ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИМ ПОДВЕСОМ Российский патент 1997 года по МПК B60L13/04 

Изобретение относится к области скоростного наземного транспорта на магнитном подвесе с использованием, в частности, электродинамического подвеса.

Известно транспортное средство с электродинамическим подвесом, содержащее размещенные на экипаже пары вертикальных и горизонтальных сверхпроводящих катушек, а также размещенную на путевом полотне напротив горизонтальных сверхпроводящих катушек пару горизонтальных контуров подвески и вертикальный контур направления и тяги, расположенный на центральном выступе путевого полотна между вертикальными сверхпроводящими катушками экипажа.

К недостаткам данного устройства можно отнести большое количество сверхпроводящих катушек на экипаже, что экономически нерационально, значительную силу электродинамического торможения, а также сильное магнитное поле в салоне экипажа, что недопустимо по требованиям безопасности пассажиров и магниточувствительного оборудования.

Известно транспортное средство с электродинамическим подвесом, содержащее размещенные на экипаже две пары горизонтальных сверхпроводящих катушек, а также электропроводящие пластины путевого полотна, имеющие горизонтальные и вертикальные участки, размещенные на выступе путевого полотна между сверхпроводящими катушками экипажа.

В данном устройстве уменьшена сила электродинамического торможения экипажа за счет системы "нулевого потока" сверхпроводящих катушек. Однако в известном транспортном средстве также необходимо большое число сверхпроводящих катушек. Кроме того, магнитное поле в салоне экипажа имеет недопустимо высокий уровень.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является транспортное средство с электродинамическим подвесом, содержащее расположенные на путевом полотне горизонтально контура подвески и вертикально контура направления, а также взаимодействующие с данным короткозамкнутыми контурами, горизонтально размещенные на экипаже сверхпроводящие катушки, при этом между днищем салона экипажа и сверхпроводящими катушками установлены с возможностью вращения приводом экранирующие пластины.

В устройстве-прототипе на экипаже размещено малое количество сверхпроводящих катушек, что повышает экономичность и надежность транспортного средства. При этом обеспечивается низкий уровень магнитного поля в салоне экипажа, что гарантирует безопасность пассажиров и оборудования от этого неблагоприятного фактора.

Однако в известном транспортном средстве довольно большая сила электродинамического торможения, что приводит к значительным энергозатратам на движение экипажа. Это объясняется тем, что в системе "нормального потока" электродинамического подвеса существенная нормальная (перпендикулярная) компонента магнитного поля от сверхпроводящих катушек в зоне путевых контуров подвески. Взаимодействие индуцированного тока в поперечных направлению движения экипажа участках путевых контуров подвески с нормальной компонентой поля приводит к значительной силе торможения.

Целью изобретения является снижение энергозатрат на движение экипажа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном транспортном средстве с электродинамическим подвесом, содержащем расположенные на полотне горизонтально ориентированные контура подвески и вертикально ориентированные контура направления, установленные на экипаже и взаимодействующие с упомянутыми контурами сверхпроводящие катушки, и установленный на закрепленном на днище экипажа, вертикально ориентированном валу между днищем экипажа и сверхпроводящими катушками с возможностью вращения экранирующий диск, путевое полотно выполнено с выемкой, расположенной под контурами подвески, а на валу установлен дополнительный экранирующий диск, расположенный под первым и размещенный в упомянутой выемке.

Уменьшение силы электродинамического торможения в данном транспортном средстве достигается за счет уменьшения нормальной компоненты магнитного поля, влияющей на силу торможения F_D экипажа, и увеличения тангенциальной (горизонтальной) компоненты поля, влияющей на силу подвеса F_L экипажа, в зоне путевых контуров подвески, что возникает при вращении дополнительного экранирующего диска. Фактически здесь реализуется принцип системы "нулевого потока", характеризующейся малой тормозной силой и высоким коэффициентом левитационного качества K=F_L/F_D. При этом, регулируя скорость вращения дополнительного экранирующего диска, можно обеспечить систему "нормального потока", характеризующейся большой силой подвеса F_L, при неподвижном диске, систему "нулевого потока" при вращении диска с высокой скоростью, а также различный диапазон соотношений сил F_L и F_D при промежуточных скоростях вращения диска. В известных транспортных средствах с системой "нулевого потока", содержащих сверхпроводящие катушки, такое регулирование, особенно быстрое, практически невозможно из-за сложности изменения тока в катушках, связанных с потерями на переменном токе и возможностью перехода сверхпроводящих катушек в нормальное состояние.

На чертеже представлена схема транспортного средства с электродинамическим подвесом.

