電磁道岔用電磁鐵、電磁道岔及轉轍方法與流程

本發明涉及電磁道岔技術，具體涉及電磁道岔用電磁鐵，采用該電磁鐵結構的電磁道岔，以及利用該電磁道岔進行轉轍的方法。

背景技術：
目前關于電磁道岔用電磁鐵的研究較少，只有一篇“ATurnoutSwitchforaSuperconductivelyLevitatedLinearTransportSystem”的文章描述了關于電磁道岔用電磁鐵的相關研究進展。該電磁鐵通過線圈通電產生磁場，用鐵軛聚集磁力線至磁極(即軌道面)，從而產生能實現左轉或右轉所需要的特定磁場。現有電磁鐵所產生的磁通密度不能達到永磁體磁通密度的大小，從而導致軌道上表面磁場在道岔處不均勻，進而引起高溫超導磁浮車在通過道岔時運行不平穩的現象。

技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種電磁道岔用電磁鐵、電磁道岔及轉轍方法，以解決電磁道岔產生磁通密度與永磁軌道的磁通密度相匹配的問題。本發明專利涉及一種電磁道岔用電磁鐵，其包括：鐵芯和線圈，所述鐵芯包含四個分支，四個分支從左向右依次并排設置，同一側的一端匯集為一體，靠左的兩個分支的另一端匯集后延伸出磁極A，靠右的兩個分支的另一端匯集后延伸出磁極B；每個分支上纏繞一個線圈，四個線圈連接；靠左的兩個分支上的線圈的通電方向和靠右的兩個分支上的線圈通電方向不同。在一些實施例中，優選為，靠左的兩個分支上的線圈通電方向相同；靠右的兩個分支上的線圈通電方向相同。在一些實施例中，優選為，所述鐵芯的拐角處倒圓角。在一些實施例中，優選為，所述鐵芯為鐵鈷合金鐵芯，所述線圈為銅線圈。在一些實施例中，優選為，鐵芯體積為20mm×180mm×260mm。本發明還提供了一種包含上述電磁鐵的電磁道岔，所述電磁鐵垂直于分岔處永磁軌道，電磁道岔用電磁鐵的磁極嵌入所述永磁軌道內，磁極A和磁極B處于分岔處的中心位置，二者之間相間一塊永磁體大小的空隙。在一些實施例中，優選為，所述永磁軌道采用釹鐵硼永磁體，為Halbach型永磁軌道。本發明還提供了一種利用所述的電磁道岔進行轉轍的方法，其包括：確定待轉轍方向；根據待轉轍方向對線圈通電，以在待轉轍方向上產生均勻磁場，在非待轉轍方向上產生不均勻磁場。在一些實施例中，優選為，所述根據待轉轍方向對線圈通電的方式為：當左轉時：靠右的兩個分支上的線圈通電方向為自紙內向紙外，靠左的兩個分支上的線圈通電方向為自紙外向紙內；當右轉時：靠右的兩個分支上的線圈通電方向為自紙外向紙內，靠左的兩個分支上的線圈通電方向為自紙內向紙外。本發明實施例提供的電磁道岔用電磁鐵、電磁道岔及轉轍方法，與現有技術相比，該電磁鐵結構包括：鐵芯和線圈，所述鐵芯包含四個分支，四個分支從左向右依次并排設置，實現Halbach陣列電磁道岔最關鍵的部件為電磁鐵，本專利提出了可用于實現Halbach陣列的電磁道岔用電磁鐵的設計方案。同一側的一端匯集為一體，靠左的兩個分支的另一端匯集后延伸出磁極A，靠右的兩個分支的另一端匯集會延伸出磁極B；每個分支上纏繞一個線圈，四個線圈連接；根據上述連接方式，可對靠左的兩個分支和靠右的兩個分支線圈分別通以不同方向的電流。在保證電磁道岔可行性的基礎上將電磁鐵的三個磁極簡化為兩個磁極，降低了制造電磁鐵所需要的成本；為了保證電磁道岔的穩定性，電磁鐵的磁通密度需要與永磁體的磁通密度相匹配，該電磁鐵采用上述特殊形狀的鐵芯，采用多個線圈以產生更大的磁通密度，根據以上設計可以通過簡單的調節電磁鐵通電電流大小即可達到與永磁體匹配的磁通密度。