Тяговая система высокоскоростного наземного транспорта
TRACTION SYSTEM OF HIGH-SPEED GROUND TRANSPORT

Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту (ВСНТ), а конкретнее к электрической тяговой системе для ВСНТ с линейным тяговым электродвигателем.
Известны электрические тяговые системы для высокоскоростного наземного транспорта, в которых сила подвеса возникает в результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек, расположенных на днище экипажа, с вихревыми токами, наведенными в сплошном электропроводящем путевом полотне при движении экипажа вдоль путевого полотна за счет взаимодействия полей статорных обмоток линейного синхронного тягового электродвигателя, расположенных на боковых стенках путевого U-образного желоба и катушек возбуждения линейного синхронного тягового электродвигателя, расположенных на боковых стенках экипажа. (Наземный транспорт с магнитным подвесом и линейным приводом: Тр. ин-тов инж. ж.-д. трансп./Под общ. Ред. В.Д. Нагорского, В.А. Винокурова. /Моск. ин-т инж. ж.-д. трансп. - М., 1981. - Вып. 683. - С. 60-64; Транспорт с магнитным подвесом. /Ю.А. Бахвалов, В.И. Бочаров, В.А. Винокуров, В.Д. Нагорский; Под ред. В.И. Бочарова, В.Д. Нагорского. - М.: Машиностроение, 1991, с. 32, 87-94). В результате взаимодействия магнитного поля сверхпроводящих катушек, расположенных на днище экипажа, с вихревыми токами, наведенными в сплошном электропроводящем путевом полотне при движении экипажа, кроме подъемной силы, создается сила торможения. Обе эти силы действуют на экипажную сверхпроводящую катушку.
Недостатком такой системы является то, что существует вероятность обрыва или короткого замыкания трехфазных статорных обмоток, что обуславливает низкую надежность данной тяговой системы высокоскоростного транспорта.
Известна электрическая тяговая система для высокоскоростного наземного транспорта, выбранная в качестве прототипа (RU 2229988, B60L 13/10, 10.06.2004), которая содержит экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а на боковых стенках - сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейного электродвигателя. Путевое полотно имеет форму желоба, на боковых стенках которого расположены катушки статорной обмотки линейного электродвигателя. Обмотка выполнена в виде электрически несвязанных участков. На днище желоба расположены дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса. Катушки статорных обмоток на стыке двух питаемых участков, расположенные в начале набегаемого экипажем участка статорной обмотки, снабжены экраном из электропроводящего немагнитного материала.
Использование статорных обмоток, расположенных вдоль всей трассы путевого полотна, приводит к возможности их обрыва под действием климатических условий и человеческого фактора, отмеченное обуславливает низкую надежность прототипа.
Задачей изобретения является повышение надежности работы тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта за счет использования взаимодействия вихревых токов, индуцированных в продольных электропроводящих полосах, с магнитным полем вращающихся сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейного тягового электродвигателя.
Технический результат достигается тем, что тяговая система высокоскоростного наземного транспорта, содержащая экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а внутри экипажа вертикально расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей и путевое полотно, выполненное в виде желоба, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса, дополнительно содержит приводные двигатели, расположенные внутри экипажа симметрично относительно продольной оси так, что валы приводных двигателей перпендикулярны днищу экипажа и к концам валов жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей, а на боковых стенках путевого полотна жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей.
На фиг. 1 показана тяговая система высокоскоростного наземного транспорта. На фиг. 2 приведен разрез А-А тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта.
Тяговая система высокоскоростного наземного транспорта содержит экипаж 1 (фиг. 1, 2), на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса 2, а внутри экипажа 1 расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. Обмотки сверхпроводящих катушек системы электродинамического подвеса 2 и сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3 выполнены, например, из сплава ниобий-титан (Nb-Ti), станнида триниобия (Nb3Sn) или высокотемпературного сверхпроводящего провода второго поколения. Путевое полотно 4, выполненное в виде желоба из неармированного бетона, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры 5 системы электродинамического подвеса, обмоточный провод которых выполнен из меди и алюминия. Приводные двигатели 6, расположенные внутри экипажа 1 симметрично относительно продольной оси так, что валы 7 приводных двигателей 6 перпендикулярны днищу экипажа 1 и к концам валов 7 жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон 8 сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. На фиг. 1, 2 стрелками показаны направления вращения сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. На боковых стенках путевого полотна 4 жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей 9, выполненные, например, либо в виде продольных сплошных полос из меди, алюминия или алюминиевого сплава АД31, либо в виде распределенной электропроводящей короткозамкнутой обмотки.
Работа тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта осуществляется следующим образом. Сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3, создающие постоянное магнитное поле, вращаются посредством приводных двигателей 6. Вращение валов 7 приводных двигателей 6 синхронизировано таким образом, что сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3, расположенные на одной стороне экипажа 1, вращаются в одну сторону, а на другой стороне - в противоположную. Взаимодействие магнитного поля вращающихся катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3 с вихревыми токами, индуцированными в продольных электропроводящих структурах линейных тяговых электродвигателей 9, приводит к возникновению силы тяги, обеспечивающей движение экипажа 1 вдоль путевого полотна 4. При движении экипажа 1 вдоль путевого полотна 4 происходит взаимодействие магнитного поля сверхпроводящих катушек системы электродинамического подвеса 2 с вихревыми токами, индуцированными в продольных дискретных путевых структурах 5 системы электродинамического подвеса, что приводит к возникновению электродинамической силы отталкивания - подъемной силы.
Сравнительный анализ прототипа и заявляемой тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта показывает, что благодаря использованию вращающихся сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей, отпадает необходимость использования статорных обмоток линейных тяговых электродвигателей вдоль трассы путевого полотна, а это приводит к повышению надежности тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта.