CN102862576A - 空气悬浮列车 - Google Patents

Abstract

本发明给出空气悬浮列车，它由高架道和悬浮车共两部分组成。高架道是由条形顶板、与条形顶板左右边缘相连的左右悬梁、左右悬梁下的供电接触线、固定悬梁的横梁、支撑横梁的左右支架所构成。悬浮车由真空箱、引风机、驱动设备、车内供电设备、操控装置和车厢构成。真空箱是由四个侧壁和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子，上方的开口扣在高架道顶板的下表面上，真空箱底板通过连杆，拉起下面载客的车厢。真空箱左右侧壁外对称设置受电弓，连接接触线和车内供电设备。本发明空气悬浮列车，它造价低、噪音低、能耗低、污染低、速度高、稳定性好、安全、舒适。它既适用于城际铁路和城市铁路，也适用于企业、社区和游乐园。

Description

空气悬浮列车

技术领域

本发明涉及交通运输技术，尤其涉及到一种空气悬浮列车。

背景技术

在传统铁路中，轮轨间的粘着作用产生牵引力，但粘着作用随着速度的提高而降低，因此粘着铁路速度有一个极限。为突破这一速度极限，同时也为了彻底克服粘着铁路轮轨之间的摩擦、振动和不稳定性等问题，20世纪70年代，在欧美和日本，出现了两种非粘着悬浮列车：空气悬浮列车和磁悬浮列车。空气悬浮列车又叫气垫车，它利用燃气机产生高压气体，喷入车辆与导轨间形成气垫，再利用涡轮喷气机驱动车辆前进。法国研制的气垫火车aerotrain时速达到428公里。磁悬浮列车利用磁的作用力，使列车悬浮和驱动。无论是空气悬浮列车，还是磁悬浮列车，都是在轨道上运行，都属于铁路范畴。

气垫车是利用燃气机产生高压气体，向车厢与导轨或地面间喷入，在车厢底部气体围裙内形成气垫，托起车厢。因为整个气垫车是一个刚性实体，燃气机、喷气发动机的剧烈振动，以及高速气垫车本身的晃动，都要求气垫车底部的金属制的气体围裙周边与地面或与导轨间要有足够的高度，以防止刮碰，这就造成气垫中的高压气体大量泄漏，因此气垫车悬浮的能耗很大。此外，气垫车利用喷气发动机驱动前进，因此，气垫车不仅能耗大，而且噪音大、污染大，时至今日气垫车已几乎绝迹。

在能耗与噪音方面，欧美和日本的空气悬浮列车不如磁悬浮列车，因此除个别国家的实验线路外，大多数国家都放弃了空气悬浮列车。但磁悬浮铁路造价昂贵，目前世界上还没有一条长距离的商业运行磁悬浮列车。我国为探讨修建磁悬浮铁路的可能性，买进德国的技术和设备，在上海修了一条31公里长的实验性磁悬浮铁路，耗费了89个亿。因为磁悬浮列车成本高及电磁污染诸多问题，国家最终否定了在京沪线修建磁悬浮铁路。目前在京沪线上，轮轨式的高速铁路施工已完成，正在进行调试，很快就可开通运行。

但是，空气悬浮列车不仅造价便宜，还有其他很多优点。它在历史上被否定，主要是因为能耗、污染和噪音。如果能克服它的缺点，发挥它的长处，就有可能在铁路和其它交通领域，使空气悬浮列车重新崛起，大行其道，彻底改变人类的生产和生活面貌。

在2008年5月，我的发明：一种高速铁路，申请号为2005100918048，被授予发明专利权。在该发明中，给出了由空气悬浮列车和高架通道组成的一种车厢悬挂式的高速铁路。高架通道上的反应板与空气悬浮列车上的直线电机相作用，获得推进力。这种结构有两点局限：一是悬浮列车速度不够快，理论上，这种悬浮列车最大速度是每小时100多公里；二是由于除了导电弓与供电的接触线间接触外，空气悬浮列车与高架通道间无其它任何接触，由此导致空气悬浮列车的悬浮的稳定性差。所说的悬浮的稳定性是：空气悬浮列车的真空箱上周边，与和高架道下表面间的空气隙的大小，因为多种偶然因素可能发生变化，并进一步到悬浮列车厢悬浮的可靠性。

空气隙的大小影响到漏气量的大小；而漏气量的大小，影响到真空箱的真空度，又影响到真空箱底板和下边的悬浮列车厢的升降；而悬浮列车厢的升降，又反过来进一步拉动真空箱上周边与和高架道下表面间的空气隙的改变。如此循环反复的叠加作用，可使悬浮列车厢发生周期性的上下颤动，最终空气隙过大，导致真空箱真空度的完全破坏，以至于造成悬浮列车厢不能悬浮。

