CN117465227A - 一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，包括：天梁、转向架、轮式电机和永磁悬浮对，天梁内具有安装腔，转向架通过永磁悬浮对产生的悬浮力垂向悬浮在安装腔内；转向架的一侧设有贯穿设置的轮对，轮对相对转向架仅具有绕垂向轴的转动自由度；轮对在永磁悬浮对形成的偏移力作用下始终保持与天梁一侧的侧壁相贴合；轮式电机安装在转向架的上端，用于驱动轮对转动。本发明利用轨道磁体和车载磁体错位产生的侧偏力，让转向架向一侧倾斜，通过在该侧转向架上布置轮式电机，轮式电机外侧包裹有充气轮胎，在侧偏力的作用下，充气轮胎与该侧天梁内壁上形成足够的附着力，以保证转向架始终只与天梁内壁一侧贴合。

Description

一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***

技术领域

本发明涉及轨道运输车辆技术领域，更具体的说是涉及一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***。

背景技术

以下论述中“垂向”指重力加速度方向，“纵向”为前进方向，“横向”指垂直于“垂向”和“纵向”的水平方向，车载磁体是指安装在转向架上的磁组，轨道磁体是指安装在天梁上是磁组。

磁悬浮列车是利用磁力克服重量以悬浮车辆，在磁力导向作用下，利用驱动***驱动车辆运行的一种新型交通工具，主要有超导电动型磁悬浮列车、常导电磁吸力型高速磁悬浮列车以及常导电磁吸力型中低速磁悬浮，目前所有磁悬浮车辆均采用了直线电机进行驱动，暂无利用旋转电机驱动磁浮列车的相关研究和报道。

永磁悬浮轨道***利用导向轮限制转向架在天梁内的运动范围，其牵引采用短定子直线感应电机进行驱动，实现车辆的运行。

采用直线电机驱动磁浮列车，可简化传动***，但直线电机驱动效率远低于旋转电机，且造价昂贵，所以采用旋转电机驱动磁浮列车具有很大优势，但采用普通旋转电机***驱动磁浮列车，需要增加传动***，而增加了***复杂性，轮式电机的优点是省略了大量传动部件，高度集成化，效率更高，因此采用轮式旋转电机驱动磁浮列车可提高传动效率，能省略普通旋转电机的传动***，并极大简化现有磁浮列车的驱动***。

目前所有磁浮列车驱动形式均采用了直线电机驱动方式，附图1是江西理工大学建设的工程试验线--红轨的截面示意图，该示意图只显示了悬浮、导向和牵引的结构示意。

转向架下部安装有车载磁体，天梁底部安装有轨道磁体，两者形成永磁悬浮对，以产生悬浮力，使转向架和车辆***进行零功率悬浮。

在天梁中部的支撑壁上安装有直线电机感应版，在转向架上部安装有直线电机线圈，取电后，直线电机线圈和感应版之间产生电磁作用力，驱动转向架运动，在转向架导向轮的作用下，转向架沿天梁内壁运动。

现有技术中，采用直线电机驱动，众所周知直线电机驱动效率远低于旋转电机，且现有技术中直线电机的初级和次级分别安装在转向架和天梁上，在垂直方向上，由于受轻、重车影响，该方向间隙时刻变化不定，导致两者间的间隙不断变化，从而引起驱动效率不稳定；在横向方向上，由于转向架在天梁内壁左右变动，直线电机初级和次级在横向方向上重合率不断变化，进一步导致驱动效率降低。

现有技术中，天梁为下端开口结构，轨道磁体安装在天梁底部支撑上，天梁底部受力后会撑大开口形成“八”字形结构，进一步加剧了车载磁体和轨道磁体的偏移量和相对位置的不确定性，导致垂向悬浮力不稳定，影响车辆运行平稳性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，以期解决背景技术中的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，包括：天梁、转向架、轮式电机和永磁悬浮对，所述天梁内具有安装腔，所述转向架通过永磁悬浮对产生的悬浮力垂向悬浮在所述安装腔内；转向架的一侧设有贯穿设置的轮对，所述轮对相对转向架仅具有绕垂向轴的转动自由度；所述轮对在永磁悬浮对产生的偏移力作用下始终保持与天梁一侧的侧壁相贴合；所述轮式电机安装在转向架的上端，用于驱动所述轮对转动。

在一些实施例中，所述轮对包括上驱动轮、连接轴和下从动轮，所述连接轴通过轴箱安装在转向架上，连接轴相对转向架仅具有绕垂向轴的转动自由度；轮式电机和下从动轮安装于转轴的上下两端；上驱动轮安装在轮式电机外部；上驱动轮、下从动轮和连接轴三者相对转向架绕垂向轴的转动完全相同。

