CN115341419A - 一种提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁悬浮交通技术领域，具体而言，涉及一种提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，包括：悬浮轨道、磁性导体条、悬浮结构和导体外圈，所述磁性导体条设置在所述悬浮轨道内，所述磁性导体条固定设置在所述悬浮轨道中部，所述磁性导体条的底面与所述悬浮轨道的底面位于同一水平面；所述悬浮结构设置在所述悬浮轨道正上方；所述导体外圈设置为圆环型，所述导体外圈套设在所述悬浮结构的侧壁上，所述导体外圈的宽度与所述悬浮结构的宽度相同，所述导体外圈的内壁与所述悬浮结构的侧壁外表面固定相连。本发明通过增设导体外圈，对轨道产生的镜像磁场再利用，提高悬浮性能的同时增大悬浮力饱和时的极限转速即增大了磁浮汽车的载重能力。

Description

一种提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮交通技术领域，具体而言，涉及提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置。

背景技术

磁浮汽车是一种基于永磁电动悬浮原理来进行运动的新型磁浮制式交通工具。现有技术中，磁浮汽车并未得到广泛推广运用，主要原因在于立式磁体的利用率低，能源利用率低，极限运行速度较低，无法实现真正意义上的高速及超高速，并且尚未有一种能保证足够悬浮性能的前提下实现稳定的导向方案，现需要一种能够增加立式磁体的悬浮性能和能够稳定运行的导向方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请提供了一种提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，包括：悬浮轨道、磁性导体条、悬浮结构和导体外圈，所述磁性导体条设置在所述悬浮轨道内，所述磁性导体条固定设置在所述悬浮轨道中部，所述磁性导体条的底面与所述悬浮轨道的底面位于同一水平面；所述悬浮结构设置在所述悬浮轨道正上方；所述导体外圈设置为圆环型，所述导体外圈套设在所述悬浮结构的侧壁上，所述导体外圈的宽度与所述悬浮结构的宽度相同，所述导体外圈的内壁与所述悬浮结构的侧壁外表面固定相连。

可选地，所述悬浮结构包括轮毂和永磁体，所述轮毂上设置有凹槽，所述凹槽内设置有永磁体，所述永磁体底部与凹槽内底面固定相连。

可选地，所述凹槽的两个侧壁和所述永磁体上均设置有通孔，通过螺栓穿过所述通孔将所述永磁体固定设置在所述凹槽内。

可选地，所述永磁体的磁化方向均按照Halbach阵列周期性排列。

可选地，所述永磁体设置有至少4个，每个所述永磁体均设置为扇环结构，所有所述永磁体围成一个空心圆柱，所述空心圆柱的中轴线与所述悬浮轨道平行设置。

可选地，所述永磁体的排列数量为16个，相邻两个所述永磁体的磁化方向的角度间隔为22.5度。

可选地，所述导体外圈设置为金属导体外圈。

可选地，所述导体外圈的厚度设置为2-6mm。

可选地，所述悬浮轨道的宽度大于所述悬浮结构的宽度。

可选地，所述悬浮结构中点与所述磁性导体条中点的连线垂直于所述磁性导体条，所述磁性导体条的与所述悬浮轨道平行设置。

本发明的有益效果为：

本发明通过在具有特定磁化方向悬浮结构的外侧包裹一层高电导率材料，作为二次感应的良导体同磁轮一起与轨道良导体发生电磁反应，进而有效提高悬浮性能及载重能力；并且还通过在地面轨道良导体的中部铺设高导磁性材料作为辅助轨道，实现磁浮汽车导向，进而实现大载重能力下的悬浮导向驱动一体化。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置结构示意图；

图2为本发明实施例中所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置侧视示意图；

图3为本发明实施例中所述的永磁体的磁化方向示意图；

图4为本发明实施例中所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置不同外圈厚度的产生的悬浮力示意图；

图5为本发明实施例中所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置不同外圈材质的产生的悬浮力示意图；

图6为本发明实施例中所述的悬浮结构的悬浮受力示意图；

图7为本发明实施例中所述的悬浮结构偏离轨道的导向受力示意图。

图中标记：1、悬浮轨道；2、磁性导体条；3、导体外圈；4、轮毂；5、永磁体；6、螺栓。

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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

