CN1431114A - 磁悬浮列车及其悬浮、导向和推进*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁悬浮列车，包括悬浮***，导向***和推进***。悬浮***由车载磁阵列和路轨磁阵列磁性地啮合而成。磁阵列由若干相同的磁列等间隔地排布而成，磁列由长磁条和间隔条相间叠合而成，磁列中长磁条的磁轴交替排列。导向***由悬浮***绕路轨旋转90°而成。推进***由装在列车上的磁啮轮和装在路基上的磁啮条磁性地啮合而成，磁啮轮由磁片轮和间隔片相间同轴叠合而成。磁片轮上等间隔地、磁轴交替地排布着偶数个磁体，磁啮条由磁片条和间隔条相间叠合而成。磁片条上等间隔地、磁轴交替地排布许多磁体。本悬浮***有浮力大(可大于500KN/m²)而稳定，结构简单，造价低和不耗电等优点。推进***有不接触推进，结构简单，造价低和效率高等优点。

Description

磁悬浮列车及其悬浮、导向和推进***

技术领域

本发明提供一种磁悬浮列车，包括悬浮***、导向***和推进***，特别涉及一种三维增强的磁悬浮***，三维增强的磁导向***，以及用磁啮轮和磁啮条相啮合的不接触式的推进***。

技术背景

磁悬浮列车由于其高速、便捷、安全、节能、低噪音和舒适等优点，近几十年来成为各国争相发展的新一代的交通工具。

目前磁悬浮列车技术接近成熟，公认为最有商业前途的磁悬浮列车有两大类。第一类称为电磁制式(EMS)，这是以列车上的电磁体和铁磁质路轨之间的吸引力来实现磁悬浮的，这最早由德国人在1934年提出。第二类称为电动制式(EDS)，这是利用车上的超导线绕磁体运动时在放置于路轨上的水平线圈中感生出的电流来实现磁悬浮，这是一种斥力磁悬浮，这是1966年由美国人提出的。日本人在电动制式磁悬浮列车方面处于世界领先地位，德国人在电磁制式磁悬浮列车方向处于世界领先地位。在上海建造的从浦东国际机场到龙阳路的商业运行磁悬浮列车线正是从德国引进的技术。电磁制式的缺点是：第一，悬浮高度低，一般在10mm左右，且这种吸引式的悬浮很不稳定，因此对悬浮高度的控制很苛刻。第二，对轨道梁的精度要求很高。第三，需要对列车供电，这需要馈电线和集电弓，这对高速运行不利。电动制式的缺点是：第一，超导线绕磁体需要液氦低温，这带来复杂的技术问题。第二，虽然悬浮高度可达100mm，但仍需控制***。第三，车载超导磁体的磁场较开放，为使列车内的磁场降到允许水平需要作磁屏蔽，这又增加复杂度。第四，低速时不能悬浮，需要车轮。

中国西南交通大学于2000年12月31日试浮了不同于EMS和EDS的高温超导磁悬浮列车(见王素玉等，《低温与超导》，2001，29(1)：14-17)。其结构如下：在路轨上铺上永磁体，列车底部装薄底低温杜瓦，内盛液氮。杜瓦内底部装YBCO高温超导体。用非理想第二类超导体抗磁性和磁通钉扎来实现稳定磁悬浮。这种***的优点是悬浮本身不耗电，也不用液氦，但其突出的缺点是悬浮高度在5mm以下才能有较大的悬浮力(见江河等，《低温与超导》，2002，30(1)：18-24)。加上其他的技术问题，因此离实用有较大距离。

在导向方面，目前最好的是采用零磁通导向(见王家素、王素玉编著，《超导技术应用》，成都科技大学出版社，1995：P125)，这是利用车上的磁体与路基上的竖直安装的线圈之间的作用来产生水平导向力。其不足之处是造价较高和也消耗能量。早期的磁悬浮列车也有用机械导向的。

磁悬浮的不接触式的推进***目前有两种。第一种为直线感应电机，它的缺点是：如果将初级线圈放在车上，则需要馈电线和集电弓，这在高速下有困难；如果将初级线圈放在路轨上，则造价高并且车上感应板散热困难。另外列车上无源感应板和路轨初级线圈之间的间隙小，难以满足高速运行的要求(王家素，王素玉编著，《超导应用技术》，成都科技大学出版，1995：P134-136)。第二种为直线同步电机，它需要大功率的调频调幅电源并且对路轨分段供电，这在技术上较复杂，造价也高。

