一种混合减重的直线驱动悬挂式列车

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是一种混合减重的直线驱动悬挂式列车。

背景技术：

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，在我国的城市轨道交通系统中应用较少。目前，我国的轨道交通发展越来越快，悬挂式列车是一个很好的发展方向，在越来越多的城市正在或将要发展悬挂式列车。

但是，悬挂式列车采用胶轮行进的方式，整车重量压于轨道上，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，悬挂式列车摩擦力较大，对于胶轮的方式来说，磨损随之而来。对于传统的交流传动来说，其悬挂式列车多采用胶轮的方式，由于列车本身的重量与钢轨的摩擦力的原因，磨损较为严重。并且，采用传统的交流传动的方式，黏着要求较高，这种方式组成的系统较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种混合减重的直线驱动悬挂式列车。

实现本发明目的的技术方案为：

一种混合减重的直线驱动悬挂式列车，包括铁磁材料的厢体和套装在厢体内部的两个以上的转向架，相邻的转向架通过连接平板连接；厢体顶部的内侧设置直线电机次级，连接平板的上方设置直线电机初级；所述转向架的上方纵向设置第一减重永磁体、减重电磁铁和第二减重永磁体，减重电磁铁的同一水平线上还设置气隙传感器；转向架的内部设置减重电磁铁控制器和速度传感器；转向架的下部还设置前轴和后轴，前轴和后轴的两侧均设置胶轮；转向架的下部还悬挂车体。

本发明的有益效果在于，可以减小列车运行时胶轮的磨损从而延长胶轮的使用寿命；采用直线驱动代替传统的交流传动，减少了中间机械环节，使得结构简洁。

附图说明

图1是系统整体结构的正视视图。

图2是系统整体结构的侧视剖面图。

图3是直线电机示意图。

图4是电磁铁示意图。

图5是连接板示意图。

图中标记为：减重永磁体100，减重电磁铁101，减重永磁体控制器102，速度传感器103，电磁体气隙传感器104，直线电机初级200，直线电机次级201，直线电机控制器202，直线电机铁芯300，直线电机线绕组301，电磁体磁极400，电磁铁绕组401，厢体1，转向架2，胶轮3，车体4，轨道面5，连接板6，连接板连接点7。

具体实施方式

一种“1+2”混合减重的直线驱动方式的悬挂式列车，包括厢体和套装内部的转向架；厢体由铁磁材料构成，厢体顶端固定直线电机次级铝板，转向架上端放置减重电磁铁与减重永磁铁，在纵向即列车运行方向上相间放置减重电磁铁与减重永磁体，每组减重磁体的放置为，两个永磁体与一个电磁铁的方式，具体放置方式为永磁、电磁、永磁的分布方式，同时电磁同一水平线上放置有涡流气隙传感器。在两个转向架之间由可以自由活动的连接平板构成，在连接平板上放置直线电机初级，次级铝板与初级安装在相对应的位置。在转向架内部放置减重电磁铁控制器、速度传感器和直线电机控制器。速度传感器数据传输至直线电机控制器中，直线电机初级与次级的相互的电磁耦合，同时通过操作实现列车的直线驱动。速度传感器与气隙传感器数据直接传输至减重电磁体控制器，以便于控制减重电磁体来达到控制的减重的目的。厢体顶端由铁磁材料组成，借助减重电磁铁与减重永磁体的吸力实现悬挂式列车的减重，永磁体只是提供固定的吸力实现减重，而电磁铁的减重是可变式的减重，故此两者组合实现减重任务。

减重电磁铁与减重永磁铁混合放置，这样更加灵活的控制减重的效果，在不同的阶段实现不同的减重量。永磁体的优势在于可以以较小的体积提供远远大于本身重量吸引力，应用于悬挂式列车上时，通过永磁体部分可以抵消车体的主要减重量，由于磁场强度的大小在气隙中变化强烈，故永磁体工作在相对于电磁铁的大气隙下，同时通过加入电磁的方式使减重更加灵活。新式列车的驱动采用直线驱动的方式，进一步简化列车的机械结构。

