CN113415171A - 一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***及悬浮驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***及悬浮驱动方法，包括磁悬浮列车和磁悬浮轨道，其中在磁悬浮列车上设置有永磁体阵列，沿列车的运行方向，磁悬浮轨道依次设置有驱动装置和驱动悬浮装置；其中驱动装置仅用于对初速为零的列车加速至悬浮初速，驱动悬浮装置则为具有初速的列车提供驱动力和悬浮力；本发明将列车的启动拆分为驱动阶段和驱动悬浮阶段，从而保证列车以较高的初速进入到驱动悬浮阶段，并通过较高的初速获得足够的悬浮力实现列车的正常悬浮；与现有技术相比，本发明通过上述技术手段实现了悬浮装置与驱动装置的融合，无需单独设置体积庞大的悬浮***，大大降低了设备的体积，同时其对磁场利用率更高，提高设备运行效率。

Description

一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***及悬浮驱动方法
技术领域
本发明涉及磁悬浮交通设备技术领域，具体涉及一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***及悬浮驱动方法。
背景技术
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，减少了摩擦力，行走时不同于其他列车需要接触地面，只受来自空气的阻力；
现有技术中，对于涡流悬浮列车而言，磁悬浮轨道上一般布置驱动装置，而在轨道两侧布置悬浮装置，驱动装置与悬浮装置处于相互分离的状态；列车由静置状态逐渐启动的过程中，驱动装置和悬浮装置同时启动，因此在启动过程中不但要受到驱动磁场的作用，同时还要受到悬浮磁场的作用,而在磁悬浮列车的启动阶段，由于速度很慢，此时悬浮力很小，但磁阻力很大，所以如果列车悬浮磁场在初速为0时开始作用的话，列车的启动阶段需要克服较大的磁阻力，影响加速效率。
发明内容
针对现有技术中存在的设备体积大，占地面积大，磁场利用率低的缺陷，本发明公开了一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***及悬浮驱动方法，采用发明所述技术方案能够实现驱动装置与悬浮装置的整合，从而缩小磁悬浮***的体积，同时还能够提高磁场利用率。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***，包括：
磁悬浮列车和磁悬浮轨道，
沿所述磁悬浮列车的前进方向，在所述磁悬浮轨道上依次设置有驱动装置和悬浮驱动装置；
驱动装置，所述驱动装置仅用于为处于启动阶段的所述磁悬浮列车提供加速驱动力；
悬浮驱动装置，所述悬浮驱动装置用于为经过所述驱动装置加速的所述磁悬浮列车提供驱动力和悬浮力。
优选的，驱动装置包括若干沿轨道延伸方向均匀设置的交变线圈，所述交变线圈通过电源接口与外部供电设备相连。
优选的，悬浮驱动装置包括若干沿轨道延伸方向均匀设置的交变线圈，每个所述交变线圈内均嵌设有感应悬浮板，所述感应悬浮板与所述交变线圈之间设置有将二者完全绝缘隔离的隔离环。
优选的，感应悬浮板采用相对磁导率小于1，电阻率大于3X107S/m的金属板材制作。
优选的，感应悬浮板采用铝板或铜板。
优选的，感应悬浮板的中部还嵌设有导向磁条，所述导向磁条平行于列车运行方向，且导向磁条为相对磁导率大于800的金属条。
优选的，导向磁条为铁条。
优选的，感应悬浮板上还嵌设有若干相互平行的铜片，所述铜片对称分布于导向磁条的两侧，且铜片与导向磁条垂直。