附圖說明圖1為本發明一個實施例中電磁道岔用電磁鐵的示意圖；圖2為本發明一個實施例中Halbach型永磁軌道電磁道岔結構示意圖；圖3為本發明一個實施例中Halbach型永磁軌道電磁道岔原理示意圖。具體實施方式下面通過具體的實施例結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。現有電磁鐵所產生的磁通密度不能達到永磁體磁通密度的大小，從而導致軌道上表面磁場在道岔處不均勻，進而引起高溫超導磁浮車在通過道岔時運行不平穩的現象。導致這一缺點的主要原因為電磁鐵設計不合理，具體表現為：鐵芯尺寸較小，在高溫超導磁懸浮車懸浮高度處的磁通密度尚未達到要求時鐵芯已經飽和，而鐵芯飽和后就不能通過增大電流來達到增大磁通密度的目的。為此，本發明提供了一種電磁道岔用電磁鐵、電磁道岔及轉轍方法。具體為：電磁道岔用電磁鐵，包括：鐵芯和線圈，鐵芯包含四個分支，四個分支從左向右依次并排設置，同一側的一端匯集為一體，靠左的兩個分支的另一端匯集后延伸出磁極A，靠右的兩個分支的另一端匯集后延伸出磁極B；每個分支上纏繞一個線圈，四個線圈(13a、13b、13c、13d)連接；可對靠左的兩個分支和靠右的兩個分支線圈分別通以不同方向的電流。一種包含電磁鐵的電磁道岔，電磁鐵垂直于分岔處永磁軌道，電磁道岔用電磁鐵的磁極嵌入永磁軌道內，磁極A和磁極B處于分岔處的中心位置，二者之間相間一塊永磁體大小的空隙。一種利用電磁道岔進行轉轍的方法，其包括：確定待轉轍方向；根據待轉轍方向對線圈通電，以在待轉轍方向上產生均勻磁場，在非待轉轍方向上產生不均勻磁場。該電磁鐵結構包括：鐵芯和線圈，鐵芯包含四個分支，四個分支從左向右依次并排設置，實現Halbach陣列電磁道岔最關鍵的部件為電磁鐵，本專利提出了可用于實現Halbach陣列的電磁道岔用電磁鐵的設計方案。同一側的一端匯集為一體，靠左的兩個分支的另一端匯集后延伸出磁極A，靠右的兩個分支的另一端匯集會延伸出磁極B；每個分支上纏繞一個線圈，四個線圈連接；根據上述連接方式，可對靠左的兩個分支和靠右的兩個分支線圈分別通以不同方向的電流。在保證電磁道岔可行性的基礎上將電磁鐵的三個磁極簡化為兩個磁極，降低了制造電磁鐵所需要的成本；為了保證電磁道岔的穩定性，電磁鐵的磁通密度需要與永磁體的磁通密度相匹配，該電磁鐵采用上述特殊形狀的鐵芯，采用多個線圈以產生更大的磁通密度，根據以上設計可以通過簡單的調節電磁鐵通電電流大小即可達到與永磁體匹配的磁通密度。下面對要保護的技術進行詳細說明：Halbach陣列具有極強的聚磁能力，是迄今為止能通過最少永磁體用量產生最強磁場的軌道排列方式。目前已經有很多國家的高溫超導磁浮車系統采用Halbach陣列作為其永磁軌道的排列方式。永磁軌道是高溫超導磁懸浮系統不可或缺的重要組成部分，目前常用的永磁軌道的排列方式主要有傳統單峰型永磁軌道和Halbach型永磁軌道，現有技術對傳統單峰型永磁軌道電磁道岔用電磁鐵進行了分析設計，Halbach因其可采用盡量少的永磁體用量產生較大的磁通密度而被廣泛應用，然而目前還沒有關于Halbach型永磁軌道電磁道岔用電磁鐵的設計，本專利提出了Halbach型永磁軌道的電磁道岔用電磁鐵設計，為以后高溫超導磁懸浮系統電磁道岔研究提供了重要的設計思路。目前傳統單峰永磁軌道電磁道岔用電磁鐵所提供磁通密度較小，導致在道岔部位電磁鐵與永磁體的高磁通密度不匹配，從而導致通過道岔時高溫超導磁浮車輛運行不穩定，本發明就這一缺點做出了以下相應的改進，用以提高電磁鐵所產生的磁通密度。