随着城市的发展和人民生活水平的提高，交通流量大幅增加，在城市中，特别是在大都市中，交通拥堵的问题日益严重。据报道，目前北京市许多主要街道的车辆平均时速不到10公里。为解决城市居民出行难的问题，应积极发展速度快，能承载大客流量的城市轨道交通，分期分批建造地下铁路、高架轻轨和郊区快速铁路。我国的北京、上海、广州、南京、武汉等城市都已进入城市轨道交通的快速发展时期。目前国内地铁最高时速已达百公里，而轻轨时速也达50公里。地铁与轻轨给市民出行带来便利，但与市区其它传统交通工具相比，现有地铁与轻轨的一个突出的缺点是令人难耐的振动与噪音。北京地铁行驶中高频的振动和刺耳的噪音使乘客非常不舒服；而架空穿行在高楼大厦间的上海轻轨，因为轮轨噪音扰民而被禁止在夜间行驶。

上述有关悬浮列车和城市轨道交通的背景技术，在以下专著及专利中有详细描述：

1、《磁悬浮铁路系统与技术》，魏庆朝、孔永健编著，中国科学技术出版社(2003年)；

2、《城市轨道交通》，毛保华等编著，科学出版社(2002年)；

3、《地铁与轻轨》，张庆贺等编著，人民交通出版社(2003年)；

4、发明专利：一种高速铁路，专利号ZL2005100918048。

发明内容

针对历史上，欧美的空气悬浮列车的种种弊端，为了克服其能耗、污染和噪音方面的缺点，为了克服其稳定性方面的不足，为了给出可靠的动力系统，本发明给出一种由异步电机驱动的空气悬浮列车。

本发明空气悬浮列车，它造价低、噪音低、能耗低、污染低、速度高、稳定性好、安全、舒适。它既适用于城际铁路和城市铁路，也适用于工矿企业和游乐园。

为达到上述目的，本发明给出的空气悬浮列车由高架道和悬浮车共两部分组成。

高架道是由条形顶板、与条形顶板左右边缘相连的左右悬梁、左右悬梁间的中梁、固定悬梁的横梁、支撑横梁的左右支架所构成。

高架道有一条形顶板，水平架空设置，固定在左右悬梁和横梁的下边，横梁由矗立在地面上的左右支架支承，条形顶板的左右边缘设置供电的接触线。

悬浮车由真空箱、引风机、驱动设备、车内供电设备、操控装置和车厢构成；真空箱是由四个侧壁：两个长侧壁和两个短侧壁，和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子，上方的开口扣在高架道顶板的下表面上，真空箱底板通过连杆，拉起下面载客的车厢；真空箱左右侧壁外对称设置受电弓；车内供电设备包括主变压器、整流器和逆变器；操控装置是悬浮车内的控制器和操作台。

所述引风机，它位于车厢内，引风机进气口连接真空箱的抽气口，引风机排气口与大气相通；所述驱动设备，它位于真空箱底板前缘，向前延伸出的驱动平台上，驱动设备与高架道顶板相作用，产生推力。

高架道是由中梁、左右悬梁、横梁、支架、顶板和接触线所组成，架空水平放置的横梁的左右两端，被对称矗立的支架所支承，支架是按一定间隔，在铁路沿线两侧均匀设置的，支架的根部固定在地面上的混凝土基础中；在横梁下边平行的固定一段中梁，中梁的两端垂直的固定着两根悬梁，即高架道的左悬梁和右悬梁，在左右悬梁下方，固定着高架道的顶板，顶板的横断面是下凹的圆弧形，其圆心在顶板的正上方；横梁、中梁和左右悬梁，可以用型钢做成，顶板用厚度不低于2cm的高强度合金钢板做成；在顶板左右边缘的下方，分别通过绝缘柱固定接触线，接触线材质可以是铸铜或铜锡合金，截面积170mm²；绝缘柱的长度，也就是左右接触线到顶板的距离不能小于0.2m，以防止接触线与顶板间电击穿。

真空箱的结构包括：四个侧壁、水平隔板、底板、压力弹簧和受电弓；真空箱是由四个侧壁和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子；真空箱分为上箱和下箱两部分，中间由水平隔板分开；真空箱的侧壁由两部分组成，它们是上箱的上侧壁和下箱的下侧壁；上侧壁和下侧壁分别都是由四个侧壁：两个长侧壁和两个短侧壁，围成的矩形边框；上侧壁是刚性壁，用钢板、不锈钢板或铝合金板做成，上侧壁形成的上方开口与高架道的顶板下表面相配合，其中，两个长侧壁的上边缘，是向内弯曲的压力折边，外轮廓与高架道顶板呈平行的平直线，而另外的两个与高架道顶板垂直的短侧壁，又称作端壁的上边缘是圆弧线，这个圆弧的半径与高架道顶板的圆弧半径相同，二者相配合；真空箱上下两箱中间的水平隔板是一个矩形的框板，中部是空的，上下通气，水平隔板用钢板做成；下侧壁是弹性壁，用金属波纹板做成；真空箱底板用高强度钢板做成，压力弹簧支撑在水平隔板和底板之间，底板四角处各设一个压力弹簧；底板上有一抽气孔；上箱的一侧上侧壁外侧设有受电弓，它通过绝缘柱固定在上侧壁外侧，通过输电线与车内供电设备相连，对面另一侧壁外设有相同的另一个受电弓。

