CN103290746A - 永磁驱动磁浮轨道 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁驱动磁浮轨道，其特征是：永磁驱动磁浮钢轨截面的一侧为工字形，另一侧在工字形的上部或下部延伸出斜板和/或圆弧板，再连接平板。由永磁驱动磁浮钢轨和螺线定子组成的永磁驱动磁浮轨道，由预埋螺栓和扣件固定在路基或轨枕上，建设成安全、高速、节能、高性价比的轨道交通系统。轨道铺设方便、弹性好、兼容性强。永磁驱动磁浮轨道建设成本与轮轨铁路建设成本相当。为国家轨道交通基础建设提供建设性参考方案。

Description

永磁驱动磁浮轨道

所属技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及磁悬浮轨道系统，尤其是用于直线永磁驱动的永磁浮轮轨列车的轨道系统。 

背景技术

磁悬浮列车具有安全、高速、低噪音的特点，因而各国都在研制新型磁悬浮列车。德国的EMS电磁悬浮的轨道需要高架建设，需要大量的钢筋水凝土材料，在倒T型高架轨道上铺设硅钢片和导电线圈，轨道建设成本高。日本的EDS超导电磁悬浮高速列车的U形截面轨道两侧铺设悬浮和驱动线圈，同时需要超导材料和低温制冷技术，造价更高。以日本为代表的中低速电磁悬浮列车的轨道也需要高架建设，高架路基上要铺设大量钢质轨枕，再加上截面为F形的悬浮轨道要使用大量的钢材，而且轨道顶面铺设铜板或铝板，轨道建设成本虽然比前者降低，但效率低下。 

高速轮轨铁路具有轨道截面简单，建设成本低的优点，但是工字钢轨与开放式的车轮结构在高速下和带有急弯的轨道处易颠簸脱轨，有很大的安全隐患。另外车轮轴承在高速和重载下磨损严重，使用寿命低，需要经常换修维护，运行成本很高。 

铁路沿线架设的密密麻麻、鳞次栉比的高架电线杆和悬挂的各种挂件和电线，随风摆动，在大风或雷雨天气容易损坏，需要经常维护检修。增大了输电线的建设成本和维护成本，也不安全。 

发明内容

本项目技术旨在减少上述技术中存在的不足之处，提供一种结构简单、方便铺设的永磁驱动磁浮轨道。既适合高速又非常安全，既经济又节能，是高性能价格比的轨道交通系统。为国家轨道交通基础建设提供建设性参考方案。 

技术方案 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种永磁驱动磁浮钢轨1，其特征是：钢轨1截面的一侧为工字形，另一侧在工字形的上部或下部延伸出斜板和/或圆弧板，再连接平板。 

截面为底部为水平支撑底板7，支撑底板7上为竖直的腰板5，腰板5的上部设置侧导 向面2和上支撑面3，腰板5的上部连接有上斜板4，上斜板4连接水平悬浮板6，支撑底板7向水平方向延伸，连接成一条支撑底板7。 

所述的支撑底板7向斜下方连接下斜板8，下斜板8再连接水平支撑底板7。 

所述的斜板也可以是圆弧板9或用圆弧过渡。 

所述的水平悬浮板6或支撑底板7或圆弧板9设置螺纹或圆孔或燕尾棱10。 

一种永磁驱动磁浮轨道，在路基16或轨枕15上铺设钢轨，由预埋件螺栓13和扣件14固定锁紧，其特征是：由永磁驱动磁浮钢轨1和螺线定子11组成，钢轨1截面的一侧为工字形，另一侧在工字形的上部或下部延伸出斜板和/或圆弧板，再连接平板，螺线定子11设置按螺旋线排布的螺旋条。 

