Транспортное средство с электромагнитной подвеской и подвижной состав с электромагнитной подвеской - RU2048310C1

Чертежи

Показать все 13 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к высокоскоростному транспорту.

Известны движущиеся аппараты, парящие над дорогой при помощи электромагнитной подвески. При их конструировании из сверхпроводника образуют обмотки, на шасси транспортного средства размещают сверхпроводящее магнитное устройство, обмотки которого находятся в охлаждающих резервуарах. В процессе движения на обмотки действует магнитная отталкивающая сила, прикладываемая относительно уложенных на земле статорных обмоток.

Поскольку движущийся аппарат на электромагнитной подвеске должен иметь меньший вес и создавать сильное магнитное поле при протекании электрического тока, то в качестве эффективного средства, удовлетворяющего перечисленным требованиям, применяют именно магнитное устройство на сверхпроводнике, у которого нет потерь энергии. Однако под влиянием какой-либо внешней причины, например, температуры, вибрации и т.д. сверхпроводник может внезапно перейти из сверхпроводящего состояния в состояние нормальной проводимости (это явление обычно называют "гашением сверхпроводимости").

В связи с этим разрабатывались и предлагались различные средства, обеспечивающие безопасное управление такими транспортными средствами при гашении сверхпроводимости.

Известно транспортное средство [1] в котором в случае гашения одного из сверхпроводящих магнитных устройств, предусмотренных на шасси транспортного средства, поддерживается баланс за счет того, что принудительно снимается возбуждение с другого сверхпроводящего магнитного устройства, размещенного симметрично относительно погасшего магнитного устройства с тем, чтобы безопасно остановить транспортное средство.

Наиболее близким к изобретению является транспортное средство с электромагнитной подвеской, содержащее по крайней мере один комплект сверхпроводящих обмоток, подключенных к соответствующим источникам постоянного тока и размещенных в контейнере с возможностью отталкивающего взаимодействия с расположенными вдоль путевого полотна статорными обмотками, и охлаждающую систему, связанную с упомянутым контейнером [2]
Наиболее близким к предложенному подвижному составу является подвижной состав с электромагнитной подвеской, содержащий по крайней мере три последовательно сочлененных вагона, каждый из которых выполнен с рабочей сверхпроводящей обмоткой, размещенной с возможностью отталкивающего взаимодействия с расположенными вдоль путевого полотна статорными обмотками [2]
В указанном техническом решении поверхности скольжения тормозных башмаков, предназначенных для опоры и скольжения движущегося аппарата, имеют конфигурацию, соответствующую конфигурации якорных рельсов с тем, чтобы аппарат стабильно садился или приземлялся на колею и безопасно скользил по ней в случае пропадания подъемной силы от электромагнитов.

При помощи перечисленных мероприятий или противомер от гашения сверхпроводимости в сверхпроводящем магнитном устройстве аппарата с электромагнитной подвеской предлагалось решить проблему баланса аппарата в состоянии движения и его стабильности при аварийной остановке в свете безопасности. Однако при этом не полностью устранялся недостаток, связанный с тем, что при снятии возбуждения или размагничивания из-за гашения само магнитное устройство влияло на стабильность аппарата. Для высокоскоростного аппарата, движущегося при помощи магнитной отталкивающей силы, требуется легкое сверхпроводящее магнитное устройство, постоянно обеспечивающее значительную или большую магнитную отталкивающую силу. При гашении сверхпроводимости сверхпроводящее магнитное устройство потребляет постоянный ток и теряет магнитную отталкивающую силу, при этом сверхпроводящее магнитное устройство оказывает нежелательное влияние на аппарат в виде веса или нагрузки. Вес сверхпроводящего магнитного устройства непосредственно воздействует на баланс шасси транспортного средства во время его передвижения на большой скорости. Поскольку в аппарате, движущемся с помощью сверхпроводимости, гашение может произойти в любой момент, то невозможно достичь полной безопасности, пытаясь обеспечить баланс шасси во время перемещения с большой скоростью. Затем при аварийной остановке из-за гашения сверхпроводимости возникают трудности с повторным возбуждением погасшего сверхпроводящего магнитного устройства, поскольку занимает очень много времени охлаждение и возбуждение сверхпроводящего магнита, если только остановка не произошла возле станции, либо если предусмотрено достаточное ремонтное оборудование.

