一种磁浮列车及其悬浮电磁铁的形变量检测系统和方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种磁浮列车及其悬浮电磁铁的形变量检测系统和方法。

背景技术

中低速磁浮列车的悬浮力由悬浮电磁铁提供，例如图1为目前的一种悬浮系统结构示意图，悬浮电磁铁安装在轨道的正下方，并通过托臂结构与悬浮架刚性连接。悬浮电磁铁的工作状态则由悬浮控制器控制，当悬浮电磁铁未通入电流时，车辆会落在轨道上，一般称为落浮状态。而当悬浮电磁铁通入电流产生悬浮吸力时，悬浮电磁铁将会向轨道方向运动，当轨道与悬浮电磁铁的间隙等于额定间隙时，列车进入稳定悬浮状态，即起浮状态。

单个悬浮电磁铁主要由线包和极板构成，托臂则安装在悬浮电磁铁的端部位置。在起浮状态下，悬浮电磁铁在负载和悬浮力的综合作用下容易产生形变，导致在悬浮电磁铁的不同位置，悬浮电磁铁与轨道的间隙不同，该现象会对悬浮系统的稳定性产生一定的影响。因此，目前需要检修人员定期对检修库内的磁浮列车的悬浮电磁铁的形变量进行人工测量，当检测出悬浮电磁铁形变量超过一定范围时，说明形变量过大，便需要及时更换悬浮电磁铁，以保障悬浮系统的稳定运行，保障列车的行车安全。但是，目前的这种需要检修人员定期对悬浮电磁铁的形变量进行人工测量的方案，工作量较大，测量效率较低。

综上所述，如何有效地进行悬浮电磁铁的形变量检测，提高检测效率，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁浮列车及其悬浮电磁铁的形变量检测系统和方法，以有效地进行悬浮电磁铁的形变量检测，提高检测效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种悬浮电磁铁的形变量检测方法，应用于第一悬浮控制器中，包括：

在悬浮电磁铁通电且触发了形变量检测条件时，确定出第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，以及所述第一悬浮传感器中的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙；

基于所述第1悬浮间隙和所述第N悬浮间隙，确定出悬浮电磁铁在所述第一悬浮传感器位置处的转角θ

基于悬浮电磁铁参数信息以及确定出的悬浮电磁铁在所述第一悬浮传感器位置处的转角θ

判断确定出的所述悬浮电磁铁的最大形变量是否大于设定的形变量阈值；

如果是，则输出表示所述悬浮电磁铁形变量过大的提示信息；

其中，N为不小于2的正整数；所述第一悬浮传感器中依次设置第1至第N间隙探头，且N个间隙探头均在同一水平面上，均用于检测悬浮间隙；所述第一悬浮传感器中的第1间隙探头与第N间隙探头为所述第一悬浮传感器中，间距最远的2个间隙探头。

优选的，还包括：

接收第二悬浮控制器发送的第二最大形变量；

相应的，将所述第一最大形变量作为悬浮电磁铁的最大形变量，包括：

将所述第一最大形变量和所述第二最大形变量的平均值作为悬浮电磁铁的最大形变量；

其中，所述第二最大形变量为所述第二悬浮控制器基于悬浮电磁铁参数信息以及确定出的悬浮电磁铁在所述第二悬浮传感器位置处的转角θ

优选的，所述基于所述第1悬浮间隙和所述第N悬浮间隙，确定出悬浮电磁铁在所述第一悬浮传感器位置处的转角θ

通过

其中，s

优选的，所述基于悬浮电磁铁参数信息以及确定出的悬浮电磁铁在所述第一悬浮传感器位置处的转角θ

基于确定出的悬浮电磁铁在所述第一悬浮传感器位置处的转角θ

其中，L为悬浮电磁铁长度。

优选的，所述形变量阈值设置为kδ

优选的，形变量检测条件包括：

列车处于速度为0的稳定悬浮状态。

优选的，当N≥3时，还包括：

判断第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙s

如果是，则基于第一悬浮传感器中的N个间隙探头所检测出的N个悬浮间隙，确定出s

当确定出s

当确定出s

其中，所述第2悬浮间隙为所述第一悬浮传感器中的第2间隙探头检测出的悬浮间隙，所述第(N-1)悬浮间隙为所述第一悬浮传感器中的第(N-1)间隙探头检测出的悬浮间隙。

