零磁通电动悬浮线圈单元及超导磁悬浮系统技术方案

本发明专利技术涉及高速磁悬浮交通技术领域，公开了一种零磁通电动悬浮线圈单元及超导磁悬浮系统。该线圈单元包括在导向方向上靠近超导线圈的靠近侧零磁通线圈和远离超导线圈侧的远离侧零磁通线圈，靠近侧零磁通线圈和远离侧零磁通线圈在航向方向上相互错开预定距离，靠近侧零磁通线圈包括靠近侧零磁通上线圈和靠近侧零磁通下线圈，远离侧零磁通线圈包括远离侧零磁通上线圈和远离侧零磁通下线圈，靠近侧零磁通上线圈与远离侧零磁通上线圈串联且电流流向和幅值均相同，靠近侧零磁通下线圈与远离侧零磁通下线圈串联且电流流向和幅值均相同，靠近侧零磁通上线圈与远离侧零磁通上线圈及靠近侧零磁通下线圈与远离侧零磁通下线圈电流流相反且电流幅值相同。流流相反且电流幅值相同。流流相反且电流幅值相同。

【技术实现步骤摘要】
零磁通电动悬浮线圈单元及超导磁悬浮系统


[0001]本专利技术涉及高速磁悬浮交通
，尤其涉及一种零磁通电动悬浮线圈单元及超导磁悬浮系统。

技术介绍

[0002]由零磁通线圈和超导磁体组成的超导磁悬浮系统具有浮阻比高、悬浮导向自稳定、悬浮间隙大等优点，在未来高速、超高速磁悬浮轨道交通中具有广阔的应用前景。
[0003]零磁通线圈由上下反向绕制的两个线圈串联而成，在磁体高速掠过线圈时产生感应电流和感应磁场，与磁体相互作用产生悬浮和导向力，由于其为被动悬浮，不需要主动控制，因此系统具有很高的可靠性。
[0004]与零磁通线圈相互作用为车体提供悬浮导向力的超导磁体在受到结构振动和谐波涡流损耗时，容易引起超导线圈温度升高导致线圈失超，从而使电动悬浮系统失效，因此减少地面线圈在超导磁体表面产生的谐波磁场对降低磁体振动、发热，进而提高磁体稳定性有很大帮助。
[0005]现有零磁通线圈方案主要有60
°
相带/120
°
相带单层布置的零磁通线圈方案、加长节距倾斜层叠布置的零磁通线圈方案和加长节距双层布置的方案。前者为常规零磁通线圈方案，在此基础上还衍生出上下线圈高度不等的不对称零磁通方案以提高悬浮导向刚度；后两者为消除地面线圈谐波、加长单个线圈节距而设计的两种线圈布置方案。
[0006]传统的单层零磁通线圈其感应电流在空间中会产生较大幅值的高次谐波，如以60
°
相带布置的单层零磁通线圈会在空间产生幅值较大的五次谐波，以120
°
>相带布置的零磁通线圈会在空间产生幅值较大的二次谐波，上述谐波在超导磁体高速运行时会在磁体外杜瓦产生较大的涡流损耗引起杜瓦发热，且谐波磁场与超导磁体恒定磁场相互作用还会产生较大的结构振动，容易导致超导磁体失超，不利于磁悬浮列车，尤其是运行于低真空环境、散热困难的磁悬浮列车长期稳定运行。
[0007]加长单个线圈节距的倾斜层叠布置结构可以较为有效的降低主要谐波磁场含量，但会导致其他阶次谐波磁场的增加。如以60
°
相带布置的零磁通线圈，当节距增加到线圈距的1.16倍时可以有效降低五次谐波幅值，但会引起七次谐波幅值增大，由于七次谐波更容易引起磁体的整体振动，因此该拓扑结构会在降低磁体涡流损耗的同时增大磁体整体悬浮、导向振动。
[0008]加长单个线圈节距的方案在层叠布置和双层布置两种结构下均会导致所占用的导向空间大幅增大，由于零磁通线圈后方还设置有作为推进用的推进线圈，因此该方案会极大增加推进线圈与超导磁体间的电磁间隙，从而影响直线电机的功率因数和容量。并且，由于零磁通线圈感应反电势与阻抗之比即感应电流随速度变化而变化，因此加长单个线圈节距的双层布置方案还会在超导磁体上引入额外的同频振动，不利于超导磁体的稳定运行。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种零磁通电动悬浮线圈单元及超导磁悬浮系统，能够解决现有技术中的技术问题。
[0010]本专利技术提供了一种零磁通电动悬浮线圈单元，其中，该零磁通电动悬浮线圈单元包括在导向方向上靠近超导线圈的靠近侧零磁通线圈和远离超导线圈侧的远离侧零磁通线圈，所述靠近侧零磁通线圈和所述远离侧零磁通线圈在航向方向上相互错开预定距离，所述靠近侧零磁通线圈包括靠近侧零磁通上线圈和靠近侧零磁通下线圈，所述远离侧零磁通线圈包括远离侧零磁通上线圈和远离侧零磁通下线圈，所述靠近侧零磁通上线圈与所述远离侧零磁通上线圈串联且在产生感应电流时电流流向和电流幅值均相同，所述靠近侧零磁通下线圈与所述远离侧零磁通下线圈串联且在产生感应电流时电流流向和电流幅值均相同，所述靠近侧零磁通上线圈与所述远离侧零磁通上线圈二者以及所述靠近侧零磁通下线圈与所述远离侧零磁通下线圈二者电流流相反且电流幅值相同。
