专利名称：磁浮车辆的悬浮磁铁结构及其生产方法
技术领域：
本发明属于常导电磁悬浮技术车辆的悬浮磁铁结构及其制造技术。
背景技术：
磁浮车辆从悬浮机理上可分为电磁悬浮(EMS-electromagneticsuspension)和电动悬浮(EDS-electrodynamic suspension)两类。电磁悬浮(EMS)是对车载悬浮电磁铁(或永久磁铁加励磁控制线圈)通电励磁而产生电磁场，电磁铁与轨道上的铁磁性构件(钢质轨道或长定子直线电机定子铁芯)相互吸引，将列车向上吸起悬浮于轨道上，电磁铁和铁磁轨道之间的悬浮间隙一般约8～10mm。电动悬浮(EDS)是当列车达到一定速度时才能悬浮。当列车运动时，列车上安装的磁体的运动磁场在安装于线路上的悬浮线圈中产生感应电流，两者相互作用，产生一个向上的磁力将列车悬浮于路面一定高度(一般为100～150mm)。
电磁悬浮(EMS)列车以德国的TR08和日本的HSST-100L型为代表，详见专利CN1456458A、CN1273189A、US6753666B2、US4641586、US5152227。
参见图1所示，HSST-100L的牵引依靠安装于车箱底两侧的转向架托臂7上的直线感应电机定子线圈9与安装在线路轨枕8两侧的F形导磁钢轨6上的直线电机反应板5实现，而悬浮与导向都是利用同一组悬浮电磁铁4来实现。当列车的悬浮电磁铁4与F形导磁钢轨下方凸起的轨道的中心线相互错位时，形成的横向分力使电磁铁自动复位，实现导向。但这种横向力较小，只适用于对速度较低的磁浮列车进行导向。磁浮列车的牵引电机都是直线电机，一般可分为两种型式，即长定子直线同步电机和短定子直线感应电机。HSST低速磁浮列车采用短定子直线感应电机牵引。
由US5152227、JP3-30366、JP63-209406等专利对短定子磁浮车辆的描述得知，现有的磁浮车辆的悬浮电磁铁4大都是单线圈结构，且线圈匝数受到了车辆整体尺寸的限制，使得车辆的载客能力不足，不能很好的满足城市交通客流高峰时的要求。如增加励磁电流来提高悬浮能力，又会引起悬浮线圈的过热现象，虽然已在悬浮磁铁铁芯上钻了很多孔作为利用列车运行空气流动进行冷却(见JP62-210807专利)，但未见卓有成效的结果。
此外，在悬浮磁铁铁芯的设计与制造上，还没有公开的技术资料表明采用分体组装结构的悬浮磁铁，大多采用焊接后机加工方法制造，在造价上和工艺复杂程度上都无法满足大批量生产、经济效益的要求。这也是城市轨磁悬浮列车成本高昂的一个因素。
发明内容
本发明的目的在于提出一种磁浮列车的悬浮磁铁结构及其制造方法，解决在提高励磁电流的条件下，使得悬浮磁铁的线圈能有效冷却，并在线圈匝数和耐大电流性能上都有所提高，可以满足城市轨道交通客流高峰时的运载要求，以及其制造的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种磁浮列车的悬浮磁铁结构，包含铁芯和线圈，其特征在于线圈为由0.15-0.30mm厚的铝箔和0.01-0.03mm厚的绝缘薄膜绕制的线圈；在该线圈两侧分别设置有铜质冷却套，该冷却套内部设置有曲折盘绕的通道，外部设置有与该通道两端分别连通的管接头。
进一步，每一悬浮磁铁具有两个并列设置的线圈。
更进一步，在两个并列的线圈中间也设置有冷却套。