优选的，所述基于第一悬浮传感器中的N个间隙探头所检测出的N个悬浮间隙，确定出s

计算出第一悬浮传感器中的N个间隙探头所检测出的N个悬浮间隙的平均值；

判断第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙s

如果是，则确定出s

如果否，则确定出s

一种悬浮电磁铁的形变量检测系统，包括第一悬浮传感器和第一悬浮控制器，所述第一悬浮控制器用于实现如上述所述的悬浮电磁铁的形变量检测方法的步骤。

一种磁浮列车，包括如所述的悬浮电磁铁的形变量检测系统。

应用本发明实施例所提供的技术方案，可以自动进行悬浮电磁铁的形变量检测，有效地提高了检测效率。

具体的，本申请考虑到磁浮列车上通常设置有用于进行悬浮间隙检测的悬浮传感器，即第一悬浮传感器，第一悬浮传感器中依次设置了第1至第N间隙探头。当悬浮电磁铁形变程度不同时，会反映在第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，以及第一悬浮传感器中的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙上，因此本申请可以据此计算出悬浮电磁铁的形变量。

具体的，在悬浮电磁铁通电且触发了形变量检测条件时，本申请的第一悬浮控制器会确定出第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，以及第一悬浮传感器中的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙。基于这2个悬浮间隙，可以确定出悬浮电磁铁在第一悬浮传感器位置处的转角θ

可以看出，本申请的方案中，可以自动进行悬浮电磁铁的形变量检测，有效地提高了检测效率。并且，列车中通常原本就设置有用于进行悬浮间隙检测的第一悬浮传感器，本申请则是利用了第一悬浮传感器，实现对于悬浮电磁铁最大形变量的测量，因此有利于节约成本，即本申请可以在未额外增加设备、工装的前提下，实现悬浮电磁铁的形变量自动检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为目前的一种悬浮系统结构示意图；

图2为本发明中一种悬浮电磁铁的形变量检测方法的实施流程图；

图3为本发明一种具体实施方式中的悬浮系统结构示意图；

图4为本发明一种具体实施方式中的第一悬浮传感器的结构示意图；

图5为本发明一种具体实施方式中的悬浮电磁铁形变等效示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种悬浮电磁铁的形变量检测方法，可以自动进行悬浮电磁铁的形变量检测，且有利于节约成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2，图2为本发明中一种悬浮电磁铁的形变量检测方法的实施流程图，该悬浮电磁铁的形变量检测方法可以应用于第一悬浮控制器中，可以包括以下步骤：

步骤S201：在悬浮电磁铁通电且触发了形变量检测条件时，确定出第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，以及第一悬浮传感器中的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙。

具体的，磁浮列车中会设置多个悬浮电磁铁，对于任意1个悬浮电磁铁，均可以应用本申请的方案来进行该悬浮电磁铁的形变量检测，即本申请描述的方案针对的是单个悬浮电磁铁的形变量检测。

单个悬浮电磁铁主要由线包和极板构成，例如目前的一种悬浮电磁铁的极板长度约为2700mm，宽度约为100mm，厚度约为30mm，本申请描述的悬浮电磁铁的形变量，也就是悬浮电磁铁极板的形变量。

此外需要说明的是，单个悬浮电磁铁的线包通常有多个，例如图3的实施方式中，单个悬浮电磁铁中包括4个线包，依次标记为电磁铁线包1至4，且电磁铁线包1和电磁铁线包2串联，流经电磁铁线包1和电磁铁线包2的电流大小由图3中的第一悬浮控制器进行控制，电磁铁线包3和电磁铁线包4串联，流经电磁铁线包3和电磁铁线包4的电流大小由图3中的第二悬浮控制器进行控制。当然，在其他具体实施方式中，单个悬浮电磁铁中可以设置其他数量的线包，并不影响本发明的实施。

形变量检测条件的具体内容可以根据需要进行设定和调整，每次触发了形变量检测条件时，便可以执行1次本申请的方案，从而得到悬浮电磁铁的形变量检测结果。例如在一种场合中，可以在磁浮列车的运行过程中，周期性地进行悬浮电磁铁的形变量检测。

在本发明的一种具体实施方式中，形变量检测条件可以具体包括：列车处于速度为0的稳定悬浮状态。

该种实施方式中，考虑到磁浮列车处于向前行进的状态时，会影响检测的准确性，因此，该种实施方式中，选择在列车处于速度为0的稳定悬浮状态时，进行悬浮电磁铁的形变量检测，有利于得到准确的悬浮电磁铁的形变量检测结果。

例如，当列车在检修库内的标准轨道上稳定悬浮时，可以确定满足形变量检测条件，又如，列车在线路上运行，在进站之后并且处于速度为0的稳定悬浮状态时，可以确定满足该种实施方式中的形变量检测条件。