本申请人在中国专利申请号02112164.8(公开号CN1385635A)中曾提出一种用于直线运动和圆周运动之间进行变换的磁性传动装置，它由磁啮轮、磁啮条、燕尾槽和滑条组成。本发明将其改进后用于磁悬浮列车的推进***。

目前在中、美、英、日等国专利中未发现有与本发明相近或类似的磁悬浮列车。

发明目的

本发明的目的在于提供一种建造和运行价格更低，操控更简单、更接近商业运作的磁悬浮列车，包括：大而稳定的悬浮力、结构简单、几乎不耗能的磁悬浮***，简单、节能、导向力大的导向***和高效、简单且不接触式的推进***。

技术方案

本发明的磁悬浮列车主要包含三大***，即悬浮、导向和推进***。下面分别描述。

磁悬浮***由一个或多个磁阵列对(Pair of magnet array)组成，磁阵列对由车载悬浮磁阵列(magnet array)***路轨悬浮磁阵列中而成。磁悬浮力由车载悬浮磁阵列和路轨悬浮磁阵列之间的磁相互作用产生，两磁阵列之间无机械接触。

每一路轨悬浮磁阵列由n(n＝1，2，3……)列相同的且长度与路轨等长的磁列(magnet column)相互平行而等间隔地沿垂直于路轨方向水平地排布在路基上而成。排布时磁列的长方向平行于路轨方向，并且任意两相邻磁列间留有空间供***车载悬浮磁阵列之用。每一磁列由m(m＝1，2，3……)层长磁条(long magnet)与间隔条(spacer)沿竖直方向相间层叠而成，叠合时所有长磁条的磁轴都在水平方向且垂直于路轨，并且叠合时磁轴交替排列。间隔条的作用是避免上下相邻的长磁条的磁力线被过分短路。长磁条由条形磁体(strip magnet)沿长度方向衔接而成。长磁条中各条形磁体的磁轴同方向且在垂直于长度方向的水平面内。

车载悬浮磁阵列的结构和上述路轨悬浮磁阵列类似。也是由条形磁体(strip magnet)按磁轴同方向的方式衔接成长磁条(long magnet)，由长磁条和间隔条相间层叠成磁列(magnet Column)，叠合时所有长磁条的磁轴都在水平方向且垂直于列车前进方向，并且叠合时磁轴交替排列。由相同的磁列平行而等间隔地排布在列车底的下面成为车载悬浮磁阵列(magnetarray)，排布时磁列的长方向平行于列车前进方向，并且任意两相邻磁列间留有空间供无接触地***路轨悬浮磁阵列之用。车载悬浮磁阵列中的磁列数可以取(n+1)，n或(n-1)，从悬浮力与造价之比来考虑取(n+1)为有利。同样每一车载磁列中长磁条的数目可取(m+1)，m或(m-1)。从悬浮力与造价之比来考虑取(m+1)为有利。车载悬浮磁阵列与路轨悬浮磁阵列的差别在于车载悬浮磁阵列的长度受列车长度的限制。

将上述车载悬浮磁阵列无接触地***路轨悬浮磁阵列形成悬浮磁阵列对后，车载悬浮阵列中每一长磁条都在周围路轨悬浮长磁条所形成的一维磁势阱的谷底。不论车载悬浮磁阵列向上或向下移动，都受到与移动方向相反的磁作用，这是本发明的磁悬浮的机理。

为增强磁阵列内的场强和降低列车内的场强，在磁阵列对的最外侧的磁列上贴有高导磁率板。

本发明中所指的磁体是指永磁体、超导线线绕磁体、磁通俘获超导永磁体和普通电磁体中的一种或几种相结合。

水平导向***的技术方案与悬浮***类似。将悬浮磁阵列对以路轨方向为轴旋转90度即构成导向磁阵列对。导向磁阵列对由车载导向磁阵列***路轨导向磁阵列而成。

路轨导向磁阵列由f(f＝1，2，3……)列相同的磁列沿竖直方向相互平行而等间隔地排布在路基侧壁上而成，排布时两相邻的磁列间留有空间供无接触地***相应的车载导向磁阵列之用。磁列由k(k＝1，2，3……)层长磁条与间隔条水平相间层叠而成，叠合时各长磁条的磁轴在竖直方向并交替排列，长磁条由条形磁体按磁轴同方向的形成衔接而成。路轨导向磁阵列的长度等于整条路轨的长度。

