CN104652779A - 高层建筑的自由通道 - Google Patents

Abstract

半径不同的管道，同轴安置，则把两管道管壁夹层的几何空间作为磁悬浮电梯的通道，把通道壁，作为磁性轨道；依通道的形状，把轿厢设计成弧形，轿厢的两柱面装有垂直升降驱动磁板和水平转向驱动磁板，因轨道是圆柱面，所以轿厢不仅能自由地垂直上下，而且能无边界地、自由地水平左右转向，因此多个且大小不一的轿厢可以同时在此通道中运行，取此“磁悬浮电梯”为“高层建筑的自由通道”。

Description

高层建筑的自由通道

所属技术领域

1、  空间几何。 

2、  磁悬浮技术的运用。 

背景技术

目前，有缆绳的电梯技术限制了高层建筑的发展，它有许多缺陷：1、能耗高——一般要占该高层建筑的能耗70%—90%以上；2、占有大量的建筑空间；3、各层之间的人流量不大—— 、虽然通过减少摩擦，提高电机的功率及转速，提高了电梯上下的加速度，但这给人增加了新的不适，即大的加速度，会影响人脑供氧，速度过快，大气压的快变，也会使人产生不适。、电梯要随着轿厢中各人的目的地不同，走走停停，这样平均起来，其速度也慢了。 

世界第一高楼——迪拜塔，就有57台缆绳电梯，而且还没有一台电梯是直接从楼底到楼顶的，因为缆绳太长、太粗，缆绳自身的重量就增加了能耗。自从磁悬浮列车出现以后，人们就想把磁悬浮技术用在电梯上，除掉缆绳，实现一个通道里可以同时行驶多台轿厢，在电磁屏蔽技术和磁场中的信息传输和处理技术得到发展后，中国、日本、德国、法国等，都在投巨资研制磁悬浮电梯，建立了各种实验磁悬浮模型电梯，但至今没有那个建筑运用了这种磁悬浮电梯，因为目前磁悬浮列车的轨道，如果竖起来变成电梯的轿厢轨道，则其有给轿厢提供动力和定位作用（防止前后左右倾斜），但如何实现2-6条轨道上的多台轿厢自由行驶，仍然是一个没有攻克的难题，因为楼层只有3-4米高。每个楼层都要有轨道变换的设施，则轨道就变得异常复杂，复杂就易出问题；而且用于轨道变换的弯道，其曲度一定，则限制了轿厢只能在一定的速度之内行驶；所以轨道变换，相向行驶的轿厢如何避让，成了磁悬浮电梯能否实行多个轿厢在一个通道里自由运行的一个关键问题。 

发明内容

半径相差很大的两管道，同轴安置，则把两管道管壁夹层的几何空间作为磁悬浮电梯的通道，把通道壁，作为磁性轨道；依通道的形状，把轿厢设计成弧形，其圆心角等于87°，轿厢的两柱面与通道壁相距3厘米，轿厢高2.5-3米；因轨道是圆柱面，所以轿厢不仅能自由地垂直上下，而且能无边界地、自由地水平左右转向，因此多个轿厢可以同时在此通道中运行，取此“磁悬浮电梯”为“高层建筑的自由通道”。 

技术方案 

一、高层建筑的自由通道的零部件注释

1、通道外墙：主要由四大部分组成，、通道外磁壁，由永久磁铁块，镶在钢套中堆积而成，且每块磁铁的表面磁力线都是由外45°斜向上，指上通道轴的； 、通道磁屏蔽层，由抗磁和顺磁材料相间架构而成，这样能起到很好的屏蔽作用； 、通道出入门，双层结构，里层的材质、结构、表面曲度与通道外磁壁一样，外层的屏蔽功能、表面曲度与通道磁屏蔽层一样，材质和厚度与与通道磁屏蔽层不一样；开时，两层先向通道外墙中间靠拢，后侧移，隐于通道外墙门槽中；闭时，门先从通道外墙门槽中移出，再张开，里层与通道外磁壁完全吻合； 、线槽，通道外墙中有电源线槽和信息传输线槽。

2、通道中间磁柱：由两大部分组成，、通道内磁壁，由永久磁铁块，镶在钢套中堆积而成，且每块磁铁的表面磁力线都是由里45°斜向上，指上通道外墙的，且磁力线密度大于通道外磁壁； 、稳定柱，半径大于90厘米，由钢水铸件焊接而成，中空，弹性小。 