当然，在其他具体实施方式中，还可以根据需要进行形变量检测条件的具体内容的设定和调整，并不影响本发明的实施。

在悬浮电磁铁通电且触发了形变量检测条件时，第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出第1悬浮间隙，第N间隙探头检测出第N悬浮间隙，并且均发送至第一悬浮控制器。

本申请的第一悬浮控制器和第一悬浮传感器，均可以采用磁浮列车中的已有结构，但需要说明的是，N需要为不小于2的正整数，也就是说，本申请要求第一悬浮传感器为至少具有2个间隙探头的悬浮传感器。

例如图4的实施方式中，为一种具体场合中的第一悬浮传感器的结构示意图，该第一悬浮传感器具有3个间隙探头，即N＝3。

第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，也就是第1间隙探头所在位置处与轨道之间的悬浮间隙值，相应的，第一悬浮传感器中的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙，也就是第N间隙探头所在位置处与轨道之间的悬浮间隙值。

此外需要说明的是，在实际应用中，第一悬浮传感器中的各个间隙探头检测出的悬浮间隙均会发送至第一悬浮控制器，使得第一悬浮控制器根据接收到的悬浮间隙数据，经设定的悬浮控制算法计算处理后，对流经电磁铁线包1和电磁铁线包2的电流大小进行控制，悬浮电磁铁产生悬浮吸力并沿竖直方向向上移动，最终使得悬浮间隙达到额定悬浮间隙。同样的，对于图3的实施方式中，第二悬浮控制器也会根据接收到由第二悬浮传感器发送的悬浮间隙数据，对流经电磁铁线包3和电磁铁线包4的电流大小进行控制。可以理解的是，在理想情况下，悬浮电磁铁的极板应当与轨道平行，并且在悬浮控制器的控制下，与轨道之间的悬浮间隙为额定悬浮间隙。

步骤S202：基于第1悬浮间隙和第N悬浮间隙，确定出悬浮电磁铁在第一悬浮传感器位置处的转角θ

第一悬浮传感器可以检测悬浮电磁铁的悬浮间隙、垂向加速度等信息，当然，本申请的方案中，只需要利用第一悬浮传感器的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，以及第一悬浮传感器的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙，便可以确定出悬浮电磁铁在第一悬浮传感器位置处的转角θ

第一悬浮传感器中依次设置了第1至第N间隙探头，且N个间隙探头均在同一水平面上，均用于检测悬浮间隙；

第一悬浮传感器中的第1间隙探头与第N间隙探头为第一悬浮传感器中，间距最远的2个间隙探头。

具体的，在一种实施方式中，可以通过

其中，s

可参阅图5，一种具体实施方式中的悬浮电磁铁形变等效示意图，悬浮电磁铁在通入电流后产生的电磁吸力在电磁铁长度方向均匀分布，因此悬浮电磁铁在稳定悬浮状态下产生的形变，可简化等效为梁在均布力作用下的形变。图5中的δ

因此，该种实施方式中，便可以通过

步骤S203：基于悬浮电磁铁参数信息以及确定出的悬浮电磁铁在第一悬浮传感器位置处的转角θ

确定出了悬浮电磁铁在第一悬浮传感器位置处的转角θ

具体的，基于图5以及梁的挠度曲线公式可知，悬浮电磁铁中间位置的形变量最大，且最大形变量

在图5中，例如设定顺时针为正，逆时针为负，则理论上

可以看出，确定出了转角θ

基于确定出的悬浮电磁铁在第一悬浮传感器位置处的转角θ

本申请描述的基于转角θ

步骤S204：判断确定出的悬浮电磁铁的最大形变量是否大于设定的形变量阈值；如果是，则执行步骤S205。

步骤S205：输出表示悬浮电磁铁形变量过大的提示信息。

确定出了悬浮电磁铁的最大形变量之后，便可以判断确定出的悬浮电磁铁的最大形变量是否大于设定的形变量阈值，如果大于设定的形变量阈值，说明悬浮电磁铁的形变量过大，需要进行更换，便可以输出表示悬浮电磁铁形变量过大的提示信息，以便相关工作人员及时进行处理，例如具体可以通过列车控制网络进行提示信息的输出。

