CN103181068B - 外螺线转子永磁电机及永磁悬浮轮轨车路系统 - Google Patents

Abstract

提供一种外螺线转子(1)永磁电机及永磁悬浮轮轨车路系统。该永磁电机包括定子电枢(2)、外转子(1)、轴承(13)和控制系统；外转子(1)为外螺线转子，即在外转子(1)上设有按螺旋线排布且带有永磁体的螺旋块(4)，螺旋块(4)的磁极方向为外转子(1)的径向且相临磁极为N、S极交替排布；定子电枢(2)由定子叠片(7)叠成，并形成按螺旋线排布的螺旋形沟槽(9)，螺旋形沟槽(9)的螺距与外转子(1)的螺距相同，螺旋形沟槽(9)内缠绕螺旋线圈(10)。该永磁电机在电机的外部设置外螺线转子(1)，在相同的外径下获得更大的输出动力。外螺线转子(1)永磁电动发电机适用于磁悬浮车辆的高效驱动和高效发电回收刹车。

Description

外螺线转子永磁电机及永磁悬浮轮轨车路系统

技术领域

本发明涉及电动机和磁悬浮列车技术领域，具体涉及永磁悬浮列车的直线电机驱动系统及悬浮导向定位系统。

背景技术

磁悬浮列车的直线驱动电机现有技术是采用直线同步电机或直线异步感应电机。由于实际应用的现实情况要求直线电机与轨道间可以接受的最小间隙至少达到8毫米以上，因而比磁力间隙只有0.5-1毫米的现有旋转电机的效率低很多。

工业上三相异步电机结构简单，维护简单，因而大量普及，但存在明显铁损和铜损，即使采用变频调速控制技术，也存在低速时效率低下的缺陷。永磁同步电机效率较高，但变频同步控制系统较复杂。永磁直流有刷电机效率较高，但电刷易磨损，故障率较高。开关磁阻电机，耐高温性强，但存在较大铁损，因没有永磁体，不能直接用于发电。而优良的高速列车驱动技术既要求电机在任何速度下都能保持很高的驱动效率，又要求在车辆减速时的能量通过电机高效发电而回收能量。上述这些电机虽然有的能够实现这个功能，但美中不足的是，效率较低。

采用EMS磁旋浮列车技术建设的轨道成本通常要比常规轮轨技术的高速铁路的成本的高出约50％以上，目前认为建设磁悬浮高速铁路的成本想低于常规轮轨技术的高速铁路的成本是不可能实现的。

在公路上开行磁悬浮汽车至今为止依然是梦想。

发明内容

技术问题

本发明旨在克服上述技术中存在的不足之处，提供一种具有更为紧凑结构和高效率的外螺线转子永磁电机，使整机结构尺寸减小，重量降低，在相同的外径下获得更大的输出动力。同时电机在任何速度下都能保持很高的驱动效率和发电效率。这种外螺线转子永磁电机用于磁悬浮铁路和公路系统上，按不同空间结构排布，可以高效驱动和高效发电回收刹车动能，使建设磁悬浮高速铁路公路交通的成本低于常规轮轨技术的高速铁路公路的成本成为可能；所述外螺线转子永磁电机也可适用于超高层楼房的磁悬浮电梯的高效节能改造。

技术方案

本发明解决的技术方案是这样实现的：

一种外螺线转子永磁电机，包括定子电枢、外转子、轴承、控制系统；

所述外转子为外螺线转子，即在外转子上设有按螺旋线排布且带有永磁体的螺旋块，所述螺旋块的磁极方向为外转子的径向且相邻磁极为N、S极交替排布；

所述定子电枢由定子叠片叠成，并形成按螺旋线排布的螺旋形沟槽，所述定子电枢的螺旋形沟槽螺距与外转子的螺距相同，所述螺旋形沟槽内缠绕螺旋线圈。

进一步的，为增强靠近所述定子电枢附近的磁场，提高电机的效率，所述外螺线转子还包括周向永磁体，所述周向永磁体夹置于相邻的螺旋块之间，沿圆周方向设置于所述螺旋块的近外转子轴线端，并与螺旋块形成螺旋形HALBACH磁体结构排布。

进一步的，为保证外螺线转子的刚度，所述电机还包括一层以上螺旋形转子骨架，其上的螺旋形沟槽与所述外转子螺距相同，并与所述螺旋块的位置相对应；所述转子骨架为非导磁性材料或导磁性材料，或者是两种材料焊接复合而成。

更为具体的，所述电机还包括定子轴、定子端盖和转子端盖，所述定子端盖和定子两端、转子端盖和转子两端分别固定连接；所述定子轴的两端设置轴承，轴承外设置轴承转套，轴承转套与转子端盖滑动配合。

进一步的，所述定子轴、定子端盖、转子端盖和外螺线转子之间分别设置圆盘永磁体，相邻的圆盘永磁体的平面磁极相对并保持一定的磁力间隙，磁极方向为同性磁极方向相对，构成轴向磁性推力轴承，在相互轴向滑动时产生的永磁排斥力承受永磁螺线转子的轴向拉力，减轻轴承的轴向载荷。

还包括设置于外螺线转子上的转子位置感应条和传感器，所述转子位置感应条3为螺旋线形状，其螺距与外螺线转子的螺距相同。所述转子位置感应条可以是永磁材料，也可以是铁磁性材料，或者是用于光电感应的螺旋形格栅。传感器可以是霍耳传感器、光电开关、接近开关、磁敏二极管，随时检测永磁螺线转子的位置，传感器检测出的转子位置信号与驱动控制系统协调控制永磁螺线转子的扭矩和转速。也可以采用无位置传感器的无刷直流电机控制技术。

将前述的外螺线转子永磁电机两个一组构成的电机组，包括两个所述的外螺线转子永磁电机，还包括定子轴、转子轴、定子端盖和转子端盖，相邻两个电机通过转子轴联接，定子轴一端与定子端盖连接，另一端内部同轴设置轴承转套并与之滑动配合，所述轴承转套内部设置轴承，并通过所述轴承与所述转子轴滑动配合，所述转子轴与外螺线转子通过转子端盖固定连接。

同样的，所述定子轴、定子端盖、转子端盖和外螺线转子之间分别设置圆盘永磁体，相邻的圆盘永磁体的平面磁极相对并保持一定的磁力间隙，磁极方向为同性磁极方向相对。

一种永磁悬浮车路系统，包括磁悬浮车体、直线驱动系统、悬浮系统和导向系统；

所述直线驱动系统包括与磁悬浮车体固定连接的外螺线转子电机和铺设于路基上的螺线定子；

所述外螺线转子电机的外螺线转子，是在外转子上设有按螺旋线排布且带有永磁体的螺旋块，所述螺旋块的磁极方向为外转子的径向且相邻磁极为N、S极交替排布；所述外螺线转子电机的定子电枢由定子叠片叠成，并形成按螺旋线排布的螺旋形沟槽，所述定子电枢的螺旋形沟槽螺距与外转子的螺距相同，所述螺旋形沟槽内缠绕螺旋线圈；

所述螺线定子同轴设置于所述外螺线转子的外部，其与所述外螺线转子相对的内表面上设有螺旋排布的铁磁性材质的突出的螺线条，螺距与外螺线转子的螺距相同；

所述悬浮系统包括与车体随动的悬浮永磁体和相对路基静止的悬浮衔铁，悬浮永磁体位于悬浮衔铁正下方，两者之间形成与车体重力相平衡的磁吸力；

所述导向定位系统包括水平和竖直方向的导向轮和导向轨，所述导向轨固定于直线驱动系统的螺线定子和/或路基上的。

所述悬浮衔铁固定于螺线定子上，或路基上，或导向轨上；所述悬浮永磁体固定于外螺线转子电机上或固定于车体上。

进一步的，所述车路系统还包括变轨装置，所述变轨装置设置于车辆的变轨位置，包括底部设置回转轴的回转轨板，所述回转轨板上设有相互平行的两段直轨和位于两段直轨之间的一段弯轨，所述两段直轨各自连接变轨位置两侧分别位于一条直线上的两个轨道，所述弯轨是一段光滑曲线轨道，所述光滑曲线轨道同时与所述变轨位置两侧的相互平行的两个轨道分别在所述光滑轴线轨道的两个端点位置相切。

所述外螺线转子通过连接臂固定于车体上，所述连接臂一端固定于车体，另一端铰接或万向联接于所述外螺线转子电机上。

进一步的，所述车路系统还包括两根轮轨及车轮，所述直线驱动系统位于所述两根轮轨的中间位置。针对该结构的车路系统，还可以设置如下结构的变轨装置，所述变轨装置是包括底部带有滑道的滑移轨道，滑移轨道上设置一段直轨道和一段弯轨道，所述滑移轨道设置于变轨位置，通过滑移分别实现直轨和弯轨的接通。

所述的车路系统还可以包括相对磁悬浮车体左右对称设置的两套直线驱动系统、及对应的两套悬浮系统和两套导向系统。进一步的，还可以包括两组对称的导向轨，所述导向轨设置于两套直线驱动系统的内侧或外侧，作为水平导向轨和/或竖直导向轨。

更进一步的，所述车路系统还包括导电轨和受电臂，两根导电轨设置于路轨的基础上，对应的受电臂设置于车体上，通过电刷实现导电轨与受电臂的电连接。

更进一步的，上述车路系统的悬浮系统包括升降调节机构，用以调节悬浮永磁体与悬浮衔铁之间的磁力间隙；所述升降调节机构可以是螺纹传动升降机构或斜面升降机构等。

考虑工艺性的问题，所述螺线定子可以为一体结构或分体结构。

进一步的，上述永磁悬浮车路系统，还包括高架支撑结构和箱梁，所述箱梁设置于所述高架支撑结构的两侧翼或单侧翼，作为永磁车路系统的路基；在所述箱梁的上部和/或下部架设所述磁悬浮车体及其直线驱动系统、悬浮系统和导向系统。

更具体的，所述磁悬浮车体可以为设有左右开合结构和上下拉伸结构的用于装载车辆及货物的拖车；所述左右开合结构和上下拉伸结构可以是一对或两组伸缩臂，所述伸缩臂自车体两侧与车顶或车底铰接。

有益效果

本发明的外螺线转子永磁电机具有以下有益效果：

1.结构紧凑，体积小。外螺线转子的永磁体既作为永磁电机的永磁转子，又作为直线永磁驱动的外部永磁螺线转子，相当于减少了一层永磁体结构，使径向尺寸明显减小，重量轻，同时有效利用了外螺线转子的永磁体内部的空间，使原本用外部同轴串联电机驱动的方式，变成了电机与外部永磁螺线转子一体的结构，整体轴向长度尺寸明显减小，降低了整机重量。

2.驱动力大。外部的螺线转子的永磁体与内部的螺线定子电枢的磁场强度方向是相同的，两个磁场叠加后使外部的永磁螺线转子的外部磁场强度进一步加大，使永磁螺线转子与其外部的螺线定子之间的驱动力进一步增强，使直线永磁驱动机的整体驱动力更加强劲。使高速列车的加速度和最高速度进一步加大，爬坡角度进一步提升。如果保持原有驱动力和加速度不变的情况下，则驱动磁力间隙可进一步加大。

3.轻载荷高转速。轴承的轴向载荷由永磁推力轴承利用永磁斥力自动承受，轴承几乎不受轴向力，支撑转子的轴承与电机的机械摩擦轻微，轴承机械寿命明显延长。同时径向载荷也很轻微，因而轴承处于轻载状态，允许高达每分钟几万转的转速。

4.线圈嵌入方便。定子铁芯的螺旋形沟槽开口朝向外部，从外部嵌入螺旋线圈要比从内部嵌入直线圈更容易些。

5.成本降低。由于只用一层永磁体作为共用结构，提高了永磁材料的利用率，节省了大量强永磁体材料，也节省其他辅助支撑材料，使直线永磁驱动机整机成本明显降低。驱动磁力间隙加大后进一步降低轨道建设难度，使轨道建设成本也进一步降低。

6.高效节能。外转子采用永久磁铁励磁，转子励磁不需消耗电能，不产生电涡流损耗，没有铁损，电机发热量低。采用无刷永磁直流电机，直流电机的线圈始终处于最佳磁场区域，效率高达90％-98％，无功功率低，电能利用率非常高。外部使用了含有永磁材料的外螺线转子，电机无需耗电励磁就能直接用作电动机和发电机，电机用作电动机和发电机的状态可以自行转换，在刹车减速过程中，电机直接就能把高速动能经过发电高效率储存起来，既简化了结构，又节省了大部分电能，这对交通运输业的节能和全国节能减排目标的实现具有现实的意义。

将所述外螺线转子永磁电机用于磁悬浮列车上由于外螺线定子构成的轨道按不同空间结构排布会形成意想不到的效果，按照四通道结构排布的磁悬浮高速铁路建设方案，将会使建设磁悬浮高速铁路的成本低于常规轮轨技术的高速铁路的成本成为可能。

采用永磁悬浮轮轨技术的磁悬浮汽车和磁悬浮巴士行驶在公路上不再是梦想。

对于已经建成的既有高速铁路线路可以进行改造和续建成永磁悬浮轮轨铁路，使改造成本和返工损失降低到最小。对于新建铁路则可以按低于常规高速轮轨铁路的方案建设。

所述外螺线转子直线永磁驱动机与轨道之间按不同排布方案，组合成不同结构的永磁悬浮轮轨车路系统，包括永磁悬浮轮轨列车、永磁悬浮轮轨汽车、永磁悬浮轮轨公交客车、永磁悬浮轮轨吊轨空中客车、永磁悬浮轮轨吊挂输送机、永磁悬浮轮轨拖动机等。

永磁悬浮轨道采用高架结构，最经济的结构布局采用圆周双向4排道排列方式。

对于新建低速运行的地铁和城际轻轨采用中间驱动轨结构形式驱动，并使永磁悬浮轮轨

轨道既可通行永磁悬浮轮轨列车，又可通行常规轮轨列车，并利用上现有的铁路道岔，

使建设成本大大降低。

对于既有低速运行的地铁和城际轻轨采用轨道上铺设驱动悬浮轨道的结构形式。

对于既有线路改造高速磁悬浮轮轨铁路的方案：将现有的钢轨拆除掉，换上钢梁支座，

架设螺线定子驱动轨道和导向轨道，成为弹性良好的超高速永磁悬浮轮轨铁路。

附图说明

图1是本发明一种形式的外螺线转子永磁电机剖面结构示意图。

图2是图1的半横截面结构示意图。

图3是图1的立体结构示意图。

图4是外螺线转子永磁电机的定子电枢的立体结构示意图。

图5是内置HALBACH磁体结构外螺线转子的横截面结构示意图。

图6是单层外螺线转子骨架的立体结构示意图。

图7是双层外螺线转子骨架的局部剖视图。

图8是外双金属焊接套结构的双层外螺线转子骨架的剖面图。

图9是两台外螺线转子永磁电机构成的电机组的纵向剖面结构示意图。

图10是图9的立体结构示意图。

图11是外螺线转子永磁电机与悬浮系统的螺线定子配合的立体结构示意图。

图12和图13分别是实施例1的永磁悬浮轮轨地铁的横截面结构示意图和立体结构示意图。

图14是单轴驱动永磁悬浮轮轨地铁的岔道的立体结构示意图。

图15和图16分别是图14所示岔道直轨通行及转弯变轨通行的立体结构示意图。

图17是实施例2的单轴驱动永磁悬浮公路的横截面结构示意图。

图18是实施例3的单轴驱动4通道永磁悬浮高架轻轨通行永磁悬浮轮轨汽车和吊轨永磁悬浮客车的示意图。

图19是实施例4的单轴驱动4通道永磁悬浮高架轻轨通行升降永磁悬浮吊轨拖车的结构示意图。

图20和图21分别是实施例5的高速永磁悬浮轮轨汽车的结构示意图和立体结构示意图。

图22是实施例6的新建永磁悬浮轮轨高速铁路的横截面结构示意图。

图23和图24分别是本发明的三轨回转道岔在永磁悬浮轮轨高速铁路处于直通状态和变轨状态的立体结构示意图。

图25和图26分别是本发明的三轨回转道岔在永磁悬浮轮轨高速铁路交叉路口处于直通状态和变轨状态的立体结构示意图。

图27是实施例7中改建兼容永磁悬浮轮轨高速铁路永磁悬浮轮轨车路系统结构示意图。

图28是实施例8中续建永磁悬浮轮轨高速铁路的车路系统的结构示意图。

图29是实施例9中新建内置兼容轨道的永磁悬浮轮轨高速铁路车路系统的结构示意图。

图30是实施例10中双向4通道高架永磁悬浮轮轨列车及吊轨永磁悬浮列车的结构示意图。

图31是实施例11中高架双向4通道真空管道永磁悬浮轮轨列车的横截面结构示意图。

图32是实施例12中外驱动底悬浮兼容轨道的永磁悬浮轮轨高速铁路的车路系统结构示意图。

图33是实施例13中外驱动底悬浮兼容轨道的连续钢轨的永磁悬浮轮轨高速铁路的车路系统结构示意图。

图34是实施例14中兼容轨道连续钢轨永磁悬浮轮轨高速铁路的车路系统结构示意图。

图中，

1-外螺线转子，2-螺线定子电枢，3-转子位置感应条，4-螺线块，5-螺线转子骨架，6-螺线转子骨架上的螺线沟槽，7-定子叠片，8-叠片沟槽，9-螺线定子电枢上螺旋形沟槽，10-螺旋线圈，11-端子连接线，12-定子轴，13-轴承，14-轴承转套，15-转子端盖，17A、17B-圆盘永磁体，18-推力轴承，19-周向永磁体，21-连接筋，22-内层螺线转子骨架，23-外层螺线转子骨架，24A、24B-螺旋形薄片，25-圆筒形外套，26-转子轴，27-转子圆盘，28-定子端盖，29-螺堵，30-连接臂，31-万向连轴器，32-螺线定子，33-螺线定子上的螺线条,34-路基，35-钢轨，36-预埋件，37-调整垫板，38-外螺线转子直线永磁驱动机，39-水平筋板，40-竖直筋板，41-Z形悬浮板，42-凹槽，43-永磁悬浮轮轨列车，45-水平托板，46-悬浮永磁体，47-竖向导向轮，48-水平导向轮，49-列车转向架，50-列车钢轮，51-驱动轨道，52-直道驱动轨道，53-岔道的弯道钢轨，54-弯道驱动轨道，55-岔道的直道钢轨，56-滑移轨道，57-直钢轨，58-弯钢轨，59-永磁悬浮客车，60-橡胶轮胎，61-支撑立柱，62-横梁，63-箱梁，64-过渡梁，65-筋板，66-永磁悬浮轮轨汽车，67-“Z”形悬浮轨道，68-卡口台，69-钩台，70-托架，71-竖向托板，72-弯臂，73-“C”形悬浮轨道，74-悬架，75-吊轨永磁悬浮列车，76-万向节连接器，77-环抱托臂，78-托爪，79-转动装置，80-伸缩机构，81-汽车，82-“T”形支架，83-支撑筋板，84-“L”形悬浮板，85-T形导向轨，86-水平支座，87-圆柱断面，88-回转轨道，89-回转轨板，90-回转轴，91-直轨道，92-弯轨道，93-直轨道，94-底盘，95-电刷，96-导电轨，97-受电臂，98-“土”形支架，99-悬浮板，100-侧翼板，101-“工字”导向轨道，102-水平导向钢轨，103-常规轮轨列车，104-“工字”形托板，105-“F”形悬浮轨道，106-绝缘垫板，107-侧面筋板，108-混凝土桥墩，109-钢轨枕，110-矩形筋板，111-导向钢轨，112-“几字”形悬浮板，113-沟槽，114-绝缘垫板，115-铜导电轨，116-轴承座，117-水平横梁，118-矩形支架，119-水平支撑板，121-竖直支撑板，122-钢板，123-四分之一圆柱管道，124-楔形紧固件，125-T形悬浮导轨125，126-楔紧块126，127-弹性板。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细介绍。

如图1～3所示，本发明的外螺线转子永磁电机主要包括外螺线转子1、螺线定子电枢2、轴承13及控制系统和相应的支撑结构部件。外螺线转子1设置在外部，螺线定子电枢2设置在内部，外螺线转子1与螺线定子电枢2同轴设置，外螺线转子1与螺线定子电枢2之间保持有较小的磁力间隙。