优选的，磁悬浮列车底部还通过转轴旋转连接有辅助轮，所述辅助轮呈球形设置。
相应的，本发明还公开了一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***的悬浮驱动方法，包括以下步骤：
S1、磁悬浮列车停放于设置有驱动装置的磁悬浮轨道上，其中驱动装置，并通过驱动装置对处于静置状态的磁悬浮列车进行加速，并保证磁悬浮列车进入到布设有驱动悬浮装置的磁悬浮轨道上时其运行速度不小于悬浮初速；
S2、磁悬浮列车以高于悬浮初速的运行速度进入到布设有驱动悬浮装置的磁悬浮轨道上，通过悬浮驱动装置对处于运行状态的磁悬浮列车同时施加驱动力和悬浮力，实现磁悬浮列车的进一步提速，同时通过悬浮力使磁悬浮列车悬浮直至达到该线路段规定的列车运行时速。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明包括磁悬浮列车和磁悬浮轨道，其中在磁悬浮列车上设置有永磁体阵列，沿列车的运行方向，磁悬浮轨道包括第一工作段和第二工作段，其中第一工作段设置有仅对磁悬浮列车进行驱动的驱动装置，第二工作段设置有同时对磁悬浮列车进行驱动和悬浮的悬浮驱动装置；
本发明所述磁悬浮***在工作时，磁悬浮列车首先静止停泊于驱动装置上方，并在启动后通过驱动装置实现对磁悬浮列车的驱动，使磁悬浮列车以高于悬浮初速的速度进入到设置有驱动悬浮装置的磁悬浮轨道上时，由于磁悬浮列车存在较大的初速，因此永磁体阵列与感应悬浮板之间存在变化较快的相对位移，即由于磁悬浮列车具有较大的初速，感应悬浮板将能够快速切割磁感线，因此根据电磁感应定律，感应悬浮板内部将产生较强的感应电流，进而产生较强的涡流和感应磁场，该磁场与永磁磁场相互作用，产生悬浮力以实现磁悬浮列车的悬浮，且该悬浮力先随着速度的增大而不断提高，然后趋于稳定；
与现有技术相比，本发明通过将磁悬浮列车的启动阶段拆分为驱动段和驱动悬浮段，并通过驱动段赋予进入到驱动悬浮段的列车较高的初速，根据电磁感应定律，较高的初速将导致感应悬浮板快速切割磁感线，进而获取较大的悬浮力实现磁悬浮列车的悬浮；即通过较高的初速获取列车悬浮的悬浮力而非传统技术的通过较大体积的悬浮装置提供足够的悬浮力；
本发明通过巧妙的将列车的运动过程拆分为加速段和悬浮加速段，从而实现了在较高初速度下进行悬浮的目的，本发明可以将体积庞大悬浮力***去掉，同时将用于产生悬浮力的感应悬浮板拆分为多个体积更小的板材，并分别嵌入到各个交变线圈中，实现驱动装置与悬浮装置的融合，同时融合后的***可以共用一套永磁体阵列，从而大大缩小了设备的体积。
其次，由于本发明将驱动***与悬浮***进行了整合，因此磁悬浮列车工作时将处于驱动磁场和悬浮磁场的正上方，而传统的磁悬浮***中由于驱动***和悬浮***处于非同轴状态，因此本发明所述的技术方案能够实现对悬浮磁场的充分利用，大大提高了磁场的利用率。
2、本发明的驱动悬浮装置包括交变线圈和嵌入到交变线圈内的感应悬浮板，同时在交变线圈与感应悬浮板之间还设置有隔离环，通过隔离环将二者实现绝缘隔离，避免二者相互干扰，保证悬浮驱动装置的正常工作；
同时上述结构简单，能够有效简化设备的结构，提高可靠性和稳定性，并降低磁悬浮列车的建造成本；
3、本发明在感应悬浮板中部还设置有与列车运行方向平行的导向铁条，运行过程中，位于磁悬浮列车内部的永磁铁阵列的中心线与导向铁条的中心线重合，即永磁铁整***于导向磁条的正上方，且关于导向磁条的中心线对称；此时导向磁条对永磁铁产生的吸引力方向与列车所受悬浮力方向相反，其大小远小于悬浮力值，磁悬浮列车处于稳定运行状态；当磁悬浮列车向其中一侧发生偏移时，必然导致导向磁条在永磁铁阵列中心线两侧的不均匀分布，即导向磁条相对于永磁铁阵列发生了偏移，此时导向磁条与永磁铁阵列之间的磁力将发生偏转，且偏转方向与列车的偏移方向相反，从而将磁悬浮列车拉回正确的运行位置，保证磁悬浮列车的安全稳定运行。
