Результат интеллектуальной деятельности: Система электродинамического подвеса

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 F_D 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 F_D приводит к необходимости увеличения электрического тока в сверхпроводящих соленоидах для реализации необходимого значения коэффициента качества левитации (k_LD=F_L/F_D, где F_L - 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 k_LD. 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 k_LD 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 F_L.

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 F_П.

Таким образом, образование вихрей в профилированных спиральных канавках 5 позволяет увеличить значение подъемной силы F_L за счет использования набегающих в зазор между нижней поверхностью днища экипажа 1 и путевым полотном 2 встречных потоков воздуха на величину равную F_П и, следовательно, повысить значение коэффициента качества левитации k_LD.