车载导向磁阵列与路轨导向磁阵列类似。由条形磁体按磁轴同方向的形式衔接成长磁条，由(k+1)，k或(k-1)层长磁条与间隔条水平相间层叠成磁列，磁列中的长磁条的磁轴在竖直方向并交替排列。由(f+1)，f或(f-1)列相同的磁列沿竖直方向相互平行且等间隔地排布在列车侧壁上而形成车载导向磁阵列，排布时两相邻磁列间留有空间供无接触地***路轨导向磁阵列之用。车载导向磁阵列的长度与列车等长。类似地从导向力与造价之比考虑，磁列数取(f+1)为有利，长磁条数取(k+1)为有利。

将车载导向磁阵列，无接触地***相应的路轨导向磁阵列中，使车载导向磁阵列中每一长磁条都处于周围路轨导向磁阵列的长磁条所形成的一维磁势阱中，不论列车在水平方向向左或向右移动，都受到反方向的磁作用力，这是水平导向的机理。

间隔条的作用是避免水平相邻长磁条的磁力线被过分短路。为了增强磁阵列对内部的场强和降低列车内的场强，在最外侧的磁列上贴有导磁板。

本导向磁阵列对中所述的磁体可以是永磁体、超导线线绕磁体、俘获磁通超导永磁体和普通绕电磁体中的一种或其组合。

下面描述推进***的技术方案。本发明人的另一项专利“多层磁啮轮和磁性传动装置”(申请号02112164.8，公开号CN1385365A)中有一种直线运动与圆周运动间进行变换的磁性传运装置，将其滑条和燕尾槽去掉并将磁啮条装在路基上，将磁啮轮装在列车上，则构成本磁悬浮列车的推进***。

更具体地说，本推进***由磁啮轮和磁啮条相啮合而成。磁啮条由j(j＝1，2，3……)条相同的磁片条与间隔条相间叠合而成，磁片条由长条形基底及等距离排布在基底上的磁体构成，排布时磁体的磁轴在水平又垂直于路轨方向且交替排列；磁啮轮由(j+1)，j或(j-1)片相同的磁片轮与间隔片同轴相间叠合而成，磁片轮由基底及等间隔地排布在基底的分度圆上的偶数个磁体构成。在分度圆上磁体的磁轴平行于转轴且交替排列，并且分度圆上两相邻的磁体所占的弧长与磁片条上相邻两磁体所占的距离相等。磁啮条装在路基上，其长度方向平行于路轨而且与路轨等长，磁啮轮装在列车底部。磁啮轮与磁啮条的啮合方式是：在磁啮轮的间隔片所在的位置不接触地***磁啮条的磁片条，磁啮轮的轴在水平方向且垂直于路轨，磁啮轮上最低的磁体与磁啮条上的磁体等高。磁啮轮在车载马达的带动下转动时，由磁啮轮上的磁体与磁啮条上的磁体相互作用而推动列车前进。这类似于列车上装机械齿轮，路轨上装机械齿条。所不同的是后者是机械接触的，而磁啮轮和磁啮条之间无机械接触。为增加推进啮合力，一列列车上可装i(i＝1，2，3……)个磁啮轮与一条磁啮条相啮合，这称磁啮轮与磁啮条组(group)。当然磁啮条的数目也可以是多条。

为了增强磁啮轮与磁啮条组(group)内部的场强和降低列车内的场强在最外侧的磁片轮上贴上导磁板。

本推进***中所用的磁体可以是永久磁体、超导线线绕磁体、俘获磁通超导永磁体和普通电磁体，也可是上述磁体的组合。

有益效果

下面结合本磁悬浮***的原理描述其有益效果。图6为车载悬浮磁阵列***路轨悬浮磁阵列后并忽略列车重量时的悬浮状态。若由于列车重量使车体下降，则列车上每一长磁条受到原来等高的路轨长磁条的向上吸引力，同时还受到下一层的相邻路轨长磁条的向上的排斥力，从而阻止列车下降而悬浮。反之，如果有一外力使列车上移，则列车上每一长磁条受到原来等高的路轨长磁条的向下的吸引力，同时还受到上一层的相邻路轨长磁条向下的排斥力，从而阻止列车上移。由此可见，本悬浮***的悬浮是很稳定的，不需要人为控制。在本悬浮***中，悬浮力随车载磁阵列的长度L的增加而增加，也随每一磁列中长磁条的数目m的增加而增加，还随磁列的数目n的增加而增加。总的悬浮力正比于n、m和L的乘积，所以悬浮力是三维增强的。由此产生较以前各种悬浮***大得多的悬浮力。根据实验样车测试，在用0.4T的NaFeB永磁体的情况下，其单位面积路轨的磁悬浮力可以超过500KN/m²，作为比较，悬浮力较大的超导磁悬浮只有150KN/m²，而YBCO超导体只有90KN/m²。除了上述悬浮力大、稳定和不必人为控制三大优点外。第四，若用永磁体，则悬浮***不耗电。第五，列车的重量由与列车等长的整段路轨来承受，故路基承受的压强小。第六，悬浮高度取决于垫条，可随意改变，第七，由于悬浮高度可调加上是稳定悬浮故可运行于高速。第八，本磁悬浮***刚度大，在实验室样车上测得其刚度大于114KN/mm·m²，即每平方米的轨道面积加上114KN的力于列车上，则列车下降小于1mm。第九，列车和路轨结构简单造价低。第十，浮力与车速无关。第十一，由于结构简单，所以故障率低。第十二，不需要对列车作磁屏蔽。第十二，运行时基本无拖曳力。第十三，可用内燃机，蓄电池或燃料电池驱动，不需要馈电线及集电弓。

