CN102120457A

CN102120457A - 磁悬浮飞车装置

Info

Publication number: CN102120457A
Application number: CN2011100484970A
Authority: CN
Inventors: 王晓光; 成梦林; 胡业发; 吴华春; 张锦光; 丁国平
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2011-07-13

Abstract

本发明提供的磁悬浮飞车装置，是一种利用磁悬浮技术将所述飞车的车体悬浮于架空的轨道上，由飞车上的螺旋桨动力推进器产生的气流驱动飞车沿轨道运动，该飞车由磁悬浮系统和螺旋桨动力推进器组成。由于飞车悬浮在空中与轨道没有摩擦，因此可以避免由摩擦带来的功率损耗，使飞车的高速运动成为可能。本发明可以成为全新概念的交通工具和新型运载形式，具有原理新颖、结构简单等优点。

Description

磁悬浮飞车装置

技术领域

本发明涉及交通工具，特别是一种运用磁悬浮原理的全新概念的交通工具和新型运载形式。

背景技术

现代社会的生活和产生活动中离不开高速、高效率的交通运输。在特殊的应用领域，也存在许多需要瞬时、高速运载工具的需求。在物体高速运动的情况下，减少摩擦所引起的损耗成为高速运动的关键。磁悬浮飞车与轨道之间没有接触，从根本上避免了摩擦。因此，磁悬浮飞车是非常有前景的高速运载方式。

磁悬浮飞车利用磁悬浮技术将飞车的车体悬浮于架空的轨道上，由飞车上的螺旋桨动力推进器产生的气流驱动飞车沿轨道运动。磁悬浮飞车与磁悬浮列车在悬浮原理上类似，都是采用磁悬浮技术将车体悬浮于空中，但磁悬浮列车的运行是采用直线电机的驱动方式，而磁悬浮飞车的运行是采用螺旋桨动力推进器。因此，磁悬浮飞车极大地减小了技术难度和制造成本，同时避免了较强磁场带来磁场污染的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用磁悬浮技术和螺旋桨动力推进器相结合，从而形成一种全新概念的交通工具和新型运载形式——磁悬浮飞车装置。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的磁悬浮飞车装置，是一种利用磁悬浮技术将所述磁悬浮飞车装置的车体悬浮于架空的轨道上，由磁悬浮飞车装置上的螺旋桨动力推进器产生的气流驱动飞车沿轨道运动。该飞车由磁悬浮系统和螺旋桨动力推进器组成。

所述的磁悬浮系统主要由电磁铁装配体、电涡流位移传感器、控制系统、轨道和车体组成，其中：电磁铁装配体和电涡流位移传感器位于车体的底部；磁悬浮飞车装置停止时，车体悬挂在架空的轨道上；磁悬浮飞车装置行驶时，车体通过磁悬浮系统产生的磁场悬浮力悬浮在轨道上。

所述的电磁铁装配体由两个，每个电磁铁装配体主要由电磁铁铁芯、电磁铁线圈组成，其中：在电磁铁线圈的上下两端各安装一个线圈挡板，整个电磁铁装配体通过电磁铁上夹紧板与车体用紧定螺钉固连。

所述的电涡流位移传感器有两个，它们分别装在车体底部的两端。电涡流位移传感器实时将悬浮的气隙距离反馈给控制系统，控制系统将其与设定的气隙进行比较后，调节电磁铁中的电流从而改变电磁吸力的大小来保证气隙的恒定。

所述的控制系统主要由计算机、数据采集、功率放大模块和信号处理模块部分组成。

所述的轨道呈T字形，可由两个类似龙门架的轨道支架支撑。

所述的轨道支架，其底部折边用水平调整螺栓固定在地面上，其侧部和底部折边设有与之焊接相连的加强板，其横梁下部采用螺栓与轨道固定连接。

所述的车体，具有缺口的长方形横截面，可以依靠缺口的边沿使整个车体在不运动时悬挂在轨道的T字形上表面上。

所述的螺旋桨动力推进器，通过向后排出强大气流从而推动飞车装置向前运动，依靠螺钉装在车体的顶部上。

本发明在设计中以两个电磁铁约束飞车的两个自由度，即飞车绕X轴转动和沿Z轴方向上移动的自由度。在结构上因为飞车在X轴方向的尺寸远小于飞车在Y轴方向的尺寸，故不约束该自由度，即忽略悬飞车绕Y轴转动的自由度。飞车沿X轴方向上移动和的绕Z轴转动的2个自由度，则利用磁场的向心效应约束。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一. 原理新颖：巧妙地利用了磁悬浮技术和螺旋桨动力推进技术，组合构成了全新概念的交通工具和新型运载形式。