如图1所示，螺线定子电枢2内部同轴固定连接定子轴12，定子轴12的两端设置轴承13，轴承13外部设置轴承转套14。轴承转套14外部滑动连接转子端盖15，轴承转套14的外圆与转子端盖15的内孔同轴设置，转子端盖15既可以沿轴承转套14的外圆轴向短距离滑动，又可以在轴承13的支撑下绕定子轴12高速旋转。定子轴12的两端还设置定子连接盘16，定子连接盘16位于转子端盖15的外侧，转子端盖15外侧平面设置圆盘永磁体17A，定子连接盘16与圆盘永磁体17A相对的一侧设置圆盘永磁体17B。圆盘永磁体17A与圆盘永磁体17B的平面磁极相对并保持一定的磁力间隙，磁极方向为同性磁极方向相对。外螺线转子1两端与所述的转子端盖15固定连接。转子端盖15内侧平面设置圆盘圆盘永磁体17A。螺线定子电枢2上设置圆盘永磁体17B，实施例中圆盘永磁体17B设置在螺线定子电枢2内部固定连接的定子轴12的两端。转子端盖15可以沿轴承转套14的外圆轴向短距离滑动，转子端盖15上的圆盘永磁体17A与螺线定子电枢2上的圆盘永磁体17B的磁力间隙发生改变，产生巨大的永磁斥力抵抗轴向力负载，构成轴向磁性推力轴承，使轴承13免受巨大的轴向力。在圆盘永磁体17A和17B的其中一处设置推力轴承18，推力轴承18略高出圆盘永磁体平面，以保护圆盘永磁体17A和17B在瞬间超载时免受撞击和损坏。

采用无刷永磁直流电机结构方式的电机上设置转子位置感应条3和传感器，传感器可以是霍耳传感器、光电开关、接近开关、磁敏二极管，随时检测外螺线转子1的位置。

外螺线转子1上可以设置转子位置感应条3，转子位置感应条3的形状为螺旋形，螺距与外螺线转子1的螺距相同。数量根据需要设定，可以是单个，也可以是多个。转子位置感应条3可以是永磁材料，也可以是铁磁性，也可以是用于光电感应的螺旋形格珊。转子位置感应条3与转子位置传感器相互作用，位置传感器检测出外螺线转子1与螺线定子电枢2的相对位置信号，与驱动控制系统协调控制永磁螺线转子的输出扭矩和转速。

本发明也可以采用无位置传感器的无刷直流电机控制技术。对于无位置传感器的控制系统可省去转子位置感应条3，使机械结构简化。

如图3所示，外螺线转子1包括螺线块4和螺线转子骨架5，螺线块4为强永磁材料，包括但不限于钕铁硼、铝镍钴，螺线块4的形状是按空间排布的螺旋线形状，可以是整体的，为便于制作，螺线块4通常是由整体的螺旋线条分割而成短小的单块结构，然后按空间螺旋线形状组合成完整的螺旋线形状。螺线转子骨架5上设置与之形状吻合的螺线沟槽6，螺线块4就固定连接在螺线转子骨架5的螺线沟槽6内，形成外螺线转子1。螺线块4的磁极方向为径向，相邻螺旋线的磁极为按N、S磁极交替排布。

如图1、图2、图4所示，螺线定子电枢2内部为多层定子叠片7，定子叠片7的材料通常采用硅钢片，每个定子叠片7上的按需要设置多个叠片沟槽8，叠片沟槽8在平面上呈辐射状圆周分布，叠片沟槽8之间可以是等间距的，也可以是不等间距的。叠片沟槽8的形状可以是图示的方形，也可以是圆形、弧形、跑道形，末端可以带有延伸的极靴，叠片沟槽8的形状及分布间距根据采用的控制方式而不同，在此不做穷举。各个定子叠片7的叠片沟槽8按空间螺旋线方向顺次旋转错开排布，形成螺旋形沟槽9，螺线定子电枢2上螺旋形沟槽9与外螺线转子1的螺距相同。多层定子叠片7叠成定子铁芯。螺旋形沟槽9内部设置螺旋线圈10，螺旋线圈10嵌入螺旋形沟槽9内，在定子铁芯的两端集成圆环线束并引出端子连接线11，与控制系统相连接。虽然本发明的螺旋形沟槽9要比目前常规电机的直沟槽复杂些，但是螺旋形沟槽9开口朝向外部，总体来说从外部嵌入螺旋线圈10要比从内部嵌入直线圈更容易些。

如图5所示，本发明还公开一种新的外螺线转子1的永磁体结构方案。所述外螺线转子1的永磁体1之间靠近螺旋定子电枢2的圆周表面设置周向永磁体19，周向永磁体19按螺线块4的螺旋线方向排布，周向永磁体19的磁极方向为向圆周方向偏转，靠近螺旋定子电枢2的圆周表面的永磁体构成螺旋形HALBACH磁体结构，以便增强靠近螺旋定子电枢2附近的磁场，发挥更高的电机效率。

如图6、图7、图8展示了3种典型结构的螺线转子骨架5。螺线转子骨架5的材料可以是非导磁材料，如不锈钢、纤维增强材料，也可以是导磁材料，如低碳钢铁片，也可以是非导磁材料和导磁材料的组合。

如图6所示，螺线转子骨架5的结构为单层结构。螺线转子骨架5内部或外部为按空间螺旋线方向的螺线沟槽6，螺线沟槽6可以是内外贯通的，螺线沟槽6可以是连续的，也可以是间断开的，或者螺线沟槽6内部也可以设置彼此相连的连接筋21。螺线沟槽6与外螺线转子1的永磁体螺线块4的螺距相同，螺线块4固定连接在螺线沟槽6内。

如图7所示，螺线转子骨架5的结构为双层结构。内层螺线转子骨架22与外层螺线转子骨架23之间形成螺线沟槽6，螺线沟槽6的螺距与永磁外螺线转子1的螺线块4螺距相同，螺旋形沟槽9与外螺线转子1的螺线块4形状吻合，螺线块4被内层螺线转子骨架22与外层螺线转子骨架23固定连接在螺线沟槽6内。

如图8所示，所述螺线转子骨架5由非导磁材料与导磁材料焊接而成。螺线转子骨架5由螺距相同的两个螺旋形薄片组合在一起，其中一个为导磁材料24A，如低碳钢铁片，另外一个为非导磁材料24B，如不锈钢螺旋片，将这两种材料同轴焊接在一起成为一个完整的圆筒形外套25。再把这个圆筒形外套25套在如图6所示单层结构的螺线转子骨架5和螺线块4的外部，形成完整的外螺线转子1。圆筒形外套25为钢质材料，其强度明显高于永磁体的强度，可以保护外螺线转子1避免受损。

圆筒形外套25也可以设置在螺线转子骨架5的内部。

如图9、图10所示，为两台外螺线转子永磁电机构成的电机组。外部的外螺线转子1上的外转子骨架5的螺线沟槽6内设置永磁体螺线块4。螺线定子电枢2内部为多层定子叠片7叠成的定子铁芯，各个定子叠片7的叠片沟槽8按空间螺旋线方向顺次旋转错开排布，形成螺旋形沟槽9，螺旋形沟槽9内部设置螺旋线圈10，螺旋线圈10中间段嵌入螺旋形沟槽9内，在定子铁芯的两端集成圆环线束并引出端子连接线11，与控制系统相连接。

螺线定子电枢2内部同轴固定设置定子轴12，定子轴12的内部同轴滑动连接轴承转套14，轴承转套14可以沿定子轴12的内孔轴向短距离滑动，轴承转套14内部设置轴承13，轴承转套14通过轴承13连接转子轴26，并由螺堵29固定。转子轴26从螺线定子电枢2内部的定子轴12的一端伸出。上述相同结构的两个螺线定子电枢2伸出的转子轴26连接在一起构成一个转子轴26，转子轴26中间固定连接转子圆盘27，转子圆盘27外部固定连接外螺线转子1，外螺线转子1与螺线定子电枢2之间保持一定的磁力间隙。外螺线转子1在转子圆盘27、转子轴26和轴承13的支撑下绕螺线定子电枢2同轴线旋转。

在螺线定子电枢2外侧一端的定子轴12上设置定子端盖28，定子端盖28上设置圆盘永磁体17A，外螺线转子1两侧与永磁体17A相对一侧平面设置圆盘永磁体17B。两个螺线定子电枢2内侧端的定子轴12上设置圆盘永磁体17B，转子圆盘27与圆盘永磁体17B相对一侧平面设置圆盘永磁体17A。圆盘永磁体17A与圆盘永磁体17B的平面磁极相对并保持一定的磁力间隙，磁极方向为同性磁极方向相对，构成轴向磁性推力轴承。外螺线转子1、转子圆盘27与轴承转套14在高速旋转的同时还可以沿定子轴12的内孔轴向短距离滑动，圆盘永磁体17A与圆盘永磁体17B的磁力间隙发生改变，产生巨大的永磁斥力抵抗外螺线转子1的轴向力负载，使轴承13免受巨大的轴向力，利于轴承13轻载高速运转。在圆盘永磁体17A和17B的其中一处设置推力轴承18，推力轴承18略高出圆盘永磁体平面，以保护圆盘永磁体17A和17B在瞬间超载时免受撞击和损坏。

为使多个外螺线转子永磁电机适应各种不同复杂的曲线情况，本发明在电机之间设置连接臂30，连接臂30将多个外螺线转子永磁电机两端通过铰接或万向连轴器31连接，实施例中显示出用带有内球面的球面压盖与电机两端的定子端盖28的外球面通过球面铰接的结构。多个外螺线转子永磁电机的轴线之间可以形成一定的角度，便于形成需要的直线或曲线形。

如图11所示，外螺线转子1永磁电机的外部同轴设置螺线定子32，铁磁性材料的螺线定子32的表面与外螺线转子的螺线块4相对处设有按螺旋线排布的突出的螺线条33，外螺线转子1通过螺线块4对螺线条33产生的磁性吸引力与螺线定子32之间会产生强大的直线驱动力，驱动磁悬浮列车达到需要的速度。

本发明的外螺线转子永磁电机也包括外部设置有所述的外螺线转子1的外转子电机，即直接在现有的外转子电机的外部设置外螺线转子1，构成外螺线转子永磁电机。

外螺线转子永磁电机可以采用无刷永磁直流电机的工作方式，也可以采用永磁交流同步电机的工作方式，可以采用永磁变频伺服电机、步进电机等方式工作。工作过程与控制系统及电机定子绕组的连接方式的不同而组合成多种不同的工作方式。

现结合附图对所述外螺线转子永磁电机在磁悬浮车路系统中的使用作进一步详细介绍。

实施例1：永磁悬浮轮轨地铁列车

如图12、图13所示，在混凝土路基34上建设两条钢轨35，在两条钢轨35的中央位置向下部开设凹槽42，凹槽42的顶部和侧壁设置钢质预埋件36，预埋件36上设置连接螺栓或螺栓孔，根据需要设置调整垫板37，调整垫板37上设置斜面，两个调整垫板37相对移动可调整厚度。外螺线转子直线永磁驱动机38和螺线定子32组成的驱动系统位于两条钢轨的中央位置，外螺线转子永磁电机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置，螺线定子32上下贯通设置开口，成为两个半圆形的螺线定子32，螺线定子32内部是按螺旋线排布的螺线条33，每个螺线定子32外部都设有水平筋板39和竖直筋板40，水平筋板39和竖直筋板40成L形。螺线定子32的底部设置Z形悬浮板41。螺线定子32左右两侧的水平筋板39搭在凹沟槽42肩部的预埋件36上，水平筋板39与预埋件36之间设置调整垫板37，再由螺栓和扣件压紧连接。竖直筋板40与凹沟槽42竖直侧壁的预埋件36之间设置调整垫板37，再由螺栓和扣件压紧连接。螺线定子32的位置通过调整垫板37精确调整到与外螺线转子永磁电机38同轴并固定在两条钢轨的中央凹沟槽42。

钢轨上面是永磁悬浮轮轨列车43。外螺线转子永磁电机38通过连接臂30固定于永磁悬浮轮轨列车43的底部，所述连接臂30一端固定于车体，另一端铰接或万向联接于所述外螺线转子电机38上。

外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。外螺线转子永磁驱动机38的下部设置水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体，悬浮永磁体46与螺线定子32底部的Z形悬浮板41形成磁性吸引力，组成永磁悬浮系统。水平托板45上设置竖向导向轮47，永磁悬浮系统精密控制水平托板45与Z形悬浮板之间的悬浮间隙。在水平托板45上还设置有水平导向轮48，靠近Z形悬浮板41的导轨面在水平方向导向。永磁悬浮轮轨列车43设置列车转向架49，列车转向架49上的列车钢轮50与钢轨35在竖直方向导向，竖向导向轮47靠在Z形悬浮板底面，在竖直方向辅助导向，共同对外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32同轴定位。外螺线转子直线永磁驱动机38的外螺线转子1通过螺线块4对螺线条33产生的磁性吸引力与螺线定子32之间产生强大的直线驱动力，驱动磁悬浮列车43达到需要的速度。

如图14、图15、图16所示，对于弯道处的轨道，两条钢轨35和原有道岔仍然可以使用。两条钢轨35中间的驱动轨道51在通过岔道位置时，通过直道驱动轨道52会将岔道的弯道钢轨53断开，而通过弯道驱动轨道54会将岔道的直道钢轨55断开，因此需要在被断开的弯道钢轨53和直道钢轨55的位置设置滑移轨道56。滑移轨道56上设置一条直钢轨57和一条弯钢轨58，滑移轨道56底部有滑道，滑移轨道56在滑道内滑动时分别连通弯道钢轨53和直道钢轨55。

如图15所示，列车直通时，滑移轨道56在滑道内滑动时连通了直钢轨57两端的直道钢轨55，而断开弯道钢轨53，同时将直道驱动轨道52的通道让开，而将弯道的驱动轨道的通道遮蔽，列车会通过直道钢轨55。如图16所示，列车变轨时，滑移轨道56在滑道内滑动弯钢轨58连通了两端的弯道钢轨53，而断开直道钢轨55，同时将弯道的驱动轨道的通道让开，而将直道驱动轨道52的通道遮蔽，列车会通过弯轨道58和弯道钢轨53转弯。由于两条钢轨的直钢轨57弯钢轨58平移运动方向相同，恰巧可以实现联动，使列车通过的驱动钢轨露出通道，而将车轮通过的钢轨由滑移轨道56衔接成完整轨道。这种岔道结构比较简单，可靠性高。

这种单轴驱动永磁悬浮轮轨铁路结构方案比较适用于中低速磁悬浮列车，如永磁悬浮轮轨地铁列车、永磁悬浮轮轨轻轨列车。在城市公交干道上也可以铺设这种永磁悬浮轨道，上面可以行驶永磁悬浮轮轨公交电车、上面也可以通行小型的永磁悬浮轮轨汽车。由于车辆的重量的90％-98％都被永磁悬浮系统克服了，因而这种永磁悬浮轮轨地铁列车、轻轨列车、公交电车、汽车的节能效果非常显著。

这种单轴驱动永磁悬浮轮轨铁路方案对于常规轮轨列车和永磁悬浮轮轨列车都兼容，而且这种轨道对于有公路垂直交叉的情况同样适用，即轨道上可以横向通行汽车和货车，也可以通过行人。该方案可以对轨枕是纵向的铁路进行改造，但是对于轨枕是横向的铁路就无法改造了，否则割断轨枕会影响钢轨横向连接强度。新建铁路如采用这种结构需初建时就按纵向铺设轨枕。

实施例2：永磁悬浮公路和永磁悬浮公交客车

如图17所示，在城市公交干道上也可以只铺设这种永磁悬浮驱动轨道51，而不必铺设两条钢轨，成为永磁悬浮公路。即外螺线转子永磁电机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置，螺线定子32上下贯通，成为两个半圆形的螺线定子32，每个螺线定子32外部都设有水平筋板39和竖直筋板40，水平筋板39和竖直筋板40成L形。螺线定子32的底部设置Z形悬浮板41。螺线定子32左右两侧的水平筋板39搭在凹沟槽42肩部的预埋件36上，水平筋板39与预埋件36之间设置调整垫板37，再由螺栓和扣件压紧连接。竖直筋板40与凹沟槽42竖直侧壁的预埋件36之间设置调整垫板37，再由螺栓和扣件压紧连接。

公路上面是永磁悬浮客车59，永磁悬浮公交客车的车轮仍采用充气橡胶轮胎60。永磁悬浮客车59的底部向下延伸设置连接臂30，连接臂30下面连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。外螺线转子直线永磁驱动机38的下部设置水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体46，悬浮永磁体46与螺线定子32底部的Z形悬浮板形成磁性吸引力，组成永磁悬浮系统。水平托板45上设置竖向导向轮47，永磁悬浮系统精密控制水平托板45与Z形悬浮板之间的悬浮间隙。在水平托板45上还设置有水平导向轮48，靠近Z形悬浮板41的导轨面在水平方向导向。永磁悬浮客车59设置转向架49，转向架49上的钢轮50与钢轨35在竖直方向导向，竖向导向轮47靠在Z形悬浮板底面，在竖直方向辅助导向，共同对外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32同轴定位。外螺线转子直线永磁驱动机38的外螺线转子1通过螺线块4对螺线条33产生的磁性吸引力与螺线定子32之间产生强大的直线驱动力，驱动永磁悬浮客车59达到需要的速度。

由于90％以上重量已经被永磁悬浮系统克服了，因而橡胶轮胎承受很小的力量，在转弯时由于离心力会使两侧的橡胶轮胎承受的力量发生变化，甚至一侧轮胎受力而另一侧完全悬空，恢复直线路段后两侧橡胶轮胎的受力又趋于平衡。为了减小橡胶轮胎的磨损，橡胶轮胎的支撑结构可以设置成万向轮结构，即橡胶轮胎的两册支撑架在正前方会合后由轴承回转支撑，在永磁悬浮公交客车、永磁悬浮汽车的行进方向全部由永磁悬浮驱动轨道控制，橡胶轮胎在任何转弯半径下都会跟随永磁悬浮驱动轨道的转弯半径自动调整自身的转向，不必使用四杆机构的转弯操作机构，使结构简化。

在城市公交干道上也可以铺设两条这种永磁悬浮驱动轨道51，永磁悬浮客车59不必使用橡胶轮胎，成为双轴驱动永磁悬浮公路。由于钢轮的滚动摩擦系数要比橡胶轮胎的滚动摩擦系数低很多，因而双轴驱动永磁悬浮公路会比单轴驱动永磁悬浮公路更加节能，速度也可以更快。

由于取消两条钢轨，简化了永磁悬浮公路的结构，道路中间只有很窄的缝隙，可以通行其他汽车和公交车。这种永磁悬浮公路可以让带有永磁悬浮驱动结构的永磁悬浮公交客车、永磁悬浮汽车非常节能，而且速度可以达到非常高的速度，例如160公里/小时也很安全，很适合建设永磁悬浮高速公路。在公路建设规划上就考虑这种结构，可以减少基建的土石方用量，例如每百公里高速公路往返一条驱动轨道至少可减少土石方5万立方米，约折合建设费用数亿元，也避免建成的高速公路后期的返工费用。

实施例3：单轴驱动4通道永磁悬浮高架轻轨

如图18上方所示，在公路的绿化带、中心线或道路两旁的甬道上竖立支撑立柱61，或者是城市规划的线路上竖立支撑立柱61。在立柱的顶端铺设横梁62，横梁62可以在立柱的一侧，也可以横担在立柱61上向两侧伸出。横梁62的侧面架设纵向箱梁63，纵向箱梁63可以是钢筋混凝土构造，也可以是钢梁。纵向箱梁63的顶部连接带有开口的螺线定子32。纵向箱梁63与螺线定子32之间还可以设置过渡梁64，以便于安装。过渡梁64连接于纵向箱梁63的上部，螺线定子的底部与过渡梁64连接。螺线定子32的开口朝上，螺线定子32的左右两侧设置筋板65，筋板65顶部向外侧延伸的底部设置“Z”形悬浮轨道67，悬浮轨道67的截面形状为平躺的“Z”形，大平面水平设置，短边方向朝下，末端延伸出卡口台68，卡口台68卡入筋板65的台阶上不会脱落，由扣件锁紧。“Z”形的悬浮轨道上表面的中部向上延伸出小“L”形钩台69，“L”形钩台69搭在筋板65上由扣件锁紧。悬浮轨道67水平延伸部分平板作为轨道板可以行驶导向轮。

螺线定子32的上方设置托架70，托架70上由悬架支撑永磁悬浮轮轨汽车66，托架70底部中央位置设置竖向托板71，竖向托板71的底部末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。托架70的两侧设置向下方延伸的弯臂72，弯臂向内延伸设置水平的水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体46，悬浮永磁体46位于“Z”形的悬浮轨道67的底部平面下方，悬浮永磁体46与“Z”形的悬浮轨道67产生向上的吸引力，构成悬浮系统。水平托板45上设置竖直导向钢轮47，使悬浮永磁体与“Z”形的悬浮轨道67保持一定悬浮间隙。左右两侧的水平托板45设置水平导向轮48和竖直导向轮47。水平导向轮48和竖直导向轮47将外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终定位在同轴的位置。

单轴驱动高架永磁悬浮轮轨汽车适合城市内中低速运行，空气阻力小，驱动力不大，噪音低，因为是专线运行，最高时速可达120公里，相当于市内高速公路，运量相当于轻轨运量。

如图18下方所示，横梁上架设纵向箱梁63，纵向箱梁63的底部连接梁带有开口的螺线定子32。纵向箱梁63与螺线定子32之间还可以设置过渡梁64，以便于安装，过渡梁64连接于纵向箱梁63的底部，螺线定子32的顶部与过渡梁64连接。螺线定子32的下方设置开口，螺线定子可以制作成左右两半结构，螺线定子32的左右两侧设置筋板65，筋板65底部向外侧延伸设有凸台，筋板65的底部设置悬浮轨道73，悬浮轨道73的截面形状为开口向上的“C”形，大平面方向朝下。“C”形的悬浮轨道水平直线部分侧向延伸出平板。“C”形开口的末端向内收缩设有卡口台68，卡口台68可以卡在筋板的凸台上不会脱落，“C”形悬浮轨道73的延伸平板部分可以行驶竖直导向轮，“C”形的悬浮轨道73的底部平面可以产生足够的悬浮力。

螺线定子32的下方设置悬架74，悬架74底部中央位置设置竖向托板71，竖向托板71的顶部末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32同轴设置。竖向托板71上还设置水平的水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体46。悬浮永磁体46位于“C”形的悬浮轨道的底部平面下方，悬浮永磁体46与“C”形的悬浮轨道产生向上的吸引力，形成悬浮系统。水平托板45上设置竖直导向钢轮47，使永久强磁体与“C”形悬浮轨道73保持一定磁力间隙。悬架74左右两侧设置水平导向轮48和竖直导向轮47，由轴承和主轴支撑。水平导向轮48和竖直导向轮47将外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终定位在同轴的位置。

吊轨列车75顶部与悬架74底部柔性连接，悬架74底部设置万向节连接器76，万向节连接器76下面吊挂吊轨永磁悬浮列车75，吊轨永磁悬浮列车75在转弯时产生离心力，使吊轨列车向外偏摆倾斜，车内乘客及座椅象飞机转弯一样自然倾斜自动克服离心力而不会产生异常感觉。

本方案充分利用公路上方空间，不会对地面交通产生影响，而且显著节能。与下方的车流方向相同不会产生大的相对速度感，也不会产生交错气流影响。可实现单独信号系统，不受地面信号灯限制，可快速通行，缓解地面交通拥堵，显著节省能源，降低运输成本，降低后期车票票价。

上述的实施例组合在一起，成为高架双向4通道永磁悬浮轮轨轻轨，占地相同，而运量提升一倍，更加有效利用了空间资源。

在城市内我国的行车习惯是靠右侧通行，高架轻轨下面的2个车道也按右侧通行方式，和下面的车流方向相同，不会产生高速错车感，行车阻力也会降低。

高架轻轨上面的2个车道按照世界通行惯例，按左侧通行原则，那么在相同一侧的轨道上下两侧行车方向刚好相反，在一点重合的时间很短，轨道梁的强度不需要很高，另外永磁悬浮技术的磁悬浮轨道是大面承受车身重量，载荷均匀，导向轮轨对轨道的正压力不到常规轮轨的1/10，因而轨道梁的强度要求比常规轮轨铁路的强度低很多，因而轨道造价会进一步降低。

实施例4：升降永磁悬浮吊轨拖车

如图19所示，如实施例3所述的支撑立柱61铺设横梁62，横梁62的侧面架设纵向箱梁63，纵向箱梁63的顶部连接带有开口的螺线定子32。纵向箱梁63与螺线定子32之间还可以设置过渡梁64，过渡梁64下单轴驱动结构同实施例3。所述的悬架74底部设置万向节连接器76，万向节连接器76下面设置环抱托臂77。环抱托臂77的上部与万向节连接器76铰接连接，环抱托臂的中部设有伸缩机构，环抱托臂77下部设置垂直于环抱托臂的托爪78，托爪78表面设有防护胶垫。环抱托臂77接受下方来车的指令，由转动装置79驱动从平放伸展状态徐徐下落，环抱托臂的托爪78从汽车的侧面向汽车底部靠拢至托住汽车底盘为止，自动感知到位后停止并锁定。确认安全后环抱托臂的中部的伸缩机构80随即回缩将汽车81从地面托起到空中。司机从驾驶室发出遥控指令，外螺线转子直线永磁驱动机38启动旋转，带动下面的悬架74和环抱托臂77托着的汽车沿高架永磁悬浮吊轨线路飞速驶向目的地。

这些小型汽车搭乘便车后到达尽可能远的线路，如果转弯变道或接近线路尽头，汽车可以提前启动到与悬架相同的速度，在达到相同速度时驾驶员发出指令关闭外螺线转子直线永磁驱动机38靠惯性滑行，再发出指令下降到地面再收起环抱托臂，随后外螺线转子直线永磁驱动机38及环抱托臂77按自动程序减速停止在制定位置待命。汽车与环抱托臂77分离后恢复常规地面驾驶驶向目的地。

本实施例可以统一规划出公用线路，用于托送现有结构的各种小轿车、吉普车、小型面包车等各种小型机动车。该高架永磁悬浮线路的拖车使用电能驱动，可免除燃油汽车的尾气污染。由于钢轮又比橡胶轮胎滚动摩擦系数低很多，线路采用永磁悬浮技术，克服95％以上车身重量，大大节约包括四轮电动车在内的各种小型机动车的行驶能量，可以大大节约每公里行车费用，而且充分利用空间资源减少堵车问题。

对于像现有的公交客车、大型货车可以架设双轴驱动轨道结构的高架线路。以增强车辆的稳定性和驱动力。必要时采用多个拖车联挂形式托起大型货车。

实施例5：永磁悬浮轮轨高速汽车

如图20、图21所示，在规划线路上铺设倒置的“T”形支架82，“T”形支架82的底部两端支撑在路基34的表面，由螺栓、压板和扣件锁紧。“T”形支架82底部中央悬空，“T”形支架的弹性增加。“T”形支架82的上部固定设置螺线定子32，螺线定子32的周边设有支撑筋板83，左右两侧的螺线定子32由支撑筋板83连接成一体，为制造方便螺线定子32及支撑筋板83可以分成上下两部分，螺线定子32的开口朝向两侧设置，再分别通过周边的支撑筋板固定连接在“T”形支架82上。螺线定子32的底部通过支撑筋板83固定连接“L”形悬浮板84。螺线定子32的顶部和底部侧面设置“T”形导向轨道85，“T”形导向轨道85与螺线定子32由螺栓和扣件锁紧。

永磁悬浮轮轨汽车66的底部两侧向下延伸设置弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。弯臂的末端水平向内收拢成水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体46，悬浮永磁体46与“L”形悬浮板84之间保持一定悬浮间隙，提供向上的悬浮拉力。弯臂的内侧还设置竖直导向轮47和水平导向轮48及支撑导向轮的轴承座、轴承和轮轴。竖直导向轮的轮缘与“T”形导向轨道接触，在竖直方向实现定位。水平导向轮的轮缘与水平导向钢轨的表面接触，左右弯臂的水平导向轮共同在水平方向实现定位。这样永磁悬浮轮轨汽车被竖直导向轮和水平导向轮限定在外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置，靠外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32之间的强大驱动牵引力节能行驶。

实施例6：新建永磁悬浮轮轨高速铁路

如图22所示，对于新建设的高速铁路，或者是已经建设混凝土桥墩，可以在混凝土桥墩或路基34上铺设箱梁63，箱梁63两侧下部横向拓宽设置台肩，台肩上设置截面是“L”形的预埋件36，“L”形预埋件36上设置螺线定子32，螺线定子32的周边设置筋板65，螺线定子32的开口朝向两侧开设，螺线定子32可以分成上下两部分，再分别通过周边的筋板65由螺栓和扣件锁紧固定连接在箱梁63两侧的预埋件36上。螺线定子32的底部通过筋板65固定连接悬浮轨道67，悬浮轨道67的截面形状为平躺的“Z”形，大平面水平设置，短边方向朝下，末端延伸出卡口台68，卡口台68卡入筋板65的台阶上不会脱落，由扣件锁紧。Z形悬浮轨道67延伸部分平板作为轨道板可以行驶竖直导向轮47。Z形悬浮轨道67的底部平面可以产生足够的悬浮力。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94的两侧设置向下延伸的弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。弯臂的内侧还上下设置两层轴承座及竖直导向轮47，竖直导向轮47由轮轴和轴承支撑在弯臂的内侧的轴承座上。竖直导向轮的轮缘与Z形悬浮轨道67延伸部分平板的导向钢轨表面接触，上下两层竖直导向轮47靠在导向钢轨上实现竖直定位。弯臂的底部还设置水平导向轮48及轴承座和轴承。水平导向轮48的轮缘与Z形悬浮轨道67下方的短边导向钢轨表面接触，左右弯臂的水平导向轮共同在水平方向实现定位。这样永磁悬浮轮轨列车被竖直导向轮47和水平导向轮48限定在外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。箱梁63的两侧设置第三、四导电轨96，弯臂72上伸出受电臂97，受电臂97末端的电刷95从导电轨96接收电力，为永磁悬浮轮轨列车43提供电源，使外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32之间产生强大驱动牵引力安全节能行驶。

上述永磁悬浮轮轨高速铁路及公路均可采用以下的三轨回转式变轨装置，现结合附图具体描述如下：

如图23、图24所示，对于不同截面的永磁悬浮轮轨轨道，本发明提供了一种通用的变轨方案，在两条并行的永磁悬浮轮轨轨道需要变轨的位置，将轨道按内圆柱面形状设置出圆柱断面87，圆柱断面87内设置式回转轨道88，回转轨道88底部设置回转轨板89，回转轨板89沿中部的回转轴90转动，回转轨板89上按直轨道91A、91B中间的路径铺设直轨道91，按直轨道93A、93B的中间路径铺设直轨道93，在两条直轨道91和93的中间铺设一条弯轨道92，弯轨道92的母线由两段相互外切的圆弧线组成，切点位于回转轴90处，圆弧两端还可以连接直线段。直轨道91和93以及弯轨道92的横截面与永磁悬浮轮轨轨道的横截面完全相同，直轨道91和弯轨道92的两端为圆柱断面87，与两端的圆柱断面87吻合，回转轨道88在驱动装置的拖动下，带动回转轨板89上的一条弯轨道92和两条直轨道91、93一起回转。直轨道91和93与弯轨道92之间相距一定的距离，以便于永磁悬浮轮轨列车43的弯臂72能够顺利通过。

如图23所示，列车按原来的直轨道91B直行时，回转轨道88在驱动装置的拖动下，回转轨板89上的直轨道91分别与两端的同侧轨道91A、91B衔接，弯轨道92处于中间位置不与任何轨道连接。列车可以按路径91B、91、91A直行通过。

如图24所示，列车需要变轨时，回转轨道88在驱动装置的拖动下，回转轨板89上的弯钢轨92分别与两端的不同轨道91B和93A衔起来连接成一条轨道91B、92和93A，两条直轨道91、93旋转后不与任何轨道连接。列车可以按直轨道91B、弯轨道92、直轨道93A连接成一条轨道变轨通过，从一条轨道91变轨到另一条轨道93上行驶。

如图25、图26所示，这种三轨回转式变轨轨道方案还可以应用在多条轨道难以避免交叉的路面，多条并行轨道交叉时，可以共用一个回转轨道88，变轨方法按前述方式，使任何一对并行轨道既可以按原路直行通过，又可以变轨通过。

这种岔道结构简单，容易实现自动化控制；直轨道和弯轨道完全分开施工，避免了现有常规轮轨轨道的直轨道与弯轨道交叉建设的错综复杂的交错结构，岔道消除了轨道为容纳轮辕而切割的沟槽，避免了采用楔形尖轨的薄弱环节，可靠性更高；线间距也可以做到很小，可以达到5米的线间距；可以实现无缝对接，列车通过的速度可以很高，速度几乎不受变轨的影响。轨道可以是刚性的，不需要柔性变形，降低了材料对疲劳弯曲性能要求，寿命更长；不会产生很大的弯曲变形力，回转驱动力很小，有利于实现安全节能变轨。

这种三轨回转式变轨轨道适用于后面所述的各种轨道的变轨。

实施例7：改建永磁悬浮轮轨高速铁路

如图27所示，对于已经铺轨建成的高速铁路，可以在两条轨道之间的轨枕上铺设倒置的“土”形支架98，“土”形支架98的底部两端支撑在工字钢轨35的底板的上表面，由螺栓、压板和扣件锁紧。”土”形支架98底部中央悬空，”土”形支架98的弹性增加，能够缓冲因轨道不平顺造成的高速列车与轨道的强烈冲击，延长主轴承的寿命，减少维修列车的工作量。土”形支架98的上部两侧平面向内收缩设置台肩，台肩上设置螺线定子32，螺线定子32的周边设有支撑筋板65，螺线定子32的开口朝向两侧设置，螺线定子32可以分成上下两部分，再分别通过周边的支撑筋板65固定连接在”土”形支架98的两侧。螺线定子32的底部通过支撑筋板65固定连接悬浮板99，由螺栓和扣件锁紧。螺线定子32的上部侧面设置侧翼板100，侧翼板100上设置“工字”导向轨道101，“工字”导向轨道101侧向延伸出L形连接板与螺线定子32由螺栓和扣件锁紧。“工字”导向轨道101上部内侧的竖直导向面之间的距离为标准轨距。在”土”形支架98靠近螺线定子32的底部设置水平导向钢轨102。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94两侧向下延伸设置弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。弯臂72的内侧还设置竖直导向轮及支撑竖直导向轮的轴承座及轴承和轮轴。竖直导向轮的上部轮缘与“工字”导向轨道101底面接触，竖直导向轮的下部轮缘与工字钢轨35的上表面接触，在竖直方向实现定位。

弯臂的底部还设置水平导向轮48及支撑水平导向轮的轴承座，轴承座内设置轴承和轮轴，轮轴上连接水平导向轮48。水平导向轮48的轮缘靠近螺线定子32的底部的水平导向钢轨102表面，左右水平导向轮48共同实现水平方向定位。这样永磁悬浮轮轨列车被竖直导向轮47和水平导向轮48限定在外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置，靠外螺线转子永磁电机与螺线定子32之间的强大驱动牵引力节能行驶。这种实施方案可以不需要拆除轨道，完全利用既有的铁路线路改造成永磁悬浮轮轨铁路，改造工作简化，只需要对原有钢轨重新调整和修磨。

“工字”导向轨道101的上表面也可以通行列车轮，因此本实施例可以兼容常规轮轨列车103，即按这种方案改造的永磁悬浮轮轨轨道上面即可以通行永磁悬浮轮轨列车43，又可以通行常规轮轨列车103，是一种完全兼容的轨道方案。

实施例8：续建永磁悬浮轮轨高速铁路

如图28所示，对于刚刚建设完高速铁路路基，还未铺轨的高速铁路，可以在轨枕上铺设“T”形支架82，“T”形支架82的底部两端设置“工字”形托板104和侧面筋板107，“工字”形托板104的截面形状与工字钢轨35底部形状相同，“工字”形托板104安放在铁路路基的铺轨槽内，“工字”形托板104由螺栓和扣件锁紧，从而将“T”形支架82固定在高速铁路路基34上。“T”形支架的上部两侧平面向内收缩设置台肩，台肩上设置螺线定子32，螺线定子32的周边设置筋板65，螺线定子32的开口朝向两侧开设，螺线定子32可以分成上下两部分，再分别通过周边的筋板65固定连接在“T”形支架的两侧。螺线定子32的底部通过筋板65固定连接平躺的“F”形悬浮板105，长边所在大平面水平设置，短边方向朝上，末端向轨道中央水平延伸出卡口台68，卡口台68卡入筋板65的台阶上不会脱落，由扣件锁紧。“F”形悬浮轨道105延伸部分平板作为轨道板可以行驶竖直导向轮47。“F”悬浮轨道105的底部平面面积最大，可以产生足够的悬浮力。在靠近螺线定子32的底部设置“工字”形水平导向钢轨102。“T”形支架82底部中央悬空，使“T”形支架82的弹性增加，能够缓冲因轨道不平顺造成的高速列车与轨道的强烈冲击。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94两侧向下延伸设置弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。弯臂72的内侧还设置上下两层轴承座及竖直导向轮47，竖直导向轮47由轮轴和轴承支撑在弯臂的内侧的轴承座上。竖直导向轮47的轮缘与“F”形悬浮轨道105延伸部分平板的导向钢轨表面接触，实现竖直定位。弯臂72的底部还设置水平导向轮48及轴承座和轴承。左右两侧水平导向轮48的轮缘与F形悬浮轨道105下方的水平导向钢轨102表面接触，实现水平方向定位。这样永磁悬浮轮轨列车43被竖直导向轮47和水平导向轮48限定，保持外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。“T”形支架的两侧设置第三、四导电轨96，导电轨96与“T”形支架之间设置绝缘垫板106，弯臂72上伸出受电臂97，受电臂97末端的电刷95从导电轨96接收电力，为永磁悬浮轮轨列车43提供电源，使外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32之间产生强大驱动牵引力，永磁悬浮轮轨列车43实现节能行驶。

这种实施方案可以完全利用既有的铁路路基，续建成永磁悬浮轮轨铁路，使工程简化。

这种实施方案可以对不符合高速要求的轨道拆除，换上这种结构方案的永磁悬浮轮轨轨道，换下的钢轨有些经修整后仍然可以作为水平导向钢轨使用，可明显降低钢轨材料的浪费。

实施例9：新建内置兼容轨道的永磁悬浮轮轨高速铁路

如图29所示，对于新建设的高速铁路路基，或者是已经建设混凝土桥墩108，可以在路基34或混凝土桥墩108上铺设箱梁63，箱梁63上设置预埋件36和钢轨枕109，钢轨枕109由螺栓和扣件锁紧在箱梁63的预埋件36上。钢轨枕109上两端设置螺线定子32，螺线定子32的开口朝向两侧开设，螺线定子32的周边设置筋板65，筋板65朝向钢轨枕109一侧设置，螺线定子32可以分成上下两部分，上半部分螺线定子32的筋板65设置成三角形，下半部分螺线定子32的筋板65设置成矩形筋板110，截面可以是工字形截面，上下两部分螺线定子32再分别通过周边的三角形筋板65和矩形筋板110，由螺栓和扣件锁紧固定连接在钢轨枕109的两侧。

上半部分螺线定子32的靠近轨道中心方向设置角钢截面的导向钢轨111，角钢截面的两端延伸出突起，由螺栓和扣件锁紧固定在上半部分螺线定子32上部。导向钢轨111的两个导向轨道面分别水平和竖直设置。竖直的导向面之间的距离为标准轨距。

螺线定子32的底部通过筋板65固定连接“几字”形悬浮板112，长边所在大平面水平设置，突起部分朝上，中部设置沟槽113，沟槽113内设置绝缘垫板114，绝缘垫板114上支撑铜导电轨115，由扣件锁紧在沟槽113内。“几字”形悬浮板112底部的平板作为轨道板可以行驶竖直导向轮47。“几字”形悬浮板112的底部平面可以产生足够的悬浮力。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94两侧向下延伸设置弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与开口朝外的螺线定子32同轴设置。弯臂72的底部沿水平方向向内侧延伸出水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体46和竖直导向轮47。竖直导向轮47的轮缘与“几字”形悬浮板112底部的平板靠近，在竖直方向导向。

底盘94的下部设置轴承座116及竖直导向轮47，竖直导向轮47由轮轴和轴承支撑在弯臂的内侧的轴承座116上。在轴承座116的内侧延伸出水平横梁117，与弯臂72水平固定。水平横梁117设置轴承座116及水平导向轮48，水平导向轮48由轮轴和轴承支撑在水平横梁117的轴承座116上。竖直导向轮47的轮缘与导向钢轨111的水平导向面接触，水平导向轮48的轮缘与导向钢轨111的竖直导向面接触，这样永磁悬浮轮轨列车43被竖直导向轮47和水平导向轮48定位，保持外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。

水平托板45向上伸出受电臂97，受电臂97末端的电刷95从铜导电轨115接受电力，为永磁悬浮轮轨列车43提供电源，使外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32之间产生强大驱动牵引力，永磁悬浮轮轨列车43实现安全节能行驶。

导向钢轨111的上表面也可以通行常规列车轮，因此本实施例可以兼容常规轮轨列车103，即按这种方案改造的永磁悬浮轮轨轨道上面即可以通行永磁悬浮轮轨列车43，又可以通行常规轮轨列车103，是一种完全兼容的轨道方案。

实施例10：高架双向4通道永磁悬浮轮轨列车及吊轨永磁悬浮列车

如图30所示，在规划的线路上架设支撑立柱82。在立柱82的顶端铺设横梁62，横梁62可以在立柱82的一侧，也可以横担在立柱82上向两侧伸出。在横梁62上铺设箱梁63，箱梁63的上部和下面按前述实施例铺设永磁悬浮轮轨轨道，上部通行永磁悬浮轮轨列车，下部的吊轨永磁悬浮轮轨轨道下面悬挂行驶吊轨永磁悬浮轮轨列车，成为高架双向4通道永磁悬浮轮轨列车及吊轨永磁悬浮列车。

上部永磁悬浮轮轨轨道以实施例9为例：

上部结构描述与实施例9完全相同不再重复赘述。

下部永磁悬浮轮轨轨道也以实施例9为例，在此基础上稍做改变。箱梁63上设置预埋件36，预埋件36上设置矩形支架118上设置螺线定子32，螺线定子32的周边设置筋板65，上部筋板65与箱梁63的底部连接。螺线定子32的开口朝向两侧开设，螺线定子32可以分成上下两部分，再分别通过周边的筋板65固定连接在矩形支架118的两侧。螺线定子32的底部通过筋板65固定连接平躺的“F”形悬浮板105，长边所在大平面水平设置，短边方向朝上，末端向轨道中央水平延伸出卡口台68，卡口台68卡入筋板65的台阶上不会脱落，由扣件锁紧。“F”形悬浮轨道105延伸部分平板作为轨道板可以行驶竖直导向轮47。“F”悬浮轨道105的底部平面面积最大，可以产生足够的悬浮力。在矩形支架118的底部设置“工字”形水平导向钢轨102。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94两侧向上延伸设置弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。弯臂72的内侧还上下设置两层轴承座及竖直导向轮47，竖直导向轮47由轮轴和轴承支撑在弯臂的内侧的轴承座上。竖直导向轮47的轮缘与“F”形悬浮轨道105延伸部分平板的导向钢轨表面接触，上下两层竖直导向轮47靠在“F”形悬浮板105的导向钢轨表面上实现竖直定位。弯臂72的底部还设置水平导向轮48及轴承座和轴承。水平导向轮48的轮缘与F形悬浮轨道105下方的水平导向钢轨102表面接触，左右水平导向轮48共同实现水平方向定位。这样永磁悬浮轮轨列车43被竖直导向轮47和水平导向轮48限定，保持外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。箱梁63的底部设置第三、四导电轨96，导电轨96与箱梁63之间设置绝缘垫板106，弯臂72上伸出受电臂97，受电臂97末端的电刷95从导电轨96接收电力，为永磁悬浮轮轨列车43提供电源，使外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32之间产生强大驱动牵引力，牵引永磁悬浮轮轨列车达到高速。

由于永磁悬浮轮轨高速铁路是在高速铁路的基础之上增加永磁悬浮钢质悬浮板和永磁驱动钢质轨道等一系列结构后才建设成的，因而永磁悬浮轮轨高速铁路的建设成本通常认为要大于原有的高速铁路建设成本，永磁悬浮轮轨高速铁路的建设成本想要低于现有的高速铁路建设成本目前认为是不可能的。但是如果改变最初的建设高速铁路的结构方式，就可以建设成新型的高架双向4通道永磁悬浮轮轨高速铁路及吊轨永磁悬浮轮轨高速铁路。一条高架轨道相当于4条线路，单位长度线路的成本几乎降低了一半，按此实施例方案建设的高速磁悬浮铁路的成本将会低于现有仅有两条轨道的轮轨高速铁路的建设成本。

实施例11：高架双向4通道永磁悬浮轮轨真空高速铁路

如图31所示，在规划的线路上架设支撑立柱61。在立柱61的顶端铺设横梁62，横梁62可以在立柱61的一侧，也可以横担在立柱61上向两侧伸出。在横梁62上铺设箱梁63，箱梁63的上部和下面按前述实施例铺设永磁悬浮轮轨轨道，上部通行永磁悬浮轮轨列车，下部的吊轨永磁悬浮轮轨轨道下面悬挂行驶吊轨永磁悬浮轮轨列车，成为高架双向4通道永磁悬浮轮轨列车及吊轨永磁悬浮列车。

在箱梁和轨道建设完成后，在箱梁63的左右两侧继续建设水平支撑板119，在横梁62中央继续建设竖直支撑板121，在水平支撑板119和竖直支撑板121的末端的钢板122上设置密封胶垫125，在相邻的水平支撑板119和竖直支撑板121之间再覆盖四分之一圆柱管道123，四分之一圆柱管道123的周边保持平整光滑，四个这样的圆柱管道123包在箱梁63的外表面便围成了完整的圆柱真空管道。四分之一圆柱管道123的周边与水平支撑板119和竖直支撑板121的上下边缘处的钢板由螺栓连接牢固，并由之间的密封胶垫保持密封。

真空管道在水平支撑板和竖直支撑板和四分之一圆柱管道的加强下，管道更牢固。一条圆柱形管道被分隔成了4个扇形截面的管道，相当于一次建设了四条永磁悬浮轮轨高速轨道。永磁悬浮悬浮轮轨高速铁路的建设成本要高出常规高速轮轨铁路的20％左右，再铺设成真空管道永磁悬浮悬浮轮轨高速铁路的建设成本又要高出常规高速轮轨铁路的20％左右，建成这样的永磁悬浮轮轨高速铁路的建设成本大约要高出常规高速轮轨铁路的50％左右，相当于是1.5倍，而这样的真空管道永磁悬浮轮轨高速铁路有四条轨道，常规高速轮轨铁路是两条轨道，所以同样长度的这样的真空管道永磁悬浮轮轨高速铁路建设成本是常规高速轮轨铁路建设成本的75％，相当于这样的真空管道永磁悬浮轮轨高速铁路建设成本反而比常规高速轮轨铁路建设成本低了25％，使真空管道高速铁路的建设成本低于现有的高速铁路建设成本成为可能。

真空管道作为减少空气阻力的最有效方法已经受到世人的关注，但真空管道技术的成本人们仍然感觉高不可攀。但实际上在高速铁路的最初轨道上事先经过密封处理，达到不透气的程度后，在后期的轨道建设只需要再架设钢质密封管道和通道门、透光窗、通气罚、真空泵及安全监控设施，即可建成实用的真空管道高速铁路系统。由于真空管道高速铁路是在高速铁路的基础之上增加真空保持等一系列结构后才建设成的，因而真空管道高速铁路的建设成本必然要大于原有的高速铁路建设成本，真空管道高速铁路的建设成本想要低于现有的高速铁路建设成本目前认为是不可能的。但是如果改变最初的建设高速铁路的结构方式，就可

以建设成新型的真空管道高速铁路。经过前述实施例的介绍，现在看来是可以做得到的。

实施例12：外驱动底悬浮兼容轨道的永磁悬浮轮轨高速铁路

如图32所示，对于新建设的高速铁路，或者是已经建设混凝土桥墩，可以在混凝土桥墩或路基34上铺设箱梁63，箱梁63两侧上部的台肩上设置截面是“L”形的预埋件36，“L”形预埋件36上设置螺线定子32，螺线定子32可以是上下两半分体结构，上部的螺线定子32水平固定连接固定板127，固定板127上部开槽用扣件紧固工字钢轨35，永磁悬浮轮轨列车43的底盘94的下部设置水平导向轮48及轴承座和轴承。水平导向轮48的轮缘与工字钢轨35的内侧导向钢轨表面接触，水平导向轮48与工字钢轨35的内侧表面在水平方向实现定位。下部的螺线定子32的周边设置筋板65，再分别通过周边的筋板65由螺栓和扣件锁紧固定连接在矩形箱梁63两侧的预埋件36上。螺线定子32的底部固定连接悬浮轨道衔铁，悬浮轨道衔铁的底部为大平面，与螺线定子32连接为一体。悬浮轨道衔铁水平延伸的平板上设置托臂，托臂上固定连接竖直导向钢轨，竖直导向钢轨的截面可以是工字形，工字导向钢轨内侧可以设置V形斜面，托臂的上下表面也设置V形斜面。工字导向钢轨和托臂之间设置楔条紧固连接。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94的两侧设置向下延伸的弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。弯臂的内侧还上下设置两层轴承座及竖直导向轮47，竖直导向轮47由轮轴和轴承支撑在弯臂的内侧的轴承座上。竖直导向轮的轮缘与悬浮轨道衔铁水平延伸部分平板的工字形导向钢轨表面接触，上下两层竖直导向轮47靠在导向钢轨上实现竖直方向定位。这样永磁悬浮轮轨列车被竖直导向轮47和水平导向轮48限定在外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。