本发明的导向***和悬浮***的结构是类似的，因此有导向力大、刚度大、不耗能，结构简单、造价低等优点。

本发明的推进***的最大允许推进力随磁啮条数的增加而增加，也随每一磁啮条中磁片条数j的增加而增加，还随磁啮轮数i的增加而增加，因此可提供足够的磁推进啮合力。本推进***有效率高，结构简单、造价低，无机械接触等优点。在刹车时可将驱动马达转变为发电机，将电能回授给蓄电池。实验室样车证明有这些优点。

附图说明

图1(a)为条形磁体的主视图，标有字母N的面为北极。磁轴垂直于长度方向。

图1(b)为条形磁体的左视图，N代表北极，S代表南极。箭头表示磁轴方向，即磁体内磁力线的方向，画有三条线的一侧也代表北极。

图2是由条形磁体1，2，3……衔接而成的长磁条101的立体图，衔接时各条形磁体的磁轴保持在同一方向，虚线表示这种衔接沿路轨方向延伸。

图3表示磁列(magnet column)201的立体图。由条形磁体1、2、3……，4、5、6……7、8、9……分别衔接成长磁条(long magnet)101、102、103。再由长磁条101、102、103与间隔条501、502相间层叠成磁列201。叠合时上下相邻的长磁条的磁轴方向相反。虚线表示磁列向路轨方向延伸。图中标有直角坐标，路轨方向即列车前进方向为z轴，竖直向上为x轴，垂直于z轴又在水平面内为y轴。以后各附图中的座标与本图相同。

图4为路轨悬浮磁阵列(magnet array)301的立体图。磁阵列301由相同的磁列201、202、203沿y方向相互平行而等间隔地排布在路基上而成，排布时相邻磁列间留有空间P、Q供***车载悬浮磁阵列之用。1～15为条形磁体，701、702、703为垫条。虚线表示磁阵列沿z方向延伸直至路轨终端。

图5为车载悬浮磁阵列的立体图，它的结构与路轨悬浮磁阵列类似。由磁轴同方向的条形磁体衔接成长磁条104，由长磁条104～107与间隔条507～509相间层叠成磁列204，层叠时磁轴交替排列。再由相同的磁列204～207相互平行而等间隔地排布在列车底板704的下表面成车载悬浮磁阵列302，相邻磁列间留有空间R、T、V供***路轨悬浮磁阵列301之用。虚线表示该磁阵列向z方向延伸直至列车终端。

图6为车载悬浮磁阵列302***路轨悬浮磁阵列301所组成的悬浮磁阵列对(pair of magnet array)401的横截面图，这是忽略列车重量时的悬浮状态。302和301互相***时要求互不接触并使啮合的长磁条数尽量多，图6的情况是符合此要求的。601和602为导磁板，19～25为条形磁体。垫条701～703使车载悬浮阵列的最低长磁条不至于触及路基705。图中所有的磁体的磁轴在(-y)和(+y)方向。

图7为由磁阵列对402～405组成的水平导向***的横截面图。303～306为四个车载导向磁阵列，它们被安装在列车706的外侧与列车等长；307～310为安装在路基705的侧墙上的四个路轨导向磁阵列，它们与整个路轨等长。这里所有磁体的磁轴在(-x)和(+x)方向。208～217为导向磁列，108～111代表长磁条，510和511代表间隔条。

图8(a)为磁片轮218的主视图。512为间隔片，517为圆盘形基底，707为分度圆，26～37为等间隔地、磁轴交替地分布在基底517的分度圆707上的偶数个磁体。