在一些实施例中，所述上驱动轮、下从动轮均为充气轮胎。

在一些实施例中，所述永磁悬浮对采用车载磁体和轨道磁体构成，所述车载磁体包括左侧车载磁体和右侧车载磁体，所述轨道磁体包括左侧轨道磁体和右侧轨道磁体，所述左侧车载磁体和右侧车载磁体设置在转向架上，所述左侧轨道磁体和右侧轨道磁体设置在天梁上，且左侧车载磁体和左侧轨道磁体以及右侧车载磁体和右侧轨道磁体均错位偏移设置，使得左侧车载磁体和左侧轨道磁体产生的侧偏力以及右侧车载磁体和右侧轨道磁体产生的侧偏力均朝向设有上驱动轮的一侧。

在一些实施例中，所述安装腔的左右两侧壁上分别设有相向水平布置的支撑台，其中，左侧的支撑台用于安装左侧轨道磁体，右侧的支撑台用于安装右侧轨道磁体。

在一些实施例中，所述转向架具有上顶面和下底面，所述上顶面和下底面分别设置在支撑台的上下两侧，其中，左侧车载磁体设置在上顶面下部的左侧，右侧车载磁体设置在上顶面下部的右侧。

在一些实施例中，所述轴箱安装在一系簧上，一系簧固定在转向架上。

在一些实施例中，还包括从动轮***，所述从动轮***布置在转向架右侧，且呈上下对称布置，所述从动轮***包括液压缸、导轨、滑块、第二从动轮，所述液压缸固定在转向架上，所述导轨固定在转向架上，所述第二从动轮安装在滑块上，所述滑块与液压缸的活塞杆连接，所述滑块能在液压缸推动下在导轨上来回滑动。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

本发明利用轨道磁体和车载磁体错位产生的侧偏力，让转向架向一侧偏移，通过在该侧转向架上布置轮式电机，轮式电机外侧包裹有充气轮胎，在侧偏力的作用下，充气轮胎与该侧天梁内壁上形成足够的附着力，以保证转向架始终只与天梁内壁一侧贴合，在轮式电机提供动力的情况下，而带动转向架沿天梁内壁运行，稳定了转向架的运行轨迹，提高了悬挂式空轨车辆运行的平稳性。

在过因离心力抵消了附着力的弯道时、极端天气工况下附着力不够时，或在需要紧急制动时等情况下，通过液压机构推动第二从动轮贴合在轨道梁侧壁以增加压力，保障驱动轮有足够附着力，实现车辆顺利走行。

在正常运行等工况时，第二从动轮在液压缸作用下离开轨道梁壁面，依靠磁体错位偏移产生的侧偏力提供附着力，从而降低滚动阻力，提高牵引效率，减小轮胎的磨损。

本发明以轮式电机取代了直线电机，在轮式电机提供动力的情况下，带动转向架沿天梁内壁运行，稳定了转向架的运行轨迹，提高了悬挂式空轨车辆运行的平稳性。极大简化了悬挂式空轨驱动***的结构，大幅提升了整个***的驱动效率。通过布置简单的液压***，根据工况需要提供附着力，保障运行的安全性、稳定性。

附图说明

图1为现有技术中转向架的示意图；

图2为本申请的分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***正向示意图。

图3为本申请的分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***侧向示意图。

图4为本申请的分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***在极端工况下运行示意图。

图5为实施例2的分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***正向示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的优选实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或显示不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或显示固有的其它步骤或单元。

以下将结合图2，对本申请实施例所涉及的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***进行详细说明。值得注意的是，以下实施例，仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

实施例1:

如图2-3所示，一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，包括：天梁1、转向架2、轮式电机8和永磁悬浮对，所述天梁内具有安装腔，所述转向架通过永磁悬浮对产生的悬浮力垂向悬浮在所述安装腔内；转向架的一侧设有贯穿设置的轮对，所述轮对相对转向架仅具有绕垂向轴的转动自由度；所述轮对在永磁悬浮对产生的偏移力作用下始终保持与天梁一侧的侧壁相贴合；所述轮式电机安装在转向架的上端，所述轮式电机具有驱动和制动功能，用于驱动所述轮对转动，需要停车时起制动作用。

本申请的技术方案实现“变害为利”，利用轨道磁体和车载磁体错位产生的侧偏力，让导向轮始终只与天梁内壁一侧贴合。利用轨道磁体和车载磁体错位产生的侧偏力，让转向架向一侧倾斜，通过在该侧转向架上布置轮式电机，轮式电机外侧包裹有充气轮胎，在侧偏力的作用下，充气轮胎与该侧天梁内壁上形成足够的附着力，以保证转向架始终只与天梁内壁一侧贴合，在轮式电机提供动力的情况下，而带动转向架沿天梁内壁运行，稳定了转向架的运行轨迹，提高了悬挂式空轨车辆运行的平稳性。

