一种永磁导轨的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁导轨。所述永磁导轨由多个依次排列的永磁导轨段拼合而成；其中，各个永磁导轨段的至少一端设置有连接端；且任意两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端在竖直方向上至少具有预设面积的重叠部分。通过使用本发明所提供的永磁导轨，可以有效地提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力。
【专利说明】
_种永磁导轨
技术领域
[0001]本发明涉及高温超导磁悬浮技术，特别涉及一种永磁导轨。
【背景技术】
[0002]永磁轨道作为高温超导磁悬浮系统的磁场提供源，是高温超导磁悬浮系统中非常重要的组成部分。在通常情况下，永磁轨道由无数永磁轨道段拼接而成。现有技术中的永磁轨道是通过无数长方体形状的永磁轨道段拼接而成的，因此可将这一轨道连接方式称之为对接。
[0003]在高温超导磁悬浮车系统中，基于车载块材的磁通钉扎特性，磁浮车总是沿着磁场均匀的方向运行。然而，在实际应用场景中，往往会因为安装误差、热胀冷缩等原因导致永磁轨道段之间的连接不紧密而出现相应的气隙，从而导致永磁轨道上方运行方向的磁场分布不均匀，即产生磁场畸变。当永磁轨道间气隙较小时，永磁轨道上方磁场畸变较小，会引起磁浮车运行不平稳;更甚者，当永磁轨道间出现更大的气隙时，永磁轨道上方磁场畸变较大，可能导致磁浮车不能通过，形成致命的系统缺点。
[0004]图1为现有技术中的永磁轨道的结构示意图。如图1所示，在高温超导磁悬浮系统中，永磁轨道由多个的永磁轨道段10拼接成永磁轨道，磁浮车依靠永磁轨道在运行方向提供均匀磁场、在横向提供有梯度的磁场实现稳定的悬浮运行。然而，永磁轨道段会因为热胀冷缩、轨道安装误差等原因导致永磁轨道段间存在气隙，使得永磁轨道在运行方向的磁场不均匀，影响磁浮车的平稳运行。
[0005]图2为现有技术中的永磁轨道的对接连接示意图。如图2所示，可用A1表示两个永磁轨道段11和12之间的气隙。气隙越大，则运行方向的磁场越不均匀。但是，在实际应用时，热胀冷缩、轨道安装误差等因素都是不可能完全避免的，因此，需要设计一种特殊的永磁轨道段连接方式以及通过这种连接方式形成的永磁轨道，从而减少轨道在运行方向的磁场不均匀。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供一种永磁导轨，可以有效地提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力。
[0007]本发明的技术方案具体是这样实现的:
[0008]—种永磁导轨，所述永磁导轨由多个依次排列的永磁导轨段拼合而成；
[0009]其中，各个永磁导轨段的至少一端设置有连接端；
[0010]且任意两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端在竖直方向上至少具有预设面积的重叠部分。
[0011 ]较佳的，两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端的外端为斜面。
[0012]较佳的，所述斜面的角度Θ的大小为30°。
[0013]较佳的，两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端的外端均设置有突出部，且所述突出部互相搭接。
[0014]较佳的，两个相邻突出部的厚度比为1:2。
[0015]较佳的，所述突出部的长度为100mm。
