CN102897054A - 磁推进的、居中的和悬浮的运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁推进的、居中的和悬浮的运输系统，该系统具有固定到线性同步电动机的转子的电车和支撑所述线性同步电动机的定子的导轨，所述转子和定子通过电磁场耦合以使所述电车沿着所述导轨移动。所述定子具有在纵向上间隔开的多个有效AC绕组，所述转子具有一对横向间隔开的纵向取向的磁体组，所述磁体组与所述绕组之间具有空气间隙。水平取向并且具有纵向姿态的海尔贝克磁体阵列在如下情况下与所述电车接合：导电材料条固定到所述导轨上并且沿纵向指向，并且与在位置处的所述磁体阵列有间隙地间隔开，以在所述电车上产生悬浮和居中的力的。

Description

磁推进的、居中的和悬浮的运输系统

技术领域

本公开内容涉及一种运输系统，特别是磁推进的、受控的和悬浮的系统（“磁悬浮（maglev）”）。

背景技术

这样的系统使用磁悬浮来通过磁力悬浮、引导和推进车辆，而不使用机械方法，所述机械方式采用车轮来支撑、控制、加速和制动。磁悬浮系统使用磁力以小间隙在其导轨之间悬浮车辆以产生提升、横向控制和推力。磁悬浮车辆和常规系统相比，移动更平滑且更安静，而且需要的维护更少。其优点包括：很少或者没有摩擦阻力、行驶更平滑和潜在地速度更高。由这样的车辆能够达到的极限速度受到空气阻力的限制。悬浮所需的电力在所述系统的整个能量消耗中并不占特别大的百分比；和其他任何高速的运输形式一样，所使用的能量的大部分需要用来克服全速情况下的空气阻力。

发明内容

本文描述的系统是用于移动货物的磁悬浮运输系统。线性发动机使用导轨定子，转子沿导轨定子移动。定子和转子电路相互磁性作用以便在移动元件与固定元件之间维持一间隙。牵引机线圈内嵌在导轨内，以便通过利用转子上的永磁体的电动机动作来产生推力。由于引导、控制和悬浮都是经由永磁体装置提供的，因此公共电网向所述定子电路提供电流而不需要其他的输入功率。所述系统的目的是在运输系统中形成线性的推进力、横向控制力和悬浮力。

附图说明

图1是本文描述的支撑实施例中的运输系统的示例性透视图；

图2是悬挂实施例中的系统的示例性正视图；

图3是其牵引机推进装置的平面视图形式的概念图；

图4是限定海尔贝克（Halbach）磁体阵列的透视概念图；以及

图5是图1的实施例的示例性正视图。

对于相同的元件而言，在每一幅附图中的附图标记是相同的。

具体实施方式

参考以上描述的附图，现在详细描述磁推进的、稳定的和悬浮的电车32，所述电车32沿着如图1和图2所示的运输系统10的导轨22移动。

用于推进的结构

图3示出了使用线性发动机的推进的原理。推进的模式采用洛伦兹型原动力，其中，所应用的推进力（F）根据以下的方程与电流（q）和磁场（B）成线性比例：

$(\stackrel{\→}{F}=q\·\stackrel{\→}{v}\×\stackrel{\→}{B})$

在本方法中，通过使用高功率线性同步电动机获得相对低的加速度和相对高的速度，其中固定在沿着导轨22的间隔开且纵向对准的位置上的有效绕组24构成所述同步电动机的定子。磁体对34的线性阵列固定到电车32，在绕组24的任意一侧都形成了空气间隙。磁体34在图示的优选实施例中是永磁体，但在替换的实施例中也可以是电激励磁体，并且这些磁体34是所述同步电动机的所述“转子”。通过如图所示地布置磁体34的极面，绕组34内的交流电能够依序首先吸引，然后排斥磁体34，由此沿着导轨22推进电车32。通过调节施加到绕组24的AC电流的频率来控制电车速度，电车的制动是动态施加的，也就是说，通过反转所施加电流的相位，使得绕组24与磁体34之间的磁排斥代替磁吸引。图3所示的两个绕组处于正交状态，相位差为90度。相位在前的绕组24确定电车的方向，并且相位关系可以反转以使电车32能够倒转其沿导轨22的移动方向。

电车32的特征，即电车32的质量、货物装载、期望的加速度和减速度、等级陡度（steepness of grades）和期望的最高速度，确定了满足这些参数的电流负载。为了针对推进变量实现更大的动态控制，可以沿着导轨22的纵向路径并行应用超过一组绕组24和磁体组34。