螺线定子11还设置螺纹孔或螺栓连接孔，由紧固螺栓12将永磁驱动磁浮钢轨1和螺线定子11固定连接在一起，上下螺线定子11的内圆柱面处于同轴位置。 

带有燕尾棱10的永磁驱动磁浮钢轨1由楔形紧固件19将两端为V形或带有燕尾筋板20的螺线定子11楔紧固定连接。 

还包括导电轨和绝缘板，所述的绝缘板和导电轨设置于永磁驱动磁浮钢轨1的凹槽位置。 

还包括密封板21，所述的密封板21设置于永磁驱动磁浮钢轨1或轨枕15或预制轨道板15的下部位置，或预设在混凝土立柱的顶部。 

有益效果 

本发明的有益效果是： 

1、安全。采用抱轨结构，使列车无论速度多快，都不会脱轨，比现有的轮轨列车更安全，既快速又确保乘客的生命安全。 

2、可靠性高。由于关键技术采用了成熟的轮轨技术导向和常规电机技术驱动以及稳定的永磁悬浮技术，其他技术也都是轮轨技术通用的技术，技术成熟可靠。 

3、实用性强。大部分采用机械结构，整体技术难度降低，绝大部分工作人员都易掌握和使用，便于维护和维修。技术验证和实施时间也不会很长，是很现实的技术。 

4、显著节能。永磁悬浮技术克服了90％以上行驶滚动摩擦阻力，使运行耗电低，真空管道技术又克服90％以上的空气阻力，因而列车整体节能有望达80％以上。相比那些依靠石油能源的汽车、飞机非常节能，运营成本低，轨道交通的竞争力提高后可大量吸纳汽运、航运和轮船海运的客流和货流，可大量减少石油的消耗，有利于减少石油等燃料的碳排放。既 免除了交通对石油的依赖，又有利于节能减排目标的实现。 

5、轨道弹性好。轨道整体可近似看成是C形截面，外侧设置的悬浮导向轨道在列车重量和永磁悬浮力的作用力下有良好的弹性变形量，不必在轨道下面铺垫弹力胶皮即可以缓冲因轨道施工的急弯对车轮的剧烈冲击，减轻对车轮和轴承的冲击作用，延长车轮和轴承的寿命，为列车高速运行提供保障。 

6、经济性好。体现在以下几方面： 

6.1、线路建设综合造价低。轨道只用钢铁材料，整个轨道不必使用永久强磁体、超导材料、轨道上也不需要硅钢片、驱动线圈，所以轨道建设成本很低，与高速轮轨铁路建设成本相当。 

6.2、运行成本低。由于显著节能，因而运行能耗低。永磁悬浮技术克服了90％以上重量，使车轮和轴承的寿命延长，大大降低了更换维护成本。轨道全部采用钢铁材料，几乎免维护。 

6.3、轨道铺设方便。轨道不需要高架结构，在平地上即可铺设轨枕和轨道，和现有的轨道铺设方式相同。因而建设施工成本降低。还可以在现有的漫长的铁路线基础上作尽量小的改动就可改造成这种新型轨道。 

6.4、对于地铁和轻轨供电线路不需架设高架电线杆。动力导线铜排采用固定形式，改变现有的高架悬挂电线容易损坏问题，供电线路几乎免维护。导线铜排为平面接触，受流面积大，有利于大功率驱动。 

7、性能先进。核心的直线永磁驱动技术传动效率高，驱动速度快，常压下容易达到500公里以上速度，结合真空管道技术使列车获得高达800-1000公里的实用高速度。整体有望节能80％，相比其他高铁技术运行速度高而且安全。速度快，可引发一系列效应。 

7.1、在保证安全的前提下速度可与飞机相比，为乘客节约了宝贵的时间，节省下来的时间创造的价值比建设轨道的投资要大得多。 

7.2、提高了乘车人员的办事效率，时间和空间距离的缩短，可引发同城效应，人们的作息时间会重新调整，周边地区几天才可办完的事一天就可办完，为国家和所在公司创造出更多的价值，带动经济的快速发展。速度快、运输成本低有利于降低商品成本，地区价格差异也会缩小。 

7.3、减少旅行时间，减少了不创造价值的无效等待时间，尤其那些经常奔波办事的人们不再把更多的宝贵时光消耗在旅途上，这相当于延长了人的有效时间，即相当于延长了人的生命，这比金钱更宝贵。 