按这种方案改造的永磁悬浮轮轨轨道上面即可以通行永磁悬浮轮轨列车，又可以通行常规轮轨列车，是完全兼容的轨道方案。

实施例13：外驱动底悬浮兼容轨道的连续钢轨的永磁悬浮轮轨高速铁路

如图33所示，对于新建设的高速铁路，可以在混凝土桥墩或路基上铺设箱梁63，箱梁63两侧上部的台肩上设置截面是“L”形的预埋件，“L”形预埋件上设置水平导向轨102和螺线定子32，水平导向轨102可以是挤出成型的整体结构，上部和底部设置水平的托臂125，托臂125设置V形燕尾槽，螺线定子32底部为V形斜面，螺线定子与V形燕尾槽之间设置楔形紧固件124固定连接，上下螺线定子的圆柱面同轴设置。

水平导向轨102的中部和底部设置连接板，连接板设置V形燕尾槽，“L”形预埋件上设置V形斜面，连续轨道的连接板与“L”形预埋件之间由楔形紧固件124连接。水平导向轨102的上部内侧设置突起的定位导向轨道。永磁悬浮轮轨列车43的底盘94的下部设置水平导向轮48及轴承座和轴承。水平导向轮48的轮缘与定位导向钢轨的内侧导向钢轨表面接触，水平导向轮与工字钢轨的内侧表面在水平方向实现定位。下面螺线定子32的底部的固定板()底部大平面作为悬浮轨道衔铁，其底部为大平面。悬浮轨道衔铁水平延伸的平板作为竖直导向钢轨。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94的两侧设置向下延伸的弯臂72，弯臂72靠近螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。弯臂的内侧还上下设置两层轴承座及竖直导向轮47，竖直导向轮47由轮轴和轴承支撑在弯臂的内侧的轴承座上。竖直导向轮的轮缘与悬浮轨道衔铁水平延伸部分平板的导向钢轨表面接触，上下两层竖直导向轮47靠在导向钢轨上实现竖直方向定位。这样永磁悬浮轮轨列车被竖直导向轮47和水平导向轮48限定在外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。

按这种方案改造的永磁悬浮轮轨轨道上面即可以通行永磁悬浮轮轨列车43，又可以通行常规轮轨列车103，是完全兼容的轨道方案。

实施例14：兼容轨道的连续钢轨的永磁悬浮轮轨高速铁路

如图34所示，对于新建设的高速铁路，可以在混凝土桥墩或路基34上铺设箱梁63，箱梁63上部的设置轨枕，轨枕的两端和侧面设置连接槽，连接槽的外侧和底部设置V形燕尾槽，连接槽的内侧设置舌板，舌板底部为斜面。与舌板连接设置L形的楔紧块126，楔紧块126的顶部为平面，其底部为斜面，向下延伸出顶块。舌板外部设置锁紧螺栓和螺母。楔紧块126与锁紧螺栓之间还可以设置弹性板。增加楔紧块126的压紧可靠性。

轨枕的连接槽内设置工字形导轨101和螺线定子32，工字形导轨101可以是挤出成型的连续轨道，连续轨道的内侧为工字形轨道。工字形导轨101底部的上表面为斜面，靠近连接槽的V形燕尾槽处为V形斜面，工字形轨道底部的V形斜面靠紧在连接槽的V形燕尾槽上。工字形轨道另一侧底部的上表面为斜面，与舌板内的楔紧块126的底部斜面靠紧。舌板外部的锁紧螺栓和弹性板将楔紧块126压紧在工字形轨道底部的斜面上，将工字形轨道底部固定在轨枕上。工字形轨道向外侧水平延伸出水平板，水平板的中间设置斜向下突起的V形燕尾舌，螺线定子底部为V形燕尾槽，螺线定子的V形燕尾槽与工字形导轨101水平板的V形燕尾舌之间设置楔条紧固件124连接。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94的下部设置水平导向轮48及轴承座和轴承。水平导向轮48的轮缘与工字形导轨101的内侧导向钢轨表面接触，水平导向轮与工字钢轨的内侧表面在水平方向实现定位。

轨枕的侧面连接槽内设置T形悬浮导轨125和螺线定子32，T形悬浮导轨125可以是挤出成型的连续整体结构，T形悬浮导轨125的内侧为T字形底座。T字形底座的上部外表面为斜面，靠近连接槽的V形燕尾槽处为V形斜面，T字形底座底部的V形斜面靠紧在连接槽的V形燕尾槽上。T字形底座上部的外表面为斜面，与L形楔紧块126的底部斜面靠紧。L形楔紧块126的上表面与舌板凹槽由楔条紧固件124压紧，将T形悬浮导轨125的底座固定在轨枕上。T形悬浮导轨125向外侧水平延伸出水平板，水平板的中间设置斜向上突起的V形燕尾舌，螺线定子底部为V形燕尾槽，螺线定子的V形燕尾槽与T形悬浮导轨125水平板的V形燕尾舌之间设置楔条紧固件124连接。

永磁悬浮轮轨列车43的底盘94的两侧设置向下延伸的弯臂72，弯臂72的中部朝向螺线定子32的位置设置水平支座86，水平支座86末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32同轴设置。弯臂的内侧还上下设置两层轴承座及竖直导向轮47，竖直导向轮47由轮轴和轴承支撑在弯臂的内侧的轴承座上。竖直导向轮的轮缘与T形悬浮导轨125水平延伸部分平板的导向钢轨表面接触，上下两层竖直导向轮47靠在导向钢轨上实现竖直方向定位。这样永磁悬浮轮轨列车被竖直导向轮47和水平导向轮48限定在外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。

永磁悬浮轮轨列车43的弯臂72在底部水平延伸设置托臂，托臂上表面设置永磁悬浮装置46，永磁悬浮装置46的上表面设有强永磁铁，与T形悬浮导轨125的水平板衔铁产生向上的吸引力与列车自重达到上下平衡，吸引力可调整到足以克服掉列车90％以上的绝大部分重量，达到降低列车轮与轨道的接触压力的作用，实现列车显著节能的目的。

按这种方案改造的永磁悬浮轮轨轨道上面即可以通行永磁悬浮轮轨列车，又可以通行常规轮轨列车，是完全兼容的轨道方案。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种永磁悬浮轮轨车路系统，包括磁悬浮车体、直线驱动系统、悬浮系统和导向系统，其特征在于：

所述直线驱动系统包括与磁悬浮车体固定连接的外螺线转子电机和铺设于路基上的螺线定子；

所述外螺线转子电机的外螺线转子，是在外转子上设有按螺旋线排布且带有永磁体的螺旋块，所述螺旋块的磁极方向为外转子的径向且相邻磁极为N、S极交替排布；所述外螺线转子电机的定子电枢由定子叠片叠成，并形成按螺旋线排布的螺旋形沟槽，所述定子电枢的螺旋形沟槽螺距与外转子的螺距相同，所述螺旋形沟槽内缠绕螺旋线圈；

所述外螺线转子电机还包括一层以上螺旋形转子骨架，其上的螺旋形沟槽与所述外转子螺距相同，并与所述螺旋块的位置相对应；所述转子骨架为非导磁性材料或导磁性材料，或者是两种材料焊接复合而成；

所述外螺线转子电机还包括定子轴、定子端盖和转子端盖，所述定子端盖和定子两端、转子端盖和转子两端分别固定连接；所述定子轴的两端设置轴承，轴承外设置轴承转套，轴承转套与转子端盖滑动配合；

所述螺线定子同轴设置于所述外螺线转子的外部，其与所述外螺线转子相对的内表面上设有螺旋排布的铁磁性材质的突出的螺线条，螺距与外螺线转子的螺距相同；

所述悬浮系统包括与车体随动的悬浮永磁体和相对路基静止的悬浮衔铁，悬浮永磁体位于悬浮衔铁正下方，两者之间形成与车体重力相平衡的磁吸力；

所述导向系统包括水平和竖直方向的导向轮和导向轨，所述导向轨固定于直线驱动系统的螺线定子和/或路基上的。

2.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

所述悬浮衔铁固定于螺线定子上，或路基上，或导向轨上；所述悬浮永磁体固定于外螺线转子电机上或固定于车体上。

3.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

还包括变轨装置，所述变轨装置设置于车辆的变轨位置，包括底部设置回转轴的回转轨板，所述回转轨板上设有相互平行的两段直轨和位于两段直轨之间的一段弯轨，所述两段直轨各自连接变轨位置两侧分别位于一条直线上的两个轨道，所述弯轨是一段光滑曲线轨道，所述光滑曲线轨道同时与所述变轨位置两侧的相互平行的两个轨道分别相切。

4.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

所述外螺线转子通过连接臂固定于车体上，所述连接臂一端固定于车体，另一端铰接或万向联接于所述外螺线转子电机上。

5.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

还包括两根轮轨及车轮，所述直线驱动系统位于所述两根轮轨的中间位置。

6.如权利要求5所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

还包括变轨装置，所述变轨装置是包括底部带有滑道的滑移轨道，滑移轨道上设置一段直轨道和一段弯轨道，所述滑移轨道设置于变轨位置，通过滑移分别实现直轨和弯轨的接通。

7.如权利要求1-4任一所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

包括相对磁悬浮车体左右对称设置的两套直线驱动系统、及对应的两套悬浮系统和两套导向系统。

8.如权利要求7所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

还包括两组对称的导向轨，所述导向轨设置于两套直线驱动系统的内侧或外侧，作为水平导向轨和/或竖直导向轨。

9.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

还包括导电轨和受电臂，所述导电轨设置于路轨的基础上，所述受电臂设置于车体上，通过电刷实现导电轨与受电臂的电连接。

10.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

所述悬浮系统包括升降调节机构，用以调节悬浮永磁体与悬浮衔铁之间的磁力间隙。

11.如权利要求10所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

所述升降调节机构是螺纹传动升降机构或斜面升降机构。

12.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

所述螺线定子为一体结构或分体结构。

13.如权利要求1所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

还包括高架支撑结构和箱梁，所述箱梁设置于所述高架支撑结构的两侧翼或单侧翼，作为永磁车路系统的路基；在所述箱梁的上部和/或下部架设所述磁悬浮车体及其直线驱动系统、悬浮系统和导向系统。

14.如权利要求1或13所述的永磁悬浮轮轨车路系统，其特征在于：

所述磁悬浮车体为设有左右开合结构和上下拉伸结构的用于装载车辆及货物的拖车；所述左右开合结构和上下拉伸结构是一对或两组伸缩臂，所述伸缩臂自车体两侧与车顶或车底铰接。