УСТРОЙСТВО МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Название	УСТРОЙСТВО МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Разработчик (Авторы)	Антонов Ю.Ф., Зайцев А.А., Занин В.П., Корчагин А.Д.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2539304
Дата регистрации	27.03.2013
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения"

Описание изобретения

Изобретение относится к области магнитолевитационной транспортной технологии, а именно к конструкции узла (системы) магнитной левитации для достижения магнитодинамической левитации на стоянке, участках разгона и торможения транспортного средства.

Известно устройство «Electromagnetic Inductive Suspension and Stabilization System for a Ground Vehicle» - «Электромагнитная индуктивная подвеска и система стабилизации для наземных транспортных средств» (US №3,470,828; В61В 13/08; H01F 7/00; H02K 41/00, 07.10.1969). Электромагнитная индуктивная подвеска и система стабилизации для наземных транспортных средств содержит четыре сверхпроводниковых катушки, попарно расположенные на правом и левом бортах транспортного средства и создающие в направлении движения транспортного средства магнитное поле переменной полярности. На активной путевой структуре имеются горизонтальные и вертикальные короткозамкнутые электропроводящие контуры, установленные в два ряда с обеих сторон транспортного средства по направлению его движения. Горизонтальные и вертикальные короткозамкнутые электропроводящие контуры соответственно обеспечивают левитацию и боковую стабилизацию транспортного средства. В данном техническом решении при движении транспортного средства электромагнитное взаимодействие бортовых сверхпроводниковых катушек с горизонтальными короткозамкнутыми электропроводящими контурами создает подъемную силу, а с вертикальными короткозамкнутыми электропроводящими контурами - силу в горизонтальном боковом направлении тогда, когда вертикальные короткозамкнутые электропроводящие контуры смещаются влево или вправо от плоскости симметрии бортовых сверхпроводниковых катушек.

Однако установленные на активной путевой структуре горизонтальные и вертикальные короткозамкнутые контуры создают подъемную силу и боковую стабилизацию только при движении транспортного средства, причем переход транспортного средства в режим левитации происходит при высокой начальной скорости, вследствие чего транспортное средство для стоянки и передвижения на участках разгона и торможения нуждается в дополнительной установке вертикальных колес.

Известно устройство магнитодинамической левитации по технологии «Inductrack» (General Atomics Low Speed Maglev Technology Development Program (Supplemental #3). - Final Report. - FTA-CA-26-7025.2005. - May, 2005). Устройство магнитодинамической левитации «Inductrack» содержит установленные на несущей тележке транспортного средства бортовые постоянные магниты левитации и боковой стабилизации, собранные по схеме «массива Хальбаха», а на активной путевой структуре выполненные из электропроводящего материала плоские треки. Плоский трек из литцы представляет собой сборку из отрезков многожильного провода (литцы), которые накоротко соединены между собой в торцевой части. Плоский трек из ламината представляет собой пакет тонких электропроводящих листов с поперечной перфорацией. Сборка постоянных магнитов по схеме «массива Хальбаха» позволяет практически вдвое увеличить магнитную индукцию поля в левитационном зазоре, а горизонтально расположенные треки из литцы или ламината уменьшить потери на вихревые токи, что в совокупности повышает эффективность системы левитации и боковой стабилизации, позволяя снизить начальную скорость перехода транспортного средства в режим левитации.

Недостатками известного устройства являются невозможность обеспечения левитации транспортного средства на стоянке и, соответственно, потребность в дополнительной установке вертиткальных колес.

Известен аналог - электромагнитная система левитации транспортного средства (Deutsches Reichspatent DE643316 (С) - Schwebebahn mit raederlosen Fahrzeugen, die an eisemen Fahrschienen mittels magnetischer Felder schwebend entlang gefuehrt werden / Hermann Kemper. B60L 13/10. Дата уведомления о выдаче патента 11.07.1934 г., патент выдан 05.04.1937 г.), которое лежит в основе технологии «Transrapid» (Technology Comparison: High Speed Ground Transportation Transrapid Superspeed Maglev and Bombardier JetTrain / December 2002. - Sources for This Paper Federal Railroad Administration Transrapid Intemational-USA, Inc. Bombardier Transportation. - 17 с.), содержащее установленные в боковых камерах несущей тележки бортовые электромагниты левитации и боковой стабилизации с ферромагнитным сердечником, а на активной путевой структуре - набранный из листовой электротехнической стали ферромагнитный рельс. За счет притяжения снизу бортовых электромагнитов к ферромагнитному рельсу между транспортным средством и активной путевой структурой поддерживается левитационный зазор на стоянке, участках разгона, торможения и в пути. Электронная система регулирования тока бортовых электромагнитов левитации и боковой стабилизации, снабженная датчиками измерения зазора и обратной связью, обеспечивает левитацию на стоянке и при движении транспортного средства во всех скоростных режимах, не требуя дополнительной установки вертикальных колес.

Недостатками аналога являются сложность его конструкции и низкая эксплуатационная надежность, обусловленные необходимостью использования на борту транспортного средства силового источника питания электромагнитов и датчиков с электронной системой определения левитационного зазора, работающей с операционной скоростью 100 000 измерений в секунду.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому положительному техническому результату к заявляемому «Устройству магнитной левитации транспортного средства» является «Maglev Planar Transportation Vehicle» - «Магнитолевитационное плоское транспортное средство» (J.-H. Park, Y.S. Baek. Design and Analysis of a Maglev Planar Transportation Vehicle / IEEE Transaction on Magnetics. - 2008. - V.44. - №7. - P. 1830-1836), в котором устройство левитации содержит вертикально установленные на борту транспортного средства электродвигатели с торцевыми магнитными колесами на валу, а в активной путевой структуре - электропроводящие элементы в виде шины.