又进一步，该铁芯是由位于两侧的磁极和连接该两个磁极一端的磁厄，通过螺钉连接成一体的分体式结构。
一种用于生产上述悬浮磁铁的制造方法，其步骤如下1)对铁芯的磁极和磁厄部分分别进行机械切削加工成形；并对它们之间的结合平面进行磨削加工；2)将冷却套套装入已加工的磁厄，再用螺钉将两磁极的一端固定在该磁厄两侧；3)将上述组装后的铁芯夹固在绕线机的转轴上，以专用辅助支架架设成卷的铝箔和绝缘薄膜材料，并使该铝箔和绝缘膜分别与铁芯上绕设线圈的部位对齐；该铝箔或绝缘薄膜材料事先经过表面粘胶处理；4)于铝箔的端头装设引出线头，将铝箔与绝缘薄膜同时引入铁芯进行线圈绕制，在绕制过程中，铝箔与绝缘薄膜相互粘合不得有脱离现象；5)将经步骤4绕好线圈的整个悬浮磁铁浸绝缘漆，然后烘干；6)再于烘干后的悬浮磁铁外表涂敷散热漆。
本发明具有如下技术特点和有益效果1)采用了分体磁极组装设计，使磁极的机加工制造工艺简化、经济、实用；2)利用螺栓固定组装分体式磁极，更利于其与车辆转向架托臂的固定连接；3)选用了铝箔作为悬浮磁极线圈导体，能够使悬浮磁极线圈承受较大的励磁电流；4)采用了绝缘薄膜与铝箔复合后绕制悬浮磁极线圈的工艺，能够保证产品的绝缘性能和质量，对提高励磁电流是有利的；5)采用了双线圈结构，可以在有限的空间内增加悬浮磁极线圈的匝数，有利于提高悬浮能力；6)选择了同向绕制双线圈，增加了悬浮磁铁的磁密，电磁吸引悬浮力有明显提高；7)利用线圈间的冷却套实现了对较高励磁电流作用下的线圈过热的有效冷却问题；8)线圈冷却套的几何尺寸与线圈的外形相同，可以与之组成一体，有利于线圈的保护；9)安装后的整体磁极、冷却套与线圈整体浸漆有利于形成悬浮磁极线圈的整体结构，起到了提高绝缘性能的效果；10)在线圈和磁极表面涂有散热漆有利于悬浮磁铁模块的散热，对磁铁起到了保护作用。
图1是HSST系列磁悬浮列车牵引直线电机和悬浮磁铁结构示意图。
图2是本发明的悬浮磁铁立体图。
图3是本发明的悬浮磁铁立体分解图。
图4是本发明的悬浮磁铁磁路示意图。
图5是本发明的悬浮磁铁线圈绕包方法示意图。
具体实施例方式请参阅图2和图3所示，本发明的悬浮磁铁由铁芯1、线圈2和冷却套3构成。该铁芯1是一个分体组合式结构，它由位于两侧的两个磁极12和位于该两磁极12中间、且分别与该两磁极12一端相连的磁厄11组成，并通过螺钉固定在一起，使它们形成一个横断面呈凵形的铁芯。该线圈2由0.15-0.30mm厚的铝箔22和0.01-0.03mm厚的绝缘薄膜21(例如聚氨酯薄膜)绕制而成，本发明用铝箔代替通用的漆包线，使线圈能承受较大的励磁电流。线圈2套置在磁厄11上，该线圈2的数量可以是一个，但为在有限的空间内增加线圈2的匝数和冷却的效果，优选的是将其分成为并列的两个线圈，即所谓的双线圈，在该两个线圈2之间设置了三个冷却套3。该冷却套2为导热良好的铜质材料制造，以其中部的空洞31套设在磁厄11上，其内部设置有曲折盘绕的通道，该通道两端分别与设置在该冷却套3外周缘上的管接头(图中未表示)连通。使用时，该冷却套3中充灌有流体的导热工质，并用导管与磁浮列车上的冷凝器连接构成密闭的冷却系统。
本发明的悬浮磁铁结构与现有的磁悬浮列车的悬浮磁铁结构有显著的区别，其制造方法也不同于现有技术，现以具有双线圈2的悬浮磁铁为例，详细叙述其制造方法的步骤如下1)对磁极12和磁厄11分别进行机械切削加工成形，并对它们之间的结合平面进行磨削加工，保证其间实现有效地紧密接触，以获得与整体磁芯相同的磁路(参见图4)。