8、轨道兼容性强。克服了磁悬浮车与现行的铁路运输系统不兼容的问题，这种轨道既 可行驶永磁悬浮列车，也可以行驶实现常规轮轨列车。使磁悬浮铁路具备交通运输的“通用性”、“网络性”、“兼容性”。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明的平底工字形的永磁驱动磁浮钢轨的结构示意图。 

图2是本发明的阶梯底工字形的永磁驱动磁浮钢轨的结构示意图。 

图3是本发明的平底弧形永磁驱动磁浮钢轨的结构示意图。 

图4是本发明的平底过顶弧形永磁驱动磁浮钢轨的结构示意图。 

图5是本发明的双弧形永磁驱动磁浮钢轨的结构示意图。 

图6是本发明的带有导电轨的平底工字形永磁驱动磁浮轨道的结构示意图。 

图7是本发明的阶梯底工字形的永磁驱动磁浮轨道的结构示意图。 

图8是本发明的平底弧形永磁驱动磁浮轨道的结构示意图。 

图9是本发明的平底过顶弧形永磁驱动磁浮轨道的结构示意图。 

图10是本发明的双弧形永磁驱动磁浮轨道的结构示意图。 

图11是本发明的永磁驱动磁浮轨道的在轨道交通中的典型应用示意图。 

图中1-永磁驱动磁浮钢轨，2-水平导向面，3-竖直支撑面，4-上斜板，5-腰板，6-水平悬浮板，7-水平底板，8-下斜板，9-圆弧板，10-燕尾棱，11-螺线定子，12-紧固螺栓，13-预埋件螺栓，14-扣件，15-轨枕或预制轨道板，16-路基，17-导电轨，18-绝缘板，19-楔形紧固件，20-燕尾筋板，21-密封板，22-弯臂，23-底盘，24-永磁悬浮系统，25-水平导向轮，26-受电器，27-直线永磁驱动机，28竖直导向轮，29-永磁浮轮轨列车。 

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所示，为本发明的一种永磁驱动磁浮钢轨1，钢轨截面大体为C字形，截面的一侧为目前的工字钢轨形状(或一半)，另一侧在工字形的上部延伸出斜板和平板。C字形永磁驱动磁浮钢轨1可以是挤出成型的连续铸造轨道。 

永磁驱动磁浮钢轨1具体结构为底部为支撑底板7，支撑底板7上为腰板5，为实现与轮轨列车的兼容性，在腰板5的上部设置侧导向面2和上支撑面3，在腰板5的上部的上支撑面3连接有上斜板4，上斜板4连接水平悬浮板6。支撑底板7向水平方向延伸，连接成一条支撑底板7。 

所述的平板上还设置连接螺纹或圆孔，可以连接和固定螺线定子等驱动部件。 

前述结构相当于为现有的工字钢轨插上了飞行的翅膀，让高铁列车可以飞驰在祖国的高速铁路上，既快速，又安全，并且非常节能。 

如图2所示，为本发明的一种永磁驱动磁浮钢轨1，钢轨截面大体为C字形，截面的一侧为目前的工字钢轨形状(或一半)，另一侧在工字形的上部和永磁驱动磁浮钢轨1下部都延伸出斜板和平板。 

永磁驱动磁浮钢轨1具体结构为底部为水平支撑底板7，支撑底板7上为腰板5，腰板5的上部为侧导向面2和上支撑面3，在腰板5的上部的上支撑面3连接有上斜板4，上斜板4连接水平悬浮板6。支撑底板7向斜下方连接下斜板8，下斜板8再连接水平支撑底板7。 

如图3所示，为本发明的另一种永磁驱动磁浮钢轨1，钢轨截面为工字形，截面的一侧为目前的工字钢轨形状的一半，另一侧在工字形的上部延伸出圆弧板9和平板6，即前述的斜板4换成了圆弧板9或用圆弧板过渡，下部为一条支撑底板7。 