Для решения перечисленных проблем изобретением предусматривается создание транспортного средства и подвижного состава на основе сверхпроводящего магнитного устройства, рассчитанного на то, чтобы не терять магнитной отталкивающей силы даже при гашении сверхпроводимости с тем, чтобы движущийся на большой скорости аппарат мог по меньшей мере безопасно достичь ближайшей станции.

Далее изобретением предусматривается создание разделительной стенки между обмотками из сверхпроводника, а также охлаждающей системы для этих обмоток, что необходимо для практического использования сверхпроводящего магнитного устройства.

Сверхпроводящее магнитное устройство по изобретению служит для решения перечисленных проблем за счет сочетания главной сверхпроводящей обмотки, применяемой в нормальных условиях, и вспомогательной сверхпроводящей обмотки, применяемой в аварийной ситуации, причем взаимное расположение обмоток обеспечивает существование между ними взаимной индукции. Обмотки размещаются в теплоизоляционных охлаждающих резервуарах и имеются охлаждающие устройства для охлаждения охлаждающих резервуаров.

При использовании указанного сочетания из нормальной рабочей и аварийной вспомогательной сверхпроводящих обмоток через них текут постоянные токи соответствующего уровня для возбуждения этих обмоток.

Указанное сочетание из нормальной рабочей и аварийной вспомогательной сверхпроводящих обмоток выбирается с учетом коэффициента электромагнитной связи между обмотками с тем, чтобы между соответствующими обмотками существовала взаимная индуктивность, не меньшая некоторого заданного уровня.

Затем главная сверхпроводящая обмотка, используемая в нормальных рабочих условиях, и вспомогательная сверхпроводящая обмотка, используемая в аварийной ситуации, состоят из витков из различных материалов, выбираемых для комбинированного использования с учетом соответствующих свойств нормальной рабочей и аварийной вспомогательной обмоток.

Главная сверхпроводящая обмотка и вспомогательная сверхпроводящая обмотка, размещаются смежно друг другу, причем между ними помещается немагнитная и теплоизоляционная разделительная стенка.

Размещенное на движущемся аппарате сверхпроводящее магнитное устройство устанавливается таким образом, что используемая в аварийной ситуации вспомогательная сверхпроводящая обмотка находится ближе к соответствующим виткам статора, уложенным в колею для перемещения аппарата, чем главная сверхпроводящая обмотка, используемая в нормальных рабочих условиях.

В сверхпроводящем магнитном устройстве рассмотренной конструкции предварительно определяется соответствующая постоянная времени спада или затухания тока, спадающего в результате гашения сверхпроводимости. В результате при гашении главной сверхпроводящей обмотки во вспомогательной сверхпроводящей обмотке, используемой аварийной ситуации, индуцируется напряжение некоторого уровня, при этом вспомогательная обмотка находится в таком относительном положении, при котором обеспечивается взаимная индукция с главной обмоткой, и кроме того в ней гарантируется ток некоторого уровня, соответствующий упомянутому напряжению с тем, чтобы суммарная величина магнитного поля или силы, создаваемой сверхпроводящим магнитным устройством, поддерживалась по существу постоянной. Благодаря этому при гашении сверхпроводимости в одной из главных сверхпроводящих обмоток, используемых в нормальных рабочих условиях, при движении на большой скорости аппарата с электромагнитной подвеской происходит незамедлительное индуцирование электрического тока в соответствующей сверхпроводящей обмотке, используемой в аварийной ситуации, для получения некоторого уровня магнитного поля или силы, требуемых для поддержания перемещения при парении, в результате чего движущийся аппарат может продолжать движение на большой скорости без потери баланса вплоть до достижения ближайшей станции или пункта ремонта.

Поскольку в каждом сверхпроводящем магнитном устройстве по изобретению содержится сочетание из двух или более сверхпроводящих обмоток, его вес стремится к увеличению в сравнении с обмотками, используемыми в обычных методах. Однако соответствующие сверхпроводящие обмотки рассчитываются так, что суммарный вес не просто удваивается.

Благодаря тому, что движущийся аппарат может повторять процедуру остановки, повторного возбуждения и возобновления движения вне зависимости от того, когда случилось гашение сверхпроводимости, изобретение может быть особо эффективным для применения в линейных моторных вагонах.

При гашении сверхпроводимости в одной из сверхпроводящих обмоток, предусмотренных в сверхпроводящем магнитном устройстве по изобретению, не произойдет полного пропадания магнитной силы или поля такого сверхпроводящего магнитного устройства, и в случае размещения такого устройства на движущемся аппарате с электромагнитной подвеской оно оказывает существенное влияние на поддержание стабильного движения такого аппарата.

