一种直线电机驱动及混合电磁减重的悬挂式列车的制作方法

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种直线电机驱动及混合电磁减重的悬挂式列车。

背景技术：

悬挂式悬浮减重列车是一种新制式轨道交通工具，作为一种城市轨道交通是对现有城市交通系统的良好补充，建设成本低，建筑使用面积小，在短期内建设便可使用。基于以上的优点，在城市交通中，目前的立体交通多是高架立交，悬挂式悬浮列车对立体交通有着显著的作用。悬挂式列车的方式满足这样的要求，可以良好的服务于城市交通中。

目前，由于悬挂式列车属于城市交通行列，会进行降噪，故多采用胶轮行进的方式。在实际的运行中，轮子和轨道唯一接触会承受列车的全部承重，牵引力是通过轮周对地面摩擦的方式进行的，重力越大轮子的摩擦力愈大，轮子的磨损会愈加严重，维护和运行成本都会增加。其牵引方式采用的是电力传动牵引的方式。传统的牵引方式是通过轮周和轨道的摩擦来进行提供牵引力，会有最大粘着力限制。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种直线电机驱动及混合电磁减重的悬挂式列车。

实现本实用新型目的的技术方案为：

一种直线电机驱动及混合电磁减重的悬挂式列车，包括厢体和套装在厢体内部的两个以上的转向架，相邻的两个转向架分别通过转轴连接到连接平板；厢体顶板的下方设置有直线电机次级铝板，连接平板上方设置有直线电机初级；每个转向架的上方设置有混合减重电磁铁及混合减重电磁铁气隙传感器；每个转向架的下方设置有轮轴，轮轴的两端分别套装车轮；每个转向架的下方还分别通过连杆悬挂车体；还包括设置在转向架内部的混合减重电磁铁控制器和直线电机控制器。

进一步地，转向架或连接平板的左侧和右侧还分别设置有导向电磁铁及导向电磁铁间隙传感器，还包括设置在转向架内部的导向电磁铁控制器。

本实用新型的有益效果在于，可以有效降低系统的能耗，减低系统的运营成本，有效提高悬挂式列车的性能。

附图说明

图1是系统整体结构的侧视图。

图2是系统整体结构的正视图。

图3是混合减重电磁铁的截面示意图。

图4是转向架连接示意图。

图5是直线电机示意图。

图6是导向电磁铁示意图。

图中标记为：混合减重电磁铁100、混合减重电磁铁控制器101、混合减重电磁铁气隙传感器102、混合减重电磁铁永磁103、混合减重电磁铁磁极104、混合减重电磁铁漆包线包105、直线电机初级200、直线电机次级铝板201、直线电机控制器202、直线电机初级绕组203、直线电机初级铁芯204、导向电磁铁300、导向电磁铁控制器301、导向电磁铁间隙传感器302、导向电磁铁磁极303、导向电磁铁漆包线包304、轨道面3、厢体4、转向架5、车轮6、车体7、转轴8和连接平板9。

具体实施方式

在磁悬浮交通中，通过磁悬浮的方式，实现列车与轨道的零接触。本发明借鉴磁悬浮，通过悬浮减重的方式，减小胶轮与轨道之间的正压力，实现减少胶轮所受的机械冲击和摩擦阻力，达到增加胶轮的使用寿命的目的，适用于低速交通。本发明还采用直线电机驱动的方式。

具体的实施例如下：

如图1所示，系统包括混合减重电磁铁100,混合减重电磁铁气隙传感器102和混合减重电磁铁控制器101。其中，混合减重电磁铁100固定在悬挂式列车的转向架5上部，与厢体4的顶部和侧面都有一定的间隙，且侧面的距离要选取适当的距离，防止侧面的漏磁，尽可能多地将磁吸引力作用于厢体4的顶部以此来抵消重力。混合减重电磁铁气隙传感器102安装于与电磁铁磁极齐平的位置以此来检测磁极与厢体上部的距离。直线电机初级200安装于两个转向架5之间的连接平板9上部，直线电机次级铝板201安装于厢体上位于初级正上方的位置。导向电磁铁300位于转向架5或者连接平板9的侧边，同时导向电磁铁间隙传感器302位置也位于此。混合减重电磁铁控制器101，直线电机控制器202和导向电磁铁控制器301在控制器厢内。

直线电机初级200上方为直线电机次级铝板201，次级铝板的宽度应大于初级的宽度。直线电机和混合减重电磁铁100应相间分布，在满足减重的情况下，尽量采用定子的长度更长，减少电机的边端效应。导向电磁铁300安装于转向架5或者连接平板9的侧边，在转向架5触厢体4时作用。同时，为了避免混合减重电磁铁与厢体4碰撞，在混合减重电磁铁100磁极齐平位置安装混合减重电磁铁气隙传感器102。