電磁道岔用電磁鐵，如圖1所示，其包括：鐵芯1和線圈，鐵芯包含四個分支，四個分支從左向右依次并排設置，同一側的一端匯集為一體，靠左的兩個分支的另一端匯集后延伸出磁極A，靠右的兩個分支的另一端匯集會延伸出磁極B；圖1中陰影部分為磁極A和磁極B。每個分支上纏繞一個線圈，四個線圈以一定方式連接；根據上述連接方式，可對靠左的兩個分支和靠右的兩個分支線圈分別通以不同方向的電流。該鐵芯的特殊結構，左右分支的鐵芯分別匯集成兩個磁極，一方面將磁場有效引導至磁極，形成在某個轉轍方向上的均勻磁場，另一方面，相對三個磁極的設計來說減少了生產成本。采用多個線圈以產生更大磁通密度。對現有傳統單峰型永磁軌道電磁道岔用電磁鐵中鐵芯的拐角處設計不合理，現有的鐵芯拐角處為直角，容易產生漏磁。而漏磁現象使得增大軌道表面磁通密度更加困難。對其進行改進，在電磁鐵的鐵芯拐角處設計倒圓角，減小漏磁通，增大了電磁鐵產生的磁通密度。鑒于電磁道岔用電磁鐵的特殊性，該電磁鐵采用具有高飽和磁感應強度和高磁導率的鐵鈷合金，線圈采用銅線圈，進一步增大電磁鐵所產生的磁通密度。以往設計中電磁鐵鐵芯較小，容易飽和，而飽和后電磁鐵的磁通密度不再隨著通電電流的增大而增大，為此，本電磁鐵結構中加大了電磁鐵的鐵芯體積，將鐵芯體積設計為20mm×180mm×260mm，以減緩鐵芯飽和速度，增加電磁鐵所產生的磁通密度。如圖3所示，經過上述改進電磁鐵的磁通密度幾乎能與原永磁體形成的永磁軌道所產生的磁通密度相匹配。將該電磁鐵結構用于設計電磁道岔，如圖2所示，電磁鐵垂直于分岔處永磁軌道，電磁道岔用電磁鐵的磁極嵌入永磁軌道2內，磁極A和磁極B處于分岔處的中心位置，二者之間相間一塊永磁體大小的空隙。在Y字型軌道中，通過在電磁鐵的線圈中通入不同方向的電流，形成在某個特定方向的均勻磁通密度，引導磁懸浮列車朝該方向轉轍，永磁軌道采用釹鐵硼永磁體，為Halbach型永磁軌道，具有極強的聚磁能力，是迄今為止能通過最少永磁體用量產生最強磁場的軌道排列方式。利用上述電磁道岔進行轉轍，其包括：確定待轉轍方向；根據待轉轍方向對線圈通電，以在待轉轍方向上產生均勻磁場，在非待轉轍方向上產生不均勻磁場。圖3為Halbach永磁軌道的電磁道岔原理，當小車需要左轉時，改變線圈(13a、13b、13c、13d)電流方向使其磁化方向如粗黑框1a所示，即在左軌道(B)運行方向形成了均勻的磁場，使得小車向左軌道運行，同時在右軌道運行方向形成的不均勻的磁場進一步保證小車準確的運行方向。當小車需要右轉時，改變線圈(13a、13b、13c、13d)電流方向使其磁化方向如粗黑框1b所示，即在右軌道(C)運行方向形成了均勻的磁場，使得小車向右軌道運行，同時在左軌道運行方向形成不均勻的磁場進一步保證小車準確的運行方向。線圈的通電方向具體為：當需要左轉時，電磁鐵的磁化方向為1a，右轉時電磁鐵的磁化方向為1b。當需要右轉時，根據安培定律可知，線圈13a、13b(靠左的兩個)的通電方向為從紙內向紙外；線圈13c、13d的通電方向為從紙外向紙內，此時電磁鐵的磁化方向與圖3中1b所示相同，因此可以實現一次平穩的右轉道岔。當需要左轉時，根據安培定律可知，線圈13a、13b(靠左的兩個)的通電方向為從紙外向紙內；線圈13c、13d的通電方向為從紙內向紙外，此時電磁鐵的磁化方向與圖3中1a所示相同。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。