[发明专利]基于并联磁路的永磁-电磁混合悬浮结构

说明书

本发明提供了一种基于并联磁路的永磁‑电磁混合悬浮结构，其特征在于包括铁芯、永磁体、导轨和调控线圈；所述铁芯包括第一铁芯和第二铁芯，其中第一铁芯为C型结构，第一铁芯的下部磁极向C型开口方向水平延伸形成第二铁芯，第二铁芯与第一铁芯的下部磁极配合形成U型结构；所述永磁体内置于第二铁芯的轭部；所述导轨平行设置于第二铁芯的正上方，导轨一侧置于第一铁芯的上下两个磁极之间；所述调控线圈环绕于第一铁芯的轭部，调控线圈的电流状态通过外部控制器调整。本发明结构简单、易于实现、能耗较低。

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体涉及一种基于并联磁路的永磁-电磁混合悬浮结构。

背景技术

磁悬浮系统从悬浮机理上可分成电磁悬浮型(EMS：ElectromagneticSuspension)和电动悬浮型(EDS：Electrodynamic Suspension)两类，二者分别利用电磁吸力和电动斥力实现悬浮。其中，EMS型磁浮技术相对成熟且已实现较为广泛的商业化应用，如上海高速磁浮列车以及长沙、北京、清远等地运营或在建的国产低速磁浮列车。

悬浮电磁铁是EMS型磁浮系统的核心部件之一，一般由铁芯和线圈组成，铁芯通常采用U型结构，线圈绕于其轭部或双臂之上。当有电流通过线圈时，铁芯受到激励产生磁场，与导轨之间形成电磁吸力，根据悬浮气隙实时调控线圈中的电流大小，便可实现系统的稳定悬浮。这一结构虽然形式简单且易于实现，但其悬浮力完全由电磁力提供，需要够大的电流才能产生足够的悬浮力，加上常导线圈具有一定的电阻，导致系统悬浮能耗较大，并附带了电磁铁易发热、工作寿命降低等不利因素，严重时甚至会影响整个系统的安全运行。

随着永磁材料的制备工艺和应用性能不断提升，以钕铁硼为典型代表的永磁体，以其较高的矫顽力和磁能积以及良好的机加工特性与时间稳定性等优点，在磁悬浮系统中展现出广阔的应用前景。目前，常用方式是将永磁体嵌入电磁铁铁芯中，构成永磁-电磁混合悬浮系统，其悬浮力主要由永磁体提供，电励磁线圈仅用于动态调控，从而降低系统的悬浮能耗。永磁-电磁混合悬浮主要有两种结构形式：一是“表贴式”，将永磁体置于U型铁芯的两个极面，这样安装维护方便且利于永磁体散热，但永磁体易与轨道发生碰撞而损坏；二是“内置式”，将永磁体置于U型铁芯的轭部中间，如此可保护永磁体不与轨道发生直接碰撞，但安装维护不便且不利于永磁体散热。

从磁路的角度来说，上述两种永磁体嵌入铁芯的方式，都属于磁路串联式。磁路串联的混合悬浮具有结构简单、易于实现、力学性能好、材料利用率高等优点，但当其电励磁调控线圈工作时，电励磁磁力线需要来回穿越磁导率很低的永磁体，不仅导致漏磁增加且有加速永磁体退磁甚至完全失磁的风险。此外，为了避免出现永磁与导轨相互吸死的危险状况，磁路串联的混合悬浮一般要求其电励磁线圈具有完全抵消永磁磁场的能力，以保证悬浮系统工作安全，如此导致调控线圈设计的较大较重，影响整个系统的浮重比和悬浮效能。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种并联磁路的永磁-电磁混合悬浮结构，其结构简单、易于实现、能耗较低。

本发明提供了一种基于并联磁路的永磁-电磁混合悬浮结构，其特征在于包括铁芯、永磁体、导轨和调控线圈；所述铁芯包括第一铁芯和第二铁芯，其中第一铁芯为C型结构，第一铁芯的下部磁极向C型开口方向水平延伸形成第二铁芯，第二铁芯与第一铁芯的下部磁极配合形成U型结构；所述永磁体内置于第二铁芯的轭部；所述导轨平行设置于第二铁芯的正上方，导轨一侧置于第一铁芯的上下两个磁极之间；所述调控线圈环绕于第一铁芯的轭部，调控线圈的电流状态通过外部控制器调整。

上述技术方案中，所述第一铁芯为上下对称的结构；第一铁芯的上部磁极表面和导轨的上表面边缘对应配合形成第一气隙；所述第二铁芯的两个磁极表面分别与导轨的下表面对应配合形成第二气隙和第三气隙；其中第二气隙位于第一气隙的正下方。