2)将3个冷却套3套装入磁厄11，再用螺钉将两磁极12的一端固定在磁厄11两侧；3)请参阅图5，将上述组装后的铁芯1夹固在绕线机的转轴上，以专用辅助支架分别将并列成卷的两个铝箔22和两个绝缘薄膜21架设其上，并使铝箔22及绝缘薄膜21与铁芯1由磁厄11上居中的冷却套3所分隔开的两个空间对齐，该两个铝箔22卷材或绝缘薄膜21卷材事先经过表面粘胶处理；4)于两个铝箔22的端头装设引出接线头后，将铝箔22和绝缘薄膜21同时引入铁芯1进行双线圈同向绕制(参见图5)，在绕制过程中，铝箔22与绝缘薄膜21不得有脱离现象，待绕线结束后，于铝箔22末端装设引出接线头；5)将经步骤4绕好线圈2的整个悬浮磁铁浸绝缘漆，然后烘干；6)再于烘干后的悬浮磁铁外表涂变压器制造行业中常用的散热漆。
本发明的冷却套3在与铁芯1组装前应通过泄漏试验，而本发明在制造完毕后应经过电气性能试验，方能投入使用。
权利要求
1.一种磁浮列车的悬浮磁铁结构，包含铁芯和线圈，其特征在于线圈为由0.15-0.30mm厚的铝箔和0.01-0.03mm厚的绝缘薄膜绕制的线圈；在该线圈两侧分别设置有铜质冷却套，该冷却套内部设置有曲折盘绕的通道，外部设置有与该通道两端分别连通的管接头。
2.根据权利要求1所述的悬浮磁铁结构，其特征在于每一悬浮磁铁具有两个并列设置的线圈。
3.根据权利要求2所述的悬浮磁铁结构，其特征在于在两个并列的线圈中间也设置有冷却套。
4.根据权利要求1、2或3所述的悬浮磁铁结构，其特征在于该铁芯是由位于两侧的磁极和连接该两个磁极一端的磁厄，通过螺钉连接成一体的分体式结构。
5.一种用于生产权利要求1、2、3或4所述悬浮磁铁结构的制造方法，其步骤如下1)对铁芯的磁极和磁厄部分分别进行机械切削加工成形；并对它们之间的结合平面进行磨削加工；2)将冷却套3套装入已加工的磁厄，再用螺钉将两磁极的一端固定在该磁厄两侧；3)将上述组装后的铁芯夹固在绕线机的转轴上，以专用辅助支架架设成卷的铝箔和绝缘薄膜材料，并使该铝箔和绝缘膜分别与铁芯上绕设线圈的部位对齐；该铝箔或绝缘薄膜材料事先经过表面粘胶处理；4)于铝箔的端头装设引出线头，将铝箔与绝缘薄膜同时引入铁芯进行线圈绕制，在绕制过程中，铝箔与绝缘薄膜相互粘合不得有脱离现象；5)将经步骤4绕好线圈的整个悬浮磁铁浸绝缘漆，然后烘干；6)再于烘干后的悬浮磁铁外表涂敷散热漆。
全文摘要
一种磁浮列车的悬浮磁铁结构，包含铁芯和线圈，其特征在于线圈为由0.15－0.30mm厚的铝箔和0.01－0.03mm厚的绝缘薄膜绕制的线圈；在该线圈两侧分别设置有铜质冷却套，该冷却套内部设置有曲折盘绕的通道，外部设置有与该通道两端分别连通的管接头。本发明解决了在提高励磁电流的条件下，使得悬浮磁铁的线圈能有效冷却，并在线圈匝数和耐大电流性能上都有所提高，可以满足城市轨道交通较大客流高峰时的运载要求，以及其制造的技术问题。
文档编号B60L13/04GK1736761SQ20051002828
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月29日 优先权日2005年7月29日
发明者吴祥明, 何大海, 彭显付 申请人:上海磁浮交通工程技术研究中心