引风机是涡轮离心引风机，它安装在车厢内底板上，它的进气口通过进气管，与真空箱底板上抽气口的外侧相接，它的排气口通过车厢，通往环境大气；对于长度为20米，宽度为3米的真空箱，当真空箱的上周边与顶板的间隙为3mm时，为了使真空箱底板上，每平方米产生1吨的悬浮力，引风机的风量不能少于40000m3/h，风压不能低于10000Pa。

压力折边是从上侧壁的上端点开始，向真空箱内弯折，到折边端点为止的一段弯边；压力折边与上侧壁之间有一个弯角；当压力折边的折边端点抵住高架道的顶板，外界空气不能漏入真空箱；当环境压力大于真空箱内的压力，压力折边受到一个向下的合力，可使压力折边的折边端点与高架道的顶板间产生间隙；当间隙进气，气流从压力折边外表面高速流过，气流速度提高而压力降低，能限制产生的间隙进一步扩大；恰当地选择压力折边的弯角与压力折边的宽度，可在压力折边的折边端点与高架道的顶板之间，产生一个理想的间隙。

驱动设备包括：异步电动机、传动机构与车轮；驱动设备位于驱动平台上，驱动平台与真空箱的底板前缘相固定，异步电动机通以三相交流电，异步电动机输出动力，通过传动机构，带动左右两个车轮旋转，车轮与高架道顶板下表面发生摩擦作用，产生水平推力；在悬浮列车运行时，驱动平台与高架道顶板之间，由于车轮支撑在其中，两者间距离也就相对固定，与驱动平台相连的真空箱的底板与高架道顶板之间距离，也就固定；驱动设备的制动方法是再生制动和摩擦制动。

车内供电设备包括车厢内的主变压器、整流器和逆变器，每节车厢有一套车内供电设备，产生三相电力，供给异步电动机和引风机；车内供电设备的电路是一个3千伏交流供电单元主电路，受电弓从接触线上获得AC3000V，50Hz电力，其中一个接触线接交流高压，另一个接触线接地，从接触线得到的电流，通过受电弓，再经过真空断路器、进入主变压器；

主变压器二次侧输出，接到用门极可关断晶闸管GTO构成的整流器，其输出经储能电容，接到VVVF逆变器，而VVVF逆变器的输出，经三相电力线接到异步电动机；主变压器的三次侧输出，也同样接整流器，再经过储能电容到逆变器，逆变器输出的三相交流电供引风机使用；主变压器的四次侧输出，用于辅助电路供电；

当处于再生制动状态时，逆变器变成整流器，输出直流高压经储能电容加到整流器，再经主变压器将电能回馈到接触线电网中。

述操控装置是悬浮车内的控制器和操作台，控制器为整流器、逆变器提供控制信号，操作台上有指示仪表和操作手柄。

载客的车厢是利用铝合金或不锈钢板做成，悬吊在真空箱的下边；其长度和宽度与真空箱相同，通常为长20米，宽3米，载客的车厢的高度为2.7米。

多个悬浮车相连可构成悬浮列车，它由首尾各一节悬浮头车和中间若干节悬浮车组成。悬浮头车的一端为流线型，悬浮头车内部还设有控制全车运行的操控装置。悬浮头车和每节悬浮车的引风机、驱动设备和车内供电设备是相同的。

本发明的空气悬浮列车中，真空箱的侧壁有弹性，当真空箱内空气被抽出时，真空箱底板上升，拉起车厢悬浮。真空箱的上口周边与高架道顶板并不接触，利用内外气体的压差作用力，使真空箱上周边与顶板间产生一个很薄的气垫，很小的空气隙，然后利用悬浮列车的异步电动机驱动车轮，车轮与高架道顶板的下表面接触，两者摩擦产生推力，推动悬浮列车前进。这种空气悬浮列车真空箱周边与顶板间的空气隙，比前述欧美的气垫车气体围裙下的空气隙能小一个数量级，漏气少，因此悬浮能耗小，污染也大大减轻。

本发明的空气悬浮列车的驱动设备，位于悬浮列车的真空箱底板前方的驱动平台上，驾驶室的上方。当异步电动机通以三相交流电，异步电机带动车轮旋转，车轮与高架道顶板下表面发生摩擦作用，产生水平推力，用以驱动悬浮列车前进。异步电机带动车轮前进的速度可以很大，比如每小时200公里，或300公里。在悬浮列车运行时，真空箱的底板与高架道顶板的下表面间，由于车轮的转动而相对运动，同时，两者间距离也相对固定。当空气悬浮列车的真空箱上周边，与和高架道下表面间的空气隙的大小，因为偶然因素而发生少许变化时，尽管在一定程度上影响到真空箱的真空度，但真空箱的底板的高度可以并不变化，真空箱的底板是通过车轮向上压在高架道的下表面上。上述空气隙的少许改变，引起真空箱的真空度少许改变，只是稍微改变车轮对高架道的下表面的压力的大小。因此，悬挂在真空箱下边的车厢的高度，也不因为空气隙的少许变化而变化。用异步电机与车轮驱动的悬浮列车，车轮对高架道下表面的接触和压力，对真空箱的真空不稳定性有很好的抑制作用，极大地改善了空气悬浮列车运行的稳定性。

