一种双边直线电机驱动的悬挂式列车的制作方法

[0001]
本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种双边直线电机驱动的悬挂式列车。


背景技术：

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城市轨道交通属于公共交通，目前的城市交通的发展方向是立体化的交通，悬挂式列车的优势在于其占地面积小，且运行于空中，极少的占用地面交通资源。悬挂式列车是一种车辆悬挂于轨道梁下方的城市轨道交通系统，德国是其起源的地方，由于日本的国土面积以及其他原因，在日本国内也有广阔的发展前景，而悬挂式列车目前在我国的城市轨道交通系统中应用较少。随着我国的轨道交通发展越来越快，主要的铁路交通发展趋于完善，但在城市轨道方面的发展还需要不断完善。悬挂式列车是一个很好的发展方向，在四川成都、天津滨海新区等城市均已有项目的规划与建设，且将得到越来越多的城市青睐。
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但是，悬挂式单轨交通系统作为一种国内新型的轨道交通制式，在多方面来看有其不足的地方。悬挂式列车采用胶轮行进的方式，悬挂式列车的整车重量压于轨道上，悬挂式列车的前进方式还是通过摩擦力作用，通过广义的摩擦力定义，正压力和摩擦力的关系呈正比的关系，故悬挂式列车在实际运营过程中存在胶轮磨损严重的问题，进而导致该系统的运营维护成本提高。在运行方面多采用传统的交流传动的方式，这种方式组成的系统较为复杂，由于胶轮对黏着度要求较高，采取一些途径减少摩擦力后必然对牵引动力有所削减，限制了悬挂式列车的发展。


