Устройство для магнитной левитации транспортного средства

 

Изобретение относится к электродинамическому подвесу экипажа над путевым полотном и направлено на снижение энергозатрат путем повышения левитационного качества. Устройство содержит источник магнитного поля 1, расположенный на экипаже, и установленный под ним токопроводящий немагнитный элемент 3. Особенность в том, что элемент 3 выполнен профилированным. 1 ил.

Изобретение относится к наземному транспорту, а именно к системам электродинамического подвеса экипажей над путевым полотном. Цель изобретения снижение энергозатрат путем повышения левитационного качества. На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит источник магнитного поля 1, расположенный на экипаже и установленный под ним через зазор 2 токопроводящий немагнитный элемент 3, профилированный в плоскости, параллельной перемещению источника магнитного поля. Форма выполнения элемента 3 например в виде волны, гребенки. В качестве источника магнитного поля могут быть использованы сверхпроводящие соленоиды, блоки постоянных магнитов и обычные электромагниты как с ферромагнитными сердечниками, так и без них. Работа устройства основана на следующем. Для любой фиксированной координаты х механический зазор 2 между токопроводящим немагнитным элементом 3 и плоскостью движущегося источника 1 пульсирует по закону Δ Δ_o+sin (W_kt +ϕ_k) амплитуда k-й гармоники которого определяется законом профилирования путевого полотна. Если путевое полотно профилировано по синусоидальному закону с амплитудой Δ₁ и периодом 2 τ, и источник движется со скоростью V, то зазор изменяется по закону Δ Δ_o+Δ₁· sin V t. В направлении, перпендикулярном плоскости движущегося источника; нормальная и тангенциальная составляющие его магнитного поля изменяются по гиперболическому закону и при движении в профилированном путевом полотне наводится пульсирующая ЭДС, переменная составляющая которой содержит ряд высокочастотных гармоник, частота которых определяется законом профилирования путевого полотна и распределением магнитной индукции источника и значительно выше основной частоты ЭДС, обусловленной непрерывным входом участков плоского путевого полотна в магнитное поле источника и последующим выходом из него. Таким образом, из-за профилирования путевого полотна в нем протекают высокочастотные вихревые токи, фазовый сдвиг которых относительно соответствующей ЭДС, возрастает с порядком гармоники, а следовательно, возрастает левитационное усилие, создаваемое в результате взаимодействия этой гармоники вихревого тока с магнитным полем его вызвавшим и одновременно снижается тормозное усилие. Другими словами, действия высокочастотных гармонических составляющих вихревого тока путевого полотна аналогично увеличению относительной скорости источника, а как известно, с увеличением скорости тормозное усилие падает, а левитационное возрастает. Благодаря увеличению усилия левитации за счет высокочастотных составляющих вихревого тока в профилированном полотне по сравнению с плоским полотном возможно сохранить это усилие на уровне, достигаемом плоским полотном при увеличении эффективного зазора в профилированном полотне. Тормозное же усилие падает, как вследствие увеличения эффективного зазора, так и вследствие увеличения относительных скоростей высокочастотных гармоник вихревого тока. Таким образом, левитационное качество устройства возрастает. Кроме того, при входе элементарных участков профилированного путевого полотна в магнитное поле движущегося источника в путевом полотне наводятся переменные составляющие вихревого тока продольного краевого эффекта, которые вносятся в активную зону устройства подвеса и затухают во времени. В результате взаимодействия переменных составляющих вихревого тока путевого полотна с магнитным полем, вызвавшим их, в определенном диапазоне скоростей создается тяговое усилие, снижающее общее тормозное усилие, а следовательно, и увеличивающее левитационное качество устройства. В результате экспериментальных исследований силовых характеристик на физической модели электродинамического подвеса установлено, что профилирование полотна в продольном направлении приводит к уменьшению тормозной электромагнитной силы в 1,3 1,8 раза по сравнению с плоским полотном при практически неизменном среднем значении отталкивающей силы, что соответствует увеличению коэффициента левитационного качества в среднем в 1,5 раза. Известно, что электромагнитная мощность привода, необходимая для обеспечения движения с установившейся скоростью 100 м/с транспортного средства массой 40 т над плоским, однородным, ограниченным по ширине полотном составляет 3,5 4,0 МВт и расходуется на преодоление тормозных сил в системе подвеса, направления и аэродинамического происхождения. Мощность, затрачиваемая на преодоление тормозных сил в системе подвеса, определяется формулой: P_эм= F_тV F_лV m_т.cg·V где F_т, F_л силы торможения и левитации соответственно; m_т,с g сила веса транспортного средства; η коэффициент левитационного качества; V скорость движения транспортного средства. Коэффициент левитационного качества в таких системах составляет 20-25, а потери мощности в системе подвеса Р_эм ≈ 2 МВт, увеличение η профилированием полотна снижает Р_эм до 1,5 МВт и, следовательно, уменьшает энергозатраты на перемещение транспортного средства на 12-15%

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее установленный на экипаже источник магнитного поля и расположенный под ним немагнитный токопроводящий путевой элемент, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат, токопроводящий путевой элемент выполнен с профилированной плоскостью, параллельной источнику магнитного поля.

РИСУНКИ

Рисунок 1