本发明的空气悬浮列车，与前一个发明专利：一种高速铁路，专利号ZL2005100918048中的空气悬浮列车相比，在结构上作了两点重要改进：一是用异步电机取代直线电机，用简单的异步电机加车轮，作为悬浮列车的驱动设备，不仅结构简化，同时还提高了悬浮列车运行速度，并保证了悬浮列车运行的稳定性；二是用压力折边取代鼓风机，用一个小小的压力折边，使真空箱的上周边与顶板间产生理想的空气隙，省掉了笨重的鼓风机。

本发明的优点是：

1、本发明推出的空气悬浮列车，它兼有速度高、安全、舒适的优点，可以全天候运行，从结构原理上讲，它不存在脱轨或翻车的危险。

2、本发明的空气悬浮列车的真空箱与高架道顶板间的空气隙小，漏气量低，因而本发明能耗低。本发明的空气悬浮列车以电力为能源，没有废气污染。本发明的空气悬浮列车的引风机在车厢的机器间内，进行了充分地声学屏蔽，本发明的空气悬浮列车噪音低。

3、本发明的高架道结构简单，消耗材料少，高架道架空铺设，占地面积少，因此本发明的高架道建造成本低。

4、本发明的悬浮列车的车轮，它不仅用于推动悬浮列车行走，也使真空箱和高压顶板间距离相对固定，这就保证了真空箱周边和高压顶板间，有一个稳定的空气隙。

5、本发明的空气悬浮列车，既可用作城际铁路，也可用于城市铁路，比如地铁、轻轨和市郊铁路。本发明空气悬浮列车，也可为工矿企业和游乐园，提供一种空中悬浮交通方式，为人们的生产和生活，增添一道靓丽的风景。

附图说明

图1是本发明空气悬浮列车实施例的高架道结构图；

图2是本发明空气悬浮列车实施例的悬浮车结构图；

图3是本发明空气悬浮列车实施例的真空箱结构图；

图4是本发明空气悬浮列车实施例的引风机结构图；

图5是本发明空气悬浮列车实施例的驱动设备结构图；

图6是本发明空气悬浮列车实施例的车内供电设备电路图；

图7是本发明空气悬浮列车实施例的装配图；

图8是本发明空气悬浮列车实施例的总体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明空气悬浮列车实施例的高架道结构图。

在高架道上，架空水平放置的横梁1的左右两端，被对称矗立的支架2、3所支承，支架是按一定间隔，在铁路沿线两侧均匀设置的，支架的根部固定在地面上的混凝土基础中。

横梁1和支架2、3可以用钢材做成。在横梁1下表面，平行的固定一个中梁9，中梁9是一段短梁，它在横梁的正下方，横梁1和中梁9一起固定左悬梁5和右悬梁6，左右悬梁彼此平行，并与地面平行，沿高架道布置。横梁1承担全部重量，中梁9用来保证左右两个悬梁的距离，和彼此的平行度。

高架道的顶板4的左右边缘，固定在左右悬梁的下表面。顶板4的横断面是下凹的圆弧形，其圆心在顶板4的正上方。顶板4需用厚度不低于2cm的高强度合金钢板做成。在顶板4左右边缘的下表面，分别通过绝缘杆，向下固定左接触线7和右接触线8。接触线材质可以是铸铜(Cu)或铜锡合金(CuSn)，截面积170mm2。绝缘杆的长度不能小于0.2m，以防止接触线与顶板4间电击穿。

当悬浮列车行进或停车时，左右悬梁都承担悬浮列车的全部重量，因此，左右悬梁用高强度钢材制成，并牢牢地固定在横梁1下表面和中梁9的两端面上。中梁9的材质可以是碳钢。左右悬梁和中梁9采用槽形钢材。

图2给出了本发明空气悬浮列车实施例的悬浮车结构图。

悬浮车由真空箱18、引风机29、驱动设备、车内供电设备、操控装置和载客的车厢31构成。

真空箱18是由四个侧壁和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子。真空箱上方的开口扣在高架道顶板的下表面上，真空箱四个侧壁有一定的弹性，真空箱的底板25通过连杆22与下面的载客的车厢31相连。真空箱18左右侧壁的外表面对称地，分别设置受电弓。

引风机29位于车厢31，引风机29的进气口通过进气管，与真空箱底版25上的抽气口28相通。启动引风机，抽除真空箱18与高架道顶板间的部分空气，真空箱内气压开始低于环境大气压力，随着这个压力差逐渐加大，真空箱内的压力弹簧20和弹性侧壁开始压缩，真空箱底板25上升，并通过连杆22拉起下面载客的车厢31，实现了悬浮。