[0011]优选地，所述靠近侧零磁通线圈的匝数小于所述远离侧零磁通线圈的匝数。
[0012]优选地，所述靠近侧零磁通线圈的单匝导体截面积与所述远离侧零磁通线圈的单匝导体截面积相同。
[0013]优选地，所述靠近侧零磁通上线圈与所述远离侧零磁通上线圈以及所述靠近侧零磁通下线圈与所述远离侧零磁通下线圈均为单饼线圈，所述靠近侧零磁通上线圈与所述远离侧零磁通上线圈分别在内侧引出线端后串联形成上线圈内部串联点，所述靠近侧零磁通下线圈与所述远离侧零磁通下线圈分别在内侧引出线端后串联形成下线圈内部串联点。
[0014]优选地，所述靠近侧零磁通上线圈和所述远离侧零磁通上线圈分别引出一根并联引线，并分别沿所述靠近侧零磁通下线圈的外围和所述远离侧零磁通下线圈的外围绕至底部形成半匝绕组后分别与所述靠近侧零磁通上线圈和所述远离侧零磁通上线圈各自外部的并联引线在底部焊接并联。
[0015]本专利技术还提供了一种超导磁悬浮系统，其中，该系统包括超导线圈和上述的零磁通电动悬浮线圈单元。
[0016]通过上述技术方案，可以得到在航向方向上互错预定距离的前后双层零磁通线圈，且前后双层线圈为串联关系，消除了前后匝线圈电流间的相位差以及不同速度下基波电流不相等引入的附加空间磁场波动等问题，并且可以有效消除每一阶高次空间磁场谐波且不引入新的谐波成分。也就是，可以使谐波总能量最小化的同时确保各次谐波幅值相比现有技术的单层布置方案均有降低，且导向方向空间占用率远小于同等电密下的加长节距层叠布置零磁通线圈方案。
附图说明
[0017]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1示出了根据本专利技术实施例的一种零磁通电动悬浮线圈单元的示意图；
[0019]图2示出了根据本专利技术实施例的一种零磁通电动悬浮线圈单元的布置示意图；
[0020]图3A和3B示出了根据本专利技术实施例的零磁通电动悬浮线圈单元中单个零磁通上、下线圈的示意图；
[0021]图4A和4B示出了根据本专利技术实施例的一种零磁通电动悬浮线圈单元的双层错位间距与空间谐波幅值及其能量关系示意图。
具体实施方式
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零磁通电动悬浮线圈单元，其特征在于，该零磁通电动悬浮线圈单元包括在导向方向上靠近超导线圈(1)的靠近侧零磁通线圈(2)和远离超导线圈侧的远离侧零磁通线圈(3)，所述靠近侧零磁通线圈(2)和所述远离侧零磁通线圈(3)在航向方向上相互错开预定距离，所述靠近侧零磁通线圈(2)包括靠近侧零磁通上线圈(21)和靠近侧零磁通下线圈(22)，所述远离侧零磁通线圈(3)包括远离侧零磁通上线圈(31)和远离侧零磁通下线圈(32)，所述靠近侧零磁通上线圈(21)与所述远离侧零磁通上线圈(31)串联且在产生感应电流时电流流向和电流幅值均相同，所述靠近侧零磁通下线圈(22)与所述远离侧零磁通下线圈(32)串联且在产生感应电流时电流流向和电流幅值均相同，所述靠近侧零磁通上线圈(21)与所述远离侧零磁通上线圈(31)二者以及所述靠近侧零磁通下线圈(22)与所述远离侧零磁通下线圈(32)二者电流流相反且电流幅值相同。2.根据权利要求1所述的零磁通电动悬浮线圈单元，其特征在于，所述靠近侧零磁通线圈(2)的匝数小于所述远离侧零磁通线圈(3)的匝数。3.根据权利要求2所述的零磁通电动悬浮线圈单元，其特征在于，所述靠近侧零磁通线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛凯，张志华，高天宇，胡道宇，韦克康，胡良辉，陈松，
申请(专利权)人：中国航天科工飞航技术研究院中国航天海鹰机电技术研究院，
类型：发明
国别省市：