且上述结构及原理简单，不但设备的改造成本较低，同时有效保证了设备的可靠性和稳定性。
4、本发明在感应悬浮板上还嵌设有若干相互平行的铜片，所述铜片对称分布于导向磁条的两侧，且铜片与导向磁条垂直；通过铜片降低感应悬浮板的电阻，从而增大感应悬浮板的涡流，进而提高悬浮力；
其次，上述方式能够有效降低铜的用量，进而降低整套设备的制造成本，从而在成本与悬浮性能之间达到平衡。
5、本发明在磁悬浮列车底部还设置有辅助轮，所述辅助轮为球形轮，与传统的圆柱形轮相比，球形轮的两侧向上倾斜，因此两侧与轨道的接触点同步提高，在磁悬浮列车进入和接触悬浮状态时，球形轮与轨道侧面的接触面被大幅缩小，能够有效降低辅助轮与轨道之间的摩擦碰撞，提高设备运行的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明磁悬浮轨道平面布置图；
图3为本发明悬浮驱动装置***结构示意图；
图4为本发明实施方式2结构示意图；
图5为本发明实施方式2悬浮驱动装置结构示意图；
图6为本发明实施方式2正常工作状态图；
图7为本发明实施方式2磁悬浮列车偏移状态工作示意图；
附图标记：1、磁悬浮列车，2、磁悬浮轨道，3、驱动装置，4、悬浮驱动装置，5、交变线圈，6、电源接口，7、感应悬浮板，8、隔离环，9、导向磁条，10、铜片，11、辅助轮，12、永磁体阵列。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施方式1
本实施方式作为本发明的一较佳实施方式，如图1到图3所述，其公开了一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***，包括磁悬浮列车1和磁悬浮轨道2，其中所述磁悬浮列车1内固定设置有永磁体阵列12，所述永磁体阵列12以海尔贝克阵列为佳；
沿所述磁悬浮列车1的运行方向，在所述磁悬浮轨道2上依次设置有驱动装置3和驱动悬浮装置4，其中所述驱动装置3包括若干交变线圈5，交变线圈5沿磁悬浮轨道2的延展方向均匀设置，所述交变线圈5上设置有电源接口6，第一级的交变线圈5通过电源接口6与外部电源设备相连，其余交变线圈5通过电源接口6与相邻的交变线圈5导通；从而保证将所有交变线圈5导通；
所述悬浮驱动装置4包括若干交变线圈5，交变线圈5沿磁悬浮轨道2的延展方向均匀设置，每个交变线圈5内均嵌设有感应悬浮板7，所述感应悬浮板7采用相对磁导率小于1，电阻率大于3X107S/m的金属制作，其中以铝板或铜板为最佳；安装时，所述感应悬浮板7嵌入到交变线圈5内，同时在感应悬浮板7与交变线圈5之间还设置有隔离环8，隔离环8的横截面为方形，根据需要所述隔离环8采用诸如电木、绝缘橡胶等绝缘材料制作，同时隔离环8的厚度不小于5mm；安装完成后，通过隔离环保8保证交变线圈5与感应悬浮板7相互正对的面完全绝缘隔离，同时感应悬浮板7的顶面需裸露于外，从而保证感应悬浮板7的正常工作；
同时在所述磁悬浮列车的底面还均匀设置有若干辅助轮11，辅助轮11为球形轮，并通过连接轴与磁悬浮列车1转动相连。
实施方式2
本实施方式作为本发明的又一较佳实施方式，其在实施方式1的基础上公开了一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***，如图4和图5所示，包括磁悬浮列车1和磁悬浮轨道2，沿列车前进方向，在磁悬浮轨道2上依次设置有驱动装置3和悬浮驱动装置4，所述驱动装置3包括若干沿磁悬浮轨道2延展方向设置的交变线圈；