Благодаря разделительной стенке, используемой в предлагаемом магнитном устройстве, происходит изоляция тепла, создаваемого в погасшей сверхпроводящей обмотке, от другой сверхпроводящей обмотки, расположенной в таком относительном положении, при котором обеспечивается взаимная индуктивность обмоток, в результате чего возможно дальнейшее упрощение конструкции сверхпроводящего магнитного устройства.

Благодаря тому, что в движущемся аппарате с электромагнитной подвеской по изобретению предусматривается рассмотренное сверхпроводящее магнитное устройство, даже при гашении сверхпроводимости аппарат может продолжать стабильное движение без каких-либо дополнительных шагов по аварийной остановке и т.п.

На фиг. 1 представлена схема, служащая для иллюстрации принципа сверхпроводящего магнитного устройства по изобретению; на фиг. 2 график для объяснения режима постоянных токов в главной и вспомогательной обмотках сверхпроводящего магнитного устройства; на фиг. 3 проводящее магнитное устройство, согласно одному из предпочтительных вариантов реализации по изобретению, разрез; на фиг. 4 перспективный вид в разрезе одного из участков разделительной стенки, используемой в сверхпроводящем магнитном устройстве; на фиг. 5 разделительная стенка по фиг. 4; на фиг. 6 то же, вариант; на фиг. 7 охлаждающая система согласно изобретению; на фиг. 8 транспортное средство на электромагнитной подвеске, вариант изобретения, поперечный разрез; на фиг. 9 то же, план; на фиг. 10 головной или ведущий вагон по фиг. 8, план; на фиг. 11 сверхпроводящее магнитное устройство согласно изобретению, помещенное на движущемся аппарате с электромагнитной подвеской, вариант реализации; на фиг. 12 то же, вариант; на фиг. 13 принципиальная схема, используемая для объяснения способа управления согласно варианту реализации изобретения, рассчитанного на использование в транспортном средстве с электромагнитной подвеской.

В состав предлагаемого сверхпроводящего магнитного устройства 1 входит главная (рабочая) сверхпроводящая обмотка 2, используемая в нормальных рабочих условиях, и вспомогательная (резервная) сверхпроводящая обмотка 3, которая работает в сочетании с главной обмоткой в аварийной ситуации. У главной и вспомогательной обмоток предусмотрены соответствующие выключатели 4, 4' постоянного тока, внешние сопротивления 5, 5' и выводы для подачи тока возбуждения 6, 6'. Главная и вспомогательная обмотки размещены таким образом, что между ними существует взаимная индукция через разделительную стенку 7, помещенную между ними и выполненную из материала, обладающего теплоизоляционными и немагнитными свойствами. Обе обмотки размещаются внутри соответствующих охлаждающих резервуаров 8, 8', куда подается охлаждающее вещество. Позиционные обозначения 9, 9^' указывают на охлаждающее устройство для циркуляции охладителя в охлаждающих резервуарах 8, 8^'.

Статорный виток 10 расположен на колее или рельсах для транспортного средства (движущегося аппарата) с электромагнитной подвеской при условии, что на таком аппарате размещено сверхпроводящее магнитное устройство.

Рассмотрим принцип сверхпроводящего магнитного устройства по данному изобретению со ссылкой на вариант реализации устройства, помещенного на движущемся аппарате с электромагнитной подвеской.

Благодаря подаче охладителя в виде жидкого гелия или схожего вещества от охлаждающего устройства 9 главная обмотка 2 охлаждается ниже критической температуры сверхпроводимости. Через выводы 6 в главную обмотку, находящуюся в сверхпроводящем состоянии, подается ток возбуждения от внешнего источника энергии, предусмотренного отдельно. Как только ток возбуждения в главной обмотке достигает некоторого уровня, включается переключатель 4 постоянного тока и в главной обмотке в сверхпроводящем состоянии поддержива- ется некоторый электромагнитный потенциал. Если к главной обмотке поступает кинетическая энергия, т.е. главная обмотка перемещается относительно статорного витка 10 в направлении, поперечном силовым линиям магнитного потока статорного витка, то под действием электромагнитной индукции в главной обмотке 2 течет ток I, образующий замкнутый контур вместе с замкнутым переключателем 4 постоянного тока, за счет чего создается поток магнитной индукции, определяемый уравнением:
Φ= N1 (N число витков обмотки).

Поток магнитной индукции создает магнитное отталкивание главной обмотки от статорного витка 10, которое служит отталкивающим усилием для сверхпроводящего магнитного устройства от статорного витка. Именно эта сила обеспечивает электромагнитное парение движущегося аппарата на электромагнитной подвеске.