技术实现要素：

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本发明的目的是提供一种双边直线电机驱动的悬挂式列车。
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实现本发明目的的技术方案为：
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一种双边直线电机驱动的悬挂式列车，包括厢体和套装在厢体内部的第一转向架和第二转向架；第一转向架通过第一转轴连接到连接平板的一端，第二转向架通过第二转轴连接到连接平板的另一端；厢体的左、右内侧还分别设置有直线电机次级铝板，第一转向架和第二转向架的左、右外侧还分别设置有直线电机初级；第一转向架和第二转向架的前、后部下方还分别设置有轮轴，轮轴的两端分别套装车轮，车轮位于厢体下侧的轨道面上；第一转向架和第二转向架的下方还分别通过连杆悬挂车体。
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另一种技术方案为，所述第一转向架和第二转向架的左、右外侧还分别设置有直线电机初级，替换为：连接平板的左、右外侧还分别设置有直线电机初级。
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进一步地，所述厢体由铁磁材料构成；所述第一转向架和第二转向架的上方还分别设置有减重电磁铁。
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本发明的有益效果在于：
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连接平板的设置可增加列车通过弯道等复杂路况的灵活性，同时便于安装刚性结构的直线电机。连接平板两侧的直线电机可采用不同的控制策略，在不牺牲驱动力的情况下利用法向力差实现转向。该结构的设置可有效降低系统结构的复杂度，简化空间，同时提
高悬挂式列车的驱动性能。
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减重电磁铁可提供一个可以调节的悬浮力。减重电磁铁控制器可根据气隙传感器和速度传感器采集到的气隙和速度信号来调节减重电磁铁的电流变化，从而改变减重电磁铁的减重力。在列车启动阶段，需要胶轮与轨道之间的摩擦力较大的加速度，此时电磁铁只需提供较小的减重力；在列车匀速阶段，维持减重电磁铁的力达到额定气隙，此时胶轮不与轨道接触；在列车减速阶段，减小减重电磁铁的电流达到制动效果。该结构的设置可以有效降低系统的能耗，增加悬挂式列车的胶轮寿命。
附图说明
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图1是系统整体结构的正视图。
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图2是系统整体结构的侧视剖面图。
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图3是单边直线电机示意图。
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图4是减重电磁铁示意图。
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图5是连接板示意图。
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图中标记为：厢体1、转向架2、轨道面3、车体4、连接杆5、胶轮6、连接板7、连接板轴8。减重电磁铁100、减重电磁铁控制器101、直线电机初级 200、直线电机次极201、直线电机控制器202、速度传感器300、直线电机初级铁芯400、直线电机初级线包401、减重电磁铁磁极501、减重电磁铁线包500、电磁铁气隙传感器301。
具体实施方式
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传统的悬挂式列车采用交流传动和胶轮行进的方式，这样的方式有两方面缺陷。其一，轮胎通过与轨道摩擦前进，胶轮的摩擦严重。其二，传统的旋转电机还要通过机械结构使其变成直线运动。通过改进结构，通过双边直线电机驱动和电磁铁减重的方式，不但减少胶轮的摩擦还简化了传动系统。
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图1是本发明系统的正视剖面图，图2是本发明系统的侧视剖面图。电磁减重系统包括减重电磁铁100，减重电磁铁控制器101，电磁铁气隙传感器301。减重电磁铁100位于厢体1顶部下端，厢体1的顶端是由铁磁材料构成，减重电磁铁100与厢体1顶部下端间距固定的范围，其气隙的大小由电磁铁气隙传感器301检测。减重电磁铁控制器101同时采集气隙传感器301和速度传感器 300中的数值，通过速度与气隙的变化控制减重电磁铁的电流变化，即控制电磁铁的电磁力的大小。在列车的启动阶段，即在加速阶段时，需要较大的摩擦力提供较大的加速度，此时减重电磁铁在保证一定的气隙范围下或者加大一些气隙，提供较小的电磁减重。在匀速阶段时，可以只是确定气隙范围内，减重力确定为固定的方式。在减速阶段时，在将要进行减速时，减重力撤销，进行制动。通过这样的方式减少胶轮6的摩擦，减少胶轮6的磨损。
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双边直线电机驱动系统包括双边直线电机初级200、双边直线电机次极201、直线电机控制器202、速度传感器300。连接板7安装在转向架2之间且通过连接板轴8连接，双边直线电机按对称分布安装于连接板7两侧。其中双边直线电机初级200安装在转向架2之间的连接板7上，由于厢体1由铁磁材料组成，故复合的直线电机次级板201只需要在与直线电机初级相对应的厢体1两侧位置安装次级铝板，列车的驱动力由双边直线电机初级200与双
边直线电机次级 201相互作用提供。安装连接板7的目的在于直线电机为刚性体，在列车进行转弯等复杂路况时，需要通过连接板7的机械结构来进行灵活的列车操作，同时，双边直线电机结构保证了只是在连接板7上安装直线电机也可以提供悬挂式列车的驱动力。直线电机结构直接将列车进行直线驱动，不需要复杂的机械结构。通过列车操作设定速度，直线电机控制器202采集速度传感器300的速度信号对直线电机进行控制，在侧向安装直线电机需要考虑直线电机的法向力对列车转向与运行的影响，但双边直线电机可以完美解决这样的问题，由于，双边直线电机的安装位置在相对应的位置下，两侧的直线电机控制也会采用相同的控制方法或策略，法向力相互抵消。只是在一些特殊的地段实现不同的控制，比如在列车转向时，在不牺牲列车的驱动力的情况下，对两侧的直线电机进行不同的电流控制，实现法向力差，进行转向，相当于导向系统。如上所述，连接平板的设置可实现机械上的解耦，便于列车灵活地进行转弯等复杂操作；双边直线电机可以节约空间，简化该系统的机械结构，并且可以通过对双侧电机不同的控制策略和机械结构实现转向，有效提高悬挂式列车的驱动性能。
[0021]
由上述分析知，采用侧向双边直线电机驱动方式、多电磁铁电磁减重，可以有效缓解胶轮压力，增加胶轮使用寿命，同时可以简化车辆的机械结构，在转向时，通过不同方式控制双侧的直线电机，实现转向。
[0022]
如图1所示箱梁的截面如正视剖面图所示，其具体尺寸为780mm*1100mm，其板厚为15mm(除顶板厚度为25mm外)，长度为30m，材料为q235；减重电磁铁为“山”型，截面尺寸为650mm*200mm，两边极板厚25mm，中间极板厚 50mm，长度为1m，材料为q235，线包材料为铜，填充率0.6，工作气隙8mm 到10mm；双边直线电机一侧采用异步短定子直线电机铁芯宽300mm，极距为 216mm，电机极数8，电机长1800mm，每极每相槽数3，总槽数80，气隙磁密0.20t，等效气隙15mm，绕组材料为铜，铁芯选用硅钢片；电机工作气隙为6到10mm右。
[0023]
通过有限元仿真分析得出在以上设计参数的情况下，该系统的推力，减重力，导向力的结果见下表。
[0024]
部件类型输出力(单位n)备注单侧直线电机6125.3推力减重电磁铁32399减重力
[0025]
由上表可知，对于单个悬挂式车辆的直线驱动和电磁导向系统，其一段双侧直线电机共能够提供12250.6n的推力，其一个减重电磁铁能够提供52399n 的减重力。
[0026]
如图2所示，两个电磁减重系统和1个双边直线电机构成一个驱动减重单元，作为列车的驱动系统，双边直线电机可以提供12250.6n的推力，两个电磁铁的减重力为64798n。
[0027]
本发明的特点是能有效降低胶轮负担，延长胶轮使用寿命，减少维护工作量，并且对于驱动方式进行了改进，由以前的传统的电力传动牵引方式改为双边直线电机驱动的方式，在运行上更加的方便。

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