Электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта

 

Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту с линейным синхронным тяговым электродвигателем. Тяговая система содержит экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках - сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейного электродвигателя. Путевое полотно имеет форму желоба, на вертикальных стенках которого расположены катушки статорной обмотки линейного электродвигателя. Обмотка выполнена в виде электрически несвязанных участков. На днище желоба расположены дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса. Катушки статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, снабжены экраном из электропроводящего немагнитного материала. Изобретение позволяет уменьшить энергозатраты на тягу при переходе экипажем с одного питаемого участка на другой за счет уменьшения изменения силы тяги на переходе. 2 ил.

Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту (ВСНТ), а конкретнее к электрической тяговой системе для ВСНТ с линейным синхронным тяговым электродвигателем (ЛСТЭД).

Известны электрические тяговые системы для высокоскоростного наземного транспорта, в которых сила подвеса возникает в результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек, расположенных на днище экипажа, с вихревыми токами, наведенными в сплошном электропроводящем путевом полотне при движении экипажа вдоль путевого полотна за счет взаимодействия полей статорных обмоток линейного синхронного тягового электродвигателя, расположенных на боковых стенках путевого U-образного желоба и катушек возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, расположенных на боковых стенках экипажа. (Наземный транспорт с магнитным подвесом и линейным приводом: Тр. ин-тов инж. ж.-д. трансп. /Под общ. Ред. В.Д. Нагорского, В.А. Винокурова. /Моск. ин-т инж. ж.-д. трансп. - М., 1981. - Вып. 683. - С.60-64; Транспорт с магнитным подвесом. /Ю.А. Бахвалов, В.И. Бочаров, В.А. Винокуров, В.Д. Нагорский; Под ред. В.И. Бочарова, В.Д. Нагорского. - М.: Машиностроение, 1991, с.32, 87-94). В результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек, расположенных на днище экипажа, с вихревыми токами, наведенными в сплошном электропроводящем путевом полотне при движении экипажа, кроме подъемной силы создается сила торможения. Обе эти силы действуют на экипажную сверхпроводящую катушку.

С целью снижения потерь энергии в статорной обмотке ЛСТЭД ее разделяют на электрически несвязанные отдельные секции - питаемые участки. При прохождении экипажем стыка двух питаемых участков происходит увеличение силы тяги (Гамаюнов А., Ким К. Электромеханические процессы на стыках участков путевой структуры высокоскоростного наземного транспорта // Тез. докл. международной науч.-технич. конф. UEES'95. - Севастополь, 1995, с.95-102).

Основным недостатком такой системы является малое значение левитационного качества, что приводит к необходимости увеличивать мощность линейного синхронного тягового электродвигателя, и изменение сил тяги, подвеса и направления при переходе с одного питаемого участка на другой (переход стыка питаемых участков), что приводит к необходимости усложнения системы управления ЛСТЭД, а следовательно, к увеличению стоимости системы управления ЛСТЭД и экипажа, а также повышению энергозатрат на тягу.

Известна электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта, которая содержит экипаж, внутри которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса и сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя. Путевое полотно выполнено в форме U-образного желоба, на днище которого жестко укреплена путевая структура подвеса, выполненная в виде дискретной структуры из электропроводящего материала. Сила тяги создается в результате взаимодействия магнитных полей сверхпроводящих катушек возбуждения с полем статорных обмоток, жестко укрепленных на вертикальных стенках желоба. Статорная обмотка ЛСТЭД разделена на отдельные электрически несвязанные секции. Сила подвеса создается в результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек системы электродинамического подвеса, расположенных на днище экипажа с вихревыми токами, наведенными в путевой структуре (Торнтон Р. Наземный транспорт 80-х годов - М.: Мир, 1974, с.91 и 92; Высокоскоростной наземный транспорт с линейным приводом и магнитным подвесом /В.И. Бочаров, В.А. Винокуров, В.Д. Нагорский и др.; под ред. В.И. Бочарова и В.Д. Нагорского. - М.: Транспорт, 1985, с.94).

Основным недостатком таких систем является изменение силы тяги при переходе с одного питаемого участка на другой (переход стыка питаемых участков), что приводит к необходимости усложнения системы управления ЛСТЭД, а следовательно, к увеличению стоимости системы управления ЛСТЭД и экипажа, а также повышению энергозатрат на тягу.

