集為一體，靠左的兩個(gè)分支的另一端匯集后延伸出磁極a，靠右的兩個(gè)分支的另一端匯集后延伸出磁極b；每個(gè)分支上纏繞一個(gè)超導(dǎo)帶材，四個(gè)超導(dǎo)帶材(3a、3b、3c、3d)連接；可對靠左的兩個(gè)分支和靠右的兩個(gè)分支線圈分別通以不同方向的電流。

由于超導(dǎo)帶材的高臨界電流密度，可以產(chǎn)生更大的磁通密度，足以提供車輛懸浮的磁場。使用低溫液體為超導(dǎo)帶材提供低溫環(huán)境，避免了由于線圈發(fā)熱帶來的不可持續(xù)性工作的問題。超導(dǎo)帶材的臨界電流密度高，在繞制于鐵芯通電后，可產(chǎn)生與永磁體相匹配的磁通密度，足以提供懸浮車輛的磁場。

而且，采用超導(dǎo)帶材，通電后，產(chǎn)生磁場，磁場沿著鐵芯將磁力線引導(dǎo)到磁極a和b，可獲得比一般通電線圈更大的磁場。

另外，采用保溫容器中的冷卻液體，將超導(dǎo)帶材放在冷卻液體，為超導(dǎo)帶材提供低溫環(huán)境，使超導(dǎo)帶材進(jìn)入到超導(dǎo)狀態(tài)，同時(shí)該低溫環(huán)境保證了道岔可持續(xù)性工作。

靠左的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材通電方向相同；靠右的兩個(gè)分支的超導(dǎo)帶材通電方向相同。超導(dǎo)帶材3a,3b為一組，產(chǎn)生同一方向的磁場；3c,3d為一組，產(chǎn)生另一方向的磁場。通過改變超導(dǎo)帶材中的通電電流的方向，改變電磁體磁化的方向，與永磁體軌道磁場結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電磁道岔的目的。

由于磁通線總是選擇磁阻最小的路徑通過，cn201610173560.6的平行的兩個(gè)磁極，兩極間的磁通量最大，不利于提高磁極上方的磁通密度。磁極a和磁極b之間的距離自分支匯集端向延伸尾端逐漸減小?！俺瑢?dǎo)帶材實(shí)現(xiàn)的電磁道岔”中，對電磁體鐵芯的磁極處設(shè)置的斜角1，角度為θ，磁極a和b之間下方的氣隙較大，減小漏磁通，提升磁極處的磁通密度。進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少漏磁場。將鐵芯的磁極設(shè)置斜角進(jìn)行優(yōu)化后，減少了漏磁，在磁極上方獲得更大的磁通密度。由此，在電磁道岔上方產(chǎn)生的磁通密度可以和永磁軌道相匹配，保證車輛通過道岔時(shí)的平穩(wěn)性，且工作時(shí)長得到保障，可靠性高。

一種包含電磁鐵的電磁道岔，電磁鐵垂直于分岔處永磁軌道，電磁道岔用電磁鐵的磁極嵌入永磁軌道內(nèi)，磁極a和磁極b處于分岔處的中心位置，二者之間相間一塊永磁體大小的空隙。

一種利用電磁道岔進(jìn)行轉(zhuǎn)轍的方法，其包括：確定待轉(zhuǎn)轍方向；根據(jù)待轉(zhuǎn)轍方向?qū)Τ瑢?dǎo)帶材通電，以在待轉(zhuǎn)轍方向上產(chǎn)生與永磁體相匹配的均勻磁場，在非待轉(zhuǎn)轍方向上產(chǎn)生不均勻磁場。

該電磁鐵結(jié)構(gòu)包括：鐵芯和超導(dǎo)帶材，鐵芯包含四個(gè)分支，四個(gè)分支從左向右依次并排設(shè)置，實(shí)現(xiàn)halbach陣列電磁道岔最關(guān)鍵的部件為電磁鐵，本專利提出了可用于實(shí)現(xiàn)halbach陣列的電磁道岔用電磁鐵的設(shè)計(jì)方案。同一側(cè)的一端匯集為一體，靠左的兩個(gè)分支的另一端匯集后延伸出磁極a，靠右的兩個(gè)分支的另一端匯集會延伸出磁極b；每個(gè)分支上纏繞一個(gè)超導(dǎo)帶材，四個(gè)超導(dǎo)帶材連接；根據(jù)上述連接方式，可對靠左的兩個(gè)分支和靠右的兩個(gè)分支超導(dǎo)帶材分別通以不同方向的電流。在保證電磁道岔可行性的基礎(chǔ)上將電磁鐵的三個(gè)磁極簡化為兩個(gè)磁極，降低了制造電磁鐵所需要的成本；為了保證電磁道岔的穩(wěn)定性，電磁鐵的磁通密度需要與永磁體的磁通密度相匹配，該電磁鐵采用上述特殊形狀的鐵芯，采用多個(gè)超導(dǎo)帶材以產(chǎn)生更大的磁通密度，根據(jù)以上設(shè)計(jì)可以通過簡單的調(diào)節(jié)電磁鐵通電電流大小即可達(dá)到與永磁體匹配的磁通密度。

