本發明涉及電磁道岔技術，具體涉及道岔模型。

背景技術：

目前關于高溫超導磁浮車道岔模型的研究較少，“aturnoutswitchforthesuperconductivelylevitatedtransportsystemsupratrans”的文章對其“y”字形電磁道岔模型進行了簡要介紹，該模型的永磁軌道陣列為傳統單峰型永磁陣列。

現有“y”字形道岔模型的永磁軌道陣列為傳統單峰型陣列，傳統單峰型陣列在早期高溫超導磁浮車軌道系統應用較為廣泛，該陣列次磁場的排列示意圖及其磁場分布圖如圖1所示，其磁力線均勻對稱的分布在磁軌上下表面，然而磁浮車往往只能利用永磁軌道一面的磁場，單峰磁軌另一面的磁場完全浪費。

該“y”字形道岔模型不能驗證磁浮車的連續通過能力，較難模擬工程運用過程的實際情況，因此不容易開展當車載塊材在長時間運行且連續通過電磁場(道岔處)后其懸浮性能和導向性能的研究工作。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種道岔模型，以解決提供道岔處必須的均勻連續磁場，且，電磁道岔連續工作時的穩定性研究難的問題。

本發明專利涉及一種道岔模型，其為閉環結構，包含一個以上道岔，且其永磁軌道采用halbach陣列；在道岔處設置電磁鐵。

在一些實施例中，優選為，所述閉環結構包括：一個以上的“8”字型結構，所有所述“8”字型結構按預設方式排列。

在一些實施例中，優選為，所述電磁鐵包括：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；

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，所述的道岔模型還包括直線電機，所述直線電機設置于至少一個所述道岔上至少一個分叉連接的永磁軌道上。

在一些實施例中，優選為，所述道岔呈“y”字型，所述直線電機設置于“y”左右兩個分叉連接的永磁軌道上。

在一些實施例中，優選為，所述的道岔模型還包括：至少一個停車電磁線圈，所述停車電磁線圈設置于停車點上。

在一些實施例中，優選為，所述的道岔模型還包括：多個位置傳感器，道岔的主干和分支與永磁軌道的連接點上均設置所述傳感器。

在一些實施例中，優選為，所述直線電機的兩端均設置所述傳感器。

在一些實施例中，優選為，所述傳感器為紅外對射傳感器，在永磁軌道兩側布置的兩個所述傳感器為一組，其中一個為發射端，另一個為接收端。

在一些實施例中，優選為，所述的道岔模型還包括控制器，所述控制器與所述傳感器、所述直線電機相連。

本發明實施例提供的道岔模型，采用閉環結構，磁浮車可以在該道岔軌道的軌道上實現連續的閉環運行，方便研究磁浮車連續通過道岔時的懸浮特性和導向特性等穩定性問題。另一方面，永磁軌道采用halbach陣列，通過最少永磁體用量產生最強磁場的軌道排列方式，由于halbach的特殊結構，可把大部分磁力線聚集在軌道上方，將盡可能多的磁通量匯集到車體懸浮氣隙中。而且沿軌道運行方向形成連續均勻的磁場分布。

附圖說明

圖1為現有技術中傳統單峰陣列及其磁場分布示意圖；

圖2為本發明中halbach型陣列及其磁場分布示意圖；

圖3為本發明“8”字型道岔模型的結構示意圖；

圖4為本發明三個“8”字型道岔模型的結構示意圖(abcd為四個電磁鐵)；

圖5為本發明四個“8”字型道岔模型的結構示意圖(abcdef為六個電磁鐵)；

圖6為圖3的電磁道岔處排列示意圖；

圖7為圖3中電磁鐵與永磁軌道結構示意圖；

圖8為道岔模型的工作流程示意圖。

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。

現有電磁道岔模型通常采用“y”字形電磁道岔模型，永磁軌道陣列為傳統單峰型陣列，出現磁場浪費的現象，且，懸浮車經過后無法對懸浮性能和導向性能進行研究的問題。為此，本發明提供了一種道岔模型。