所述悬浮驱动装置4包括若干沿磁悬浮轨道2延展方向设置的交变线圈5，交变线圈5内嵌设有感应悬浮板7，感应悬浮板与交变线圈之间设置有隔离环8,；所述感应悬浮板7中部嵌设有导向磁条9，导向磁条9平行于列车的运行方向，同时导向磁条9采用相对磁导率大于800的金属条制作，其中以铁条为佳；
所述导向磁条9的两侧还对称设置有若干相互平行的铜片10，铜片10嵌入到感应悬浮板7上，同时铜片10与导向磁条9垂直设置。
如图6所示，在磁悬浮列车处于稳定运行状态时，永磁体阵列的中线与导向磁条的中线重合，此时导向磁条与永磁体阵列之间的磁力处于竖直方向,即永磁体阵列受到处于同一直线，但方向相反的悬浮力(F1)和吸引力(F2)；
当磁悬浮列车发生横向位移时，永磁体阵列与导向磁条之间的位置关系如图7所示，由于永磁体阵列随列车发生错动，即相当于导向磁条相对于永磁铁阵列发生了偏移，此时导向磁条与永磁铁阵列之间的磁力将发生偏转，且偏转方向与列车的偏移方向相反，从而将磁悬浮列车拉回正确的运行位置，保证磁悬浮列车的安全稳定运行，其中永磁体阵列受到的悬浮力(F1-1)和吸引力(F2-1)如图所示。
且上述结构及原理简单，不但设备的改造成本较低，同时有效保证了设备的可靠性和稳定性。
实施方式3
本实施方式作为本发明的另一基本实施方式，其公开了一种磁悬浮***悬浮驱动方法，包括以下步骤：
S1、将列车静止停放于设置有驱动装置的磁悬浮轨道上，列车需要运行时，对驱动装置提供交流电，通过交流电产生驱动磁场，驱动磁场与永磁体阵列相互作用驱动磁悬浮列车在磁悬浮轨道上滑动，同时须保证磁悬浮列车离开驱动装置时的速度不小于悬浮初速，其中悬浮初速根据列车的重量、驱动装置的加速长度以及后续悬浮驱动装置的尺寸及功率等因素综合确定；
S2、磁悬浮列车以高于悬浮初速的运行时速进入到设置有驱动悬浮装置的磁悬浮轨道，处于通电状态的悬浮驱动装置中，通过交变线圈产生驱动磁场，同时通过感应悬浮板产生悬浮磁场，从而同时对磁悬浮列车施加悬浮力和驱动力，直至列车处于稳定的悬浮运行状态，列车的运行速度达到该磁悬浮路段规定的列车运行时速。
本发明所述磁悬浮***在工作时，磁悬浮列车首先静止停泊于驱动装置上方，并在启动后通过驱动装置实现对磁悬浮列车的驱动，使磁悬浮列车以高于悬浮初速的速度进入到设置有驱动悬浮装置的磁悬浮轨道上时，由于磁悬浮列车存在较大的初速，因此永磁体阵列与感应悬浮板之间存在变化较快的相对位移，即由于磁悬浮列车具有较大的初速，感应悬浮板将能够快速切割磁感线，因此根据电磁感应定律，感应悬浮板内部将产生较强的感应电流，进而产生较强的涡流和感应磁场，该磁场与永磁磁场相互作用，产生悬浮力以实现磁悬浮列车的悬浮，且该悬浮力先随着速度的增大而不断提高，然后趋于稳定；
与现有技术相比，本发明通过将磁悬浮列车的启动阶段拆分为驱动段和驱动悬浮段，并通过驱动段赋予进入到驱动悬浮段的列车较高的初速，根据电磁感应定律，较高的初速将导致感应悬浮板快速切割磁感线，进而获取较大的悬浮力实现磁悬浮列车的悬浮；即通过较高的初速获取列车悬浮的悬浮力而非传统技术的通过较大体积的悬浮装置提供足够的悬浮力；
本发明通过巧妙的将列车的运动过程拆分为加速段和悬浮加速段，从而实现了在较高初速度下进行悬浮的目的，本发明可以将体积庞大悬浮力***去掉，同时将用于产生悬浮力的感应悬浮板拆分为多个体积更小的板材，并分别嵌入到各个交变线圈中，实现驱动装置与悬浮装置的融合，同时融合后的***可以共用一套永磁体阵列，从而大大缩小了设备的体积。
其次，由于本发明将驱动***与悬浮***进行了整合，因此磁悬浮列车工作时将处于驱动磁场和悬浮磁场的正上方，而传统的磁悬浮***中由于驱动***和悬浮***处于非同轴状态，因此本发明所述的技术方案能够实现对悬浮磁场的充分利用，大大提高了磁场的利用率。