3、通道：通道外磁壁与通道内磁壁之间的夹层空间即管道管壁状。 

4、轿厢：弧形，主要由三大部分组成，、厢体，在通道中，厢体的外柱面与通道外磁壁相对，且相距3厘米，其有两个门，里面有椅子，安全带和安全扶手 ，因轿厢在通道中有时作上下垂直运动的同时还要绕中间磁柱旋转，以避让其他轿厢或者固定杆，所以轿厢里的人就要受到一个离心力的作用，若象现在的轿厢一样，没有安全器具，人就可能会摔倒； 、驱动磁板，是一种由永久磁铁和电磁铁组成的复合磁铁装置，共8块：厢体的外柱面有5块，其中3块垂直驱动磁板（2块位于厢体的左右边沿，1块位于两个门之间，这3块相互平行），2块转向驱动磁板，位于厢体上下边沿，其永久磁铁的表面磁力线方向是由里45°斜向下，指上通道外壁的，与通道外磁壁的磁力线相对；在通道中，厢体内柱面与通道内磁壁相对，且相距3厘米，其有3块驱动磁板，其中2块转向驱动磁板位于厢体内柱面的上下边沿，1块垂直驱动磁板位于2块转向驱动磁板的中央，其永久磁铁的表面磁力线方向是由外45°斜向下，指上通道轴的，与通道内磁壁的磁力线相对； 、轿厢运行控制和供能蓄能部分。 

5、通道中间磁柱固定套：形状，两个同轴圆圈经一个方钢柱连接而成，材料，钢水铸件，弹性小，主要功能是固定通道中间磁柱，在轿厢运行时，防止通道中间磁柱弯曲。 

二、高层建筑的自由通道的零部件的位置关系 

通道外墙与通道中间磁柱同轴，多个轿厢在通道中，或停或动，每隔3-5个楼层，就有一个通道中间磁柱固定套，其小圈与通道中间磁柱的稳定柱熔合，其大圈与通道外墙的通道磁屏蔽层熔合，大小圈表面与磁壁接触处加隔磁层。

三、高层建筑自由通道的工作描述 

一个轿厢有2个门，右边的上，左边的下，一层楼有4个门，分2组，每一组门的间隔与轿厢2个门的间隔相配，且这2组门是以通道轴为中心对称分布的，即2个轿厢可以同时在一层楼，进行装卸；通道中间磁柱固定套的方钢柱位于通道外墙的一个右门右边，以中间磁柱固定套的方钢柱为准，对应于时钟6点位置，则人为的把通道划分为4条轨道，6点到9点为轨道1；9点到12点为轨道2；12点到3点为轨道3；3点到6点为轨道4，轨道1和轨道3为停靠装卸轨道，空闲时也可以作为运行、超车轨道，轨道2主要作为上行轨道，轨道4主要作为下行轨道。通道中使用圆柱坐标系统，即高度和角度就能准确地表示一个轿厢的位置，轿厢上有许多传感器，通过通道外墙和中间磁柱隐藏的位置标识，轿厢的控制中心能算出轿厢的位置和速度，轿厢的运行快慢方式完全由轿厢中的人控制，也就是说，轿厢运行方式是自主的，途中与其它轿厢相会，完全由轿厢控制中心的传感器感知，轿厢控制中心再根据情况发出控制指令，减速，转向，或停止，就像多辆智能无人驾驶的汽车，自由地行驶在公路上。只有在装卸的轿厢才能接收到，就近的通道外面的人的请求，同时在装卸的轿厢，会根据自己的蓄能多少，而决定是否充电。上行的轿厢要克服重力做功消耗自身的蓄能，而下行的轿厢也因重力，线圈切割磁力线产生感生电动势而蓄能。

四、原理 

1、轿厢动力：磁铁同极性的斥力与轿厢的重力的合力。

2、自由的基础：与缆绳电梯通道相比，同轴、半径不同的管道管壁夹层的通道具有下列2点特性，、若忽略通道磁壁的相邻磁块之间的缝隙，则通道面壁上任何一点与其相邻的一点在同一方向上的表面曲度一样。、在弧线的圆心角等于87°的平面几何图形中，设该弧线所在圆的半径为R，弧线端点连线的中点到弧线的中点的距离为L，则L=R（1-cos43.5°），当R＞1米时，则L＞0.27米，弧形轿厢的垂直投影，内柱面的投影就是这样的一端弧线，这0.27米减去轿厢内磁板与通道内磁壁之间的距离0.03米，剩下0.24米的距离，就相当于我们平常所见凸出轨道的高度，轿厢就好像是扣在这样高的轨道上。综合上述两点，在同轴、半径不同的管道管壁夹层的通道中，轿厢不仅能自由地垂直上下，而且能无边界地、自由地水平左右转向，且不会前后左右倾斜，因此其转向加速度可以平缓变化，提高轿厢里乘坐人的舒适度。 

