CN105667339A - 一种磁悬浮运载工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮运载工具，包括车体以及驱动车体运动的矢量磁悬浮动力系统，矢量磁悬浮动力系统包括底盘以及固定在底盘上的矢量磁悬浮引擎；矢量磁悬浮引擎包括磁引擎，磁引擎包括动力装置和受动力装置驱动在导体上方运动产生驱动力的磁体；以及角度调节装置，用于调节磁引擎与导体之间的夹角。本发明通过改变驱动装置的偏转方向，使得磁盘在驱动装置带动下转动时与地面的导体相互作用产生向上的升力，并根据偏转方向调节得到其他水平角度的分力，使得运载工具可以实现车体的原地制动、旋转、横移等运动方式，增加了操控的便利性以及趣味性。

Description

一种磁悬浮运载工具

技术领域

本发明涉及技术领域磁悬浮技术领域，具体涉及到一种磁悬浮运载工具。

背景技术

磁悬浮技术不通过摩擦力即可实现移动，与现有的机械接触移动方式相比具有明显优势，在交通、机器人等领域具有广阔的应用前景。实现悬浮的方式有很多种，现有的磁悬浮列车上的直线电机采用行波磁场实现了列车的一维运动，但是直线电机产生的磁场行波只能朝着一个固定方向推进，很难实现二维方向上的自由运动，要实现悬浮体在二维平面的运动，这种方法不再适用。

现有技术中的电动车或者电动娱乐车，通常采用电力驱动轮胎通过收到地面摩擦力的作用进而实现在地面移动，然而这类传统驱动方式具有多种不足，例如车体的转向需要采用方向盘控制方向轮的方式，转向过程中需要较大转向半径，不能够原地转向。传统的驱动方式限定了车体本身的移动模式，不能够实现原地转向、旋转、横移等多种运动形式。特别的，对于娱乐车来说，其更需要一定的娱乐性，现有的驱动方式功能较少，趣味性不强，不能够给人带来的新鲜的娱乐体验。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁悬浮运载工具，包括车体以及驱动车体运动的矢量磁悬浮动力系统，矢量磁悬浮动力系统包括底盘以及固定在底盘上的矢量磁悬浮引擎；矢量磁悬浮引擎包括磁引擎，磁引擎包括动力装置和受动力装置驱动在导体上方运动产生驱动力的磁体；以及角度调节装置，用于调节磁引擎与导体之间的夹角。

优选的，底盘上安装有2~6组矢量磁悬浮引擎。

优选的，还包括用于连接角度调节装置和磁引擎的连接件；所述动力装置为电动机。

优选的，磁体为将若干磁性体装配在固定盘内的磁盘。

优选的，角度调节装置的一端固定在支撑板上，另一端与动力装置连接。

优选的，角度调节装置为舵机，舵机固定在支撑板上；舵机的输出轴通过连接件与动力装置连接，并通过控制动力装置的俯仰角度使磁体与导体之间的角度变化。

优选的，角度调节装置为固定在支撑板上的若干液压装置，所述液压装置的伸缩部与动力装置连接用于控制磁体与导体之间的角度。

优选的，支撑板上安装有两组舵机。

优选的，连接件为轴套法兰，轴套法兰的轴套端与舵机连接，轴套法兰的法兰端与动力装置连接。

优选的，还包括安装在车体上的电源系统和控制系统，控制系统包括操纵机构和传动机构。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明使用交变磁场在非磁性金属中产生涡流的原理来产生与原交变磁场方向相反的磁场，利用涡流磁场对悬浮体产生推力，在产生推力后为实现悬浮体在二维方向上的运动。