永磁驱动磁浮钢轨1具体结构为底部为水平支撑底板7，支撑底板7上为腰板5，腰板5的上部为侧导向面2和上支撑面3，在腰板5的上部连接有圆弧板9，圆弧板9连接水平悬浮板6。支撑底板7向水平方向延伸，连接成一条支撑底板7。 

如图4所示，为本发明的另一种永磁驱动磁浮钢轨1，钢轨截面大体为C字形，截面的一侧为目前的工字钢轨形状，另一侧在工字形的上部和下部都延伸出过顶圆弧板9和平板。 

钢轨1具体结构为底部为支撑底板7，支撑底板7上为腰板5，腰板5的上部为侧导向面2和上支撑面3，上支撑面3连接有圆弧板9，圆弧板9越过上顶点继续向下延伸，再连接水平悬浮板6。支撑底板7向水平方向延伸，向下连接有过顶圆弧板9，圆弧板9越过下顶点继续向上延伸，再连接水平支撑底板7。圆弧板9内弧面的两端设置燕尾棱10。 

如图5所示，为本发明的另一种永磁驱动磁浮钢轨1，钢轨截面大体为C字形，截面的一侧为目前的工字钢轨形状，另一侧在工字形的上部延伸出圆弧板9和水平悬浮板6，下部为一条支撑底板7。 

钢轨1具体结构为底部为支撑底板7，支撑底板7上为腰板5，腰板5的上部为侧导向面2和上支撑面3，上支撑面3连接有圆弧板9，圆弧板9越过上顶点继续向下延伸，再连接水平悬浮板6，圆弧板9内弧面的两端伸出燕尾棱10。支撑底板7向水平方向延伸，连接成一条支撑底板7，支撑底板7上设置燕尾棱10。 

上述截面可以组合演变成类似不同排列的钢轨结构，不再穷举。 

如图6所示，为本发明的一种永磁驱动磁浮轨道。如图1对应的永磁驱动磁浮钢轨1设 有螺纹孔或螺栓连接孔，由紧固螺栓12将螺线定子11与永磁驱动磁浮钢轨1固定连接在一起，螺线定子11设置按螺旋线排布的螺旋条，螺线定子11还设置螺栓连接孔或螺纹孔。上下螺线定子11的内圆柱面处于同轴位置。永磁驱动磁浮钢轨1的水平支撑底板7直接支撑在路基16的轨枕或台阶15上，轨枕也可以是大块的预制轨道板15，并由预埋件螺栓13和扣件14固定锁紧。因此铺设方式和现有的工字钢轨相同，需要将轨枕15的螺栓距离加大，轨枕15平面长度加长。 

对于地铁和城市轨道交通系统，所述的永磁驱动磁浮轨道，还可以在前述的永磁驱动磁浮钢轨1的腰板5处的凹槽内设置导电轨17和绝缘板18，绝缘板17为绝缘材料，将导电轨17支撑住并保持导电轨17与永磁驱动磁浮钢轨1之间电绝缘。 

如图7所示，为本发明的一种永磁驱动磁浮轨道。如图2对应的永磁驱动磁浮钢轨1设有螺纹孔或螺栓连接孔，由紧固螺栓12将螺线定子11与永磁驱动磁浮钢轨1固定连接在一起，螺线定子11设置按螺旋线排布的螺旋条，螺线定子11还设置螺纹孔或螺栓连接孔。上下螺线定子11的内圆柱面处于同轴位置。永磁驱动磁浮钢轨1的水平支撑底板7直接支撑在路基16的轨枕或台阶15上，并由预埋件螺栓13和扣件14固定锁紧。 

根据需要，所述的永磁驱动磁浮轨道，还可以在前述的永磁驱动磁浮钢轨1的腰板5处的凹槽内设置导电轨17和绝缘板18。 

如图8所示，为本发明的一种永磁驱动磁浮轨道。如图3对应的永磁驱动磁浮钢轨1设有螺纹孔或螺栓连接孔，由紧固螺栓12将螺线定子11与永磁驱动磁浮钢轨1固定连接在一起，螺线定子11设置按螺旋线排布的螺旋条，螺线定子11还设置螺纹孔或螺栓连接孔。上下螺线定子11的内圆柱面处于同轴位置。前述的永磁驱动磁浮钢轨1由预埋件螺栓13和扣件14固定在路基16的轨枕或台阶15上。 

根据需要，还可以在前述的永磁驱动磁浮钢轨1的腰板5处的凹槽内设置导电轨17和绝缘板18。 

如图9所示，为本发明的一种永磁驱动磁浮轨道。如图4对应的永磁驱动磁浮钢轨1的上部和下部的圆弧板9内弧面的两端设有燕尾棱10，由楔形紧固件19将螺线定子11与永磁驱动磁浮钢轨1固定连接在一起。螺线定子11设置按螺旋线排布的螺旋条，螺线定子11两端为V形斜面，与钢轨1的圆弧板9内弧面的两端燕尾棱10的V形槽对应，一端由楔形紧固件19楔紧固定即可。上下螺线定子11的内圆柱面固定于同轴位置。这样永磁驱动磁浮钢轨1和螺线定子11都不需要钻孔和攻丝，制造更加简单，施工更加方便。前述的永磁驱动磁浮钢轨1由预埋件螺栓13和扣件14固定在路基16的轨枕或台阶15上。 

如图10所示，为本发明的一种永磁驱动磁浮轨道。如图5对应的永磁驱动磁浮钢轨1 的上部圆弧板9内弧面的两端和下部的水平支撑底板7设有燕尾棱10，构成V形燕尾槽。上部的螺线定子11两端为V形斜面，与钢轨1上部的圆弧板9内弧面的两端燕尾棱10的V形槽对应，两端由楔形紧固件19楔紧固定。下部的螺线定子11的底部设置燕尾筋板20，燕尾筋板20两端为V形斜面，与水平支撑底板7上的燕尾棱10的V形槽对应，燕尾筋板20两端由楔形紧固件19楔紧固定连接在水平支撑底板7上。上下螺线定子11的内圆柱面固定于同轴位置。这样永磁驱动磁浮钢轨1和螺线定子11都不需要钻孔和绞丝，施工更加方便。前述的永磁驱动磁浮钢轨1由预埋件螺栓13和扣件14固定在路基16的轨枕或台阶15上。 

为了预留出真空管道超高速铁路的发展空间，轨道的建设初期应预先规划出在基础建设上设置密封层或密封板21，以便于保证后期真空管道的施工中不至于将原先高速铁路轨道拆除，避免重建的巨大经济损失。密封板21的材料可以是钢板，也可以是密实的耐候复合材料。密封板21的位置可以铺设在永磁驱动磁浮钢轨1或轨枕15的下部位置，如轨枕15是大块的预制轨道板15，则设置在预制轨道板15的下面，也可以作为基础中间的密闭夹层。对于高架轨道路段，需预先在混凝土立柱的顶部设置密封板21，后期建设高架轨道时在高架轨道的外部铺设真空管道与预置的密封板21连接成一体，成为密封完整的真空管道。 

现结合附图举例说明永磁驱动磁浮轨道在轨道交通中的典型应用。 

如图11所示，在路基16上铺设轨枕或预制轨道板15，轨枕或预制轨道板15的台肩上设置预埋件螺栓13，前述的永磁驱动磁浮钢轨1由预埋件螺栓13和扣件14固定在路基16的轨枕或台阶15上。 