В устройстве такого типа с главной обмоткой 2, выполненной из сверхпроводящей проволоки, имеется опасность гашения сверхпроводимости, которая может произойти в любой момент. Как только произойдет гашение сверхпроводимости, энергия, заключенная внутри главной обмотки 2, станет быстро поглощаться в виде тепла из-за электрического сопротивления обмотки, а поток магнитной индукции, создаваемый главной обмоткой, исчезнет. Как известно, постоянную времени или отрезок времени, на протяжении которого продолжается потребление энергии после гашения главной обмотки 2, можно подрегулировать в основном за счет регулировки величин активного сопротивления погасшей обмотки и внешнего резистора, причем с той же постоянной времени происходит спад или затухание тока и потока магнитной индукции.

Вследствие спада или затухания потока магнитной индукции в ответ на потребление энергии тока во вспомогательной обмотке 3, размещенной в положении, где обеспечивается взаимная индукция с главной обмоткой 2, индуцируется электродвижущая сила, стремящаяся противодействовать затуханию потока магнитной индукции. Для использования взаимной индукции необходимо разместить вспомогательную обмотку 3 таким образом, чтобы на ее свойства и форму не могло повлиять тепло, возникающее в ответ на гашение сверхпроводимости в главной обмотке, а также сравнительно быстрое затухание потока магнитной индукции в главной обмотке.

Если во вспомогательной обмотке 3 индуцируется некоторое напряжение в соответствии с затуханием потока магнитной индукции в ответ на гашение главной обмотки 2, то во вспомогательной или аварийной обмотке находится ток, величина которого соответствует величине индуцируемого напряжения. Как видно из графика 2, когда главная обмотка 2 находится в режиме постоянного тока I_Т, то электрический ток продолжает сохранять определенную величину до тех пор, пока не начнется гашение сверхпроводимости. Сразу же после начала гашения в момент времени Т_Z ток начинает затухать в соответствии с собственной постоянной времени обмотки.

Далее во вспомогательной обмотке, размещенной в таком положении, когда обеспечивается взаимная индуктивность с главной обмоткой, начинает наводиться ток из-за существования взаимной индукции, что показано на графике линией режима постоянного тока I_Е1 для вспомогательной обмотки 3. Линия режима I_Е2 показывает как меняется наведенный ток при взаимной индукции в случае, когда к вспомогательной обмотке заранее приложен некоторый уровень возбуждения или возбуждающего тока таким же образом, как к главной обмотке с той разницей, что уровни постоянного тока отличаются друг от друга. Линия режима I_Т2 представляет характеристику затухания для случая иной или измененной постоянной времени у главной обмотки 2.

Расположение главной и вспомогательной обмоток выбирается так, что на них не оказывает влияние тепло, и имеет место взаимная индукция обмоток. В ходе экспериментов с формой обмоток заранее выбиралось число витков и плотности тока, тогда как коэффициенты связи обмоток выводились из токов, наблюдаемых во вспомогательной обмотке 3, когда зазор между обмотками менялся от 10 до 100 мм. Коэффициент связи оказался в пределах от 0,6 до 0,2, что служит подтверждением достаточно сильной взаимной индуктивности.

В соответствии с полученными результатами был произведен соответствующий выбор формы или конфигурации обмоток, числа витков и плотности тока. Если электрический ток в режиме постоянного тока в главной обмотке равнялся 549 А, а ток в этом же режиме во вспомогательной обмотке соответствовал 200 А, тогда как постоянная времени главной обмотки составляла 4 с, в случае принудительного гашения сверхпроводимости в главной обмотке происходило увеличение постоянного тока, наводимого во вспомогательной обмотке в ответ на затухание тока в главной обмотке 3, от 520 до 300 А с учетом зазора между обмотками и паразитными потерями.

В результате проведенных вычислений было обнаружено, что если собственные индуктивности главной и вспомогательной обмоток выражаются через L₁ и L₂, а взаимная индуктивность этих обмоток поддерживается равной 0,2

Между главной обмоткой и вспомогательной обмотками находится разделительная стенка 7. Обмотки жестко прикреплены к разделительной стенке и помещены в охлаждающие резервуары 8, 8', при этом разделительная стенка обеспечивает герметичность.