五、本发明的有益效果是：1、在同一通道自由行驶多辆轿厢成为了可能；2、提高了高层建筑的使用面积；3、节约了能量；4、杜绝了轿厢坠井事件；5、解决高层建筑的发展的一个瓶颈。 

附图说明

1、本说明书所有图片由3DMAX软件制作，立体感强，一目了然，利于辨识各零部件的外形、区别、和衔接。 

2、从图1至图8，展示了高层建筑的自由通道各部件的形状和衔接。略去了通信部分，简化了控制部分。 

3、本说明书的附图标注规则 

3.1、高层建筑的自由通道，一些外形、结构或功能相同的部件，用同一数字标注：“1”表示“通道外墙”，“2”表示“通道中间磁柱”，“3”表示“通道”，“4”表示“轿厢”，“5”表示“通道中间磁柱固定套”。

3.2、一些部件具有多个不同功能部位或状态，为了识别不同的功能部位，在表类别的“数字”后加不同字母：“a”表示轿厢厢体，“b”表示与磁屏蔽层有关 ，“c”表示与磁性有关，“f”表示与方向有关，“g”表示与固定有关，“k”表示与控制或者传感器有关，“m”表示门，“n”表示内，“w”表示外，“s”表示与垂直升降有关。 

图1  一层通道外墙的透视图，附图标记：1b. 通道磁屏蔽层，1c. 通道外磁壁，1m. 通道出入门。 

图2  通道中间磁柱的透视图，附图标记：2c. 通道内磁壁，2g. 稳定柱。 

图3  一层通道的透视图，附图标记：3.通道，1b. 通道磁屏蔽层，1c. 通道外磁壁，1m. 通道出入门，2c. 通道内磁壁，2g. 稳定柱。 

图4  轿厢的透视视图，附图标记：4cfw.轿厢外柱面转向驱动磁板，4csw. 轿厢外柱面垂直驱动磁板，4m.轿厢门，4k.轿厢控制中心传感器，4a轿厢厢体， 4cfn. 轿厢内柱面转向驱动磁板。 

图5  通道中间磁柱固定套的透视图，附图标记：5. 通道中间磁柱固定套。 

图6  一层通道外墙、一层通道、2个轿厢、一节通道中间磁柱、一个通道中间磁柱固定套的比例透视图，附图标记：1.通道外墙，2. 通道中间磁柱，3.通道，4.轿厢，5. 通道中间磁柱固定套。 

图7  一段通道顶视图，附图标记：1.通道外墙，2. 通道中间磁柱，3.通道，4.轿厢，5. 通道中间磁柱固定套。 

图8  一段通道的透视图。 

具体实施方式

一、附图的简略说明 

图1是一层通道外墙（1）的透视图，由通道外磁壁（1c），通道磁屏蔽层(1b)，4个通道出入门(1m)组成。

图2是通道中间磁柱（2）的透视图，由通道内磁壁（2c），稳定柱（2g）组成。 

图3是一层通道（3）的透视图，由通道外磁壁（1c）和通道内磁壁（2c）的夹层空间形成。 

图4是轿厢（4）的透视图，轿厢（4）由轿厢厢体（4a）、2个轿厢门（4m）、8块轿厢驱动磁板（4c）、轿厢控制中心、及其传感器（4k）组成；而轿厢驱动磁板（4c）又分为垂直驱动磁板（4cs）和转向驱动磁板(4cf)；垂直驱动磁板（4cs）又分为轿厢外柱面垂直驱动磁板（4csw），和轿厢内柱面垂直驱动磁板（4csn）；转向驱动磁板(4cf) 又分为轿厢外柱面转向驱动磁板（4cfw）和轿厢内柱面转向驱动磁板（4cfn）。 