其二. 结构简单：充分利用了机械原理和磁场向心效应，简化了磁悬浮飞车的支承原理，只用了两个电磁铁约束飞车的两个自由度，就成功地悬浮了原来需要约束五个自由度的飞车。利用螺旋桨动力推进器驱动磁悬浮飞车，简化了轨道结构，不需要在轨道上铺设驱动电磁线圈。

附图说明

图1是本发明设计原理的坐标图。

图2是磁悬浮飞车装置的轴视图。

图3是磁悬浮飞车装置的主视图。

图4是磁悬浮飞车装置的轨道。

图5是磁悬浮飞车装置的车体轴视图。

图6是磁悬浮飞车装置的电磁铁装配体轴视图。

图7是控制系统原理框图。

图中：1.电磁铁装配体； 2.电涡流位移传感器；3.水平调整螺栓；4.轨道支架；5.轨道； 6.车体；7.螺旋桨动力推进器；8.电磁铁铁芯；9.电磁铁线圈；10.线圈上挡板；11.电磁铁上夹紧板； 12.紧定螺钉； 13.线圈下挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本专利发明作进一步说明。

本发明提供的磁悬浮飞车装置（简称飞车），利用磁悬浮技术将飞车悬浮于架空的轨道上，由飞车上的螺旋桨动力推进器产生的气流驱动飞车沿轨道运动。

本发明为简化结构，在设计中只用了两个电磁铁就成功地实现了飞车的悬浮。如图1所示：将飞车简化为长方体，OY正方向为前进方向。以两个电磁铁约束飞车的两个自由度，即飞车绕X轴转动和沿Z轴方向上移动的自由度。在机械结构上以减小X轴向尺寸的方法，减少其一个自由度，即忽略悬飞车绕Y轴转动的自由度，对该自由度不加以约束。飞车沿X轴方向上移动和的绕Z轴转动的2个自由度，则利用磁场的向心效应约束。飞车沿Y轴方向移动的自由度是飞车运动方向，因此不加以约束。因为只有两个电磁铁，因此，只需在飞车长度方向一前一后各安装一个电涡流位移传感器2，分别检测两个电磁铁与导轨之间的气隙，以实现飞车悬浮控制。在驱动方面，磁悬浮飞车采用了螺旋桨动力推进器，极大地减小了技术难度和制造成本，同时避免了直线电机较强磁场带来磁场污染的问题。

磁悬浮飞车巧妙地利用了磁悬浮技术和螺旋桨动力推进技术，组合构成了全新概念的交通工具和新型运载形式。

本发明提供的磁悬浮飞车装置，具体结构如图2、图3和图5所示，由磁悬浮系统和螺旋桨动力推进器组成。所述磁悬浮系统主要由电磁铁装配体1、电涡流位移传感器2、控制系统、轨道5和车体6组成，其中：电磁铁装配体1和电涡流位移传感器2位于车体6的底部。飞车停止时，车体6悬挂在架空的轨道5上；飞车行驶时，车体6悬浮在轨道5上。所述螺旋桨动力推进器装在车体6的顶部。

所述电磁铁装配体1，其结构如图6所示：由电磁铁铁芯8、电磁铁线圈9组成。在电磁铁线圈9的上下两端各安装一个线圈挡板，它们分别为线圈上挡板10、线圈下挡板13，其作用是：一是避免线圈直该与电磁铁铁芯接触，防止线圈被磨破；二是起固定线圈的作用，防止线圈在通电工作过程中振动。整个电磁铁装配体通过电磁铁上夹紧板11与飞车的车体6用螺栓固连（图2、图3、图6）。

所述电涡流位移传感器2有两个，它们分别装在飞车的车体6底部的两端（图2和图3），其作用是：实时检测电磁铁端部与轨道底部之间的气隙距离，并将距离值（非电量）转化为电压信号（电量）送给控制系统。

所述控制系统，其原理框图如图7所示，控制电路同现有的技术，主要由计算机、数据采集、信号处理模块、功率放大模块等部分组成。

所述轨道支架4有两个，用于支撑整个磁悬浮飞车的稳定。如图2和图3所示：每个轨道支架外形类似龙门架，其底部折边用水平调整螺栓3固定在地面上，其侧部和底部折边设有与之焊接相连的加强板，其横梁下部采用螺栓与轨道5固定连接。

