CN101875318B - 一种磁悬浮车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁悬浮车，属于交通工具领域。所述磁悬浮车包括车体和轨道，车体与路基之间设置的磁悬浮装置和动力源，磁悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置。所述磁阻式磁力悬浮装置的轭铁I和轭铁架构成轨道，磁体和磁体架固定在车体底部。本发明采用直线电机驱动，所用的磁悬浮装置中的磁体是阵列式排列，结构简单，磁悬浮装置磁力大，在常温下即可以工作；所用轨道包括轭铁和轭铁架，造价低；磁悬浮装置在工作中不需要供电，耗能小。

Description

一种磁悬浮车

技术领域

本发明属于交通工具领域，具体涉及一种磁悬浮车。

背景技术

磁悬浮列车是利用磁力将列车悬浮于轨道之上，采用电机推进的无接触地面运行交通工具。磁悬浮车使用的磁悬浮机构主要有三类：常导电磁悬浮，超导电磁悬浮和永磁同极相斥悬浮。常导电磁悬浮需要耗电，控制技术复杂，设备造价高。超导电磁悬浮需要提供超低温环境，能耗高，路轨造价昂贵；永磁同极相斥悬浮虽然耗能少，但需要铺设永磁轨道，造价高、布局复杂、施工工程量大。

海尔贝克阵列是Halbach发现的一种特殊的磁体排列形式，又叫Halbach阵列，由磁体方向按一定规律变化的单元磁块构成，以使磁体一侧磁场得到加强，而另一侧被削弱几乎为零。

发明内容

本发明要解决的是现有磁悬浮列车结构复杂、造价高的问题，提供一种结构简单、造价低、耗能小的磁悬浮列车。

本发明的技术方案是以下述方法实现的：

一种磁悬浮车，包括车体和轨道，车体与路基之间设置的磁悬浮装置和动力源，磁悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置。

所述磁阻式磁力悬浮装置的轭铁I和轭铁架构成轨道，磁体和磁体架固定在车体底部。

车体和路基之间至少设置一列磁阻式磁力悬浮装置。

所述动力源是直线电机。

所述直线电机为直线感应电机，直线感应电机的初级固定在车体底部，次级固定在路基上。

所述直线电机为永磁直线电机，永磁直线电机是倒挂设置，车体底部固定L型支架，路基上固定与L型支架对应的倒L型支架，L型支架和倒L型支架之间设置永磁直线电机。

永磁直线电机的次级固定在L型支架上端，初级固定在倒L型支架下端。

所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车底中部。

所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车体两侧。

所述直线电机为直线感应电机，直线感应电机的两个初级平行固定在电机架内侧，两个初级之间设置轨道，所述轨道是直线感应电机的次级，沿轨道方向，所述电机架和磁体架间隔排列、固定在车体底面。

本发明采用直线电机驱动，所用的磁悬浮装置中的磁体是阵列式排列，结构简单，磁悬浮装置磁力大，在常温下即可以工作；所用轨道包括轭铁和轭铁架，造价低；磁悬浮装置在工作中不需要供电，耗能小。