参见图1、图6和图7，本实施例提供了一种提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，包括悬浮轨道1、磁性导体条2、悬浮结构和导体外圈3，所述磁性导体条2设置在所述悬浮轨道1内，所述磁性导体条2固定设置在所述悬浮轨道1中部，所述磁性导体条2的底面与所述悬浮轨道1的底面位于同一水平面；所述悬浮结构设置在所述悬浮轨道1正上方；所述导体外圈3设置为圆环型，所述导体外圈3套设在所述悬浮结构的侧壁上，所述导体外圈3的宽度与所述悬浮结构的宽度相同，所述导体外圈3的内壁与所述悬浮结构的侧壁外表面固定相连。

其中悬浮结构的悬浮受力如图6所示，在悬浮结构处于稳定旋转状态时，悬浮结构中线与悬浮轨道1的中线重合，此时悬浮轨道1与悬浮结构之间的磁力处于竖直方向,即悬浮结构受到处于同一直线，但方向相反的悬浮力和吸引力；当悬浮结构发生横向位移时，悬浮结构与悬浮轨道1的位置以及受力关系如图7所示，由于悬浮结构存在横向位移，此时悬浮轨道1与永磁铁轮之间的磁力将发生偏转，且偏转方向与悬浮结构的位移方向相反，从而将悬浮结构拉回正确的运行位置，保证磁浮汽车的安全稳定运行，此时悬浮结构受到的悬浮力和吸引力如图6所示，在悬浮轨道1中增铺的磁性导体条2从而可保证磁浮汽车对中运行，实现导向功能，在本实施例中磁性导体条2的优选位置设置在所述悬浮轨道1中部，其中磁性导体条2的下底面与悬浮轨道1的下底面重合。

参见图1所示，图1中的悬浮结构包括轮毂4和永磁体5，所述轮毂4上设置有凹槽，所述凹槽内设置有永磁体5，所述永磁体5底部与凹槽内底面固定相连。因为本实施中需要用到永磁体5，而为了防止永磁体5在转动过程中脱落，将永磁体5与所述凹槽内的底面进行固定连接。

参见图1和图2所示，图1中凹槽的两个侧壁和所述永磁体5上均设置有通孔，通过螺栓6穿过所述通孔将所述永磁体5固定设置在所述凹槽内。在本实施例中如果只是将凹槽内底面与永磁体5固定连接容易在高速转动下降永磁体甩出凹槽，因此还设置有螺栓6将永磁体固定在凹槽内。

参见图1、图3、图6和图7所示，将所述永磁体5的磁化方向均按照Halbach阵列周期性排列。因为本实施例中的悬浮结构采用Halbach结构排列，可以在电机带动下形成时变磁场，该时变磁场将在导体板中产生感应电流，感应电流与时变磁场的相互作用产生沿竖直方向的悬浮力，同时与磁性车轮切线线速度相反的固有阻力已经产生以阻止其相对运动，该固有阻力反之作为驱动力使得磁性车轮具有一定水平速度，即磁性车轮的实际前进速度。另外，通过调节车轮转速，可实现磁浮汽车悬浮、加速、减速、转向和制动等运行模式的控制。

参见图1、图3和图6所示，所述永磁体5设置有至少4个，每个所述永磁体5均设置为扇环结构，所有所述永磁体5围成一个空心圆柱，所述空心圆柱的中轴线与所述悬浮轨道1平行设置。本实施例中整个悬浮结构内的永磁体5设置为扇环结构，以保证永磁体5的外侧磁场强度最强，而中心磁场最弱，从而提高永磁体5的利用率，并且通过将永磁体5形成的空心圆柱的中轴线与所述悬浮轨道1平行设置，这样永磁体5在电机带动下形成时变磁场，该磁场将在导体板中产生感应电流，感应电流与时变磁场的相互作用产生沿竖直方向的悬浮力，同时与磁性车轮切线线速度相反的固有阻力已经产生以阻止其相对运动，该固有阻力反之作为驱动力使得磁性车轮具有一定水平速度，可以使悬浮结构在所述悬浮轨道1上运动，另外悬浮结构是利用机械旋转产生时变磁场，还可实现原地准静态悬浮。

参见图1和图3所示，所述永磁体5的排列数量优选为16个，相邻两个所述永磁体5的磁化方向的角度间隔优选为22.5度。

参见图1、图3、图5和图6所示，所述导体外圈3设置为金属导体外圈3。所述金属材质优选为铝、铜和银，所述金属导体外圈3为一个圆环完整的设置在所述永磁体外部，图1中缺口是为了展示永磁体5，本实施例中的悬浮结构在悬浮轨道1上方以一定速度旋转，此时会随着悬浮结构的机械旋转而形成相应结构的时变磁场。由电磁感应定律可知，时变磁场会渗透到悬浮轨道1内部并产生感应电流以及镜像磁场，镜像磁场在磁轮外圈的良导体中发生二次感应，从而在金属导体外圈中产生另一感应电流，导体板中的镜像磁场与金属导体外圈中的二次感应电流相互作用，从而产生额外的悬浮力以及驱动力。