列车的正视图如图2所示，混合减重电磁铁100和直线电机位于同一方向，呈相间分布。

混合减重电磁铁100的组成如图3所示。混合减重电磁铁100由三部分组成，包括永磁铁、磁极和漆包铜线组成的线包。磁极呈“山字型”，永磁铁位于山字型中央位置，在山字型中央的磁极较两端磁极短，是由于直线电机次级铝板201的影响。永磁可以提供一直提供吸力，减少电磁吸力。但永磁的体积要按照车体的重量计算。

混合减重电磁铁的意义在于在减轻车体以及整个列车结构对轨道面的压力，具体分为两种方式，其一是固定减重的方式，由于本发明的结构采用混合减重的方式，永磁结构会提供一部分固定的吸力。通过同样的方式，在电磁结构中通一固定电流，这样会产生固定的吸力。这样的好处是控制方式简单比较稳定，不受外界的因素影响如速度。具体为，在固定电流下，混合减重电磁铁产生一固定的电磁吸力，其与厢体耦合产生厢体对混合减重电磁铁的拉力，厢体通过机械结构与地面连接，电磁铁位于列车的转向架上，转向架与列车连接。从而减少车体对轨道面的压力。其二，混合电磁铁的控制器纳入速度因素，在不同的速度下，通过与牵引曲线的拟，在不同的速度下通不同的电流提供电磁吸力。

传统的电力牵引方式，通过轮周与地面的摩擦产生牵引力，会受到粘着限制。采用直线电机的驱动方式会摆脱限制，并且驱动方式更加简单。具体为，本发明结构采用短定子感应式直线电机，感应直线电机运动方式是将传统异步电机的旋转运动改变为直线运动的方式。为减少直线电机的端部效应的影响，尽量采用直线电机定子结构较长，直线电机的定子位于转向架之间的连接平板上，其长度与连接平板相当。直线电机次级采用铝板固定安装与厢体上方与直线电机初级相平行的位置，直线电机的固定装置采用机械解耦的方式，其具体实现的方式如图4所示，连接平板9位于转向架5之间连接两个转向架，转轴8实现机械解耦，这样有利于列车的转向。即，在遇到路线带有一定的曲率，直线电机由于自身结构的原因不能变形，通过转向架上之间的机械结构实现机械上的解耦。传统的电力牵引列车的牵引结构复杂，采用直线电机的结构有利于简化牵引结构。

直线电机初级与混合电磁铁在列车运行方向上的空间结构采用相间分布的方式，即在满足列车的减重要求后，尽量保持定子的空间长度。在混合电磁铁经过减重后列车对轨道面的正压力减小，摩擦阻力会减小。直线电机的驱动时，克服阻力做功减少。

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直线电机驱动的方式，不再受传统电力牵引的粘着力限制，在运行上更加的方便。

上述说明已阐述本发明的各个系统组成以及其放置的空间位置，下面详细描述系统的工作方式。首先是混合减重电磁铁100，在启动阶段便输出固定电流，这样的电流是根据减重电磁铁气隙传感器102和减重质量决定，即在控制加上前馈控制为决定的减重质量，其次是根据机械安装的结果保持列车的受力点还是处于轨道面，加入实时的气隙反馈。二者合二为一，减重电磁铁控制器101完成上述工作。系统减重完成的同时，列车的驱动系统改变为直线电机初级200和直线电机次级201完成，根据需要速度完成直线电机电流是由直线电机控制器202完成。在转向时，由转向电磁铁300系统完成，转向电磁铁气隙传感器302检测列车与厢体侧壁的距离控制列车转向，同时由于本结构的直线电机的安装的特殊情况，在转向时会进行机械解耦。

如图3，混合减重电磁铁的参数为长650mm,宽200，两边的磁极为50mm,同时中间永磁体长度100mm。两边的磁极长度为200mm,电磁铁线包填充铜线的截面尺寸为100mm*100mm，电磁铁中铜线的填充率选60％。气隙为8mm，选择每平方毫米通过的电流分别为0a，0.4a,0.6a,0.8a,1a,1.2a,1.4a。直线电机的参数，异步短定子直线电机铁芯宽220mm，极距为216mm，电机极数8，电机长11604mm，每极每相槽数3，总槽数80，气隙磁密0.18t，等效气隙19.28mm，绕组材料为铜，铁芯选用硅钢片。导向电磁铁的截面尺寸为150mm*150mm，极板厚15mm，长度为600mm，材料为q235，线包材料为铜，填充率0.6，工作气隙6mm。通过有限元仿真分析得出在这些减重电流的情况下，减重电磁铁与减重轨之间的电磁吸力情况见下表。

如假设的直线电机参数和导向电磁参数，有限元仿真结果如下：

异步短定子直线电机30825n推力。

导向电磁铁导向力15344n导向力。

由上表参数可知，永磁可以提供1029.49kg的力，运用混合电磁铁可以合理的节约能量，给电磁铁固定电流，可以获得固定的力，在运行时可以使用直线电机作为驱动。

综上所述，本发明可以有效的降低系统的能耗，减低系统的运营成本，有效提高悬挂式列车的性能。

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