附图说明

图1为本发明磁悬浮列车的主视示意图；

图2为图1的A-A向剖视示意图；

图3为图1中实施例1的B-B向剖视示意图；

图4为图1中实施例3永磁直线电机设置在车底中部的A-A向剖视示意图；

图5为图1中实施例3永磁直线电机设置在车体两端的A-A向剖视示意图；

图6为本发明中磁力悬浮装置实施例A的剖视示意图；

图7为磁力悬浮装置实施例A中两列Halbach阵列的磁力线分布示意图；

图8为磁力悬浮装置实施例A中轭铁I在竖直方向受力最小时磁力线分布示意图；

图9为磁力悬浮装置实施例A中轭铁I在竖直方向受力最大时磁力线分布示意图；

图10为磁力悬浮装置实施例A中轭铁I所受竖直方向的力随着轭铁I与Halbach阵列的相对位移的变化关系示意图；

图11为本发明中磁力悬浮装置实施例B的剖视示意图；

图12为磁力悬浮装置实施例B中两列Halbach阵列的磁力线分布示意图；

图13为磁力悬浮装置实施例B中轭铁I在竖直方向受力最小时磁力线分布示意图；

图14为磁力悬浮装置实施例B中轭铁I在竖直方向受力最大时磁力线分布示意图；

图15为磁力悬浮装置中每列Halbach阵列的磁体为5组时剖视示意图；

图16为本发明中磁力悬浮装置实施例C的剖视示意图；

图17为磁力悬浮装置实施例C中两列间隔阵列的磁力线分布示意图；

图18为磁力悬浮装置实施例C中轭铁I在竖直方向受力最小时磁力线分布示意图；

图19为磁力悬浮装置实施例C中轭铁I在竖直方向受力最大时磁力线分布示意图；

图20为磁力悬浮装置实施例C中轭铁I所受竖直方向的力随着轭铁I与间隔阵列的相对位移的变化关系示意图；

图21为磁力悬浮装置实施例C每列间隔阵列的磁体为3组时的剖视示意图；

图22为带有定位装置的磁阻式磁力悬浮装置的剖视示意图；

图23为图1中实施例2的B-B向剖视示意图；

图24为只有一列磁阻式磁力悬浮装置的本发明的剖视示意图；

具体实施方式

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种磁悬浮车，包括车体1和轨道，车体与路基之间设置直线电机动力源和两列磁悬浮装置，所述磁悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置3。所述磁阻式磁力悬浮装置的轭铁I 7和轭铁架6构成轨道，磁体和磁体架10固定在车体底部。所述直线电机为直线感应电机5，直线感应电机5设置在车体与路基之间。直线感应电机5的初级固定在车体底部，次级固定在路基上。所述初级和次级的位置可以调换。所述磁悬浮装置可以是一列，如图24所示。

实施例2

如图23所示，所述直线电机为直线感应电机5，直线感应电机5的两个初级平行固定在电机架14内侧，两个初级之间设置轨道，所述轨道是直线感应电机5的次级，沿轨道方向，所述电机架14和磁体架10间隔排列、固定在车体底面。

实施例3

如图4所示，所述直线电机为永磁直线电机12，永磁直线电机12是倒挂设置，车体底部固定L型支架8，路基上固定与L型支架对应的倒L型支架9，L型支架8和倒L型支架9之间设置永磁直线电机12。永磁同步直线电机12的次级固定在L型支架上端，初级固定在倒L型支架下端。所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车底中部。或者如图5所示，所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车体两侧。其它结构同实施例1。

图1～5和图23、24中所述磁悬浮装置如我们在《一种磁阻式磁力悬浮装置》中申请的专利中的条状的磁阻式磁力悬浮装置。磁阻式磁力悬浮装置说明书如下：

磁阻式磁力悬浮装置实施例A

如图6所示，磁阻式磁力悬浮装置包括磁体架101，非导磁的磁体架101内两侧固定两列以Halbach阵列形式排列的磁体阵列102，两列Halbach阵列102平行、等高排列，每列Halbach阵列102包含三块磁体，其中一列由上到下三块磁体的磁化方向如下：竖直向上、水平向右、竖直向下；与之对应的另一列中由上到下三块磁体的磁化方向如下：竖直向下、水平向右、竖直向上，两列Halbach阵列102之间构成磁力线回路；两列Halbach阵列102之间是导磁的轭铁I 103，轭铁I 103与两侧Halbach阵列102的气隙相等，轭铁I 103由非导磁的轭铁架104支撑。

Halbach阵列是一个特殊的磁体排列形式，阵列的一侧产生很强的磁场，而另一侧磁场很弱。本发明中两列Halbach阵列相互平行且等高，利用两个阵列所产生的强磁场构成磁力线回路，其磁力线分布如图7所示，两个Halbach阵列102中心位置磁场路径最短，上下两端磁场路径最长。由磁路最短原理知道，轭铁I 103进入或退出这一强磁场时，磁路磁阻变化产生强大的磁阻力，该磁阻力试图使磁场路径向着最短的方向收缩，是一个使运动部分回归到磁阻最小位置即平衡位置的回复力。