Транспортное средство с электродинамическим подвесом состоит из экипажа 1, в нижней части которого расположены ряды сверхпроводящих катушек 2, размещенных в криостатах и взаимодействующих с установленными на путевом полотне 3 электропроводящими контурами подвески 4 и комбинированными контурами тяги и направления 5. На экипаже 1 между сверхпроводящими катушками 2 и расположенным в верхней части экипажа салоном 6 размещены экранирующие диски 7. Каждый экранирующий диск 7 снабжен расположенным параллельно с ним на одной оси дополнительным экранирующим диском 8, установленным под сверхпроводящими катушками на выступе 9 экипажа 1. Выступ 9 экипажа с дополнительным экранирующим диском 8, расположенным под диском 7, размещен в выемке путевого полотна, расположенной под контурами подвески 4. Экранирующие диски 7 и 8 выполнены из электропроводящего диамагнитного материала, например, из меди, алюминия. Экранирующий диск 7 соединен с возможностью вращения со вспомогательным приводом 10 через установленный в центре перпендикулярно плоскости диска вал 11. Вспомогательный привод 10 может включать, например, электродвигатель или аэродинамический двигатель. Вал 11 экранирующего диска 7 соединен с валом 12 дополнительного экранирующего диска 8 посредством муфты 13. Между выступом 9 экипажа и сверхпроводящими катушками 2 имеется полость 14, в которой размещены на боковых выступах 15 путевого полотна 3 контура подвески 4. Комбинированные контура тяги и направления 5 путевого полотна выполнены в виде пары вертикально установленных петель, встречно соединенных между собой электропроводящими перемычками 16.

Транспортное средство с электродинамическим подвесом работает следующим образом.

При возбуждении сверхпроводящих катушек 2 током в салоне 6 экипажа 1 образуется магнитное поле. При помощи вспомогательного привода 10 через вал 11 экранирующие диски 7 приводятся во вращение. В этих экранирующих дисках наводятся вихревые токи, магнитное поле которых противоположно магнитному полю сверхпроводящих катушек 2. В результате взаимодействия магнитных полей происходит уменьшение магнитного поля в салоне экипажа. При этом можно выбрать скорость вращения 7 такой, чтобы магнитное поле в салоне экипажа не превышало допустимого значения.

При движении экипажа 1 под действием запитанных током комбинированных контуров тяги и направления 5, взаимодействующих с магнитным полем сверхпроводящих катушек 2, в путевых контурах подвески 4 индуцируются вихревые токи, которые совместно с магнитным полем катушек создают силу подвеса экипажа. Аналогично при боковом смещении экипажа в контурах 5 индуцируются токи, возвращающие экипаж в исходное положение.

При вращении дополнительного экранирующего диска 8, осуществляемого вспомогательным приводом 10 через муфту 13, в них наводятся вихревые токи, магнитное поле которых противоположно магнитному полю сверхпроводящих катушек 2. За счет этого происходит уменьшение нормальной компоненты магнитного поля в путевых контурах подвески, а значит и силы электродинамического торможения экипажа. Муфта 13 позволяет при неизменной скорости вращения экранирующего диска 7, регулируя зацепление валов 11 и 12, изменять скорость вращения дополнительного экранирующего диска 8. Так при расцепленной муфте, т.е. при неподвижном диске 8 имеет место "нормальный поток" системы электродинамического подвеса, характеризующийся большой силой подвеса. При полностью зацепленной муфте, т.е. при вращении диска 8 с высокой скоростью имеет место "нулевой поток" системы электродинамического подвеса, характеризующийся малой силой торможения, высоким коэффициентом левитационного качества, а значит и низкими энергозатратами на движение экипажа и повышенной жесткостью к вертикальным колебаниям экипажа. Вращение диска с промежуточными скоростями позволяет обеспечить оптимальное соотношение сил подвеса и торможения экипажа.

Выделяемое в экранирующих дисках тепло можно использовать для функционирования экипажа, например, для обогрева салона.

Таким образом, в предлагаемом транспортном средстве с электродинамическим подвесом обеспечиваются:
низкие энергозатраты на движение экипажа за счет малой силы электродинамического торможения;
экономичность конструкции за счет малого количества сверхпроводящих катушек на экипаже, обеспечивающей электродинамическую систему "нулевого потока";
возможность легкого регулирования электродинамического подвеса от системы "нормального потока" до системы "нулевого потока" и наоборот, что достигается регулировкой зацепления муфты;
малый уровень магнитного поля в салоне экипажа;
улучшенные демпфирующие характеристики экипажа за счет повышенной жесткости подвеса к вертикальным колебаниям.

Использование: изобретение относится к области скоростного наземного транспорта на магнитном подвесе с использованием, в частности, электродинамического подвеса. Сущность изобретения: на экипаже 1 между сверхпроводящими катушками 2 и расположенным в верхней части экипажа салоном 6 размещены экранирующие диски 7. Под каждым диском 7 соосно расположен дополнительный экранирующий диск 8. Выступ 9 экипажа 1 с дополнительным экранирующим диском 8 размещен в выемке путевого полотна под контурами подвески 4. Экранирующий диск 7 соединен с возможностью вращения со вспомогательным приводом 10. Вал 11 экранирующего диска 7 соединен с валом 12 дополнительного экранирующего диска 8 посредством муфты 13. 1 ил.

Транспортное средство с электродинамическим подвесом, содержащее расположенные на путевом полотне горизонтально ориентированные контура подвески и вертикально ориентированные контура направления, установленные на экипаже и взаимодействующие с упомянутыми контурами сверхпроводящие катушки, отличающееся тем, что оно снабжено установленным на закрепленном на днище экипажа вертикально ориентированном валу между днищем экипажа и сверхпроводящими катушками с возможностью вращения экранирующим диском, а путевое полотно выполнено с выемкой, расположенной под контурами подвески, причем на валу установлен дополнительный экранирующий диск, расположенный под первым и размещенный в упомянутой выемке путевого полотна.