如图1所示，减重系统包括以下的部分：减重永磁体100，减重电磁铁101，减重永磁体控制器102，速度传感器103，电磁体气隙传感器104。减重实现为分组实现减重，在纵向方向上每一组混合减重磁铁的构成为一个减重永磁体100，再依次放置减重电磁铁101和减重永磁体100。这样每一个混合减重组构成为“1+2”式的减重。减重电磁铁控制器102，速度传感器103，位于转向架内部。电磁体气隙传感器104位于与减重电磁铁101同一水平位置。

如图2所示，系统构成为减重系统与直线驱动系统，列车减重部分的空间的分布如上述，侧面图进一步的说明了其空间关系同时，表明各个部件之间的相互关系。减重电磁铁控制器102采集和收集电磁铁气隙传感器104与速度传感器103的信息。再经过减重电磁铁控制器102将控制波形传输至减重电磁铁中。同时，直线电机的空间示意图如图二所示，直线电机初级放置于转向架2之间的连接平板6上，直线电机次级铝板位于与直线电机初级相对应的位置，直线电机由于其本身为刚性体，使其位于连接平板上6，列车在其转向时可以更加灵活。通过直线电机控制器采集速度传感器103测得的速度数据，同时通过操作实现列车的速度控制，列车的运行粗略的分为加速阶段，匀速阶段，还有就是停车或者刹车时的减速阶段。通过速度传感器103分析列车的速度，并且送至控制器中，通过算法可以得到列车的加速度，故判断列车的状态。

电磁铁气隙传感器104，作用在列车运行全程中，列车的运行过程中不能一直保持直线平稳的运行，总是存在有不平顺的线路，故首先设定气隙的范围，然后使用电磁铁气隙传感器104测得减重电磁铁101上表面与厢体1顶端之间的气隙大小，当电磁铁气隙传感器104检测到气隙在设置范围内时，保持控制器(包括逆变器)输出电流不变。当气隙小于设定值范围时，适当的减少电流，增大气隙。当气隙大于设定值范围时，适当的增大电流，减小气隙。通过上述方式，在不影响列车的运行特性下，减轻车辆的重量，减少胶轮对轨道的摩擦，从而实现减少对胶轮的磨损。

系统整体结构的正视剖面如图1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；直线电机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。

如图4，减重电磁铁的截面尺寸为长420mm，宽180mm，两边磁极宽30mm，中间磁极宽60mm，单个电磁铁长度为300mm，悬浮轨和悬浮铁的材料均为q235，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65％，选择悬浮气隙为10mm，选择每平方毫米通过的电流分别为0.3a，0.6a,1.9a,1.2a，1.5a通过有限元仿真分析得出在这些减重电流的情况下，减重电磁铁与厢体顶端之间的电磁吸力以及对应速度和距离。永磁体尺寸为：180mm*420mm，永磁铁长度为300mm，通过有限元仿真分析得出永磁铁在10mm工作距离情况如下表：

由上表可知，在实施例设计的结构尺寸下，这种‘1+2’的减重方法下，在一组磁铁的减重方式下，位于永磁体的减重力为2708n的减重力。电磁的减重力由速度传感器和气隙传感器决定。随着速度的增加，减重电磁铁的作用力大，便于有效缓解胶轮承载力，增加胶轮的使用寿命，磁铁组的工作气隙为8到10mm左右。

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，

由上述分析知，采用“1+2”式的电磁混合永磁减重方法，可以灵活地根据列车运行速度进行合理减重，既保证列车正常加速运行，也有效缓解胶轮压力，增加胶轮使用寿命。

综上所述，本发明一种“1+2”混合减重方法的直线驱动方式的悬挂式列车，整个系统具有结构简单，小尺寸、低成本的特点。有利于缓解悬挂式单轨列车胶轮的磨损，同时也有利于降低系统运行的功耗，有效提高悬挂式单轨列车的性能。