图8(b)为磁片轮218及间隔片512的轴向剖面图。

图9(a)为磁啮条311的主视图。219为磁片条，由磁体38～48等间隔水平一直线地排布在基底514上而成，排布时磁轴交替排列。磁片条的长度等于路轨长度。

图9(b)为磁啮条311的横截面图，47和51为磁体，514、515为排布磁体的基底。磁啮条311由磁片条219、220和间隔条516相间叠合而成，叠合时不同的磁片条上的磁体互相对齐且磁轴方向相同，如图中磁体47和51所示，为简明起见图中只画了两条磁片条。

图10(a)为磁啮轮312、313与磁啮条311相啮合的主视图。图中只能看到磁啮轮312的一片磁片轮218。38～50为磁体。可以用多个磁啮轮与同一条磁啮条相啮合，为简明起见图中只画了两个磁啮轮312和313。

图10(b)为磁啮轮312与磁啮条311啮合后形成的推进***406的横截面图。图上半部的磁啮轮由多个磁片轮218、230、231与间隔片512、513相间同轴叠合而成。磁啮轮装在列车上，26、47、51为磁体，708为磁啮轮312的转轴。

图11为实施例1的磁悬浮列车的横截面图。中央部分是磁啮轮和磁啮条推进***406。两侧为悬浮磁阵列对407和408。装在两侧面的是四对导向磁阵列对409、410、411和412。为使图面不至于太复杂，图中悬浮磁阵列对是图6的悬浮磁阵列对401的简化，图中导向磁阵列对是图7的导向磁阵列对的简化。607～616为导磁板，704为列车底板，705为路基。

图12为实施例2的磁悬浮列车的横截面图，本实施例中导向磁阵列对415～418在中央，最外侧是磁啮轮与磁啮条组419和420所构成的推进***。导向***和推进***之间为悬浮磁阵列对413和414。为使图面简单，图中各磁阵列和推进***都画得简略了。617～628为导磁板，709为安装路基导向磁阵列用的弯立柱或隧道壁。本实施例可用于地铁。

实施例

在描述实施例之前先对本说明书附图中的一些标号作一些注释。附图中标号为个位数或十位数的代表磁体。百位数以1开头的代表长磁条，百位数以2带头的代表磁列、磁片轮和磁片条。百位数以3带头的代表磁阵列、磁啮轮和磁啮条，百位数以4带头的代表磁阵列对以及磁啮轮与磁啮条组或推进***，百位数以5带头的代表间隔条和间隔片，百位数以6带头的代表导磁板，百位数以7带头的代表其他。

为描述和看图方便，在本说明书附图中引直角坐标。z代表路轨方向，即列车前进方向，x代表竖直向上方向，y代表水平且垂直于路轨方向。各图中的坐标是相同的。

图11为本磁悬浮列车的实施例1的横截面略图，磁悬浮列车由路基705，车厢706，列车底板704，悬浮磁阵列对407、408导向磁阵列对409～412及由磁啮轮和磁啮条组成的推进***406等主要部分组成。下面描述本实施例中各部分的结构及工作原理。两个悬浮磁阵列对407、408是相同的，它们由车载悬浮磁阵列302(图5)***路轨悬浮磁阵列301(图4)而成(见图6)。

路轨悬浮磁阵列301(图4)由3列(这里取n＝3，也可取其他值)相同的磁列201、202和203沿y方向(磁列长度方向平行于路轨)平行而等间隔地排布在路基705(图11)上而成。磁列201、202、203之间留有空间P、Q，供不接触地***车载悬浮磁阵列302之用。磁列201由3层(这里取m＝3，也可取其他值)长磁条101、102、103与间隔条501、502相间层叠而成，叠合时各长磁条的磁轴在(-y)和(+y)方向交替排列。长磁条101由条形磁体1、2、3……沿长度方向衔接而成，衔接时各条形磁体的磁轴都在同一方向。各磁列的垫条701、702、703的作用是使磁列中最低的长磁条(例如103)离开路基，这里垫条的高度决定了所谓的悬浮高度。在这种结构中等高的长磁条的磁轴同方向并且互相吸引。图2、图3和图4中的虚线表示这些长磁条、磁列和磁阵列都向z方向延伸。间隔条的作用是避免上下相邻长磁条间的磁力线被过分短路。图1(a)表示条形磁体的主视图。图1(b)表示条形磁体的左视图，该图中显示了磁体极性的表示方法，即凡画有三条线的一侧代表北极，箭头表示磁轴方向，即磁体内磁力线的方向。