驱动设备位于真空箱底板25的前缘的驱动平台27上，它包括：异步电动机24、传动机构与车轮23。当异步电动机24通以三相交流电，异步电机带动车轮23旋转，车轮23与高架道顶板下表面发生摩擦作用，产生水平推力，用以驱动悬浮列车前进。

车内供电设备包括车厢内的主变压器、整流器和逆变器，每节车厢有一套车内供电设备，产生三相电力，供给异步电动机和引风机。

操控装置是悬浮列车内的控制器和操作台。控制器为整流器、逆变器提供控制信号，操作台上有指示仪表和操作手柄，司机通过操作台，再经由控制器，发出各种运行指令。

载客的车厢31悬吊在真空箱底板25的下边，利用铝合金或不锈钢板做成，其长度和宽度与真空箱基本是一样的，通常为长20米，宽为3米，载客的车厢的高度可定为2.7米。关于载客的车厢的强度，按照每平方米载重1吨来计算。主要是两个强度计算：壳体的强度，和载客的车厢悬吊在真空箱下边的拉杆22的强度。

图3给出了本发明空气悬浮列车实施例的真空箱结构图。

真空箱18是由四个侧壁：两个长侧壁与两个短侧壁，和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子。真空箱18总体上是一个扁平、长方形的箱子，上方开口，无盖，分为上箱和下箱两部分，中间由水平隔板26分开。

真空箱的侧壁由两部分组成，它们是上箱的上侧壁17和下箱的下侧壁19。上侧壁17和下侧壁19分别都是由四个侧壁，即两个长侧壁和两个短侧壁，围成的矩形边框。上侧壁17是刚性壁，用钢板、不锈钢板或铝合金板做成。上侧壁17形成的上方开口与高架道的顶板下表面相配合，其中，两个长侧壁的上边缘，是向内弯曲的压力折边12。下侧壁19是弹性壁，用金属波纹板做成。

沿水平中心线，真空箱左右是完全对称的。真空箱上箱四面侧壁中，与高架道平行的两个较长的上侧壁的上边缘是平直线，而另外的两个与高架道垂直的上侧壁，又称作端壁的上边缘是圆弧线，这个圆弧的半径与高架道顶板的圆弧半径相同，即端壁上边缘与高架道顶板横向的圆弧的下表面相配合。

真空箱上下两箱中间的水平隔板26是一个矩形的框板，中部是空的，上下通气，水平隔板26用钢板做成。真空箱底板25用高强度钢板做成。压力弹簧20支撑在水平隔板26和底板25之间，底板25的四角处各设一个压力弹簧，作用是使真空箱上周边与高架道顶板保持配合。

底板25的一端有一抽气孔28，真空箱通过抽气孔28和车厢内的引风机向外抽气，以使真空箱内建立并保持低压。

上箱的上侧壁17外侧设有受电弓50，它通过绝缘杆52固定在上侧壁17外侧，通过输电线54与车内供电设备相连。对面另一侧壁外设有相同的受电弓。两个受电弓与高架道左右悬梁下的两个接触线滑动接触，向悬浮列车提供全部电力。

真空箱底板前缘连接驱动平台27，用以固定驱动设备。

图4给出了本发明空气悬浮列车实施例的引风机结构图。

引风机是空气悬浮列车实施例能够悬浮的动力，它安装在车厢31内。

引风机是涡轮离心式引风机29，它位于车厢的后部的底板上，并与底板相固定。它的进气口通过进气管，与真空箱底板上靠后端的抽气口28的相接，它的排气口通过车厢通往大气。

当引风机29启动时，开始抽除真空箱内的空气，当真空箱底板25上下压力差足够大时，底板25连同车厢31一起上升，真空箱弹性的下侧壁19和压力弹簧20被压缩，真空箱底板上的左右挂钩15、16，离开高架道左右悬梁5、6的支点上升，并悬空。真空箱底板25上升，同时抬高了真空箱内的驱动车轮，而当驱动车轮触到高架道的顶板4时，真空箱底板停止上升，使真空箱保持在某一指定高度。

真空箱18是一个长方形、上方开口、无盖的箱子，由上箱和下箱两部分构成。上箱上方开口的四个周边与高架道的顶板相配合，下箱的底板25通过拉杆承载车厢31。当载客的车厢31处于非悬浮状态时，载客的车厢31与真空箱的全部重量，是通过设在真空箱底板25上的左右挂钩15、16，加载到即钩挂在高架道左右悬梁5、6上。

真空箱的上周边与高架道顶板4的下表面相配合，真空箱上箱前后两个端壁的上边缘是圆弧形，它与顶板4横向的圆弧形相配合，亦即真空箱的四个上周边是在圆弧形的曲面上，这个曲面和顶板4的曲面相同。这两者圆弧形曲面相配合的好处就在于，它能对前进中的悬浮列车起导向作用，在悬浮列车直线行驶时，这种圆弧形配合及车厢31的重力作用，使车厢31保持在高架道的中心线位置上；当悬浮列车进入弯道或有侧向风作用于车厢31时，这种圆弧形的配合加上车厢31本身的重力作用，使车厢31向一侧轻微摆起，当外界作用消除时，车箱31能迅速返回到高架道的中心线。