下面對要保護(hù)的技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明：

halbach陣列具有極強(qiáng)的聚磁能力，是迄今為止能通過最少永磁體用量產(chǎn)生最強(qiáng)磁場的軌道排列方式。目前已經(jīng)有很多國家的高溫超導(dǎo)磁浮車系統(tǒng)采用halbach陣列作為其永磁軌道的排列方式。永磁軌道是高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，目前常用的永磁軌道的排列方式主要有傳統(tǒng)單峰型永磁軌道和halbach型永磁軌道，現(xiàn)有技術(shù)對傳統(tǒng)單峰型永磁軌道電磁道岔用電磁鐵進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，halbach因其可采用盡量少的永磁體用量產(chǎn)生較大的磁通密度而被廣泛應(yīng)用，然而目前還沒有關(guān)于halbach型永磁軌道電磁道岔用電磁鐵的設(shè)計(jì)，本專利提出了halbach型永磁軌道的電磁道岔用電磁鐵設(shè)計(jì)，為以后高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)電磁道岔研究提供了重要的設(shè)計(jì)思路。

目前傳統(tǒng)單峰永磁軌道電磁道岔用電磁鐵所提供磁通密度較小，導(dǎo)致在道岔部位電磁鐵與永磁體的高磁通密度不匹配，從而導(dǎo)致通過道岔時(shí)高溫超導(dǎo)磁浮車輛運(yùn)行不穩(wěn)定，本發(fā)明就這一缺點(diǎn)做出了以下相應(yīng)的改進(jìn)，用以提高電磁鐵所產(chǎn)生的磁通密度。

對現(xiàn)有傳統(tǒng)單峰型永磁軌道電磁道岔用電磁鐵中鐵芯的拐角處設(shè)計(jì)不合理，現(xiàn)有的鐵芯拐角處為直角，容易產(chǎn)生漏磁。而漏磁現(xiàn)象使得增大軌道表面磁通密度更加困難。對其進(jìn)行改進(jìn)，在電磁鐵的鐵芯拐角處設(shè)計(jì)倒圓角，減小漏磁通，增大了電磁鐵產(chǎn)生的磁通密度。

鑒于電磁道岔用電磁鐵的特殊性，該電磁鐵采用具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和高磁導(dǎo)率的鐵鈷合金，線圈采用銅線圈，進(jìn)一步增大電磁鐵所產(chǎn)生的磁通密度。

經(jīng)過上述改進(jìn)電磁鐵的磁通密度幾乎能與原永磁體形成的永磁軌道所產(chǎn)生的磁通密度相匹配。

將該電磁鐵結(jié)構(gòu)用于設(shè)計(jì)電磁道岔，電磁鐵垂直于分岔處永磁軌道，電磁道岔用電磁鐵的磁極嵌入永磁軌道2內(nèi)，磁極a和磁極b處于分岔處的中心位置，二者之間相間一塊永磁體大小的空隙。在y字型軌道中，通過在電磁鐵的線圈中通入不同方向的電流，形成在某個(gè)特定方向的均勻磁通密度，引導(dǎo)磁懸浮列車朝該方向轉(zhuǎn)轍，

永磁軌道采用釹鐵硼永磁體，為halbach型永磁軌道，具有極強(qiáng)的聚磁能力，是迄今為止能通過最少永磁體用量產(chǎn)生最強(qiáng)磁場的軌道排列方式。

本發(fā)明利用上述電磁道岔進(jìn)行轉(zhuǎn)轍的方法，其包括：

步驟110，確定待轉(zhuǎn)轍方向；

步驟112，根據(jù)待轉(zhuǎn)轍方向?qū)Τ瑢?dǎo)帶材通電，以在待轉(zhuǎn)轍方向上產(chǎn)生與永磁體相匹配的均勻磁場，在非待轉(zhuǎn)轍方向上產(chǎn)生不均勻磁場。

在通電過程中，超導(dǎo)帶材從低溫容器的冷卻液中吸收低溫以處于超導(dǎo)態(tài)。

其中根據(jù)待轉(zhuǎn)轍方向?qū)€圈通電的方式為：

當(dāng)左轉(zhuǎn)時(shí)，如圖1所示：靠右的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材(剖面右側(cè))通電方向?yàn)樽约垉?nèi)向紙外，圖中用“·”進(jìn)行標(biāo)識；靠左的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材(剖面右側(cè))通電方向?yàn)樽约埻庀蚣垉?nèi)，圖中用“×”進(jìn)行標(biāo)識；

當(dāng)右轉(zhuǎn)時(shí)，如圖2所示：靠右的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材(剖面右側(cè))通電方向?yàn)樽约埻庀蚣垉?nèi)，圖中用“×”進(jìn)行標(biāo)識，靠左的兩個(gè)分支上的超導(dǎo)帶材(剖面右側(cè))通電方向?yàn)樽约垉?nèi)向紙外，圖中用“·”進(jìn)行標(biāo)識。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。