本发明提供的矢量磁悬浮引擎，通过改变动力装置或者电动机的偏转方向，可以改变磁引擎底面与导体的俯仰夹角，通过调节磁引擎与涡流产生面的夹角，将磁引擎与涡流电流之间电磁斥力沿水平面的分力分解成为磁悬浮引擎水平方向上的推力；并根据偏转方向调节得到其他水平角度的分力，通过配合控制多个磁悬引擎与非磁性金属表面的角度来实现悬浮体的二维方向自由运动；使得本装置安装在车辆后可以实现车体的原地制动、旋转、横移等运动方式，增加了车辆操控的便利性以及趣味性。

附图说明

图1为本发明矢量磁悬浮的侧视图；

图2为本发明一个实施例中矢量磁悬浮包含一个舵机时的立体图；

图3为本发明一个实施例中矢量磁悬浮包含两个舵机时的立体图；

图4为本发明一个实施例中角度调节装置采用液压装置的正视图；

图5为本发明矢量磁悬浮动力系统的立体图；

图6为本发明矢量磁悬浮动力系统安装四个磁悬浮引擎悬沿x方向运动受力分析图；

图7为本发明矢量磁悬浮动力系统安装四个磁悬浮引擎悬沿y方向运动受力分析图；

图8为运载工具为磁悬浮车的示意图；

图9为运载工具为磁悬浮滑板时的示意图；

图10为一个实施例的受力分析图。

其中，1、导体；2、磁盘；3、电动机；4、连接部件；5、舵机；51、输出轴；6、底盘；7、液压装置；8、固定盘；9、磁性体；10、矢量磁悬浮引擎。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的一个实施例中，提供一种磁悬浮运载工具，包括车体以及驱动车体运动的矢量磁悬浮动力系统，矢量磁悬浮动力系统包括底盘以及固定在底盘上的矢量磁悬浮引擎，优选在底盘上安装有2~6组矢量磁悬浮引擎10。矢量磁悬浮引擎包括磁引擎，磁引擎包括动力装置和受动力装置驱动在导体上方运动产生驱动力的磁体；以及角度调节装置，用于调节磁引擎与导体之间的夹角。

本发明所指的运载工具，如图8和图9所示，可以是磁悬浮车、磁悬浮娱乐车或者磁悬浮滑板；运载工具均通过矢量磁悬浮动力系统提供动力和推力，运载工具的车体和其他配套部件可以参照现有技术中的运载工具进行装配。

如图10所示，在底盘左右中轴线成45度角位置上对称的装配4个矢量磁悬浮动力系统。图中的D表示所述磁盘这端沿固定的一条直径偏转向下，磁盘的旋转方向如圆环上的箭头所示，这种情形下，各个里推进器收到非导磁性金属板的水平方向上的力分别如Fx1、Fx2、Fx3、Fx4所示，各个力的作用驱动娱乐车向前运动Md。调整磁盘的旋转方向和倾斜方向能控制运载工具在非导磁性金属板（铜、铝等）上的悬浮以及前进、后退、左右转弯、左右平移、原地360度旋转以及制动等水平方向各种方式驱动。

运载工具还包括安装在车体上的电源系统和控制系统，控制系统包括操纵机构和传动机构。电控系统主要由方向盘、油门踏板、刹车踏板、传感器及控制电路和软件组成，利用传感器把方向盘、油门、踏板的输入机械信号转换为电信号，进而通过控制电路和软件对矢量磁力推进器电机和舵机的控制来调整矢量磁力推进器的转速与偏转方向和角度，实现控制娱乐车前进、后退、左右转弯、左右平移、原地360度旋转以及制动等。电源系统由蓄电池、蓄电池充放电管理系统以及电能变换系统等部分构成，为矢量磁悬浮动力系统和控制系统提供电能。

本发明的一个实施例中，提供了一种矢量磁悬浮引擎，包括磁引擎，磁引擎包括动力装置和受动力装置驱动在导体上方运动产生驱动力的磁体；以及角度调节装置，用于调节磁引擎与导体之间的夹角。导体为非导磁性材质制成，优选铜或者铝。