下面通過基礎方案、擴展方案、替換方案等對其進行詳細描述：

一種道岔模型，其為閉環結構，包含一個以上道岔，且其永磁軌道采用halbach陣列；在道岔處設置電磁鐵。

由于本技術中道岔處采用電磁鐵，電磁鐵和永磁體有一定的差異性，需要對連續通過電磁道岔后車載塊材的懸浮特性和導向特性進行研究。“閉環結構”能夠促使懸浮車在道岔模型上連續運行，提供懸浮車長時間通過道岔模型的運行環境，方便研究其懸浮特性和導向性能。沿軌道運行方向整體形成連續的均勻磁場。

在該閉環結構中可以任意設置閉環形式，比如一個道岔模型中可以借助道岔的數量和設置位置形成多種樣式的閉環，比如：以“8”字型為一個單元，按照不同的規則進行排列，如圖3、4、5所示，其中圖4中abcd為四個電磁鐵；圖5中abcdef為六個電磁鐵。

另外，道岔可以一分二、一分三、一分四或者更多，本實施例中以一分二，以一個“8”字型的道岔為例進行說明。在其他的實施例中，可以根據下文的描述在適當的位置設置各種傳感器、直線電機等。

在本技術中永磁軌道采用halbach陣列，halbach陣列可通過最少永磁體用量產生最強磁場的軌道排列方式。其優勢主要表現在結構的聚磁效應上：由于halbach的特殊結構，可把大部分磁力線聚集在軌道上方，將盡可能多的磁通量匯集到車體懸浮氣隙中，圖2即為其排列方式和磁場分布方式。據計算每米halbach型永磁軌道的懸浮效率可達單峰型永磁軌道的2.85倍，但其成本僅為單峰型永磁軌道的38％。，基于halbach陣列的永磁軌道，在保證磁浮車平穩運行的同時降低了成本。

在道岔中電磁鐵1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；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。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鈍角并倒角，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。

電磁鐵垂直于分岔處永磁軌道2，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。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。

考慮到懸浮車需要在道岔模型上連續運行，道岔模型上還設置了直線電機，直線電機設置于至少一個道岔上至少一個分叉連接的永磁軌道上。可以通過直線電機實現磁浮車的驅動、加速和減速等自動控制。

此外，磁浮車懸浮于永磁軌道上，當直線電機驅動其運行時，只受到空氣阻力和軌道磁場不均勻的影響。當采用直線電機減速停車時，只能實現緩慢停車，停車位置不固定。為達到定點停車的目的，在軌道上設置了一個以上的停車點及停車電磁線圈，停車電磁線圈設置于停車點上。在磁浮車到達停車點前給相應的電磁線圈通電進而產生磁場，磁浮車到達停車點時車頂上的停車傳感器，又稱停車感應板(小鐵片)受磁場吸引實現定點停車。

基于當前采用的“y”字形道岔模型不能實現電磁道岔的自動控制，不能實時監測磁浮車的運行位置進而控制道岔用電磁鐵及直線電機的啟停。出于保證電磁鐵和直線電機安全工作、節約能源等原因，電磁鐵和直線電機應該在小車即將通過道岔時開始通電。為此，還包括：多個位置傳感器，道岔的主干和分支與永磁軌道的連接點上均設置傳感器。

道岔主干和分支可以理解為從一個主干分出多個分支，當然在其他的實施例中也可以將主干和分支交換，沒有明確的主干或分支，線路之間的分支關系相似，該分支關系，即對一條線路在整個道岔中的位置來說，既可以理解為主干，也可以理解為分支。

其中位置傳感器可以為紅外對射傳感器，其作為磁浮車運行狀態檢測單元，實時監測磁浮車的運行位置，利用其檢測到的懸浮車位置有效的控制電磁鐵的通電情況。當磁浮車將要經過道岔部位時，才給電磁鐵通電，實現磁浮車的換向；磁浮車未經過傳感器時，電磁鐵斷電。這種間歇供電方式，可以有效避免電磁鐵因持續通電造成的嚴重發熱進而降低自身特性的問題，同時達到節省電能的目的。

為了充分發揮位置傳感器的作用，可以在道岔上的每個分支設置，也可以在直線電機兩旁設置。比如：道岔呈“y”字型，直線電機設置于“y”左右兩個分叉連接的永磁軌道上。且，傳感器為紅外對射傳感器，在永磁軌道兩側布置的兩個傳感器為一組，其中一個為發射端，另一個為接收端。