图8是轭铁I中心线与Halbach阵列102中间磁体的中心线重合时磁力线分布示意图，磁力线以近似直线形式穿过磁轭，此时磁场路径最短，轭铁I 103竖直方向受力最小；图9是轭铁I 103下表面与Halbach阵列102中间磁体的上表面平齐时的磁力线分布示意图，磁力线以曲线的形式穿过轭铁I 103，此时磁场路径最长，根据磁路最短原理，轭铁I 103受到磁体竖直向下的回复磁力以使经过轭铁I 103的磁力线最短。同理，轭铁I 103上表面与Halbach阵列102中间磁体的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力以使经过轭铁I 103的磁力线最短。

轭铁I 103受力大小与磁体和轭铁I竖直位移之间的关系如图10所示，所述x轴是指磁体和轭铁I之间竖直方向相对位移，所述y轴是轭铁I 103所受到磁体的竖直方向的磁力。图中平衡位置指：轭铁I 103中心线与Halbach阵列102中间磁体的水平中心线重合位置，当轭铁I 103向上移动时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力；反之，当轭铁I 103向下移动时，轭铁I 3受到磁体向上的回复力，偏离平衡位置越远，轭铁I 103所受的回复力越大。当轭铁I 103下表面与Halbach阵列102中间磁体的上表面平行或者轭铁I 103上表面与Halbach阵列102中间磁体的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体的回复力最大。

如图6～10所示的磁阻式磁力悬浮装置中，所述每列Halbach阵列102中磁体的数量可以是5组，每列Halbach阵列102中有五组磁体，两列Halbach阵列102平行、等高排列，构成磁场回路，对应的轭铁I 103是两块，两个轭铁I 103之间由非导磁材料连接，如图15所示。

磁阻式磁力悬浮装置实施例B

如图11所示，在Halbach阵列102底端固定轭铁II 108，Halbach阵列102和磁体架101之间固定轭铁III 109，其它结构同实施例A。

如图12所示，两列Halbach阵列102上、下两端分别固定轭铁II 108和III109之后，两列Halbach阵列102之间的磁力线分布示意图。两个Halbach阵列102中心位置磁场路径最短，上下两端磁场路径最长。同实施例A原理可知，轭铁I 103水平中心线与Halbach阵列102中间磁体的中水平心线重合时，轭铁I 103受到竖直方向力最小。当轭铁I 103向上移动时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力；反之，当轭铁I 103向下移动时，轭铁I 103受到磁体向上的回复力，Halbach阵列102中心位置磁场越远，轭铁I 103所受的回复力越大，当轭铁I 103下表面与Halbach阵列102中间磁体的上表面平行或者轭铁I 103上表面与Halbach阵列102中间磁体的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体的回复力最大。轭铁I 103在两列Halbach阵列102中竖直方向受力最小时磁力线分布示意图如图13所示，受力最大时如图14所示。同实施例A相比，Halbach阵列102两端加上轭铁II 108和轭铁III 109后，漏磁降低，阵列之间的磁场加强，轭铁I 103所受回复力相应增加。

如图11～14和图23、24所示的磁阻式磁力悬浮装置中，每列Halbach阵列102中磁体的数量可以是5组，每列Halbach阵列102中有五组磁体，两列Halbach阵列102平行、等高排列，构成磁场回路，对应的轭铁I 103是两块，两个轭铁I 103之间由非导磁材料连接。

磁阻式磁力悬浮装置实施例C

如图16所示，磁体架101内两侧固定两列以间隔形式排列的磁体阵列111，两列间隔阵列111之间构成磁力线回路，两列间隔阵列111平行、等高排列，每列间隔阵列111包含两块磁体，两块磁体之间设置凸铁110；两块磁体的磁化方向均为竖直方向且磁化方向相反，两列间隔阵列111中，处于平行位置的两磁体磁化方向相反；两列间隔阵列111之间是导磁的轭铁I 103，轭铁I 103与两侧间隔阵列111的气隙相等，轭铁I 103由非导磁的轭铁架104支撑。

如图17所示，两列间隔阵列111之间的磁力线分布示意图。两个间隔阵列111中心位置磁场路径最短，上下两端磁场路径最长。同实施例A原理可知，轭铁I水平中心线与间隔阵列111中凸铁110的中心线重合时，轭铁I 103受到竖直方向力最小。当轭铁I 103向上移动时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力；反之，当轭铁I 103向下移动时，轭铁I 103受到磁体向上的回复力，偏离间隔阵列111中心磁场越远，轭铁I 103所受的回复力越大，当轭铁I 103下表面与凸铁110的上表面平行或者轭铁I 103上表面与凸铁110的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体的回复力最大。轭铁I 103在两列间隔阵列111中竖直方向受力最小时磁力线分布示意图如图18所示，受力最大时如图19所示。轭铁I所受竖直方向的力随着轭铁I与间隔阵列的相对位移的变化关系如图20所示。

如图16～20所述磁阻式磁力悬浮装置中，每列间隔阵列11中磁体的数量可以是3组，对应凸铁110是两块；磁体和凸铁110交替排列，相邻磁体的磁化方向相反；两列间隔阵列111中，处于平行位置的两磁体磁化方向相反；对应的轭铁I 103是两块，两个轭铁I 103之间由非导磁材料连接，如图21所示。

如图22所示，磁体架和轭铁架之间、磁体架和轭铁I 103之间设置滑动导靴105。

当磁阻式磁力磁悬浮装置中轭铁I 103的处于磁场中心时，磁体受到轭铁I竖直方向的力最小，处于磁力平衡位置；当车体向下移动时，磁体受到轭铁I竖直向上的回复力，随着偏离平衡位置距离的增加，回复力逐渐达到最大值。随后，随着偏离距离的进一步增大，回复力逐渐减小，滑动导靴与轭铁I上端面接触，限制偏移距离的增大，将列车维持在一个安全运行状态。当车体向上移动时，磁体受到轭铁I竖直向下的回复力，利用这个回复拉力，可以有效防止列车脱轨。

Claims (10)

1.一种磁悬浮车，包括车体(1)和轨道，车体与路基之间设置的磁悬浮装置和动力源，其特征在于：磁悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置(3)，所述磁阻式磁力悬浮装置包括磁体架(101)，非导磁的磁体架(101)内两侧固定两列以Halbach阵列形式排列的磁体阵列(102)，两列Halbach阵列(102)平行、等高排列，每列Halbach阵列(102)包含三块磁体，其中一列由上到下三块磁体的磁化方向如下：竖直向上、水平向右、竖直向下；与之对应的另一列中由上到下三块磁体的磁化方向如下：竖直向下、水平向右、竖直向上，两列Halbach阵列(102)之间构成磁力线回路；两列Halbach阵列(102)之间是导磁的轭铁I(103)，轭铁I(103)与两侧Halbach阵列(102)的气隙相等，轭铁I(103)由非导磁的轭铁架(104)支撑。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮车，其特征在于：所述磁阻式磁力悬浮装置的轭铁I(7)和轭铁架(6)构成轨道，磁体和磁体架(10)固定在车体底部。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮车，其特征在于：车体和路基之间至少设置一列磁阻式磁力悬浮装置(3)。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮车，其特征在于：所述动力源是直线电机。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮车，其特征在于：所述直线电机为直线感应电机(5)，直线感应电机(5)的初级固定在车体底部，次级固定在路基上。

6.根据权利要求4所述的磁悬浮车，其特征在于：所述直线电机为永磁直线电机(12)，永磁直线电机是倒挂设置，车体底部固定L型支架(8)，路基上固定与L型支架对应的倒L型支架(9)，L型支架(8)和倒L型支架(9)之间设置永磁直线电机(12)。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮车，其特征在于：永磁直线电机的次级固定在L型支架上端，初级固定在倒L型支架下端。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮车，其特征在于：所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车底中部。

9.根据权利要求7所述的磁悬浮车，其特征在于：所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车体两侧。

10.根据权利要求4所述的磁悬浮车，其特征在于：所述直线电机为直线感应电机(5)，直线感应电机(5)的两个初级平行固定在电机架(14)内侧，两个初级之间设置轨道，所述轨道是直线感应电机(5)的次级，沿轨道方向，所述电机架(14)和磁体架(10)间隔排列、固定在车体底面。

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