磁引擎是通过将动力装置的动能转换成磁能，使得磁体在转动后悬浮在导体上方。当磁体旋转或者移动方向与导体1水平时，磁体获得垂直于导体向上的作用力，使得磁体可以稳定的悬浮在导体上方。动力装置可以采用现有技术中任意可以使磁体运动包括做旋转运动的装置，例如常规的电动机3，电动机3可以通过控制程序或者控制电路的作用便于调整电动机的工作状态，例如转速或者转动方向。

角度调节装置是用于调节磁体与导体1之间的夹角。磁体受到的作用力与磁体的表面垂直，当磁体与导体之间具有一定的夹角后，将会使得磁体受到水平向上的作用力外，还会收到水平方向的分力。本发明中以磁体或者磁盘2整体与导体平行是角度为0，两者相互平行。

电动机3驱动磁体旋转，可以使电动机3的转轴与磁体连接带动其运动；因此可以让电动机3的转轴与导体1或者水平面垂直，即转轴与磁体所在面可以是垂直的。角度调节装置与动力驱动装置连接，可以通过调节动力驱动装置与导体或水平面的角度，进而使得磁体与导体产生角度；当磁体与导体之间具有夹角后，受到的水平分力和竖直分力将会使磁引擎整体保持悬浮的同时还可以在导体上方前后左右移动。

本发明的一个具体优化实施例中，矢量磁悬浮引擎还包括用于连接角度调节装置和磁引擎的连接件4。角度调节装置可能不能够直接与驱动装置连接，通过连接件使两者的连接更加方便，可以实现角度控制。在使用不同的角度调节装置时可以选用不同的连接件，但是以其可以传递角度调节装置和磁引擎之间的作用力和偏转角度即可。

本发明的一个具体优化实施例中，磁体为将若干磁性体9装配在固定盘8内的磁盘2；角度调节装置的一端固定在支撑板10上，当用于安装在运载工具上时，支撑板10可以为底盘。角度调节装置的另一端与动力装置连接。例如图2所示，角度调节装置可以为舵机5，舵机5可以通过键槽配合固定在支撑板10或底盘6上，舵机的输出轴51通过连接件4与动力装置连接，并通过控制动力装置的俯仰角度使磁体与导体之间的角度变化。

连接件4可以为轴套法兰，轴套法兰的轴套端与舵机连接，轴套法兰的法兰端与动力装置电动机连接，通过螺栓连接方式让电动机与法兰轴套的法兰端连接。为了使得角度的调节更加准确，具有更广泛的角度调节范围。例如图3可以在支撑板上安装有两组舵机，两组舵机的调节角度相互垂直，一组实现X轴调节，另一组实现Y轴调节，从而可以实现360度调节的方式。

例如图4，角度调节装置为固定在支撑板上的若干液压装置7，液压装置的伸缩部与动力装置连接用于控制磁体与导体之间的角度。具体的一种方式，可以设置四组液压装置，通过控制每个液压装置7液压伸缩杆的伸缩量从而控制磁体与导体的角度，达到与舵机相同的控制效果。

本发明的电动机在工作后带动磁盘旋转使其在导体上方悬浮，当舵机发生偏转时使得电动机随之偏转，磁盘将与导体之间不再水平，而是保持一定的夹角，该夹角使得磁盘收到的力与导体所在的水平方向产生倾角，合力分解后即磁盘收到向上的分力以及水平方向的分力，使得磁盘不仅可以悬浮在导体上方，而且可以水平移动。

由此可见磁盘产生的驱动力包括磁盘运动平面与导体平行时产生垂直于导体所在平面向上的正向升力以及磁盘运动平面与导体具有夹角时产生与导体所在平面呈该夹角向上的斜向升力。

如图5本发明还公开了一种矢量磁悬浮动力系统，包括底盘以及固定在底盘上的矢量磁悬浮引擎；矢量磁悬浮引擎包括磁引擎，磁引擎包括动力装置和受动力装置驱动在导体上方运动产生驱动力的磁体；以及角度调节装置，用于调节磁引擎与导体之间的夹角。优选的，底盘上安装有2~6组矢量磁悬浮引擎。

