Система электродинамического подвеса
Владельцы патента RU 2677216:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" ФГБОУ ВО ПГУПС (RU)
Изобретение относится к магнитным подвескам для транспортных средств. Система электродинамического подвеса содержит экипаж и путевое полотно в виде желоба. На днище экипажа расположены сверхпроводящие соленоиды возбуждения системы электродинамического подвеса. На боковых стенках экипажа расположены сверхпроводящие соленоиды системы возбуждения линейного синхронного двигателя. На вертикальных стенках желоба расположены статорные обмотки линейного синхронного двигателя. На днище желоба расположены путевые структуры подвеса, выполненные на участках движения с крейсерской скоростью в виде многозвенной путевой структуры, а на участках разгона конечных станций в виде дискретного набора короткозамкнутых катушек. При этом в днище передней части экипажа, обращенном к путевому полотну, выполнены воздухозаборники, соединенные с помощью поддувочных канавок, выполненных в днище экипажа, с профилированными спиральными канавками на нижней поверхности днища. Технический результат заключается в повышении значения коэффициента качества левитации. 2 ил.
Изобретение относится к транспорту, а конкретнее к системам электродинамического подвеса для высокоскоростного транспорта.
Известна система подвеса (Р. Торнтон. Наземный транспорт 80-х годов - М.: Мир. 1974. С. 91-92), которая содержит экипаж, внутри которого расположены сверхпроводящие соленоиды возбуждения системы электродинамического подвеса и сверхпроводящие соленоиды системы возбуждения линейного синхронного двигателя. Путевое полотно выполнено в форме U-образного желоба, на днище которого жестко укрепленная путевая структура подвеса, выполненная в виде многозвенной структуры из электропроводящего материала. Сила тяги создается в результате взаимодействия магнитных полей сверхпроводящих соленоидов с полем статорных обмоток, жестко укрепленных на вертикальных стенках желоба. Сила левитации создается в результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих соленоидов возбуждения системы электродинамического подвеса, расположенных на днище экипажа с вихревыми токами, наведенными в путевой структуре. Сила магнитного торможения FD достигает своего максимального значения при низких скоростях (8-16 км/ч), а затем уменьшается обратно пропорционально скорости.
Основным недостатком данной системы является то, что отрицательное влияние силы магнитного торможения FD приводит к необходимости увеличения электрического тока в сверхпроводящих соленоидах для реализации необходимого значения коэффициента качества левитации (kLD=FL/FD, где FL - сила левитации), величина которого ограничена по условиям поддержания сверхпроводящего состояния соленоидов, что обусловливает низкое качество левитации.
Известна система электродинамического подвеса (RU №13782, B60L 13/10, 27.05.2000), выбранная в качестве прототипа, которая содержит экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие соленоиды возбуждения системы электродинамического подвеса, на боковых стенках которого расположены сверхпроводящие соленоиды системы возбуждения линейного синхронного двигателя, и путевое полотно в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены статорные обмотки линейного синхронного двигателя, а на днище которого расположены путевые структуры подвеса, выполненные на участках движения с крейсерской скоростью в виде многозвенной путевой структуры, а на участках разгона конечных станций в виде дискретного набора короткозамкнутых катушек.
Основным недостатком данной системы электродинамического подвеса является относительно низкое значение качества левитации, приводящее к необходимости увеличения тока через сверхпроводящие соленоиды для реализации требуемого значения коэффициента качества левитации kLD. В свою очередь максимальный ток через сверхпроводящие соленоиды имеет ограничение, связанное с типом применяемого сверхпроводящего провода в соленоидах.
Задачей данного изобретения является повышение коэффициента качества левитации kLD системы электродинамического подвеса за счет использования энергии потоков воздуха, протекающих между днищем движущегося экипажа и путевым полотном.