反之，如果判断出的悬浮电磁铁的最大形变量不大于设定的形变量阈值，便说明悬浮电磁铁的形变量在正常范围内，不需要进行更换。

设定的形变量阈值的具体数值可以根据实际需要进行选择，例如在本发明的一种具体实施方式中，形变量阈值可以具体设置为kδ

k的取值范围为0至1，例如通常可以设置在0.2至0.4左右。

进一步的，在本发明的一种具体实施方式中，还可以包括：

接收第二悬浮控制器发送的第二最大形变量；

相应的，步骤S203中描述的将第一最大形变量作为悬浮电磁铁的最大形变量，可以具体包括：

将第一最大形变量和第二最大形变量的平均值作为悬浮电磁铁的最大形变量；

其中，第二最大形变量为第二悬浮控制器基于悬浮电磁铁参数信息以及确定出的悬浮电磁铁在第二悬浮传感器位置处的转角θ

如上文的描述，理想情况下，|θ

但是该种实施方式考虑到，通常的悬浮电磁铁两端均会设置有悬浮传感器，即会在两端设置第一悬浮传感器和第二悬浮传感器，因此，可以通过求平均值的方式，进一步地保障确定出的悬浮电磁铁的最大形变量的可靠性，且也不需要额外增加器件，因此不会增大方案成本。

该种实施方式中，第二悬浮控制器会基于转角θ

第二最大形变量的计算原理与第一最大形变量的计算原理是一致的，即通过

此外，在实际应用中，第一悬浮控制器也可以将第一最大形变量δ

在本发明的一种具体实施方式中，当N≥3时，还可以包括：

判断第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙s

如果是，则基于第一悬浮传感器中的N个间隙探头所检测出的N个悬浮间隙，确定出s

当确定出s

当确定出s

其中，第2悬浮间隙为第一悬浮传感器中的第2间隙探头检测出的悬浮间隙，第(N-1)悬浮间隙为第一悬浮传感器中的第(N-1)间隙探头检测出的悬浮间隙。

该种实施方式中进一步的考虑到，在通常情况下，第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙s

对此，一种简单的处理方式则是取消本次检测，等待下一次触发了形变量检测条件，且s

而该种实施方式中，则是考虑到当第一悬浮传感器中存在至少3个间隙探头时，可以舍弃s

具体的，首先需要基于第一悬浮传感器中的N个间隙探头所检测出的N个悬浮间隙，确定出s

计算出第一悬浮传感器中的N个间隙探头所检测出的N个悬浮间隙的平均值；

判断第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙s

如果是，则确定出s

如果否，则确定出s

该种实施方式中，可以确定出N个悬浮间隙的平均值，然后看s

当确定出s

相应的，当确定出s

需要说明的是，基于第1悬浮间隙和第(N-1)悬浮间隙，或者基于第2悬浮间隙和第N悬浮间隙，确定出转角θ

应用本发明实施例所提供的技术方案，可以自动进行悬浮电磁铁的形变量检测，有效地提高了检测效率。

具体的，本申请考虑到磁浮列车上通常设置有用于进行悬浮间隙检测的悬浮传感器，即第一悬浮传感器，第一悬浮传感器中依次设置了第1至第N间隙探头。当悬浮电磁铁形变程度不同时，会反映在第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，以及第一悬浮传感器中的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙上，因此本申请可以据此计算出悬浮电磁铁的形变量。

具体的，在悬浮电磁铁通电且触发了形变量检测条件时，本申请的第一悬浮控制器会确定出第一悬浮传感器中的第1间隙探头检测出的第1悬浮间隙，以及第一悬浮传感器中的第N间隙探头检测出的第N悬浮间隙。基于这2个悬浮间隙，可以确定出悬浮电磁铁在第一悬浮传感器位置处的转角θ

可以看出，本申请的方案中，可以自动进行悬浮电磁铁的形变量检测，有效地提高了检测效率。并且，列车中通常原本就设置有用于进行悬浮间隙检测的第一悬浮传感器，本申请则是利用了第一悬浮传感器，实现对于悬浮电磁铁最大形变量的测量，因此有利于节约成本，即本申请可以在未额外增加设备、工装的前提下，实现悬浮电磁铁的形变量自动检测。

相应于上面的悬浮电磁铁的形变量检测方法的实施例，本发明实施例还提供了一种悬浮电磁铁的形变量检测系统以及一种磁浮列车，可与上文相互对应参照。

该悬浮电磁铁的形变量检测系统可以包括第一悬浮传感器和第一悬浮控制器，第一悬浮控制器用于实现如上述任一实施例中的悬浮电磁铁的形变量检测方法的步骤。

该磁浮列车可以包括如上述的悬浮电磁铁的形变量检测系统。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。