图5是通道中间磁柱固定套（5）的透视图。 

图6是一层通道外墙（1）、一层通道（3）、2个轿厢（4）、一节通道中间磁柱（2）、一个通道中间磁柱固定套（5）的比例透视图。 

图7是一段通道的顶视图，结合图6，示意了通道中各部件的位置关系，轿厢的驱动磁板（4c）与通道外磁壁（1c）及通道内磁壁（2c）相距3厘米，若4个轿厢（4）同时处于一个平面，则轿厢（4）之间相距可达到5厘米以上；因通道外磁壁（1c）与通道内磁壁（2c），朝向通道的磁极极性相同，所以它们相斥，所以通道外墙（1）对通道中间磁柱（2）还有定位作用。 

图8是一段通道的透视图，示意了多个轿厢（4）的运行状态，通道外墙可以与高层建筑融合，也可以独立于高层建筑之外，通过走廊与高层建筑相连。 

二、人流量的估算 

上述管壁形的通道，一个占地面积可达到60平方米，相当于4平方米的现有缆绳电梯15个，设1000米的高处建筑，缆绳电梯以20米每秒的速度运行，人上下轿厢费时20秒，则其一个来回需要2分钟，设一台缆绳电梯的轿厢载10人，则可以认为，15台缆绳电梯的单向人流量是，每2分钟150人，相当于每秒1.25人；而在上述管壁形的自由通道中，因为磁悬浮技术，所以轿厢速度可以达到很高，超过100米每秒以上，但按人感到舒适的速度行驶，即10米每秒，设轿厢高3米、一个轿厢载10人，假如通道中有很多轿厢，且底层上下人很方便，则可以实现通道中的单向人流量是每秒30人，则在相同的60平方米的占地面积上，上述的高层建筑自由通道的人流量是现在缆绳电梯的24倍。

现在，一般一个建筑与外界的人流量比较大，所以在地上第一层上，要对高层建筑自由通道进行拓展，以满足许多轿厢能同时进行装卸。且人乘坐轿厢以及轿厢运行的规则与现在电梯大不一样，类似直达的汽车站的运行方式。但这样大流量的高层建筑自由通道产生后，高层的大体建筑或建筑群，就会出现，生活区、工作区、娱乐区都会设在大体建筑中，此时，大体建筑各层之间的人流量就会变大，此大体建筑与外界之间的人流量相对比例要减少。高层建筑自由通道最适合这类建筑。 

三、轿厢动力，其他两种方式 

在上述管壁形的通道中，弧形轿厢的动力形式，除上述混合磁铁与永久磁铁的作用外，还有其他两种方式：

1、在通道壁内同向绕线，相当于把一个方形的线圈，弯曲，首尾相近，植于通道壁内，且线与通道壁绝缘，该线圈通以电流，则会在通道内产生一环形磁场；再在通道的外壁和内壁加上有一定大小的电势，弧形轿厢获得的动力大小，取决于其自身重量和流经其电流的大小，上升，轿厢消耗电能，下降，轿厢可以产生电能，转向要依靠装在轿厢内外柱面的橡胶轮。

2、在上述管壁形的通道中，若在轿厢的内外柱面角处装有8个纵向升降齿轮，在轿厢的内外柱面上下边沿中点装有4个横向转向齿轮，所有齿轮与步进电机相连，在通道内外壁上刻有规则的经纬纹路，且纹路的间距与齿轮的齿距相合，则弧形轿厢的升降和转向完全依靠其12个齿轮在纹路上运动，就可实现。 

    四、轿厢大小多样化 

    在上述大小管壁形的通道中，圆心角等于87°的轿厢，内部空间面积可达到5平方米，若1-2人乘坐，则有点浪费，为节约能量，和提高效率，可以在同一通道中，多放不同规格小一些的轿厢，小轿厢只需一门即可，因此轿厢圆心角的取值范围可在87°-57°内，这样，在通道中，轿厢转向、避让、超越，更容易实现。

Claims (3)

1.高层建筑的自由通道，其特征是：多个大小不同的弧形轿厢能在同轴、且半径不同的两管道管壁夹层的几何空间运行。

2.根据权利要求1所述的高层建筑的自由通道，其特征是：两管道管壁夹层的几何空间作为磁悬浮电梯的通道，把通道壁，作为磁性轨道。

3.根据权利要求1所述的高层建筑的自由通道，其特征是：依通道的形状，把轿厢设计成弧形，轿厢的两柱面装有垂直升降驱动磁板和水平转向驱动磁板。