车载悬浮磁阵列302(图5)在结构上与路轨悬浮磁阵列301类似。每一车载悬浮磁阵列由4列(即取n+1列，从悬浮力与造价之比考虑，车载悬浮磁阵列中的磁列数取n+1为有利)相同的磁列204～207相互平行地沿y方向等间隔地排布在列车底板704的下方。相邻磁列间留有空间S、T、V，供不接触地***路轨悬浮磁阵列301之用。磁列204由4层(即取m+1层，从悬浮力与造价之比考虑，取m+1为有利)长磁条104～107与间隔条507、508、509相间层叠而成，叠合时长磁条的磁轴在(-y)和(+y)方向交替排列。长磁条104由条形磁体16、17、18……沿长度方向衔接而成，衔接时各条形磁体的磁轴同方向。在这种结构中，各磁列中等高的长磁条的磁轴方向相同并且互相吸引。图5中虚线表示该磁阵列沿z轴方向延伸直至列车终端。间隔条507～509的作用是防止上下相邻长磁条的磁力线被过分短路。

将车载悬浮磁阵列302***路轨悬浮磁阵列301中(其实是互相***)即构成悬浮磁阵列对(Pair of magnet array)401。***后的状态是使尽量多的车载长磁条和路轨长磁条啮合，并且两磁阵列间无机械接触，图6就表示这种状态。图6也是忽略列车重量时的悬浮状态。如果计及列车重量，则车载悬浮磁阵列将下降Δx。这时每一车载长磁条将受到原来等高相邻的路轨长磁条向上的吸引力和受到斜下方的相邻的路轨长磁条的向上的排斥力，这两个向上的力抵抗列车受到的重力而使列车悬浮；如果列车受到某外力使列车上升了Δx，则每一车载长磁条将受到原来等高的相邻的路轨长磁条的向下的吸引力和斜上方相邻的路轨长磁条的向下的排斥力而阻止列车上升，所以这种悬浮力是指向平衡位置的，这种悬浮力在一定范围内随列车的下降或上升量Δx的增加而增加，所以悬浮是很稳定的。现再以车载长磁条19(见图6)为例来说明悬浮力的产生：如果由于重力使车载长磁条19下降了Δx，则长磁条19将受到路轨长磁条21和23向上的吸引力，同时受到路轨长磁条20和22向上的排斥力，因而被阻止下降；如果列车受外力上移了Δx，则车载长磁条19受到路轨长磁条21、23的向下的吸引力和路轨长磁条10、13向下的排斥力，因而被阻止上移。可见车载长磁条19处于周围路轨长磁条10、13、20、21、22、23所形成的一维磁势阱中。其他车载长磁条的情况与长磁条19相似，只是最外侧的长磁条单边受力。从图6还可以看出，悬浮力F随着长磁条的数目的增加而增加，即随m和n的乘积的增加而增加。另外悬浮力F也随车载长磁条的长度L的增加而增加。因而悬浮力F可表达为FαmnL。换句话说，悬浮力F随y方向的磁列数n的增加而增加，也随x方向的长磁条的层数m的增加而增加，也随z方向的长磁条的长度L的的增加而增加。故称其为三维磁悬浮***。当然F也随悬浮磁阵列对数目的增加而增加，不过这和y方向增加磁列数的作用是类似的。图6和图5中车载悬浮磁阵列302中的最上面的长磁条(例如104)除了提供悬浮力以外还和间隔条一道起到垫条的作用，使最上面的路轨长磁条和列车底板704不机械接触。图11中两个悬浮磁阵列对407、408是图6的磁阵列对401的简化图形，为的是不使图11太复杂。

原则上将悬浮磁阵列对绕z轴旋转90度即可作为水平导向***。本实施例的导向***也由车载导向磁阵列***路轨导向磁阵列而成，图7是四个车载导向磁阵列303、304、305、306分别无接触地***路轨导向磁阵列307、308、309、310所组成的导向磁阵列对402、403、404和405。这里列车每一侧安装有两个车载导向磁阵列，其长度与列车等长；相应的有两个路轨导向磁阵列，其长度与整个路轨等长。安装四个(两个也可以)导向磁阵列对是为防止列车绕z轴翻倾。

下面以导向磁阵列对402(图7)为例描述其结构。此导向磁阵列对由车载导向磁阵列303***路轨导向磁阵列307而成。

路轨导向磁列307由2列(这里取f＝2，也可以其他值)相同的磁列208、209沿x方向等间隔地相互平行地排布在路基705的侧墙上而成，排布时相邻两磁列之间留有空间供不接触地***车载导向磁阵列303之用。磁列208由2层(这里取k＝2。也可以取其他值)长磁条108、109和间隔条510相间层叠而成，叠合时长磁条的磁轴在x方向交替排列。长磁条108由条形磁体沿长度方向衔接而成，衔接时各条形磁体的磁轴在同方向(x方向)。