参见图2，所述轮对包括上驱动轮5、连接轴9和下从动轮10，所述连接轴通过轴箱7安装在转向架上，所述轴箱安装在一系簧6上，一系簧固定在转向架上。由于安装了一系簧，能进一步削弱上驱动轮和下从动轮与天梁接触产生的振动。

连接轴相对转向架仅具有绕垂向轴的转动自由度；轮式电机和下从动轮安装于转轴的上下两端；上驱动轮安装在轮式电机外部；上驱动轮、下从动轮和连接轴三者相对转向架绕垂向轴的转动完全相同。下从动轮由充气轮胎构成，且只有上端的轮式电机提供动力，下端的下从动轮只作为从动轮，从而保证上驱动轮与下从动轮始终具有相同速度，可防止轮胎打滑现象。

其中，所述上驱动轮、下从动轮均为充气轮胎。充气轮胎在侧偏力的作用下，会在天梁的内壁上形成稳定的附着力，在轮式电机的带动下，驱动转向架稳定行驶。

在一些实施例中，所述永磁悬浮对采用车载磁体和轨道磁体构成，所述车载磁体包括左侧车载磁体3和右侧车载磁体11，所述轨道磁体包括左侧轨道磁体4和右侧轨道磁体12，所述左侧车载磁体和右侧车载磁体设置在转向架上，所述左侧轨道磁体和右侧轨道磁体设置在天梁上，且左侧车载磁体和左侧轨道磁体以及右侧车载磁体和右侧轨道磁体均错位偏移设置，使得左侧车载磁体和左侧轨道磁体产生的侧偏力以及右侧车载磁体和右侧轨道磁体产生的侧偏力均朝向设有上驱动轮的一侧。且位置和角度可调，通过调节可以改变车载磁体与轨道磁体的相对位置。

车载磁体和轨道磁体形成永磁悬浮对，可产生垂直方向的悬浮力，由于车载磁体相对于轨道磁体中心向左有个错位量，此时永磁悬浮对产生向左的侧偏力，从而使得转向架受到一个向左的外力，在该侧偏力的作用下，转向架会有一个向左偏移的趋势。

所述安装腔的左右两侧壁上分别设有相向水平布置的支撑台，其中，左侧的支撑台用于安装左侧轨道磁体，右侧的支撑台用于安装右侧轨道磁体。所述转向架具有上顶面和下底面，所述上顶面和下底面分别设置在支撑台的上下两侧，其中，左侧车载磁体设置在上顶面下部的左侧，右侧车载磁体设置在上顶面下部的右侧。

本申请中，轨道磁体可以安装在天梁中部支撑筋板上，极大改善了天梁受力情况。

在该侧偏力作用下，转向架始终会沿着天梁内壁左运行，具有稳定的运行轨迹，可避免转向架在天梁内壁来回晃动产生冲击，以提高车辆运行平稳性。

车载磁体与轨道磁体形成永磁悬浮对，安装时前者相对后者的中心向左偏有一定错位量，根据永磁悬浮特性，悬浮对会产生垂直向上的悬浮力和向左的侧偏力，在侧偏力的作用下，转向架会整体贴向天梁左侧内壁，转向架上的上驱动轮和下从动轮会始终贴合在天梁的左侧内壁上。侧偏力的大小，可通过改变车载磁体和轨道磁轨中心的错位量实现，且该侧偏力大小需满足牵引与制动的要求。

采用轮式电机取代原有技术方案中的直线电机作为驱动单元，可大幅提高驱动效率；一个轮对只有一个主动轮，即一个转向架布置两个轮式电机，运行时可根据线路、载重和速度情况控制电机的运行个数，达到节能降耗目的。

本发明利用轨道磁体和车载磁体错位产生的侧偏力提供轮胎附着力，结构简单，附着力的大小只需满足牵引和制动基本需求即可，可以大大减少轮胎磨损，且该力只需通过磁体的错位量进行控制，调整方式简单可靠。

如图4所示，为了在过因离心力抵消了附着力的弯道时、极端天气工况下附着力不够时，或在需要紧急制动时等情况下，通过液压机构推动从动轮贴合在轨道梁侧壁以增加压力，保障驱动轮有足够附着力，实现车辆顺利走行。本实施例还包括从动轮***，所述从动轮***布置在转向架右侧，且呈上下对称布置，所述从动轮***包括液压缸13、导轨14、滑块15、第二从动轮16，所述第二从动轮大小可以从动轮10相同，也可不同，所述液压缸固定在转向架上，所述导轨固定在转向架上，所述第二从动轮安装在滑块上，所述滑块与液压缸的活塞杆连接，所述滑块能在液压缸推动下在导轨上来回滑动。