真空箱和车厢31的长度和宽度基本相同，单节车厢的长度为20米，宽度为3米。当真空箱的上周边与顶板4的间隙为3mm时，为了使真空箱的底板，在每平方米上产生1吨的悬浮力，经计算，引风机29的风量不能少于40000m3/h，风压不能低于10000Pa。

引风机29的电力供应来自车内供电设备44，车内供电设备44的电力来自受电弓50、51和接触线7、8。

由四个侧壁，即两个长侧壁和两个短侧壁，围起来的矩形的上侧壁17中，两个长侧壁的上边缘向内弯，称为压力折边12。

对照左下方的小图，压力折边12是从上侧壁17的上端点13开始，向真空箱内弯折，到折边端点14为止的一段弯边。压力折边12与上侧壁17之间有一个弯角10。

当压力折边12的折边端点14抵住高架道的顶板4，两者之间没有缝隙，外界空气不能漏入真空箱。启动引风机，真空箱内压力开始下降，环境压力高，环境压力大于真空箱内的压力，压力折边12受到一个向下的合力，如果此力大于压力弹簧给予上侧壁17的向上的推力，这个向下的合力，可使真空箱的上周边的压力折边的折边端点与高架道的顶板4间产生间隙。

当真空箱的上周边与高架道的顶板4间开始产生间隙，即压力折边12的折边端点14离开高架道的顶板4，在真空箱内外气压差作用下，环境空气沿图中箭头方向，快速经过空气隙进入真空箱。因为间隙进气，气流高速从压力折边12外表面流过时，根据柏努力方程，在压力折边12外表面上，随着气流速度提高而压力降低，这一趋势能限制真空箱的上周边与高架道的顶板4间产生的间隙进一步扩大。

恰当地选择压力折边12的弯角10，以及从上端点13到折边端点14为止的压力折边12的宽度，可在压力折边12的折边端点14与高架道的顶板4之间，产生一个比较理想的间隙。

图5给出本发明空气悬浮列车实施例的驱动设备结构图。

空气悬浮列车的驱动设备，位于悬浮列车的真空箱18前部的驱动平台27上，它包括：异步电动机24、传动机构与车轮23。

当异步电动机24通以三相交流电，异步电机24输出动力，通过传动机构，带动车轮23旋转。车轮23包括左右对称设置的两个轮子，车轮23与高架道顶板4下表面发生摩擦作用，产生水平推力，用以驱动悬浮列车前进。异步电机带动车轮前进的速度可以很大，比如每小时200公里，或300公里，不存在理论上限的限制。

异步电机24固定在驱动平台27上，车轮轴固定在真空箱的底板25的向前延出段上。在悬浮列车运行时，真空箱的底板25与高架道顶板4之间，由于车轮支撑在其中，两者间距离也就相对固定。

悬浮列车真空箱18上箱左右侧壁外的受电弓，从高架道左右悬梁下的接触线上，接受到从地面变电所输来的电流，并传送到车内供电设备44。在驾驶操作人员控制下，完成变压、变频过程。从车内供电设备44出来的三相交流电力线，接到真空箱内的异步电动机24，异步电机24输出动力，带动车轮23的左右轮子旋转。车轮顶在高架道顶板下表面上，二者发生摩擦作用，产生水平推力，用以驱动悬浮列车前进。

悬浮列车的制动有两种方式：再生制动和摩擦制动。

再生制动是一种电制动方法，它通过司机发出制动指令，控制器给异步电动机24的变频器发出控制信号，降低输出频率，甚至给出0频率。这时行进中的异步电动机24变成了发电机，不仅有电能通过受电弓和接触线向电网回馈，而且异步电动机24初级和次级间的电磁作用力阻止悬浮列车继续前进，直到悬浮列车停止。这种再生制动是基本的制动方法。

另外一种摩擦制动是一种机械制动方法，在紧急情况下，司机切断异步电机24和引风机电机的电源，车厢的左右挂钩落在高架道的左右悬梁上，两者之间的摩擦力使列车迅速减速，直到停止。

图6给出了本发明空气悬浮列车实施例的车内供电设备电路图。

这是一个3千伏交流供电单元主电路。

受电弓50，51从接触线7、8上获得AC3000V，50Hz电力，其中接触线7接交流高压，接触线8接地。从接触线7得到的电流，通过受电弓50，再经过真空断路器151、进入主变压器153。

主变压器二次侧154输出，接到用门极可关断晶闸管GTO构成的整流器156，其输出经储能电容158，接到VVVF逆变器159，而VVVF逆变器159的输出，经三相电力线接到异步电动机24。