永磁浮轮轨列车29的底盘23的下部设置水平导向轮25及轴承座和轴承。水平导向轮25的轮缘与永磁驱动磁浮钢轨1的侧导向面2接触，实现在水平方向的定位。永磁浮轮轨列车29的底盘23的两侧设置向下延伸的弯臂22，弯臂的内侧还设置上下两层轴承座及竖直导向轮28，竖直导向轮的轮缘与钢轨1的水平悬浮板的上下导向面接触，上下两层竖直导向轮28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28和水平导向轮25限定在直线永磁驱动机27与螺线定子11始终同轴的位置。弯臂的水平梁上设置永磁悬浮系统24，永磁悬浮系统24上的永久磁铁与钢轨1的水平悬浮板相互吸引产生向上的永磁拉力，克服掉车身90％-98％的重力，只有2％-10％的车身重量由竖直导向轮28支撑，列车上浮而不悬空，悬浮不需耗电，直线永磁驱动机27与螺线定子11之间形成永磁吸引力也不需耗电，直线驱动电机的效率与磁力间隙只有0.5-2毫米的旋转电机的效率相同，明显高于磁力间隙达8-10毫米的电磁悬浮列车的直线电机的效率，因此采用这种永磁驱动磁浮轨道的永磁浮轮轨列车技术比目前的包括轮轨列车和电磁悬浮列车技术都显著节能。弯 臂22上设置受电器26，从钢轨1的凹槽内由绝缘板18绝缘支撑的导电轨17上接受电网的电力，永磁浮轮轨列车29在直线永磁驱动机27的驱动下沿永磁驱动磁浮轨道安全、高速、节能行驶。 

这种方案的永磁驱动磁浮轨道上面既可以通行永磁浮轮轨列车，又可以通行常规轮轨列车，是安全、性价比高、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 (10)

1.一种永磁驱动磁浮钢轨(1)，其特征是：永磁驱动磁浮钢轨(1)截面的一侧为工字形，另一侧在工字形的上部或下部延伸出斜板和/或圆弧板，再连接平板。

2.根据权利要求1所述的永磁驱动磁浮钢轨，其特征是：截面为底部为水平支撑底板(7)，支撑底板(7)上为竖直的腰板(5)，腰板(5)的上部设置侧导向面(2)和上支撑面(3)，腰板(5)的上部连接有上斜板(4)，上斜板(4)连接水平悬浮板(6)，支撑底板(7)向水平方向延伸，连接成一条支撑底板(7)。

3.根据权利要求1或2所述的永磁驱动磁浮钢轨，其特征是：所述的支撑底板(7)向斜下方连接下斜板(8)，下斜板(8)再连接水平支撑底板(7)。

4.根据权利要求1或2或3所述的永磁驱动磁浮钢轨，其特征是：所述的斜板也可以是圆弧板(9)或用圆弧过渡。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的永磁驱动磁浮钢轨，其特征是：所述的水平悬浮板(6)或支撑底板(7)或圆弧板(9)设置螺纹或圆孔或燕尾棱(10)。

6.一种永磁驱动磁浮轨道，在路基(16)或轨枕(15)或预制轨道板(15)上铺设钢轨，由预埋件螺栓(13)和扣件(14)固定锁紧，其特征是：由永磁驱动磁浮钢轨(1)和螺线定子(11)组成，钢轨(1)截面的一侧为工字形，另一侧在工字形的上部或下部延伸出斜板和/或圆弧板，再连接平板，螺线定子(11)设置按螺旋线排布的螺旋条。

7.根据权利要求6所述的永磁驱动磁浮轨道，其特征是：螺线定子(11)还设置螺纹孔或螺栓连接孔，由紧固螺栓(12)将永磁驱动磁浮钢轨(1)和螺线定子(11)固定连接在一起，上下螺线定子(11)的内圆柱面处于同轴位置。

8.根据权利要求6所述的永磁驱动磁浮轨道，其特征是：  带有燕尾棱(10)的永磁驱动磁浮钢轨(1)由楔形紧固件(19)将两端为V形或带有燕尾筋板(20)的螺线定子(11)楔紧固定连接。

9.根据权利要求6所述的永磁驱动磁浮轨道，其特征是：还包括导电轨(17)和绝缘板(18)，所述的绝缘板(18)和导电轨(17)设置于永磁驱动磁浮钢轨(1)的凹槽位置。

10.根据权利要求6所述的永磁驱动磁浮轨道，其特征是：还包括密封板(21)，所述的密封板(21)设置于永磁驱动磁浮钢轨(1)或轨枕(15)或预制轨道板(15)的下部位置，或预设在混凝土立柱的顶部。

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