所述轨道5的结构如图4所示：呈T字形，由两个轨道支架4支撑。该轨道的作用有两点：一是在磁悬浮飞车正常悬浮工作时，电磁铁产生的吸力吸引其下端，使飞车车体悬浮于架空的轨道上；二是当飞车不运动时，电磁铁不通电不产生吸力，飞车车体6在重力作用下安全地悬挂在轨道的T字形上表面上。

所述车体6用于承载电涡流位移传感器2、螺旋桨动力推进器7以及电磁铁装配体1。其结构如图5所示：具有缺口的长方形横截面，依靠缺口的边沿使车体6悬挂在轨道5的表面上（图2、图3）。

所述螺旋桨动力推进器7，其作用是给飞车提供前进的动力。如图2中所示：依靠螺钉固定在飞车车体6的上端。

本发明的工作原理与工作过程是：当电磁铁线圈9通电时，电磁铁铁芯8产生磁场，与轨道5的下端相吸产生力的作用，使整个飞车的车体产生向上的浮力，向上吸引脱离轨道形成悬浮，故车体与轨道之间没有摩擦力，减小了飞车的起动力和前进阻力。之后，装配在车体上的螺旋桨动力推进器7运行，产生向后的推力，使得整个飞车由于反作用力在轨道上前进。

本发明的创新点在于：（1）采用螺旋桨动力推进器驱动来替代传统的直线电机驱动，大大简化了导轨结构和降低了建设成本，同时避免了直线电机的驱动磁场与支撑磁悬浮列车的悬浮磁场之间的干扰。（2）不同于常规磁悬浮列车的五自由度控制，本发明只采用两自由度控制就能实现飞车的稳定悬浮和正常工作，大大简化了控制系统，降低了控制成本。

Claims

1.一种磁悬浮飞车装置，其特征是一种利用磁悬浮技术将所述飞车的车体悬浮于架空的轨道上，由飞车上的螺旋桨动力推进器产生的气流驱动飞车沿轨道运动，该飞车由磁悬浮系统和螺旋桨动力推进器组成。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的磁悬浮系统主要由电磁铁装配体、电涡流位移传感器、控制系统、轨道和车体组成，其中：电磁铁装配体和电涡流位移传感器位于车体的底部；飞车停止时，车体悬挂在架空的轨道上；飞车行驶时，车体通过磁悬浮系统产生的磁场悬浮力悬浮在轨道上。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的电磁铁装配体有两个，每个电磁铁装配体主要由电磁铁铁芯、电磁铁线圈组成，其中：在电磁铁线圈的上下两端各安装一个线圈挡板，整个电磁铁装配体通过电磁铁上夹紧板与车体用紧定螺钉固连。

4.根据权利要求2所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的电涡流位移传感器有两个，它们分别装在车体底部的两端；电涡流位移传感器实时将悬浮的气隙距离反馈给控制系统，控制系统将其与设定的气隙进行比较后，调节电磁铁中的电流从而改变电磁吸力的大小来保证气隙的恒定。

5.根据权利要求2所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的控制系统主要由计算机、数据采集、功率放大模块和信号处理模块部分组成。

6.根据权利要求2所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的轨道呈T字形，由两个类似龙门架的轨道支架支撑。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的轨道支架，其底部折边用水平调整螺栓固定在地面上，其侧部和底部折边设有与之焊接相连的加强板，其横梁下部采用螺栓与轨道固定连接。

8.根据权利要求2所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的车体，具有缺口的长方形横截面，依靠缺口的边沿使整个车体在不运动时悬挂在轨道的T字形上表面上。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮飞车装置，其特征是所述的螺旋桨动力推进器，通过向后排出强大气流从而推动飞车装置向前运动，依靠螺钉装在车体的顶部上。

10.根据权利要求1所述的磁悬浮飞车装置，其特征是在设计中以两个电磁铁约束飞车的两个自由度，即飞车绕X轴转动和沿Z轴方向上移动的自由度；在结构上因为飞车在X轴方向的尺寸远小于飞车在Y轴方向的尺寸，故不约束该自由度，即忽略悬飞车绕Y轴转动的自由度；飞车沿X轴方向上移动和的绕Z轴转动的2个自由度，则利用磁场的向心效应约束。