主变压器153的三次侧155输出，也同样接整流器，再经过储能电容到逆变器，逆变器输出三相交流电，供引风机29使用。

主变压器153的四次侧160输出，用于辅助电路供电。

驱动用异步电动机24和悬浮用引风机29的逆变器的控制电路都集中在控制器内，由司机统一控制。当处于再生制动状态时，逆变器变成整流器，输出直流高压经储能电容加到整流器，再经主变压器将电能回馈到接触线电网中。

图7给出了本发明空气悬浮列车实施例的装配图。

本发明给出的空气悬浮列车实施例由高架道和悬浮车共两部分组成。

高架道有水平架空设置的条形顶板4，它固定在横梁1的下边，横梁1由对称矗立设置的支架2支承。

高架道上对称地设置承重的左右悬梁、左右接触线。槽形的左右悬梁水平设置，固定在高架道横梁1的下边，当悬浮列车处于悬浮或非悬浮状态时，左右悬梁都承担悬浮列车的全部重量；高架道左悬梁下，通过顶板4，设有接触线，右悬梁下也设有接触线，它们和悬浮列车上的受电弓配合，向悬浮列车提供用于悬浮和驱动的全部电力。

悬浮车由真空箱、引风机、驱动设备、受电弓、车内供电设备、操控装置和载客的车厢构成。

真空箱18是由四个侧壁和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子，真空箱上方的开口扣在高架道顶板4的下表面上，真空箱18的四个侧壁有一定的弹性，真空箱的底板25通过连杆22与下面的载客的车厢31相连。

引风机29位于车厢31内的后部，引风机的进气口通过引风管，与真空箱底板25上的抽气口28相接，并与真空箱内部空间相通。

驱动设备位于真空箱18前端，它包括：异步电动机24、传动机构与车轮。异步电动机24通以三相交流电，异步电机带动车轮旋转，用以驱动悬浮列车前进。

真空箱18左右侧壁的外表面对称设置两个受电弓，受电弓从高架道的接触线获得电力，并将电力输送到车内供电设备。

车内供电设备包括车厢内的主变压器、整流器、逆变器，每节车厢有一套车内供电设备，产生三相电力，供给异步电动机和引风机。

操控装置是悬浮列车内的控制器和操作台。控制器为整流器、逆变器提供控制信号，司机通过操作台，再经由控制器，发出各种运行指令。

图8给出了由本发明空气悬浮列车实施例的总体图。

本发明空气悬浮列车实施例，既可以单节单独运行，也可以若干节悬浮车前后连接，组成空气悬浮列车运行。本图给出的空气悬浮列车，是一个由4节悬浮车，和首尾两节悬浮头车，共6节悬浮车厢组成的。

悬浮头车和每节悬浮车的引风机、驱动设备和车内供电设备是相同的。

高架道上有横梁1、支架2和顶板4，支架2的根部固定在地面的混凝土基础中。由头车30等2节悬浮头车，和悬浮车31等4节悬浮列车组成的一列共6节的悬浮列车，在高架道下方悬浮行进。悬浮列车上的交流供电单元主电路由受电弓引进电力，由六节悬浮车组成的悬浮列车，可以共用一对受电弓。全列车的操控装置位于悬浮头车内。为了使运行中的悬浮列车对地面上的人类其它活动不产生太大的影响，车厢31底部距离地面高度不能低于6m，相应的支架2高度不能低于10m。

Claims (9)

1.一种空气悬浮列车，它由高架道和悬浮车两部分组成：高架道有一条形顶板，水平架空设置，固定在左右悬梁和横梁的下边，横梁由矗立在地面上的左右支架支承，条形顶板的左右边缘设置供电的接触线；悬浮车由真空箱、引风机、驱动设备、车内供电设备、操控装置和车厢构成；真空箱是由四个侧壁：两个长侧壁和两个短侧壁，和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子，上方的开口扣在高架道顶板的下表面上，真空箱底板通过连杆，拉起下面载客的车厢；真空箱左右侧壁外对称设置受电弓；车内供电设备包括主变压器、整流器和逆变器；操控装置是悬浮车内的控制器和操作台，其特征在于：

(1)所述引风机，它位于车厢内，引风机进气口连接真空箱的抽气口，引风机排气口与大气相通；

(2)所述驱动设备，它位于真空箱底板前缘，向前延伸出的驱动平台上，驱动设备与高架道顶板相作用，产生推力。

2.按照权利要求1所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述高架道是由中梁、左右悬梁、横梁、支架、顶板和接触线所组成，架空水平放置的横梁的左右两端，被对称矗立的支架所支承，支架是按一定间隔，在铁路沿线两侧均匀设置的，支架的根部固定在地面上的混凝土基础中；在横梁下边平行的固定一段中梁，中梁的两端垂直的固定着两根悬梁，即高架道的左悬梁和右悬梁，在左右悬梁下方，固定着高架道的顶板，顶板的横断面是下凹的圆弧形，其圆心在顶板的正上方；横梁、中梁和左右悬梁，可以用型钢做成，顶板用厚度不低于2cm的高强度合金钢板做成；在顶板左右边缘的下方，分别通过绝缘柱固定接触线，接触线材质可以是铸铜或铜锡合金，截面积170mm²；绝缘柱的长度，也就是左右接触线到顶板的距离不能小于0.2m，以防止接触线与顶板间电击穿。