车载导向磁阵列303由3列(从导向力与造价之比考虑取f+1为有利)相同的磁列210、211、212沿x方向等间隔地相互平行地排布在列车外侧而成，排布时相邻磁列间留有空间供无接触地***路轨导向磁阵列307之用。磁列210由2层(这里层数取值k与路轨导向磁阵列相同为的是图面简洁，从导向力与造价比考虑取k+1为有利)长磁条110、111与间隔条511相间叠合而成，叠合时磁轴在x方向交替排列。长磁条110由条形磁体沿长度方向衔接而成，衔接时各条形磁体的磁轴保持同方向。图中603～606为导磁板，其作用与在悬浮磁阵列对中的相同。

为使图面简洁，图11中的四个导向磁阵列对409～412是对图7的导向磁阵列对的进一步简化。

图11中央部分为不接触式的磁啮轮和磁啮条相啮合的推进***406。

磁啮轮312由多片磁片轮218和间隔片512、513(图10(b))同轴相间叠合而成，叠合的各磁体47、51轴向对齐并且轴向对齐的磁体互相吸引。磁片轮218由基底517及等间隔排布在基底分度圆707上的偶数个磁体26～37组成，排布时磁体的磁轴交替排列。

磁啮条由磁片条219、220和间隔条516相间叠合而成，叠合时磁体沿y方向对齐，且对齐的磁体磁轴方向相同，也就是使两磁片条219、220处于相吸状态，图9(b)中磁体47和51表示这种状态。磁片条219由长条形基底514和等间隔地排布于其上的磁体38～50组成，排布时所有的磁体等高且磁轴交替排列(见图9(a))。排布时还要求同一磁片条中相邻两磁体间的距离和磁片轮218上两相邻磁体在分度圆707上所占的弧长相等。磁啮条装在路基705上，其长度等于整个路轨的长度。

磁啮轮和磁啮条相啮合的横截面图示于图10(b)，啮合时磁啮轮312最低的磁体32和磁啮条311上的磁体等高，磁啮轮312通过其转轴708装在列车上，由车载动力驱动，从而推动列车前进。为增加磁啮轮和磁啮条之间的最大啮合力可以增加磁片条的数目j，并且相应增加磁片轮的数目(从最大啮合力与造价之比考虑，取磁片轮数为j+1)。为进一步增加最大啮合力可以在列车上装i个(i＞1)磁啮轮与同一条磁啮条相啮合。为了不使图面太复杂，图10中只是示意性地画了两个磁啮轮和同一磁啮条相啮合，磁啮轮312也只画了三片磁片轮，磁啮条311也只画了两条磁片条。

图11中607～616为导磁板，其功能是增加***内部的场强和降低车厢内的场强。

本实施例中的磁体首选永磁体，特别是MdFeB永磁体。因此，本实施例中的悬浮和导向基本上不消耗能量，也不必主动控制。主要的耗能是推进，由于悬浮摩擦力小，可以用电池(包括蓄电池、燃料电池)—电机驱动或内燃机驱动。刹车时可以将电机转换成发电机，将能量回授给蓄电池。

实施例2

图12为实施例2的磁悬浮列车的横截面图。本实施例将导向磁阵列对415～418放在中央。车载导向磁阵列装在车顶中线上和列车底中央的下面；上路轨导向磁阵列装在路基的封闭腔709的顶上(例如地铁隧道的顶)或装在弯曲立柱的顶端。图12中上下各画了两个导向磁阵列对，也可以上下各用一个导向磁阵列对。413和414为悬浮磁阵列对，419和420为两个磁啮轮与磁啮条组构成的推进***。619～628为导磁板，706为车厢。

实施例3

将图12中的悬浮磁阵列对413与推进***对419调位置，而将悬浮磁阵列对414与推进***420对调位置，其他不变作为实施例3。

实施例4

利用本发明的悬浮和推进***，但用机械导向。这可用于中、低速运行，例如代替地铁、轻轨线和公共汽车。

实施例5

将路轨悬浮磁阵列安装在高架路基梁的下方，将车载悬浮磁阵列装在列车顶上，成为悬挂式磁悬浮列车。这可建于小河流的上方，也可用于地铁。

声明：所举的实施列不是本发明的实施方式的全部。

Claims (6)

