高温超导磁悬浮轨道交通悬浮-导向-推进综合系统及控制方法

本发明属于轨道交通，特别是涉及一种磁悬浮轨道交通悬浮-导向-推进综合系统及其控制方法。

背景技术：

1、在磁悬浮轨道交通研究领域，高温超导磁悬浮技术能够利用高温超导材料特有的迈斯纳效应和钉扎效应，使悬浮车体实现无需主动控制的自稳定悬浮，从而显著提升了系统的运行可靠性。

2、然而，在当前主流的高温超导磁悬浮轨道系统中，推进功能通常依赖独立的直线驱动系统实现，该方式在实际应用中存在以下局限性：

3、1）直线驱动系统所包含的定子、动子及相应控制系统，增加了车体自重与轨道结构的复杂性，进而提高了建造成本；

4、2）为避免与悬浮系统产生磁场耦合干扰，直线驱动系统需与悬浮系统保持一定间隔，导致整个轨道结构的占地面积增大；

5、3）直线驱动系统在产生推进力的同时，会伴随产生周期性的法向吸力，对悬浮稳定性造成不利影响。

6、超导块的正向励磁状态和反向励磁状态定义如下：

7、场冷电流是指超导块在冷却过程中，用于产生环境磁场的励磁电流值；工作电流是指超导块处于悬浮状态时，用于维持环境磁场的励磁电流值。若场冷电流与工作电流方向一致，称为正向励磁状态；若方向相反，则为反向励磁状态。在正向励磁状态下，超导块会受到垂直方向的悬浮力作用，同时在发生侧向位移时，会产生与位移方向相反的恢复力，即导向力，因此该状态下超导块兼具悬浮与导向功能。在反向励磁状态下，若超导块处于沿行驶方向分布的不均匀磁场中，会根据其所处位置受到方向指向或背向行驶方向的作用力，从而实现制动或推进功能。

8、如图1所示，为超导块正向励磁原理图。如图2所示，为超导块反向励磁原理图。低温恒温器2内安装有若干高温超导块1。

技术实现思路

1、本发明提供一种高温超导磁悬浮轨道交通悬浮-导向-推进综合系统及控制方法，旨在克服现有技术中因采用独立的直线推进系统所带来的结构复杂、成本高昂、占用空间大及干扰悬浮稳定性等技术问题，通过采用电磁体构成电磁轨道单元，并协调控制其励磁电流，从而在不引入额外专用推进设备的前提下，将推进功能集成于悬浮与导向系统之中；该系统不仅具有悬浮性能可调、建造成本与维护成本低的优势，还能节约稀土战略资源，特别适用于对轻量化、集成化及高稳定性有要求的轨道交通场景。

2、为达到上述目的，本发明采用下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提出一种高温超导磁悬浮轨道交通悬浮-导向-推进综合系统，包括：

4、电磁轨道单元，包括电磁体；

5、车体，包括车厢，在所述车厢中设置悬架，于所述悬架设置有低温恒温器；

6、其中，所述低温恒温器中装有若干高温超导块，所述高温超导块分为悬浮组和推进组；

7、所述悬浮组被配置为在正向励磁状态下工作，以提供悬浮力与导向力；

8、所述推进组被配置为在反向励磁状态下工作，以提供推进力或制动力；

9、通过控制电磁轨道单元的励磁方向与强度，集成实现悬浮、导向与推进功能。

10、进一步，所述悬浮组、推进组与电磁轨道单元之间的空间布局被配置为：在列车运行过程中，使作用于所述推进组上的磁场与作用于所述悬浮组上的磁场在空间和时间上可分离控制。

11、进一步，所述轨道为单轨形式或双轨形式。

12、第二方面，本发明提出一种用于控制任一项所述的高温超导磁悬浮轨道交通综合系统的方法，包括以下步骤：

13、冷却准备步骤：将车体放置于电磁轨道单元上，对所述悬浮组下方的电磁轨道单元通以第一方向的励磁电流，同时对所述推进组下方的电磁轨道单元通以与所述第一方向相反的第二方向的励磁电流，并对高温超导块进行冷却；

14、静止悬浮步骤：停止对所述推进组下方电磁轨道单元的励磁，增强对所述悬浮组下方电磁轨道单元的励磁，使车体悬浮；

15、行驶控制步骤：通过控制电磁轨道单元的励磁时序，使所述系统在推进模式与制动模式间切换；

16、其中，在所述推进模式下，控制所述推进组后方相邻的电磁轨道单元导通励磁；

17、在所述制动模式下，控制所述推进组前方相邻的电磁轨道单元导通励磁。

18、进一步，所述推进模式的执行满足以下条件：

19、当所述推进组行驶至当前电磁轨道单元的后半段及前方相邻电磁轨道单元的前半段区域时，触发所述推进模式，导通所述推进组后方相邻电磁轨道单元的励磁。

20、进一步，所述制动模式的执行与结束满足以下条件：

21、当所述推进组行驶至当前电磁轨道单元的后半段及前方相邻电磁轨道单元的前半段区域时，触发所述制动模式，导通所述推进组前方相邻电磁轨道单元的励磁；

22、当所述推进组驶离该区域后，关断该电磁轨道单元的励磁。

23、本发明针对现有高温超导磁悬浮轨道交通系统中因采用独立的直线推进系统而存在的结构复杂、占用空间大、成本高昂及干扰悬浮稳定性的技术痛点，通过采用由电磁体构成电磁轨道单元、将高温超导块划分为悬浮组与推进组，并基于励磁方向与强度的协调控制，使悬浮、导向与推进功能集成于同一套电磁轨道系统中的技术方案，实现了在无需外增加直线电机的情况下，系统结构显著简化、空间布局紧凑、建造成本与维护成本降低、并彻底消除推进系统对悬浮稳定性的周期性干扰，同时具有悬浮性能可调、节约稀土战略资源的综合有益效果。

1.一种高温超导磁悬浮轨道交通悬浮-导向-推进综合系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道交通悬浮-导向-推进综合系统，其特征在于，所述悬浮组、推进组与电磁轨道单元之间的空间布局被配置为：在列车运行过程中，使作用于所述推进组上的磁场与作用于所述悬浮组上的磁场在空间和时间上可分离控制。

3.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮轨道交通悬浮-导向-推进综合系统，其特征在于，所述轨道为单轨形式或双轨形式。

4.一种用于控制如权利要求1-3中任一项所述的高温超导磁悬浮轨道交通综合系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的高温超导磁悬浮轨道交通综合系统控制方法，其特征在于，所述推进模式的执行满足以下条件：

6.根据权利要求4所述的高温超导磁悬浮轨道交通综合系统控制方法，其特征在于，所述制动模式的执行与结束满足以下条件：