為了有效進行數據采集及數據處理和常規控制，該道岔模型的控制器與傳感器、直線電機相連。

基于上述的各種方案，下面以“8”字形道岔模型為例，進行舉例說明：

如圖3所示，圖中陰影部分ea和eb是用于實現磁浮車道岔的電磁鐵。當磁浮車經過道岔時，只需要改變電磁鐵線圈中的電流方向，即可完成磁浮車左轉和右轉道岔。“8”字形道岔模型中，關鍵道岔位置處的排列如圖6所示，其具體結構示意圖如圖7所示。當黑色方框中標注的三塊磁體按照圖6中1a的排列時，左側彎道每排5塊磁體的排列規則符合halbach陣列的要求，在左側彎道方向上形成分布均勻的磁通密度，此時磁浮車可以順利地向左轉入岔道b。類似地，當紅色方框中標注的三塊永磁體按圖6中1b排列時，右側彎道每排5塊磁體的排列規則符合halbach陣列的要求，在右側彎道向上形成分布均勻的磁通密度，此時磁浮車可以順利地向右轉入岔道c。在磁浮軌道兩側布置有9組紅外對射傳感器(如圖3中t1-t9所示，軌道兩側相對位置的兩個為一組傳感器，一邊為發射端，另一端為接收端)，用于實時監測磁浮車的運行位置，在軌道直線位置處安裝有兩個直線電機(如圖3中lm1和lm2所示)，直線電機高架于軌道上方，磁浮車以過隧道的方式通過，此外該模型還安裝有定點停車電磁線圈s1和s2。

本專利提出的“8”字形磁浮車道岔模型，采用51系列單片機作為微型控制器，采用紅外對射傳感器作為磁浮車檢測源，通過單片機控制電磁鐵電流方向，設計出道岔控制系統；同時通過單片機經由變頻器間接控制直線電機。

圖3中，直線電機1(lm1)可以驅動磁浮車沿a→b(或b→a)的方向運行；直線電機2(lm2)可以驅動磁浮車沿c→d(或d→c)的方向運行。道岔a(ta)可以讓磁浮車沿x→z(或z→x)運行，稱為左轉彎，也可以讓磁浮車沿y→z(或z→y)運行，稱為右轉彎。道岔b(tb)可以讓磁浮車沿r→q(或q→r)運行，稱為左轉彎，也可以讓磁浮車沿r→p(或p→r)運行，稱為右轉彎。t1至t9是9個位置傳感器(紅外發射/接收對管),s1和s2是兩個停車位置。

本道岔模型的工作過程為：

通過3位微動開關編出8個碼字，它們表示微型磁浮車不同的運行路線，如表1所示。目前只使用了6個編碼(000～101)，表示磁浮車的6種運行路線。另外兩個編碼(110和111)作為停機碼。當設置這兩個碼字時，系統停機，磁浮車不運行。

表1磁浮車運行路線編碼表

下面以“8”字形順時針運行方式為例，說明該運行方式的控制方法。如圖8所示，磁浮車從軌道最左側的直道出發，當傳感器t1檢測到磁浮車經過時，啟動直線電機1(lm1)，驅動磁浮車沿a->b運行，當傳感器t2檢測到磁浮車經過時，關閉直線電機1(lm1)，設置道岔a(ta)沿x->z轉彎，給電磁鐵a(ea)供電，使得磁浮車順利進入模型中部的直軌道；當傳感器t3檢測到磁浮車經過時，關閉道岔a(ta)電源，設置道岔b(tb)沿r->q轉彎，給電磁鐵b(eb)供電，使得磁浮車順利進入軌道右半部分；此后，磁浮車經過傳感器t6，當傳感器t6檢測到磁浮車經過時，關閉電磁鐵b(eb)的電源。磁浮車經過傳感器t8，當t8檢測到磁浮車經過時，啟動直線電機2(lm2)，驅動磁浮車沿d->c方向運行，當傳感器t9檢測到磁浮車經過時，關閉lm2，設置道岔a(ta)沿y->z轉彎，給電磁鐵a供電。當傳感器t3檢測到磁浮車經過時，關閉電磁鐵a(ea)的電源，設置道岔b(tb)沿r->p轉彎，給電磁鐵b(eb)供電，當傳感器t4檢測到磁浮車經過時，關閉電磁鐵b的電源。這樣磁浮車就完成了一次“8”字形順時針運行模型。其他運行方式與此相同不再贅述。

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。