所述从动轮***在转向架上呈上下对称布置，且上、下两个液压缸是联动同步工作，可保障上、下液压缸能同时接触或离开天梁轨道，且压力相同。

所述天梁1可通过采用表面喷丸处理或表面覆塑处理等方式来增大天梁1内腔轮胎走行面粗糙度，提高摩擦系数，以保障驱动效果。

本发明以轮式电机取代了直线电机，极大简化了悬挂式空轨驱动***的结构，大幅提升了整个***的驱动效率。

实施例2:

如图5所示，一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，包括：天梁1、转向架2、轮式电机8和永磁悬浮对，所述天梁内具有安装腔，所述转向架通过永磁悬浮对产生的悬浮力垂向悬浮在所述安装腔内；轮式电机8分别安装在转向架的左侧的上部和底部，且可以绕电机中心轴线转动，充气轮胎安装在轮式电机外部。

本实施例相比实施例1，主要区别是在转向架的上下两侧均安装轮式电机即两个均为主动轮。

所述轮式电机具有驱动和制动功能，用于驱动所述轮对转动，需要停车时起制动作用。

在控制***的作用下，转向架的上下轮式电机能实现同步同速，从而保证上下充气轮胎始终具有相同速度，可防止轮胎打滑现象。

运行时可根据线路、载重和速度情况控制电机的运行个数，达到节能降耗目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，包括：天梁、转向架、轮式电机和永磁悬浮对，所述天梁内具有安装腔，所述转向架通过永磁悬浮对产生的悬浮力垂向悬浮在所述安装腔内；转向架的一侧设有贯穿设置的轮对，所述轮对相对转向架仅具有绕垂向轴的转动自由度；所述轮对在永磁悬浮对产生的偏移力作用下始终保持与天梁一侧的侧壁相贴合；所述轮式电机安装在转向架的上端，用于驱动所述轮对转动。

2.根据权利要求1所述的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，所述轮对包括上驱动轮、连接轴和下从动轮，所述连接轴通过轴箱安装在转向架上，连接轴相对转向架仅具有绕垂向轴的转动自由度；轮式电机和下从动轮安装于转轴的上下两端；上驱动轮安装在轮式电机外部；上驱动轮、下从动轮和连接轴三者相对转向架绕垂向轴的转动完全相同。

3.根据权利要求2所述的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，所述上驱动轮、下从动轮均为充气轮胎。

4.根据权利要求1所述的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，所述永磁悬浮对采用车载磁体和轨道磁体构成，所述车载磁体包括左侧车载磁体和右侧车载磁体，所述轨道磁体包括左侧轨道磁体和右侧轨道磁体，所述左侧车载磁体和右侧车载磁体设置在转向架上，所述左侧轨道磁体和右侧轨道磁体设置在天梁上，且左侧车载磁体和左侧轨道磁体以及右侧车载磁体和右侧轨道磁体均错位偏移设置，使得左侧车载磁体和左侧轨道磁体产生的侧偏力以及右侧车载磁体和右侧轨道磁体产生的侧偏力均朝向设有上驱动轮的一侧。

5.根据权利要求4所述的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，所述安装腔的左右两侧壁上分别设有相向水平布置的支撑台，其中，左侧的支撑台用于安装左侧轨道磁体，右侧的支撑台用于安装右侧轨道磁体。

6.根据权利要求5所述的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，所述转向架具有上顶面和下底面，所述上顶面和下底面分别设置在支撑台的上下两侧，其中，左侧车载磁体设置在上顶面下部的左侧，右侧车载磁体设置在上顶面下部的右侧。

7.根据权利要求2所述的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，所述轴箱安装在一系簧上，一系簧固定在转向架上。

8.根据权利要求1所述的一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，还包括从动轮***，所述从动轮***布置在转向架右侧，且呈上下对称布置，所述从动轮***包括液压缸、导轨、滑块、第二从动轮，所述液压缸固定在转向架上，所述导轨固定在转向架上，所述第二从动轮安装在滑块上，所述滑块与液压缸的活塞杆连接，所述滑块能在液压缸推动下在导轨上来回滑动。

9.一种分布式轮式永磁电机驱动的客货永磁悬浮运输***，其特征在于，包括：天梁、转向架、轮式电机和永磁悬浮对，所述天梁内具有安装腔，所述转向架通过永磁悬浮对产生的悬浮力垂向悬浮在所述安装腔内；轮式电机分别安装在转向架的左侧的上部和底部，且能绕电机中心轴线转动，充气轮胎安装在轮式电机外部。