Опорная балка 11 обеспечивает механическое закрепление разделительной стенки 7 и охлаждающих резервуаров 8, 8'. Несущая балка 11 служит механической опорой для обмоток против действия магнитных сил между ними с тем, чтобы создать магнитное поле, обеспечивающее действие сверхпроводящего магнитного устройства или даже движущегося аппарата на электромагнитной подвеске. Вакуумный контейнер 12 образует внешнюю раму для обмоток сверхпроводящего магнитного устройства. Установочный участок 13 образован у края вакуумного контейнера 12.

В сверхпроводящем магнитном устройстве предусматриваются трубопроводы для подачи и отвода охладителя в охлаждающие резервуары 8, 8 и из них кабели для подвода намагничивающего или возбуждающего тока (токов) к главной и вспомогательной обмоткам. Если в сверхпроводящем магнитном устройстве происходит гашение сверхпроводимости в главной обмотке, то между главной и смежной вспомогательной обмотками начинает действовать взаимная индукция через немагнитную разделительную стенку 7, не оказывающую влияния на взаимную индукцию. Для нормальной работы сверхпроводящего магнитного устройства требуется, чтобы тепло, возникающее из-за гашения сверхпроводимости в главной обмотке 2, не достигало вспомогательной обмотки 3, и чтобы обмотки размещались в таких положениях, когда между ними имеется взаимная индуктивность. Позиционное обозначение 12а относится к экрану от излучения.

На фиг. 4 изображен один из возможных вариантов реализации разделительной стенки 7, предусмотренной между главной и вспомогательной обмотками. Разделительная стенка должна быть немагнитной и теплоизоляционной.

Для выполнения этих требований у разделительной стенки имеются участки поверхности 7а, 7b, обращенные к обмоткам 2 и 3 соответственно, и соединительные несущие балки 7с, расположенные уступами между участками поверхности 7а, 7b и образующие с ними одно целое. Между соединительными балками 7с образован полый участок 7d. В балках 7с образовано соответствующее число отверстий 7р, благодаря которым полый участок 7d находится в таком же состоянии, т.е. в вакууме, что и краевой участок 7е разделительной балки 7, что улучшает теплоизоляционный эффект.

Разделительную стенку такого типа можно получить из составных пластин, выполненных из смолы с волоконным армированием или схожего материала, причем каждая пластина имеет стандартную конфигурацию и формируется прессованием. Затем требуемое число разделительных пластин соединяется воедино с учетом результата расчетов по заданной конструкции.

На фиг. 5 представлен вид в разрезе, где показана разделительная стенка по фиг.4, расположенная между главной и вспомогательной обмотками. Разделительная стенка 7 состоит из шести разделительных пластин или элементов стандартной конфигурации, соединенных воедино.

На фиг. 6 изображен еще один вариант реализации разделительной стенки 7, образующий одно целое с охлаждающими резервуарами 8, 8' для размещения главной и вспомогательной обмоток.

Торцовые участки охлаждающих резервуаров 8, 8' выступают в стороны, образуя соединительные секции 8а, с которыми за счет сварки соединены удлинительные участки 7f, образуя полый участок 7d, способствующий теплоизоляции. Полый участок 7d сообщается с окружающим пространством через отверстия 7р, образованные в удлинительных элементах 7f с тем, чтобы там поддерживался вакуум.

В данном случае как разделительная стенка, так и охлаждающие резервуары выполнены из материала типа нержавеющей стали, одновременно немагнитного и поддающегося сварке.

Механическая прочность разделительной стенки зависит от того, должна ли разделительная стенка передавать магнитные силы, создаваемые главной и вспомогательной обмотками, размещенными по обеим сторонам разделительной стенки 7, через усилительную балку 11 на монтажный участок 13. Затем выбор конструкции разделительной стенки 7 зависит от того, что между главной и вспомогательной обмотками должен быть определенный зазор, обеспечивающий получение коэффициента магнитной связи, найденного из расчетов.

Вариант конструкции по фиг.5 можно использовать тогда, когда разделительная стенка 7 несет малую нагрузку или ее нет совсем, тогда как вариант по фиг.6 по своей конструкции может выдержать заданную нагрузку.

Схема по фиг. 7 используется далее при пояснении системы охлаждения сверхпроводящего магнитного устройства.

На этом чертеже позиционное обозначение 81 относится к источнику охладителя, 82 конденсаторы, 83 обратные клапаны, 84 предохранительные клапаны. Одинаковые элементы обозначены теми же позиционными обозначениями, что и раньше.