此外，悬浮结构还产生一个沿悬浮轨道1中垂线方向向下的磁阻力，用于推进悬浮结构前进实现牵引，上述结构即为永磁电动悬浮***下的磁浮汽车的悬浮、驱动体系。

参见图1、图3、图4和图6所示，所述导体外圈3的厚度设置为2-6mm。其中优选的导体外圈3的厚度为6毫米，如图6所示，在不加任何外圈的初始条件下，悬浮结构悬浮力随着转速提高会逐渐增大，但转速上升到600rpm时，悬浮力随着转速的提高而增大，维持在8kN左右。在添加了导体外圈之后，在低速阶段，悬浮结构悬浮力与初始条件呈现相同的增长趋势，会随着转速的增大而增大；但在转速逐渐增加后，加了导体外圈的状态与初始状态的稳定不同，它会随着转速的增加而悬浮力逐渐增大，并且导体外圈的厚度越大这种增加幅度越明显。综上，可知导体外圈的厚度也能够影响悬浮结构悬浮力的大小，在一定范围之内，厚度越大，悬浮力的增大越显著。

参见图1和图2所示，所述悬浮轨道1的宽度大于所述悬浮结构的宽度。本实施例中由于悬浮轨道在所述悬浮轨道上转动，因此优选的悬浮轨道1的宽度大于所述悬浮结构的宽度。

参见图1和图2所示，所述悬浮结构中点与所述磁性导体条2中点的连线垂直于所述磁性导体条2，所述磁性导体条2的与所述悬浮轨道1平行设置。本实施例通过将磁性导体条2的与所述悬浮轨道1平行设置，此时悬浮轨道1与悬浮结构之间的磁力处于竖直方向,即悬浮结构受到处于同一直线但方向相反的悬浮力和吸引力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于，包括：

悬浮轨道（1）；

磁性导体条（2），所述磁性导体条（2）设置在所述悬浮轨道（1）内，所述磁性导体条（2）固定设置在所述悬浮轨道（1）中部，所述磁性导体条（2）的底面与所述悬浮轨道（1）的底面位于同一水平面；

悬浮结构，所述悬浮结构设置在所述悬浮轨道（1）正上方；以及

导体外圈（3），所述导体外圈（3）设置为圆环型，所述导体外圈（3）套设在所述悬浮结构的侧壁上，所述导体外圈（3）的宽度与所述悬浮结构的宽度相同，所述导体外圈（3）的内壁与所述悬浮结构的侧壁外表面固定相连。

2.根据权利要求1所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述悬浮结构包括轮毂（4）和永磁体（5），所述轮毂（4）上设置有凹槽，所述凹槽内设置有永磁体（5），所述永磁体（5）底部与凹槽内底面固定相连。

3.根据权利要求2所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述凹槽的两个侧壁和所述永磁体（5）上均设置有通孔，通过螺栓（6）穿过所述通孔将所述永磁体（5）固定设置在所述凹槽内。

4.根据权利要求2所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述永磁体（5）的磁化方向均按照Halbach阵列周期性排列。

5.根据权利要求2所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述永磁体（5）设置有至少4个，每个所述永磁体（5）均设置为扇环结构，所有所述永磁体（5）围成一个空心圆柱，所述空心圆柱的中轴线与所述悬浮轨道（1）平行设置。

6.根据权利要求3所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述永磁体（5）的排列数量为16个，相邻两个所述永磁体（5）的磁化方向的角度间隔为22.5度。

7.根据权利要求1所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述导体外圈（3）设置为金属导体外圈（3）。

8.根据权利要求1所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述导体外圈（3）的厚度设置为2-6mm。

9.根据权利要求1所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述悬浮轨道（1）的宽度大于所述悬浮结构的宽度。

10.根据权利要求1所述的提高磁悬浮汽车悬浮导向性能的装置，其特征在于：所述悬浮结构中点与所述磁性导体条（2）中点的连线垂直于所述磁性导体条（2），所述磁性导体条（2）的与所述悬浮轨道（1）平行设置。

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