[0016]如上可见，在本发明的上述永磁导轨中，由于在各个永磁导轨段的至少一端设置了连接端，而且任意两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端在竖直方向上至少具有预设面积的重叠部分，因此，可以使用具有特殊形状的永磁导轨段，形成永磁轨道段间不同的连接方式，例如，斜接、搭接等，使得在依次排列好各个永磁导轨段组成永磁导轨之后，任意两个相邻的连接端在竖直方向上能至少有一部分能互相重叠，从而减小了因为永磁轨道安装误差、热胀冷缩等原因而导致永磁导轨段之间连接不紧密出现的气隙，而且使得当两个相邻的永磁导轨段之间即使出现气隙时，也总会有永磁体在气隙下方或者上方提供磁场。因此，通过上述特殊的连接方式连接而成的永磁导轨，可以有效地减少因为热胀冷缩、轨道安装误差而导致的永磁轨道的磁场不均匀性，减小由于气隙导致的磁场畸变，提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力，改善了由于磁场不均匀导致的磁浮车运行不平稳等现象。
【附图说明】
[0017]图1为现有技术中的永磁轨道的结构示意图。
[0018]图2为现有技术中的永磁轨道的对接连接示意图。
[0019]图3为本发明的实施例一中的永磁导轨段的连接示意图。
[0020]图4为本发明的实施例二中的永磁导轨段的连接示意图。
[0021]图5为现有技术以及本发明实施例中的三种永磁导轨连接方式的效果对比示意图。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0023]在本发明的技术方案中，为了兼顾永磁导轨中永磁材料的利用率和车体运行方向磁场的平顺度，提供了一种永磁导轨，该永磁导轨是一种适用于高速超导磁悬浮系统的复合聚磁型永磁导轨，可以用于高温超导磁浮车，也适用于其他需要由永磁体提供单侧强磁场的应用场景。
[0024]图3和4均为本发明各个具体实施例中的永磁导轨的连接示意图。如图3和4所示，本发明实施例中的永磁导轨由多个依次排列的永磁导轨段拼合而成；
[0025]其中，各个永磁导轨段的至少一端设置有连接端；
[0026]且任意两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端在竖直方向上至少具有预设面积的重叠部分。
[0027]在本发明的技术方案中，所述永磁导轨是由很多个依次排列的永磁导轨段拼合而成的。然而，为了克服现有技术中的永磁导轨存在的缺陷，在本发明的技术方案中，组成永磁导轨的每个永磁导轨段上都设置有连接端。
[0028]较佳的，在本发明的具体实施例中，各个永磁导轨段的一端或两端设置有连接端。
[0029]例如，可以是位于永磁导轨边缘的永磁导轨段靠近永磁轨道内侧的一端设置有连接端(另外，靠近永磁轨道外侧的一端可以不设置有连接端，也可以设置连接端)；位于永磁导轨中部的永磁导轨段(即其它的所有非位于永磁导轨边缘的永磁导轨段)的两端均设置有连接端。
[0030]此外，在本发明的技术方案中，所设置的连接端还需要满足:任意两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端在竖直方向上至少具有预设面积的重叠部分。
[0031]因此可知，在本发明的技术方案中，各个永磁导轨段的连接端的边缘并不是全部垂直的(或者并不是全部竖直的)，例如，所述连接端可以设置成如图3、图4所示的形状，从而使得在依次排列好各个永磁导轨段组成永磁导轨之后，任意两个相邻的连接端在竖直方向上能至少有一部分能互相重叠，从而使得当两个相邻的永磁导轨段之间即使出现气隙时，也总会有永磁体在气隙下方或者上方提供磁场。因此，通过上述特殊的连接方式连接而成的永磁导轨，可以有效地减少因为热胀冷缩、轨道安装误差而导致的永磁轨道的磁场不均匀性，提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力。
[0032]以下将以几个具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行详细的介绍。
[0033]实施例一、永磁导轨段的连接端的一端为斜面。
[0034]图3为本发明的实施例一中的永磁导轨段的连接示意图。如图3所示，所述永磁导轨由多个依次排列的永磁导轨段拼合而成。其中，对于任意两个永磁导轨段31和32，都分别设置有连接端31a和32a，且两个连接端31a和32a的外端均不是垂直的边缘，而是均为斜面。在实际安装上述永磁导轨段时，上述两个永磁导轨段的两个连接端31a和32a是在紧密接触的情况下安装的，从而使得在两个永磁导轨段之间尽量不出现气隙。因此，当上述两个永磁导轨段31和32排列之后，两个永磁导轨段31和32的连接端31a和32a在竖直方向上有一部分能互相重叠，从而使得当两个相邻的永磁导轨段之间即使出现气隙&时，也总会有永磁体在气隙λ2的下方或者上方提供磁场。因此，在本发明的实施例一中，所述永磁导轨中任意两个相邻永磁导轨段可以通过上述斜接的方式连接。通过上述特殊的斜接方式连接而成的永磁导轨，可以有效地减少因为热胀冷缩、轨道安装误差而导致的永磁轨道的磁场不均匀性，提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力。
[0035]另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置所述永磁导轨段31和32的连接端31a和32a的外端的斜面的角度Θ的大小。
[0036]例如，在本发明的一个较佳实施例中，所述角度Θ的大小可以是30°。因此，通过优化上述角度Θ的大小，还可以在永磁轨道出现气隙时，进一步提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力。
[0037]实施例二、永磁导轨段的连接端的一端设置有突出部。
[0038]图4为本发明的实施例二中的永磁导轨段的连接示意图。如图4所示，所述永磁导轨由多个依次排列的永磁导轨段拼合而成。其中，对于任意两个永磁导轨段41和42，都分别设置有连接端41a和42a，且两个连接端41a和42a的外端均不是垂直的边缘，而是在连接端的外端分别设置有突出部4A和4B，且所述突出部4A和4B互相搭接。在实际安装上述永磁导轨段时，上述两个永磁导轨段的两个连接端的突出部4A和4B是在紧密接触的情况下安装的，从而使得在两个永磁导轨段之间尽量不出现气隙。因此，当上述两个永磁导轨段41和42排列之后，两个永磁导轨段41和42的连接端41a和42a在竖直方向上有一部分(即突出部的一部分)能互相重叠，从而使得当两个相邻的永磁导轨段之间即使出现气隙λ3时，也总会有永磁体在气隙λ3的下方或者上方提供磁场。因此，在本发明的实施例二中，所述永磁导轨中任意两个相邻永磁导轨段可以通过上述搭接的方式连接。通过上述特殊的搭接方式连接而成的永磁导轨，可以有效地减少因为热胀冷缩、轨道安装误差而导致的永磁轨道的磁场不均匀性，提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力。
[0039]另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置所述永磁导轨段41和42的连接端41a和42a的外端的突出部4Α和4Β的厚度和长度的大小。
[0040]例如，在本发明的一个较佳实施例中，所述突出部的厚度可以是永磁导轨段主体的厚度的一半或其它值，所述突出部的长度可以是100mm。
[0041]此外，在本发明的技术方案中，各个永磁导轨段的连接端的突出部的厚度可以相同，也可以不同。例如，在本发明的一个较佳实施例中，可以根据实际应用情况的需要预先设置两个相邻突出部的厚度比。例如，可以预先设置hi/hs取值(例如，取值为1:2等等)，其中，h2为突出部4A的厚度，In为突出部4B的厚度。
[0042]因此，通过优化上述突出部的厚度和长度的大小，还可以在永磁轨道出现气隙时，进一步提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力。
[0043]图5为现有技术以及本发明实施例中的三种永磁导轨连接方式的效果对比示意图。其中，图5(a)和图5(b)中所示分别为当出现1mm气隙时，三种不同连接方式的永磁轨道运行方向的磁场分量Bx和Bz的效果对比示意图。其中，图5(a)和图5(b)中的横坐标均为在y轴沿运行方向的位置。根据图5(a)和图5(b)可知，当出现气隙时，相对于现有技术中的对接方式的永磁轨道，本发明中上述斜接方式的永磁轨道和搭接方式的永磁轨道的磁场不均匀性均有明显改善。
[0044]例如，可以通过如下的方式对上述有益效果进行定量分析。
[0045]在本发明的技术方案中，可以使用如下所述的公式表示磁场畸变率:
[0046]ηχ= ( I Bx dev 1-1 Bx nor I )/Bx_nor X 100 %
[0047]ηζ=( Bz_dev 1-1 Bz_nor )/Bz_nor X 100 %
[0048]其中，nx为横向磁场畸变率，nz为垂向磁场畸变率，IBx_norI表示永磁轨道间无气隙时的横向磁场分量，I Bx deV I表不永磁轨道间出现气隙时的横向磁场分量；I Bz_nor |表不永磁轨道间无气隙时的垂向磁场分量，I Bz—dev I表不永磁轨道间出现气隙时的垂向磁场分量。
[0049]根据上述公式，可以计算各种不同的永磁轨道连接方式出现1mm气隙时，在气隙上方15mm工作高度处的磁场变化率。计算结果显示，当出现I Omm气隙时，使用对接方式(即图2所不的现有技术中的连接方式)的永磁轨道的气隙上方15mm处的横向磁场分量畸变率为-19.4 %，垂向磁场分量畸变率为-28.9%；使用斜接方法(即图3所示的连接方式)的永磁轨道中，当Θ = 30°时，永磁轨道的气隙上方15mm处的横向磁场分量畸变率为_13.22 %，垂向磁场分量畸变率为-18.17%;使用搭接方法(即图4所示的连接方式)的永磁轨道中，当lu/hs=1: 2 (例如，hi = I Omm，h2 = 20mm)时，永磁轨道的气隙上方15mm处的横向磁场分量畸变率为-11.21 %，垂向磁场分量畸变率为-17.98%。
[0050]根据对以上数据的分析可知，相对于现有技术中的永磁轨道，本发明中的使用斜接方法的永磁轨道和使用搭接方式的永磁轨道，可以明显地改善因为永磁轨道段间存在的气隙而导致的磁场不均匀性。
[0051]另外，本发明的技术方案是采用常用的Halbach型永磁轨道说明，但本发明的技术方案中的连接方式可以适用于任意一种可用的永磁轨道阵列，在此不再一一论述。
[0052]综上可知，在本发明的上述永磁导轨中，由于在各个永磁导轨段的至少一端设置了连接端，而且任意两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端在竖直方向上至少具有预设面积的重叠部分，因此，可以使用具有特殊形状的永磁导轨段，形成永磁轨道段间不同的连接方式，例如，斜接、搭接等，使得在依次排列好各个永磁导轨段组成永磁导轨之后，任意两个相邻的连接端在竖直方向上能至少有一部分能互相重叠，从而减小了因为永磁轨道安装误差、热胀冷缩等原因而导致永磁导轨段之间连接不紧密出现的气隙，而且使得当两个相邻的永磁导轨段之间即使出现气隙时，也总会有永磁体在气隙下方或者上方提供磁场。因此，通过上述特殊的连接方式连接而成的永磁导轨，可以有效地减少因为热胀冷缩、轨道安装误差而导致的永磁轨道的磁场不均匀性，减小由于气隙导致的磁场畸变，提高轨道运行方向的磁场均匀性，减小运行的电磁阻力，改善了由于磁场不均匀导致的磁浮车运行不平稳等现象。
[0053]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1.一种永磁导轨，其特征在于，所述永磁导轨由多个依次排列的永磁导轨段拼合而成； 其中，各个永磁导轨段的至少一端设置有连接端； 且任意两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端在竖直方向上至少具有预设面积的重叠部分。2.根据权利要求1所述的永磁导轨，其特征在于: 两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端的外端为斜面。3.根据权利要求2所述的永磁导轨，其特征在于: 所述斜面的角度Θ的大小为30°。4.根据权利要求1所述的永磁导轨，其特征在于: 两个相邻排列的永磁导轨段的相邻连接端的外端均设置有突出部，且所述突出部互相搭接。5.根据权利要求4所述的永磁导轨，其特征在于: 两个相邻突出部的厚度比为1:2。6.根据权利要求4所述的永磁导轨，其特征在于: 所述突出部的长度为10mm0
【文档编号】E01B25/32GK105839483SQ201610316355
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】李燕杰, 邓自刚, 郑珺
【申请人】西南交通大学