3.按照权利要求1所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述真空箱的结构包括：四个侧壁、水平隔板、底板、压力弹簧和受电弓；真空箱是由四个侧壁和一块底板构成的一个长方形的上方开口的箱子；真空箱分为上箱和下箱两部分，中间由水平隔板分开；真空箱的侧壁由两部分组成，它们是上箱的上侧壁和下箱的下侧壁；上侧壁和下侧壁分别都是由四个侧壁：两个长侧壁和两个短侧壁，围成的矩形边框；上侧壁是刚性壁，用钢板、不锈钢板或铝合金板做成，上侧壁形成的上方开口与高架道的顶板下表面相配合，其中，两个长侧壁的上边缘，是向内弯曲的压力折边，外轮廓与高架道顶板呈平行的平直线，而另外的两个与高架道顶板垂直的短侧壁，又称作端壁的上边缘是圆弧线，这个圆弧的半径与高架道顶板的圆弧半径相同，二者相配合；真空箱上下两箱中间的水平隔板是一个矩形的框板，中部是空的，上下通气，水平隔板用钢板做成；下侧壁是弹性壁，用金属波纹板做成；真空箱底板用高强度钢板做成，压力弹簧支撑在水平隔板和底板之间，底板四角处各设一个压力弹簧；底板上有一抽气孔；上箱的一侧上侧壁外侧设有受电弓，它通过绝缘柱固定在上侧壁外侧，通过输电线与车内供电设备相连，对面另一侧壁外设有相同的另一个受电弓。

4.按照权利要求1所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述引风机是涡轮离心引风机，它安装在车厢内底板上，它的进气口通过进气管，与真空箱底板上抽气口的外侧相接，它的排气口通过车厢，通往环境大气；对于长度为20米，宽度为3米的真空箱，当真空箱的上周边与顶板的间隙为3mm时，为了使真空箱底板上，每平方米产生1吨的悬浮力，引风机的风量不能少于40000m3/h，风压不能低于10000Pa。

5.按照权利要求3所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述压力折边是从上侧壁的上端点开始，向真空箱内弯折，到折边端点为止的一段弯边；压力折边与上侧壁之间有一个弯角；当压力折边的折边端点抵住高架道的顶板，外界空气不能漏入真空箱；当环境压力大于真空箱内的压力，压力折边受到一个向下的合力，可使压力折边的折边端点与高架道的顶板间产生间隙；当间隙进气，气流从压力折边外表面高速流过，气流速度提高而压力降低，能限制产生的间隙进一步扩大；恰当地选择压力折边的弯角与压力折边的宽度，可在压力折边的折边端点与高架道的顶板之间，产生一个理想的间隙。

6.按照权利要求1所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述驱动设备包括：异步电动机、传动机构与车轮；驱动设备位于驱动平台上，驱动平台与真空箱的底板前缘相固定，异步电动机通以三相交流电，异步电动机输出动力，通过传动机构，带动左右两个车轮旋转，车轮与高架道顶板下表面发生摩擦作用，产生水平推力；在悬浮列车运行时，驱动平台与高架道顶板之间，由于车轮支撑在其中，两者间距离也就相对固定，与驱动平台相连的真空箱的底板与高架道顶板之间距离，也就固定；驱动设备的制动方法是再生制动和摩擦制动。

7.按照权利要求1所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述车内供电设备，它包括车厢内的主变压器、整流器和逆变器，每节车厢有一套车内供电设备，产生三相电力，供给异步电动机和引风机；车内供电设备的电路是一个3千伏交流供电单元主电路，受电弓从接触线上获得AC3000V，50Hz电力，其中一个接触线接交流高压，另一个接触线接地，从接触线得到的电流，通过受电弓，再经过真空断路器、进入主变压器；

主变压器二次侧输出，接到用门极可关断晶闸管GTO构成的整流器，其输出经储能电容，接到VVVF逆变器，而VVVF逆变器的输出，经三相电力线接到异步电动机；主变压器的三次侧输出，也同样接整流器，再经过储能电容到逆变器，逆变器输出的三相交流电供引风机使用；主变压器的四次侧输出，用于辅助电路供电；

当处于再生制动状态时，逆变器变成整流器，输出直流高压经储能电容加到整流器，再经主变压器将电能回馈到接触线电网中。

8.按照权利要求1所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述操控装置是悬浮车内的控制器和操作台，控制器为整流器、逆变器提供控制信号，操作台上有指示仪表和操作手柄。

9.按照权利要求1所述的空气悬浮列车，其特征在于：所述载客的车厢是利用铝合金或不锈钢板做成，悬吊在真空箱的下边；其长度和宽度与真空箱相同，通常为长20米，宽3米，载客的车厢的高度为2.7米。

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