На этом чертеже показан один из вариантов реализации с центральным источником охладителя, одновременно используемым для охлаждения четырех сверхпроводящих магнитных устройств 1, в состав каждого из которых входит главная и вспомогательная обмотки, независимо размещенные в соответствующих охлаждающих резервуарах 8, 8'.

От источника охладителя 81 жидкий гелий или аналогичный материал подается по соответствующим трубопроводам через обратные клапаны 83 к каждому из охлаждающих резервуаров 8, 8' сверхпроводящих магнитных устройств. Так как жидкий гелий подается при нормальном давлении, он испаряется в охлаждающих резервуарах, а пары собираются в конденсаторах 82 через дополнительные подающие трубопроводы, в конденсаторах 82 гелий снова переходит в жидкое состояние и возвращается к источнику 1. За счет повторения указанного цикла температура главных и вспомогательных обмоток поддерживается равной или ниже критической температуры для сверхпроводимости.

В результате внезапного гашения сверхпроводимости в одной из главных обмоток 2 начнет выделяться значительное количество тепла. Поэтому произойдет увеличение количества охладителя, испаряющегося под действием тепла. В результате конденсаторы 82 не смогут собрать увеличенного количества пара. По этой причине в охлаждающих резервуарах, где находятся соответствующие обмотки, предусмотрены предохранительные клапаны 84, которые служат абсорберным средством, предотвращающим быстрое и чрезмерное увеличение давления из-за повышенного испарения охладителя при гашении сверхпроводимости. Независимые трубопроводы для предотвращения влияния тепла, создаваемого в одной из главных обмоток 2, где погасла сверхпроводимость, или для предотвращения протекания охладителя, испаряющегося в результате выделения тепла, по другим проходам для охлаждения иных обмоток, находящихся в сверхпроводящем состоянии, рассчитываются в сочетании с источником охладителя, который должен обладать требуемой и достаточной емкостью. Так как в независимых трубопроводах предусмотрены обратные клапаны 83, противоток охладителя по ним можно предотвратить.

При необходимости рядом с соответствующими обратными клапанами можно поместить запорные клапаны, например, соленоидные с тем, чтобы остановить подачу охладителя к охлаждающему резервуару, где находится погасшая обмотка, для чего дополнительно используются средства обнаружения гашения сверхпроводимости в любой из обмоток (кроме того, клапаны останавливают поток паров к соответствующему конденсатору).

В соответствии с сверхпроводящим магнитным устройством по изобретению при гашении сверхпроводимости в проводе одной из обмоток другая обмотка, расположенная в месте, где обеспечивается взаимная индуктивность, по меньшей мере поддерживает магнитную энергию или силу, причем магнитную силу можно сделать достаточно большой на принципе взаимной индуктивности, за счет чего можно поддержать подъемную силу и получить такую величину, которую не обеспечивают типовые аппараты с электромагнитной подвеской.

На фиг. 8 в виде спереди в поперечном разрезе показан движущийся аппарат с электромагнитной подвеской.

В общих чертах конструкция предлагаемого аппарата не отличается от известных, однако в состав сверхпроводящего магнитного устройства, необходимого для перемещения при парении, входят главные и вспомогательные обмотки по данному изобретению.

На этом чертеже 100 корпус, размещенный внутри колеи или рельсов 101 для перемещения при помощи электромагнитной индукции, причем магнитная отталкивающая сила создается между сверхпроводящим магнитным устройством, помещенным на корпусе 100, и витками 10 и толкающими статорными витками 102. Позиционные обозначения 103 указывают на колеса, 104 пол корпуса 100, 105 сиденья. Под полом 104 помещены вспомогательные приспособления 106; источник охладителя, трубопроводы и детекторные средства.

Как видно из фиг. 9 подвижной состав с электромагнитной подвеской данного типа обычно размещается так, чтобы обеспечить последовательное соединение нескольких вагонов. На рисунке показан один из возможных вариантов реализации, где имеется головной или тяговый вагон 110, хвостовой вагон 120, и два промежуточных вагона 130, соединенных с ними.

В подвижной состав с электромагнитной подвеской входят сверхпроводящие магнитные устройства 1, каждое из которых предусмотрено на головном вагоне 110 и на хвостовом вагоне 120.

Во время движения на корпуса вагонов действуют силы, возникающие при ускорении в направлении движения, и центробежные силы, возникающие при движении по кривой. Обе эти силы должны быть сбалансированы магнитной отталкивающей силой, действующей между сверхпроводящим магнитным устройством 1, помещенным в соответствующем месте на шасси вагонов, и нитками статора 10, уложенными в колее. Следовательно, если одно из сверхпроводящих магнитных устройств потеряет магнитную отталкивающую силу из-за гашения сверхпроводимости, то пропадает опора, создаваемая этой силой, и вагон потеряет в целом баланс.