具体的，本发明的矢量磁悬浮动力系统在不同情况下的运动动力分析如下：

如图1所示，本发明的矢量磁悬浮引擎配置的舵机绕x轴转动，电动机转动调节其下固定的磁盘与导体即金属底板之间俯仰夹角θ，舵机俯仰夹角2θ的变化使磁盘与金属底板涡流电流电磁斥力垂直于磁盘底面与竖直方向夹角θ，电磁斥力的水平分量为矢量磁悬浮引擎的水平推力，驱动装置获得推力后即可改变矢量磁引擎水平方向运动状态。

如图7所示，磁盘旋转轴具有法向分量，调节单个磁盘使得其与导体金属板的角度发生后，可以产生一个一维方向的推力，同时调节另外一个反相转动磁盘的角度来抵消掉角动量的改变，同时通过配合调节方式，实现x，y两个方向的推力。

如图6所示，如果想要产生x方向的推力，可以通过调节一个磁悬浮引擎1、另一个磁悬浮引擎3，与金属平面的夹角相同，且磁悬浮引擎底面倾斜指向图3中“近”代表的方向；调节磁悬浮引擎2、磁悬浮引擎4金属平面的夹角相同，且引擎底面倾斜指向图4中“近”代表的方向。磁悬浮引擎1、磁悬浮引擎3水平推力大小相同、方向如图所示，磁悬浮引擎2、磁悬浮引擎4水平推力大小相同、方向如图所示，此时四个水平推力的合力方向为+x方向，矢量引擎组合装置向+x方向运动。

如图7所示，要产生y方向的推力，调节其中一个磁悬浮引擎1、另一个磁悬浮引擎2，并使其与金属平面的夹角相同，且引擎底面倾斜指向图4中“近”代表的方向；调节磁悬浮引擎3、磁悬浮引擎4金属平面的夹角相同，且引擎底面倾斜指向图4中“近”代表的方向。磁悬浮引擎1、磁悬浮引擎2水平推力大小相同、方向如图所示，磁悬浮引擎2、磁悬浮引擎4水平推力大小相同、方向如图所示，此时四个引擎水平推力的合力方向为+y方向，矢量引擎组合装置向+x方向运动。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮运载工具，包括车体以及驱动车体运动的矢量磁悬浮动力系统，其特征在于：

所述矢量磁悬浮动力系统包括底盘以及固定在底盘上的矢量磁悬浮引擎；

所述矢量磁悬浮引擎包括磁引擎，所述磁引擎包括动力装置和受动力装置驱动在导体上方运动产生驱动力的磁体；

以及角度调节装置，用于调节磁引擎与导体之间的夹角。

2.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述底盘上安装有2~6组矢量磁悬浮引擎。

3.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述还包括用于连接角度调节装置和磁引擎的连接件；所述动力装置为电动机。

4.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述磁体为将若干磁性体装配在固定盘内的磁盘。

5.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述角度调节装置的一端固定在支撑板上，另一端与动力装置连接。

6.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述角度调节装置为舵机，所述舵机固定在支撑板上；舵机的输出轴通过连接件与动力装置连接，并通过控制动力装置的俯仰角度使磁体与导体之间的角度变化。

7.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述角度调节装置为固定在支撑板上的若干液压装置，所述液压装置的伸缩部与动力装置连接用于控制磁体与导体之间的角度。

8.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述支撑板上安装有两组舵机。

9.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：所述连接件为轴套法兰，轴套法兰的轴套端与舵机连接，轴套法兰的法兰端与动力装置连接。

10.如权利要求1所述的磁悬浮运载工具，其特征在于：还包括安装在车体上的电源系统和控制系统，所述控制系统包括操纵机构和传动机构。