随着电车32沿着导轨22行进，移动到与磁体组34磁接合的程度的每一个相继的绕组24触发对所述绕组24进行AC加电，并且在磁接合有效的情况下保持加电状态。当电车已经通过了每一个相继的绕组24，切断那个绕组24的电流。因此，只有当需要时才施加电力，并且当不在电车32时，电流不流过任一绕组24。由于决不存在对行走到导轨22上的人或动物的电击危险，因此所述导轨22可以设置在地平面处、地平面以下或者如图1和图2所示的地平面以上。

用于居中（centering）和悬浮的结构

电车32维持在导轨22上的居中且悬浮的位置处，以便使磁体34与每一接近的绕组24对准，从而保证绕组24两侧均存在正的间隙（positive gap），并且保证在导轨22上方的悬浮。为了实现这一点，电车32装载有左磁体阵列33L、35L和右磁体阵列33R、35R，它们的磁场在水平方向和横向上、在相对的方向上远离电车32指向（阵列33L、33R），并且向下指向（阵列35L、35R）。这些磁体阵列在纵向上对准并且在电车的整个长度上延伸，并且是海尔贝克永磁体阵列。海尔贝克阵列是一种永磁体的特殊布置，其增强阵列的一侧的磁场，与此同时将另一侧的磁场抵消至接近零。这是通过具有如图4所示的磁化在空间上的旋转模式（pattern）来实现的。通量将在所述阵列的一侧消除并且在相对的一侧增强其自身。所述磁场在所述通量被限制的一侧达到两倍大，而在相对侧，没有产生杂散场。所述居中和悬浮的力无法通过普通永磁体实现，但是通过海尔贝克阵列生成的更大的力可以高效实现所述居中和悬浮的力。导轨22具有U型横截面，所述横截面具有在相对侧的且接近于电车侧壁的竖直壁26。每一个所述竖直壁26具有纵向指向的完整长度的铜条40。如图5中最好地示出的，阵列33L和33R中的每一个阵列保持与条40的表面之间的空气间隙。同样地，水平取向的铜片条40设置于阵列35L和35R下方。竖直和水平的条40沿着导轨22是连续的。

用于居中和用于悬浮的结构以完全相同的方式操作。电车32沿着导轨的运动使所述海尔贝克阵列的磁场在导电条40内产生涡电流。这些涡电流产生其自身的磁场，该磁场与海尔贝克阵列的那些磁场相反并因此产生用于保持用于电车的精确居中和悬浮的灵敏能力（acute capacity）的排斥力。

当电车32减速进站和当电车32完全停下，例如以便装载旅客和货物时，通过车轮50（图5）提供一种替代的支撑和控制，当需要支撑电车32时，所述车轮自动降下，并且将钢制引导栏（guide fence）60安装在导轨22上，以便在电车32在车轮50上滚动时保持电车32居中，所述车轮50优选为脚轮型，以便它们能够自动遵循所述引导栏60。当电车的速度降至一设定速度以下时，车轮50的降下将自动进行，并且所述降下可以与常规的飞机前轮相一致。

本领域技术人员所看到的基于所要求的主题的变化，已知或将意识到的，都被明确视为在本发明保护范围及其各种实施例内的等同形式。因此，本领域技术人员现在或以后所获知的明显替代也被限定为在所限定的元素的范围内。本公开内容也就意味着可以理解为包括如下内容：由上文描述并且具体示出的，概念上的等同形式，能够被明显替代的和结合了基本理念的。

Claims (7)

1.一种磁推进的、居中的和悬浮的运输系统，包括：

电车，其固定于线性同步电动机的转子；

导轨，其支撑所述线性同步电动机的定子，所述转子和定子通过电磁场耦合，以使所述电车沿着所述导轨移动；

所述定子具有在纵向上间隔开的多个有效AC绕组；

所述转子具有一对横向间隔开的纵向取向的磁体组，所述磁体组与所述绕组之间具有空气间隙；

水平取向并且具有纵向姿态的海尔贝克磁体阵列，其在固定位置处与所述电车接合；

导电材料条，其固定到所述导轨上并且沿纵向指向，其与在位置处的所述磁体阵列有间隙地间隔开，以在所述电车上产生悬浮和居中的力。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述电车与所述导轨对准。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述导轨具有U型横截面。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述条固定到所述导轨的相对竖直表面上，并且来自所述磁体阵列的通量指向所述条。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述条固定到所述导轨的水平表面上，并且来自所述磁体阵列的通量指向所述条。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述绕组中的至少两个是正交激励的。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述电车具有用于低速运转的车轮，并且所述导轨具有用于引导所述车轮并用于保持居中的引导栏。

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