Задачей данного изобретения является уменьшение энергозатрат на тягу при переходе экипажем с одного питаемого участка на другой (переход стыка питаемых участков) за счет уменьшения изменения силы тяги при переходе с одного питаемого участка на другой (переход стыка питаемых участков).

Указанная задача достигается тем, что в электрической тяговой системе для высокоскоростного наземного транспорта, содержащей экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, и путевое полотно в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены катушки статорной обмотки линейного синхронного тягового электродвигателя, которая выполнена в виде электрически несвязанных участков, а на днище желоба расположены дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса, катушки статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, снабжены экраном из электропроводящего немагнитного материала.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта отличается тем, что катушки статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, снабжены экраном из электропроводящего немагнитного материала. Таким образом, заявленная система соответствует критерию "новизна".

Отмеченная новизна заявляемого устройства исследована по его существенным признакам на соответствие критерию "изобретательский уровень", при этом были приняты во внимание источники информации в данной и родственных областях техники, а также те условия, что все существенные признаки изобретения находятся в единой логической взаимосвязи и направлены в совокупности на достижение единого результата.

На фиг.1 показана электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта.

На фиг.2 показана электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта (сечение А-А).

Электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта (фиг.1 и 2) содержит экипаж 1, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса 2, а на боковых стенках расположены сверхпроводящие катушки 3 системы возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, и путевое полотно 4 в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены катушки 5 статорной обмотки линейного синхронного тягового электродвигателя, которая выполнена в виде электрически несвязанных участков, а на днище желоба расположены дискретные путевые структуры 6 системы электродинамического подвеса, катушки 5 статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем статорной обмотки, снабжены экраном 7 из электропроводящего немагнитного материала.

Вдоль путевого полотна на стенках путевого желоба 4 (фиг.2) размещена трехфазная статорная обмотка 5 линейного синхронного тягового электродвигателя, посредством которой создается бегущее магнитное поле, перемещающееся вдоль путевого полотна. Расположенные на экипаже 1 сверхпроводящие катушки возбуждения 3 линейного синхронного тягового электродвигателя создают магнитное поле, взаимодействие которого с бегущим магнитным полем статорных обмоток 5 приводит к возникновению силы тяги, обеспечивающей движение экипажа 1 вдоль путевого полотна со скоростью, равной скорости бегущего магнитного поля статора.

На днище путевого желоба 4 установлены катушки дискретной путевой структуры системы электродинамического подвеса 6. При движении экипажа 1 вдоль днища путевого желоба 4 происходит взаимодействие магнитного поля сверхпроводящих катушек 2, расположенных на днище экипажа 1, с вихревыми токами, наведенными в катушках дискретной путевой структуры системы электродинамического подвеса 6, что приводит к возникновению электродинамической силы отталкивания - подъемной силы.

Катушки статорных обмоток 5 на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, снабжены экраном 7 из электропроводящего немагнитного материала (алюминий, медь).

При прохождении экипажем 1 стыка двух питаемых участков статорной обмотки 5 происходит увеличение силы тяги линейного синхронного тягового электродвигателя, но одновременно с этим наличие электропроводящего немагнитного экрана 7 приводит к ослаблению магнитной связи между катушками возбуждения 3 и статорной обмоткой 5, что обуславливает уменьшение силы тяги. Результирующая сила тяги вследствие этих двух противоположных процессов остается практически неизменной по величине.

Сравнительный анализ электрической тяговой системы для высокоскоростного наземного транспорта с дискретной путевой структурой и электрической тяговой системы для высокоскоростного наземного транспорта с дискретной путевой структурой и экраном из немагнитного электропроводящего материала показывает целесообразность применения для катушек статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенных в начале набегаемого участка статорной обмотки, экрана из электропроводящего немагнитного материала, использование которого позволяет уменьшить стоимость системы управления ЛСТЭД и экипажа, а также уменьшить энергозатраты на тягу при переходе экипажем с одного питаемого участка на другой (переходе стыка питаемых участков) за счет уменьшения изменения сил тяги, подвеса и направления при переходе с одного питаемого участка на другой.

Формула изобретения

Электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта, содержащая экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, и путевое полотно в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены катушки статорной обмотки линейного синхронного тягового электродвигателя, которая выполнена в виде электрически несвязанных участков, а на днище желоба расположены дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса, отличающаяся тем, что катушки статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, снабжены экраном из электропроводящего немагнитного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2