Наиболее сильно разбаланс сил может повлиять на головной или хвостовой вагон. Причина в том, что промежуточные вагоны 130 по обоим концам соединены с другими вагонами 110 и 120, так что потеря подъемной силы в любом из промежуточных вагонов из-за гашения сверхпроводимости может быть скомпенсирована за счет распределения потери баланса через соединительные средства на другие вагоны при условии правильного выбора соединительных средств.

С другой стороны, при возникновении гашения в одном из сверхпроводящих магнитных устройств на головном вагоне 110 имеется опасность, что возникающий при этом разбаланс сил может выразиться в нарушении управляющего баланса головного вагона 110.

По этой причине для эффективного устранения указанной опасности в соответствии с изобретением сверхпроводящее магнитное устройство 1 предусматривается на головном 110 и хвостовом 120 вагонах.

На фиг. 9 показан вариант конструкции, где на головном 110 и хвостовом 120 вагонах размещены по четыре сверхпроводящих магнитных устройств 1; на фиг. 10 головной вагон 110, снабженный двумя несущими конструкциями 111, 112, на каждой из которых имеется два сверхпроводящих магнитных устройства 1.

Кроме того, производится правильный выбор размещения или местоположения для каждого из сверхпроводящих магнитных устройств. Главная и вспомогательная обмотки размещаются таким образом, что вспомогательная обмотка 3 находится ближе к соответствующему толкающему статорному витку на колее, чем главная обмотка 2. Причина такого размещения в том, что в сверхпроводящем магнитном устройстве, где вследствие магнитной индукции возможно увеличение тока во вспомогательной обмотке, невозможно обеспечить полной компенсации за счет увеличения магнитной энергии во вспомогательной обмотке падения магнитной энергии в главной обмотке с учетом ослабления постоянного тока из-за гашения сверхпроводимости.

На фиг. 11 и 12 изображены модификации сверхпроводящего магнитного устройства, усовершенствованные в отношении установки на движущийся аппарат с электромагнитным подвесом.

В варианте реализации по фиг. 11 главная обмотка 2 имеет форму трека и размещается на установочном участке 13 вагона с тем, чтобы внутри нее могло разместиться несколько вспомогательных обмоток 3 (на чертеже показано три обмотки).

Хотя такая конструкция эффективна при необходимости уменьшения толщины сверхпроводящего магнитного устройства, однако в этом случае усложняется размещение независимых охлаждающих систем.

На фиг. 12 показана модификация этой конструкции, здесь на установочном участке 13 размещено несколько групп из главной и вспомогательной обмоток, помещенных соосно друг с другом.

На фиг. 13 показана схема, используемая при объяснении способа управления, требуемого для устройства с электромагнитным подвесом, где размещаются сверхпроводящие магнитные устройства.

Как было сказано выше при описании сверхпроводящего магнитного устройства, при гашении сверхпроводимости в главной или вспомогательной обмотке возможно предотвращение наиболее худшей ситуации, когда из-за гашения пропадает магнитная сила подъема. В результате аппарат на электромагнитной подвеске будет продолжать движение по колее. Однако если во время движения с погасшей сверхпроводящей обмоткой в этом же сверхпроводящем магнитном устройстве произойдет еще одно гашение сверхпроводимости, то баланс в аппарате с электромагнитным подвесом сместится. Во избежание такой опасности требуется способ безопасного управления, при котором осуществляется регулирование работы движущегося аппарата с электромагнитным подвесом с тем, чтобы выявить погасшее сверхпроводящее магнитное устройство и определить время и место, когда следует остановить и отремонтировать аппарат с электромагнитным подвесом, продолжающий свое движение.

Система для реализации способа безопасного управления показана на фиг. 13, в ней предусмотрен датчик 200 для обнаружения гашения сверхпроводимости в каждой из главных и вспомогательных обмоток сверхпроводящего магнитного устройства. В ответ на выходной сигнал датчика 200 погасшая обмотка распознается с помощью устройства дискриминации 201, которое подает сигнал на устройство приема/передачи 202 и далее на станцию управления 203, где полученный сигнал отображается на дисплее.