Claims (10)

1.一种悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于，包括：
磁悬浮列车(1)和磁悬浮轨道(2)，
沿所述磁悬浮列车(1)的前进方向，在所述磁悬浮轨道(2)上依次设置有驱动装置(3)和悬浮驱动装置(4)；
驱动装置(3)，所述驱动装置(3)仅用于为处于启动阶段的所述磁悬浮列车(1)提供加速驱动力；
悬浮驱动装置(4)，所述悬浮驱动装置(4)用于为经过所述驱动装置(3)加速的所述磁悬浮列车(1)提供驱动力和悬浮力。
2.根据权利要求1所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述驱动装置(3)包括若干沿轨道延伸方向均匀设置的交变线圈(5)，所述交变线圈(5)通过电源接口(6)与外部供电设备相连。
3.根据权利要求1所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述悬浮驱动装置(4)包括若干沿轨道延伸方向均匀设置的交变线圈(5)，每个所述交变线圈(5)内均嵌设有感应悬浮板(7)，所述感应悬浮板(7)与所述交变线圈(5)之间设置有将二者完全绝缘隔离的隔离环(8)。
4.根据权利要求3所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述感应悬浮板(7)采用相对磁导率小于1，电阻率大于3X107S/m的金属板材制作。
5.根据权利要求4所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述感应悬浮板(7)采用铝板或铜板。
6.根据权利要求3所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述感应悬浮板(7)的中部还嵌设有导向磁条，所述导向磁条(9)平行于列车运行方向，且导向磁条(9)为相对磁导率大于800的金属条。
7.根据权利要求6所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述导向磁条(9)为铁条。
8.根据权利要求6或7中任意一项所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述感应悬浮板(7)上还嵌设有若干相互平行的铜片(10)，所述铜片对称分布于导向磁条(9)的两侧，且铜片(10)与导向磁条(9)垂直。
9.根据权利要求1所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***，其特征在于：所述磁悬浮列车(1)底部还通过转轴旋转连接有辅助轮(11)，所述辅助轮(2)呈球形设置。
10.一种基于权利要求1到9中任意一项所述的悬浮驱动一体化的磁悬浮***的悬浮驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、磁悬浮列车停放于设置有驱动装置的磁悬浮轨道上，其中驱动装置，并通过驱动装置对处于静置状态的磁悬浮列车进行加速，并保证磁悬浮列车进入到布设有驱动悬浮装置的磁悬浮轨道上时其运行速度不小于悬浮初速；
S2、磁悬浮列车以高于悬浮初速的运行速度进入到布设有驱动悬浮装置的磁悬浮轨道上，通过悬浮驱动装置对处于运行状态的磁悬浮列车同时施加驱动力和悬浮力，实现磁悬浮列车的进一步提速，同时通过悬浮力使磁悬浮列车悬浮直至达到该线路段规定的列车运行时速。
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