Технический результат достигается тем, что в системе электродинамического подвеса, содержащей экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие соленоиды возбуждения системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках которого расположены сверхпроводящие соленоиды системы возбуждения линейного синхронного двигателя, и путевое полотно в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены статорные обмотки линейного синхронного двигателя, а на днище которого расположены путевые структуры подвеса, выполненные на участках движения с крейсерской скоростью в виде многозвенной путевой структуры, а на участках разгона конечных станций в виде дискретного набора короткозамкнутых катушек, в днище передней части экипажа, обращенном к путевому полотну, выполнены воздухозаборники, соединенные с помощью поддувочных канавок, выполненных в днище экипажа, с профилированными спиральными канавками на нижней поверхности днища.
Вид днища экипажа предлагаемой системы электродинамического подвеса снизу приведен на фиг. 1.
На фиг. 2 изображен фронтальный вид экипажа системы электродинамического подвеса (разрез справа).
В днище передней части экипажа 1 (фиг. 1), обращенном к путевому полотну 2 (фиг. 2) выполнены воздухозаборники 3, соединенные с помощью поддувочных канавок 4 с профилированные спиральными канавки 5 (фиг. 1), выполненные в виде спиралей.
На боковых стенках 6 путевого полотна 2 (фиг. 2) расположены трехфазные статорные обмотки 7 линейного синхронного двигателя, например, петлевая или волновая (Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия. 1974. С. 403-431). На боковых стенках экипажа 1 жестко закреплены сверхпроводящие соленоиды системы возбуждения 8 линейного синхронного двигателя.
На путевом полотне 2 установлена путевая структура подвеса 9, которая на участках движения с крейсерской скоростью выполнена в виде многозвенной путевой структуры, представляющей из себя непрерывную систему замкнутых контуров, образующихся перемыканием продольных шин, выполненных из электропроводящего материала, например, из меди или алюминия, шинами-перемычками, выполненными из аналогичного электропроводящего материала, а на участках разгона конечных станций в виде дискретного набора короткозамкнутых катушек.
На днище внутри экипажа 1 жестко закреплены сверхпроводящие соленоиды возбуждения 10 системы электродинамического подвеса.
Работа системы электродинамического подвеса происходит следующим образом. При запитывании трехфазных статорных обмоток 7 последние создают продольное бегущее магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем сверхпроводящих соленоидов 8, в результате возникает сила тяги, приводящая в движение экипаж 1. При движении экипажа 1 под действием магнитного поля сверхпроводящих соленоидов 10, установленных в криостатах экипажа 1, которые на чертежах не показаны, в путевой структуре 9 наводятся токи. В результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих соленоидов 10 с вихревыми токами в путевой структуре 9 возникает подъемная сила FL.
При движении экипажа 1 системы электродинамического подвеса вдоль путевого полотна 2 образуется встречный воздушный поток, часть которого входит в зазор между днищем экипажа 1 и путевым полотном 2 и через воздухозаборники 3 и поддувочные канавки 4 поступает в профилированные спиральные канавки 5. Затем поступивший поток воздуха в профилированные спиральные канавки 5, превращаемый ими в вихрь, который «ввинчивается» в днище экипажа 1, образуя дополнительную аэродинамическую подъемную силу FП.
Таким образом, образование вихрей в профилированных спиральных канавках 5 позволяет увеличить значение подъемной силы FL за счет использования набегающих в зазор между нижней поверхностью днища экипажа 1 и путевым полотном 2 встречных потоков воздуха на величину равную FП и, следовательно, повысить значение коэффициента качества левитации kLD.
Система электродинамического подвеса, содержащая экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие соленоиды возбуждения системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках которого расположены сверхпроводящие соленоиды системы возбуждения линейного синхронного двигателя, и путевое полотно в виде желоба, на вертикальных стенках которого расположены статорные обмотки линейного синхронного двигателя, а на днище которого расположены путевые структуры подвеса, выполненные на участках движения с крейсерской скоростью в виде многозвенной путевой структуры, а на участках разгона конечных станций в виде дискретного набора короткозамкнутых катушек, отличающаяся тем, что в днище передней части экипажа, обращенном к путевому полотну, выполнены воздухозаборники, соединенные с помощью поддувочных канавок, выполненных в днище экипажа, с профилированными спиральными канавками на нижней поверхности днища.