1、一种磁悬浮列车的悬浮***，其特征在于，它包含一个或多个悬浮磁阵列对，

每一个所述之悬浮磁阵列对包含一个路轨悬浮磁阵列和一个与之啮合的车载悬浮磁阵列，

每一个所述之路轨悬浮磁阵列由：

等间隔地、水平地、与路轨平行地排布于路基上的相同的且与路轨等长

的一列或多列磁列构成，每一所述之磁列由一条或多条长磁条与间隔条

上下相间层叠而成，在每一磁列中长磁条的磁轴都在水平方向并且上下

相邻的长磁条的磁轴反向，所述之长磁条由磁轴垂直于长度方向的条形

磁体以磁轴同方向的形式衔接而成；以及

每一个所述之车载悬浮磁阵列由：

等间隔地、水平地、与路轨平行地排布于列车底板下的相同的且与列车

等长的一列或多列磁列构成，每一所述之磁列由一条或多条长磁条与间

隔条上下相间层叠而成，在每一磁列中长磁条的磁轴都在水平方向且上

下相邻的长磁条的磁轴反向，所述之长磁条由磁轴垂直于长度方向的条

形磁体以磁轴同方向的形式衔接而成，

车载悬浮磁阵列与路轨悬浮磁阵列的啮合方式为：

在车载悬浮磁阵列的相邻磁列间不接触地***相应的路轨悬浮磁阵列的磁列，并使尽可能多的车载悬浮磁阵列的长磁条处于路轨悬浮磁阵列的长磁条所形成的在竖直方向的一维磁势阱中。

2、如权利要求1所述的磁悬浮***，其特征在于，所述之磁体为永久磁体、普通线绕电磁体、超导线绕电磁体、俘获磁通超导永磁体中的任意一种或是上述磁体的组合。

3、一种磁悬浮列车的水平导向***，其特征在于，它包含多个导向磁阵列对，

每一个所述之导向磁阵列对包含一个路轨导向磁阵列和一个与其啮合的车载导向磁阵列，

每一个所述之路轨导向磁阵列由：

等间隔地、竖直地、与路轨平行地排布于路基侧墙上的相同的且与路轨

等长的一列或多列磁列构成，每一列所述之磁列由一条或多条长磁条与

间隔条相间叠合而成，每一磁列中长磁条的磁轴在竖直方向并且在水平

方向相邻的长磁条的磁轴反向，所述之长磁条由磁轴垂直于长度方向的

条形磁体以磁轴同方向的形式衔接而成；以及

每个所述之车载导向磁阵列由：

等间隔地、竖直地、与路轨平行地排布于列车侧壁上的相同的且与列车

等长的一列或多列磁列构成，每一所述之磁列由一条或多条长磁条与间

隔条相间叠合而成，在磁列中长磁条的磁轴在竖直方向并且在同一磁列

中在水平方向相邻的两长磁条的磁轴反向，所述之长磁条由磁轴垂直于

长度方向的条形磁体以磁轴同方向的形式衔接而成，

车载导向磁阵列与路轨导向磁阵列的啮合方式为：在车载导向磁阵列的相邻两磁列间不接触地***相应的路轨导向磁阵列的磁列并使尽可能多的车载导向磁阵列的长磁条处于路轨导向磁阵列的长磁条所形成的一维水平磁势阱中。

4、如权利要求3所述之导向***，其特征在于，所述之磁体为永久磁体、普通线绕电磁体、超导线线绕电磁体、俘获磁通超导永磁体中的任一种或是上述磁体之组合。

5、一种磁悬浮列车的不接触式推进***，其特征在于，包含一个或多个磁啮轮与磁啮条组，

每一个所述之磁啮轮与磁啮条组包含：

一条与路轨等长并安装在路基上的磁啮条，所述之磁啮条由多片相同的

磁片条与间隔条相间叠合而成，叠合时要求相邻的磁片条之间处于相互

吸引状态，磁片条由长条形基底及等间隔地沿长度方向排布于基底上的

磁体构成，磁片条上磁体的磁轴交替排列，以及

一个或多个安装在列车底部的磁啮轮，每个所述之磁啮轮由多片磁片轮

与间隔片相间同轴叠合而成，磁片轮由基底及等间隔地排布在基底分度

圆上的偶数个磁体构成，分度圆上的磁体的磁轴交替排列并且相邻两磁

体在分度圆上所占的弧长等于上述磁片条上两相邻磁体间的距离，

磁啮轮与磁啮条之间的啮合方式是：在磁啮轮的间隔片所在的位置不接触地***磁啮条的磁片条，磁啮轮的转轴在水平方向且垂直于路轨，磁啮轮上最低的磁体与磁啮条上的磁体等高并使尽可能多的磁片轮与磁啮条相啮合。

6、如权利要求5所述之推进***，其特征在于，所述之磁体为永久磁体、普通线绕电磁体、超导线线绕电磁体、俘获磁通超导永磁体中的任一种或是上述磁体之组合。

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