Кроме того, выходной сигнал от устройства дискриминации 201 передается к балансному устройству 204, которое служит для балансирования аппарата на электромагнитном подвесе, например, за счет принудительного гашения сверхпроводимости в обмотке другого сверхпроводящего магнитного устройства в том месте, которое наиболее эффективно для сбалансирования погасшей обмотки в сверхпроводящем магнитном устройстве с тем, чтобы без усилий поддержать стабильность аппарата в целом. Такое принудительное гасимое устройство обозначено позиционным номером 205.

Затем в транспортном средстве по данному изобретению, продолжающему движение несмотря на гашение сверхпроводимости в сверхпроводящем магнитном устройстве, также возможно применение средств, действующих по команде от станции управления. Это могут быть выступающие стабилизирующие крылья, управление скоростью движения и т.д. используемые вместо принудительного гашения обмотки по команде от балансного устройства 204. Когда такой аппарат достигает станции или иного места, где предусмотрена ремонтная установка, проводится устранение состояния гашения. Если подготовка к этим действиям закончится до прихода аппарата на электромагнитной подвеске, то можно существенно улучшить безопасность аппарата такого типа.

Реферат

Использование: высокоскоростной транспорт с электромагнитной подвеской. Сущность изобретения: вдоль путевого полотна расположены статорные обмотки, а транспортное средство содержит комплект из рабочей и резервной сверхпроводящих обмоток, размещенных с возможностью отталкивающего взаимодействия со статорными обмотками, охлаждающую систему для подачи охладителя к охлаждающим резервуарам, в которых содержатся соответствующие обмотки, и немагнитную разделительную стенку, помещенную между охлаждающими резервуарами для герметичного их разделения. Сверхпроводящие обмотки расположены в таких относительных положениях, когда между ними обеспечивается взаимная индуктивность. Если в таком сверхпроводящем магнитном устройстве произойдет аварийное гашение сверхпроводимости в рабочей обмотке, оно не потеряет магнитной отталкивающей силы и транспортное средство, движущееся на большой скорости, может безопасно пройти по меньшей мере до ближайшей станции. При реализации подвижного состава на электромагнитной подвеске сверхпроводящие магнитные устройства, включающие в себя резервные обмотки, располагаются в головном и хвостовом вагонах. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 13 ил.

Формула

1. Транспортное средство с электромагнитной подвеской, содержащее по крайней мере один комплект сверхпроводящих обмоток, подключенных к соответствующим источникам постоянного тока и размещенных в контейнере с возможностью отталкивающего взаимодействия с расположенными вдоль путевого полотна статорными обмотками, и охлаждающую систему, связанную с упомянутым контейнером, отличающееся тем, что комплект сверхпроводящих обмоток включает в себя по крайней мере одну вспомогательную обмотку, предназначенную для использования при аварийном гашении сверхпроводимости в рабочей обмотке и установленную относительно последней с обеспечением взаимной индуктивности не меньшей

где L1 и L2 индуктивности соответственно рабочей и вспомогательной обмоток, при этом пространство контейнера разделено воздухонепроницаемой теплоизоляционной стенкой на камеры для рабочей и вспомогательной обмоток, а охлаждающая система выполнена с независимыми подсистемами обмоточного охлаждения.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что рабочая и вспомогательная сверхпроводящие обмотки выполнены с возможностью намагничивания соответственно номинальным и меньшим номинального токами возбуждения.

3. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что контейнер с комплектом сверхпроводящих обмоток помещен внутри дополнительного теплоизоляционного контейнера.

4. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что подсистемы охлаждения выполнены с возможностью подачи охладителя к одной и другой камерам размещения сверхпроводящих обмоток.

5. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что рабочая сверхпроводящая обмотка размещена ближе к статорныи обмоткам, чем вспомогательная.

6. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что рабочая сверхпроводящая обмотка размещена вокруг вспомогательной.

7. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что вспомогательная сверхпроводящая обмотка установлена относительно рабочей с обеспечением взаимной индуктивности, не превышающей

при этом контейнер со сверхпроводящими обмотками и разделительная стенка между камерами прикреплены к несущей балке с возможностью противодействия последней межобмоточным магнитным силам.

8. Подвижной состав с электромагнитной подвеской, содержащий по крайней мере три последовательно сочлененных вагона, каждый из которых выполнен с рабочей сверхпроводящей обмоткой, размещенной с возможностью отталкивающего взаимодействия с расположенными вдоль путевого полотна статорными обмотками, отличающийся тем, что вспомогательной сверхпроводящей обмоткой, предназначенной для использования при аварийном гашении сверхпроводимости в рабочей обмотке, снабжены головной и хвостовой вагоны.