В данном техническом решении электромагнитное взаимодействие вращающихся магнитных колес с электропроводящими шинами обеспечивает левитацию транспортного средства - на стоянке, при разгоне, торможении и в пути.

Однако установленные на борту транспортного средства электродвигатели с магнитными колесами имеют большую массу и габариты, ухудшая массогабаритные показатели транспортного средства, и требуют для своей работы мощные бортовые источники питания.

Задачей заявляемого изобретения является создание нового устройства магнитной левитации транспортного средства с малыми удельными массогабаритными показателями элемента устройства магнитной левитации транспортного средства, устанавливаемого на борту транспортного средства, и отсутствием энергетических затрат бортовых источников питания на левитацию.

Технический результат достигается тем, что в устройстве магнитной левитации транспортного средства, включающем вертикально установленные электродвигатели с торцевыми магнитными колесами на валу и электропроводящим элементом, электродвигатели с торцевыми магнитными колесами на валу установлены в активной путевой структуре, а электропроводящий элемент - на несущей тележке транспортного средства, причем магнитные колеса выполнены в виде торцевых дисков с сегментами из постоянных магнитов, верхняя плоскость которых совпадает с верхней плоскостью основания активной путевой структуры, а электропроводящий элемент выполнен в виде развернутой «беличьей клетки», установленной в пазах ферромагнитного сердечника в днище несущей тележки транспортного средства.

За счет применения в активной путевой структуре вертикально расположенных двигателей с закрепленными на валах торцевыми дисками с постоянными магнитами наиболее громоздкий и обладающий большой массой элемент устройства магнитной левитации транспортного средства устанавливается вне транспортного средства, улучшая его массогабаритные показатели, и исключается необходимость в бортовых источниках питания для обеспечения левитации.

За счет применения в устройстве магнитной левитации транспортного средства развернутых обмоток типа «беличьей клетки», установленных горизонтально в днище несущей тележки транспортного средства, упрощается конструкция и улучшаются левитационные качества устройства магнитной левитации транспортного средства.

Сущность заявляемого технического решения поясняется фигурами 1, 2, 3, где:

на фиг.1 приведен чертеж (вид сверху) общего вида активной путевой структуры с вертикально установленными в ней электродвигателями с закрепленными на валах торцевыми дисками с постоянными магнитами в виде сегментов;

на фиг.2 приведен чертеж (продольный разрез) активной путевой структуры с вертикально установленными в ней электродвигателями и закрепленными на их валах торцевыми дисками;

на фиг.3 приведен чертеж (продольный разрез) развернутой обмотки типа «беличьей клетки» устройства магнитной левитации транспортного средства.

Сущность заявляемого технического решения состоит в следующем.

Устройство магнитной левитации транспортного средства устанавливается по его бортам. Оно содержит две линии электродвигателей 7, которые могут быть однотипными, с жестко посаженными на их валах торцевыми дисками 2, снабженными сегментами из постоянных магнитов 3 (фиг.1, 2). Электродвигатели 1 установлены в вертикальном положении в основании активной путевой структуры 4. Верхняя плоскость торцевых дисков 2 с сегментами из постоянных магнитов 3 совпадает с верхней плоскостью основания активной путевой структуры 4. Развернутую обмотку типа «беличьей клетки» из медных или алюминиевых стержней 5, замкнутых накоротко с торцов двумя электропроводящими шинами 6, вставляют в пазы ферромагнитного сердечника 7 без изоляции и устанавливают горизонтально вдоль обоих бортов в днище несущей тележки 8 транспортного средства (фиг.3). Медные или алюминиевые стержни 5 изготовляют путем заливки расплавленной меди или алюминия в пазы ферромагнитного сердечника 7. Вместе со стержнями 5 отливают и соединяющие их торцовые электропроводящие шины 6.

Устройство магнитной левитации транспортного средства работает следующим образом.

При пуске электродвигателей 1 магнитное поле, создаваемое вращающимися вместе с торцевыми дисками 2 сегментами из постоянных магнитов 3, наводит ток в короткозамкнутых стержнях 5 электропроводящими шинами 6. Взаимодействие наведенного тока с вращающимся магнитным полем создает подъемную силу, которая передается через ферромагнитный сердечник 7 на днище несущей тележки 8 транспортного средства, в результате чего транспортное средство, оставаясь неподвижным, начинает левитировать. Для улучшения эффективности работы устройства магнитной левитации транспортного средства вращение рядом расположенных электродвигателей 1 производят в противоположных направлениях (например, один электродвигатель - по часовой стрелке, другой - против часовой стрелки) с одинаковой частотой и так, чтобы одинаково намагниченные сегменты из постоянных магнитов 3 совпадали по фазе вращения. Таким образом, на стоянке, участках разгона и торможения обеспечивается магнитная левитация транспортного средства.

Формула изобретения

Устройство магнитной левитации транспортного средства, включающее вертикально установленные электродвигатели с торцевыми магнитными колесами на валу и электропроводящим элементом, отличающееся тем, что электродвигатели с торцевыми магнитными колесами на валу установлены в активной путевой структуре, а электропроводящий элемент - на несущей тележке транспортного средства, причем магнитные колеса выполнены в виде торцевых дисков с сегментами из постоянных магнитов, верхняя плоскость которых совпадает с верхней плоскостью основания активной путевой структуры, а электропроводящий элемент выполнен в виде развернутой «беличьей клетки», установленной в пазах ферромагнитного сердечника в днище несущей тележки транспортного средства.

Изобретение "УСТРОЙСТВО МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА" (Антонов Ю.Ф., Зайцев А.А., Занин В.П., Корчагин А.Д.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога