CN107190595B - 永磁悬浮列车轨道系统 - Google Patents

永磁悬浮列车轨道系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种永磁悬浮列车轨道系统,具体公开了一种悬浮钢轨、应用该悬浮钢轨设置的永磁悬浮轨道,及在悬浮钢轨两侧设置永磁悬浮组件构成永磁悬浮轨道系统,并介绍了列车在其上行走构成的永磁悬浮列车系统。永磁悬浮组件有上下集磁板及悬浮永磁体组成,与悬浮钢轨的上下轭板的左右端面的磁力间隙相等。列车在与轨道配合悬浮运行时,通过列车的左右两侧设置的水平导向轮,轨道设置直线电机的牵引线圈与列车上的牵引永磁体构成双边永磁直线电机高效牵引列车,建设成安全、超高速、节能的新型轨道交通系统。本发明可实现自动平衡的被动悬浮,牵引驱动效率高,成本低,经济节能,轨道寿命长,安装调整方便,与现有轮轨轨道兼容更安全。

Description

永磁悬浮列车轨道系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域,具体涉及永磁悬浮列车轨道系统,尤其是用于中低速地铁和城市快速轨道交通系统和真空管道超高速列车及轨道系统。
背景技术
现有技术存在的主要问题有:EMS电磁悬浮系统和电磁导向系统需要复杂的主动控制系统,列车重量大,耗能高,结构复杂。超导电动悬浮列车采用低温超导系统悬浮存在明显的电磁辐射,结构更复杂,同时在低速下需要橡胶轮子支撑,成本更高。中低速磁浮列车结构简单,但悬浮能耗高,采用直线异步感应电机,轨道顶面铺设铜板或铝板与车底异步电机的驱动效率非常低。
轮轨列车结构简单,应用历史长,但开放式轮轨结构随时有可能脱轨的安全隐患,另外车轮轴承在高速和重载下磨损严重,需要经常换修维护,能耗大,使用寿命低,高速下黏着系数低,传动和降速困难,虽然一次性基建成本低,但后期运行维护成本很高。
发明内容
长期以来人们一直在孜孜不倦地寻找着一种能够同时克服上述技术中存在的不足的新型轨道交通技术。本发明旨在应用现有的成熟技术的基础上提出一种新型结构的磁浮列车技术,公开一种结构简单、成本低、效率高、无电磁辐射污染的永磁悬浮列车轨道系统,用于中低速地铁和城市快速轨道交通系统和真空管道超高速列车及轨道系统,既安全又经济节能的高性价比的轨道交通系统。
本发明采用的技术手段如下:
一种悬浮钢轨,其特征在于,所述悬浮钢轨为整体截面为工字型的工字悬浮钢轨,其材料为导磁材料,所述工字悬浮钢轨由上轭板和下轭板及竖直设置在中间的腰板组成,所述腰板将所述上轭板和所述下轭板在中部位置连接成一体,所述上轭板的顶部的表面为平面或弧面或凸出的拱形台;当所述上轭板的顶部的表面为弧面或拱形台时称为轨头,所述上轭板和所述下轭板的左右宽度和厚度基本相等,所述悬浮钢轨的截面沿直线或曲线延伸而成工字钢轨。
进一步地,所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒T型钢轨,所述工字悬浮钢轨为导磁材料,所述倒T型钢轨为非导磁材料,所述工字悬浮钢轨设置在上部,所述倒T型钢轨设置在下部,所述倒T型钢轨为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨固定连接成截面为王字型的钢轨;当所述倒T型钢轨为导磁材料时,所述工字悬浮钢轨和所述倒T型钢轨设置成一体式王字结构;所述悬浮钢轨的截面沿直线或曲线延伸而成的王字钢轨。
进一步地,所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒π型钢轨,所述工字悬浮钢轨为导磁材料,所述倒π型钢轨为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨设置在上部,所述倒π型钢轨设置在下部,所述倒π型钢轨为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与上部的工字悬浮钢轨固定连接在一起。
进一步地,所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为工字钢轨,所述工字悬浮钢轨为导磁材料,所述工字钢轨为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨设置在上部,所述工字钢轨设置在下部,所述工字钢轨的平板等于或短于所述工字悬浮钢轨,所述工字钢轨为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨固定连接在一起。
进一步地,所述工字悬浮钢轨的腰板中部设置有左右对称的翼板,所述翼板的数量为一对或一对以上。
进一步地,所述悬浮钢轨的上轭板或下轭板或腰板或翼板或支撑钢轨的立板的两侧设置导向面,导向面为平面或弧面;所述悬浮钢轨的上轭板和下轭板或翼板的上下面是平面或设置斜度。
进一步地,所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为土字钢轨,所述土字钢轨可以由工字钢轨演变而来,将工字钢轨的腰板凸出并延伸至上轭板的上部,上轭板演变成翼板,下轭板延伸成轨底。所述工字悬浮钢轨为导磁材料,所述土字钢轨为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨设置在上部,所述土字钢轨设置在下部,所述土字钢轨的翼板等于或短于所述工字悬浮钢轨,所述土字钢轨为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨固定连接在一起。
进一步地,所述工字悬浮钢轨或所述支撑钢轨为倒T型钢轨时构成的王字悬浮钢轨是由槽型钢轨或E型钢轨分解组成:
所述工字悬浮钢轨分解为对称的槽型钢轨,所述槽型钢轨的截面为“匚”型,所述槽型钢轨由竖直的腰板和上下端水平的轭板构成,竖直的腰板的平面端的上部和下部设置向外侧凸起的定位台,腰板的上下轭板之间设置导向面,导向面的表面的为平面,该截面沿直线或曲线延伸而成的钢轨;
所述王字悬浮钢轨分解为对称的E型钢轨,所述E型钢轨的截面为“E”型,所述E型钢轨由竖直的腰板和上下端水平的轭板构成,在所述腰板中部设置翼板,该截面沿直线或曲线延伸而成的钢轨。
本发明公开了一种永磁悬浮轨道,其特征在于,在路基或箱梁的顶部或底部的轨道两侧设置有如上述各种形式的所述悬浮钢轨,左右两条悬浮钢轨由紧固件平行固定设置在轨道的两端;轨道通过绝缘板或绝缘座或直接固定设置直线电机的牵引线圈;
所述牵引线圈的安装方式包括下列方式之一或其组合:
a、所述牵引线圈为无铁芯牵引线圈,通过绝缘座固定连接在轨道的中央或两侧;
b、所述牵引线圈为嵌入导磁铁芯的直线电机线圈绕组,通过绝缘板或直接固定连接在所述工字悬浮钢轨一侧或两侧;
c、所述无铁芯牵引线圈为嵌入导磁铁芯的直线电机线圈绕组,通过绝缘板或直接固定连接在轨道的中央或两侧。
进一步地,当所述悬浮钢轨为槽型钢轨或E型钢轨的形式时,两个槽型钢轨的平面端固定在所述轨枕两端竖直的立板上,左右两个槽型钢轨的开口相对或背靠背固定在轨枕的两端;所述E型钢轨分解为对称的E型钢轨,两个E型钢轨的平面端固定在轨枕两端的立板上,左右两个E型钢轨的开口相对或背靠背固定在轨枕的两端。
本发明还公开了一种对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于,所述永磁悬浮系统的中部设置所述悬浮钢轨,在所述工字悬浮钢轨两侧对称设置永磁悬浮组件,所述永磁悬浮组件由上集磁板和下集磁板及之间的悬浮永磁体组成,所述永磁悬浮组件的上集磁板和下集磁板的距离与所述悬浮钢轨的上轭板和下轭板的距离相等,所述左右永磁悬浮组件的上集磁板和下集磁板的左右端面与所述上轭板和所述下轭板的左右端面的磁力间隙相等,左右所述永磁悬浮组件的上集磁板和下集磁板与所述工字悬浮钢轨的上轭板和下轭板上下方向错开一定距离。
进一步地,所述工字悬浮钢轨两侧对称设置的永磁悬浮组件的上集磁板和下集磁板由外部的连接弯板固定连接,所述连接弯板或上集磁板和下集磁板上直接或间接设置导向轮,所述导向轮的外缘靠近或接触所述工字悬浮钢轨两侧的导向面;所述导向轮设置在所述工字悬浮钢轨的导向面一侧或两侧,亦或者设置在所述工字悬浮钢轨带有翼板的导向面的一侧或两侧。
本发明还公开了一种永磁悬浮列车系统,其特征在于,基于上述的永磁悬浮轨道系统,在所述永磁悬浮轨道上行驶列车,所述永磁悬浮组件及连接弯板对称设置在所述列车的左右两侧或者设置在所述列车的中部;所述导向轮由轮轴和轴承及轴承座滑动连接在列车上,所述导向轮的外缘靠近或接触在所述工字悬浮钢轨的内部或外部的导向面,以保持永磁悬浮组件对称设置在所述工字悬浮钢轨两侧。
进一步地,所述列车固定连接与所述牵引线圈保持一定间隙的牵引永磁体,所述列车上的牵引永磁体与轨道上的牵引线圈构成永磁直线电机;所述牵引线圈或者所述导磁铁芯的两侧等间距设置所述牵引永磁体或者通过伸缩机构设置带有磁铁滑座的牵引永磁体。
进一步地,所述连接弯板的一侧设置有上稳定臂或者下稳定臂,所述上稳定臂或者下稳定臂之间设有连杆,当两个所述永磁悬浮系统相对设置时,所述上稳定臂和所述下稳定臂与连杆相互构成平行四边形结构;所述连接弯板或上集磁板和下集磁板上直接或间接设有轴承支架,所述导向轮设置在所述轴承支架上。
进一步地,所述导向轮设置在所述轴承支架上通过轮轴与电机相连,通过电机驱动所述导向轮的启动、加速或减速运动;所述轴承支架连接连杆调节控制导向轮对悬浮钢轨的导向面的接触压力。
进一步地,所述永磁悬浮轨道的建设方式包括下列方式之一或其组合:
a、所述路基或箱梁的建设形式为倒L型支架,倒L型支架的钢制或混凝土的立柱上部一侧设置横梁,横梁的下方设置吊挂式永磁悬浮轨道系统;
b、所述路基或箱梁的建设形式为倒L型支架,倒L型支架的钢制或混凝土的立柱上部一侧设置横梁,横梁的下方设置吊挂式永磁悬浮轨道系统,横梁或立柱的上方设置前述的永磁悬浮轨道;
c、所述路基或箱梁的建设形式为T型支架,T型支架的钢制或混凝土的立柱上部设置横梁,横梁的下方设置吊挂式永磁悬浮轨道系统,横梁的上方设置前述的永磁悬浮轨道;
d、所述永磁悬浮轨道的外部设置真空管道。
进一步地,所述永磁悬浮组件及工字悬浮钢轨的结构包括下列方式之一或其组合:
a、所述永磁悬浮组件由外部的导磁板和上下两端的悬浮永磁体组成,所述悬浮永磁体的磁场方向与水平面形成0-60度之间的角度,所述导磁板由外部的连接弯板固定连接,所述永磁悬浮组件的上下两端的悬浮永磁体的端面距离与所述工字悬浮钢轨的上轭板和下轭板之间的距离相等,左右所述永磁悬浮组件的上下两端的悬浮永磁体的端面的与所述工字悬浮钢轨的上轭板和下轭板的左右端面的磁力间隙相等。
b、所述悬浮钢轨为C型钢轨的形式时,在C型钢轨的下方开口的中央位置设置悬浮永磁体,悬浮永磁体的磁场方向沿水平或竖直方向,悬浮永磁体的左右端面与C型钢轨的开口端面的磁力间隙相等;
c、倒置的所述工字悬浮钢轨的轨头的两侧对称设置上集磁板,上集磁板为L形,向下有凸起的集磁板的凸台,集磁板的凸台下部吸附悬浮永磁体,悬浮永磁体下部吸附下集磁板;所述工字悬浮钢轨的左右对称设置L形上集磁板和悬浮永磁体,下部由下集磁板连接为一个开口向上的C形永磁悬浮组件;永磁悬浮组件的上集磁板侧面与轨头左右两侧的磁力间隙相等;
d、倒置的所述工字悬浮钢轨的轨头的两侧对称设置上集磁板,上集磁板为U形,U形上集磁板开口朝向工字悬浮钢轨,上部的端面靠近轨头的两侧端面,下部的集磁板的凸台端面之间设置悬浮永磁体;所述工字悬浮钢轨的左右对称设置U形上集磁板,与下部的悬浮永磁体连接为一个开口向上的C形永磁悬浮组件,永磁悬浮组件的上集磁板侧面与轨头左右两侧的磁力间隙相等。
本发明具有以下优点:
1、可实现自动平衡的被动悬浮。工字悬浮钢轨与相对的左右永磁悬浮系统的斜向吸引力基本相互平衡,侧向力基本相互抵消,只剩向上的悬浮力,具有偏移量越大悬浮力越大的特点,在悬浮范围内与列车的重力刚好有一位置完全平衡,可以实现自动平衡而无需复杂的控制系统来进行主动控制,具有无缘自稳定悬浮的特性,即实现了被动悬浮。其悬浮效果与同极相对的永久磁体的同极排斥的悬浮效果基本相同,而且磁场在内部闭合,对外基本无发散磁场。
2、任何速度下都保持平衡悬浮。EDS电动悬浮在低速下不能悬浮,需要轮子支撑车身重量,而且电涡流耗能很大。本发明的永磁悬浮技术在静止和运动中都会自动稳定悬浮,不会受到速度影响,在低速和高速都能保持悬浮,轮子接触力轻微,产生的轻微摩擦阻力刚好可以提供机械阻尼,让悬浮系统保持稳定。
3、牵引驱动效率高。机械导向轮使左右导向刚度很大,列车底部的驱动永磁体与直线电机牵引线圈之间的间隙可以保持很好的稳定性,因此可以采用较小的磁力间隙驱动,因而这种结构的双边永磁直线电机的效率高于其他间隙不稳定的永磁直线电机的效率,明显高于目前应用的电动磁悬浮列车的直线同步电机的牵引效率。
4、成本低。轨道主体采用钢铁材料,与现有工字钢轨截面相近,截面积小,用材省。列车无需复杂的电磁悬浮控制系统,也无需复杂的超导技术,轨道不需用昂贵的永久磁体,因而综合造价低。
5、经济节能。永磁悬浮技术克服了99%以上行驶滚动摩擦阻力,采用小磁力间隙驱动的高效率的电机使列车整体综合运行能耗很低,显著节能。
6、轨道寿命长,安装调整方便。轨道与现有的工字钢轨的制造安装和施工方式近似,可继承原有的成熟工艺。轨道的侧向力小,磨损轻微,使用寿命长。
7、轨道外无电磁辐射的影响。永磁悬浮采用稳态磁场的永久磁铁,双边永磁直线电机的线圈被外部的导磁性钢轨全部包围起来,不会对外部产生电磁辐射,消除了对环境的电磁辐射影响,符合环保政策。
8、结构简化,车体重量轻。省去了电子自动悬浮控制系统,自动回复导向,节省了列车的庞大导向电磁铁,还省去了弯臂结构,因此结构极为简单,列车重量轻,加速性能好,列车制造成本低。采用对称结构的有铁芯永磁直线电机的电磁吸力会左右互相抵消,剩余的只有向上的拉力还可以另外提供悬浮力,可以自动平衡,这种结构有利于发挥有铁芯永磁电机大推力的优势,也可以使轨道中央更简洁。
9、与现有轮轨轨道兼容。轨道的顶部与现有的工字钢轨可以很好的衔接起来,能与现有铁路互通,这种轨道即可以行使磁浮轮轨列车,又可以行使常规轮轨列车。
10、更安全。由于工字钢轨的上下轭板和翼板把水平导向轮防护住,防止上下和左右脱离轨道,在时速接近音速情况下仍会很安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的平顶工字悬浮钢轨的横截面结构示意图。
图2是本发明的圆弧顶工字悬浮钢轨的横截面结构示意图。
图3是本发明的工字悬浮钢轨的立体结构示意图。
图4是本发明的复合王字钢轨的横截面结构示意图。
图5是本发明的一体材料的王字钢轨的横截面结构示意图。
图6是本发明的复合王字钢轨的立体结构示意图。
图7是本发明的工字悬浮钢轨与倒π型钢轨复合成型的悬浮钢轨的横截面结构示意图。
图8是本发明的工字悬浮钢轨与工字钢轨复合成型的悬浮钢轨的横截面结构示意图。
图9是本发明的工字悬浮钢轨与倒π型钢轨间断焊接成型的悬浮钢轨的立体结构示意图。
图10是本发明的对称永磁悬浮系统的工作原理结构示意图。
图11是本发明的对称永磁悬浮系统的整体结构示意图。
图12是本发明的铺设复合王字钢轨的轨道结构示意图。
图13是本发明的铺设复合π底工字悬浮钢轨和无铁芯驱动线圈的轨道结构示意图。
图14是本发明的永磁悬浮系统和无铁芯直线电机的复合王字钢轨的轨道结构示意图。
图15是本发明的复合π底工字悬浮钢轨侧面设置有导磁铁芯牵引线圈的轨道结构示意图。
图16是本发明的复合王字钢轨和中央设置无铁芯牵引线圈的永磁悬浮列车轨道系统的结构示意图。
图17是本发明的复合王字钢轨的永磁悬浮列车轨道系统的立体结构示意图。
图18是本发明的复合王字钢轨的真空管道超高速永磁悬浮列车轨道系统结构示意图。
图19是本发明的π底复合圭字悬浮钢轨的永磁悬浮列车轨道系统的结构示意图。
图20是本发明的吊挂式工字钢轨和有导磁铁芯牵引线圈的永磁悬浮列车轨道系统结构示意图。
图21是本发明的L型双通道快速永磁悬浮列车轨道交通系统的结构示意图。
图22是图21的局部放大图。
图23是本发明的T型四通道综合快速永磁悬浮列车轨道交通系统的结构示意图。
图24是本发明的E字型钢轨的横截面结构示意图。
图25是本发明的槽型钢轨的横截面结构示意图。
图26是本发明的槽型钢轨的立体结构示意图。
图27是本发明的背靠背铺设的槽型钢轨或E字型钢轨的轨道结构示意图。
图28是本发明的铺设朝内开口的槽型钢轨的轨道结构示意图。
图29是本发明的铺设朝外开口的槽型钢轨和有铁芯直线电机的轨道结构示意图。
图30是本发明的一种拓展对称永磁悬浮系统的工作原理结构示意图。
图31是本发明的另一种拓展对称永磁悬浮系统的工作原理结构示意图。
图32是本发明的吊挂工字钢轨和外置有导磁铁芯牵引线圈的永磁悬浮列车轨道的结构示意图。
图33是本发明的复合土底工字悬浮钢轨和有磁铁滑座有导磁铁芯直线电机驱动的永磁悬浮轨道结构示意图。
图34是本发明的复合圭字钢轨和有增力机构及上下稳定臂永磁悬浮轨道结构示意图。
图35是本发明的具有拱形台顶工字悬浮钢轨的横截面结构示意图。
图36是本发明工字悬浮钢轨演变成土字钢轨的横截面结构示意图。
图37是本发明的复合圭字钢轨的横截面结构示意图。
图38是本发明的复合具有拱形台顶和土字钢轨的横截面结构示意图。
图39是本发明一种L型吊轨永磁悬浮列车轨道系统。
图中:1-工字悬浮钢轨,1’-工字钢轨,2-上轭板,3-下轭板,4-腰板,5-导向面,6-轨头,7-支撑钢轨的立板,8-轨底,9–倒T型钢轨,10-倒π型钢轨,11-连接弯板,12-上集磁板,13-悬浮永磁体,14-下集磁板,15-永磁悬浮组件,16-永磁悬浮系统,17-磁力间隙,18-导向轮,19-集磁板的凸台,20-轴承及轴承座,21-轮轴,22-紧固件,23-路基或箱梁,24-轨枕,25-轨道基础预埋件,26-垫板,27-压板,28-牵引线圈,29-绝缘板,30-绝缘座,31-导磁板,32-传感器,33-牵引永磁体,34-导磁铁芯,35-直线电机线圈绕组,36-导磁基座,38-列车,39-列车转向架,40-真空管道,41-翼板,42-立板,43-弯臂,44-定位台,45-E型钢轨,46-连接孔,47-槽型钢轨,48-C型钢轨,49-倒L型支架,50-防护罩,51-T型支架,52-导电轨,53-土型钢,54-连杆,55-上稳定臂,56-伸缩机构,57-磁铁滑座,58-绝缘柱,59-L型支架,60-横梁,61-空气弹簧,62-轴承支架,63-下稳定臂,64-电机,65-增力机构,66-辅助支撑轮,68-受电弓。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1和图3所示,一种工字悬浮钢轨1,整体截面为工字型,其材料为导磁材料,如工业纯铁或钢铁,所述工字悬浮钢轨1由上轭板2和下轭板3及竖直设置在中间的腰板4组成,腰板4将上轭板2和下轭板3在中部位置连接成一体,上轭板2的顶部的表面可以为平面,上轭板2和下轭板3的左右宽度和厚度基本相等,该截面沿直线或曲线延伸而成的工字钢轨。
同样的,根据实际施工需要,上轭板2和下轭板3的左右宽度也可以是不等宽度,厚度也可以是不等厚度。
水平的上轭板2和下轭板3为便于制造,侧面可以设置斜度,斜度为2度到15度之间为宜。采用铸造方式时末端可以设置铸造圆角。对于焊接件可以是平板,末端允许保留尖角。
如图2所示,前述的工字悬浮钢轨1的上轭板2的顶部也可以是向外凸出的圆弧曲面,为弧面的导向面时成为轨头6,轨头6与现有的高速铁路的工字钢轨顶部的轨头吻合,这样便于与既有的高速铁路的工字钢轨兼容。
如图4和图6所示,前述的悬浮钢轨由上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒T型钢轨9组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,下部的倒T型钢轨9为非导磁材料,如不锈钢、铬锰钢等,焊接成为一体,整体截面为王字型,该截面沿直线或曲线延伸而成的复合王字钢轨。
如图5所示,前述的上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒T型钢轨9也可以是一种导磁材料,所述工字悬浮钢轨1和倒T型钢轨9设置成一体式结构,即整体截面为王字型,也可以表述为相应的下轭板3演变成为翼板41,最下方的与轨道固定的底面延伸为轨底8,该截面沿直线或曲线延伸而成的王字型悬浮钢轨。
前述的悬浮钢轨由上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒T型钢轨9组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,该截面沿直线或曲线延伸而成的工字钢轨。下部的倒T型钢轨9为非导磁材料,下部的倒T型钢轨9可以每间隔一段距离与上部的工字悬浮钢轨1的下轭板3通过焊接或其他连接工艺固定连接在一起。
如图7和图9所示,前述的悬浮钢轨由上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒π型钢轨10组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,下部的倒π型钢轨10为非导磁材料或导磁材料。下部的倒π型钢轨10相当于前述的倒T型钢轨9具有两个竖直的支撑钢轨的立板7,这样可以减轻重量增强稳定性。上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒π型钢轨10为完整连续的钢轨,通过焊接或其他连接工艺固定连接在一起,该截面沿直线或曲线延伸而成的悬浮钢轨。
如图9所示,上部的连续的工字悬浮钢轨1下面间隔一段距离固定连接一段倒π型钢轨10,每段π型钢轨10倒过来放置,上部的两个支撑钢轨的立板7与连续的工字悬浮钢轨1的下轭板3的底部焊接固定连接在一起。
如图8所示,前述的悬浮钢轨由上部的工字悬浮钢轨1和下部的工字钢轨1’组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,结构与前述的工字悬浮钢轨1相同,下部的工字钢轨1’为非导磁材料或导磁材料,下部的工字钢轨1’顶部的平板等于或短于(个别情况下可略宽于工字悬浮钢轨1的下轭板3,以上情况均应考虑到本发明技术方案中)上部的工字悬浮钢轨1,并与上部的工字悬浮钢轨1底部焊接在一起。
上部的工字悬浮钢轨1和下部的工字钢轨1’为完整连续的钢轨,通过焊接或其他连接工艺固定连接在一起,该截面沿直线或曲线延伸而成的悬浮钢轨。
前述的连续的工字悬浮钢轨1下面间隔一段距离固定连接一段工字钢轨1’,每段工字钢轨1’与上部连续的工字悬浮钢轨1的底部焊接固定连接在一起。
如图35所示,工字悬浮钢轨1的上轭板2的顶部也可以是向外凸出的拱形台,拱形台的顶面为圆弧形,拱形台左右宽度小于工字悬浮钢轨1的上轭板2的宽度,为拱形台的导向面时成为轨头6,轨头6与现有的高速铁路的工字钢轨顶部的轨头吻合,这样便于与既有的高速铁路的工字钢轨兼容。
如图36所示,所述工字悬浮钢轨1的腰板4凸出并向上延伸至所述上轭板2的上部,所述上轭板2演变成翼板41,所述下轭板3延伸成轨底8,所述悬浮钢轨的整体截面为土字型。
如图37所示,前述的悬浮钢轨由上部的具有拱形台的工字悬浮钢轨1和下部的倒T型钢轨9组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,该截面沿直线或曲线延伸而成的带有拱形台的工字钢轨。下部的倒T型钢轨9为非导磁材料或导磁材料,下部的倒T型钢轨9可以每间隔一段距离或完整连续的与上部的工字悬浮钢轨1的下轭板3通过焊接或其他连接工艺固定连接在一起。
如图38所示,前述的悬浮钢轨由上部的具有拱形台的工字悬浮钢轨1和下部的土字型钢轨组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,该截面沿直线或曲线延伸而成的拱形台的工字钢轨。下部的土字型钢轨为非导磁材料或导磁材料,下部的土字型钢轨可以每间隔一段距离或完整连续的与上部的工字悬浮钢轨1的下轭板3通过焊接或其他连接工艺固定连接在一起。
上述的各种悬浮钢轨的变体形式,均是在工字形的基础上增加附属件,在上或下部出头或上下同时出头,如土,干,串等形状,翼板的设置为一对及一对以上,如在此基础上再演变类似形式应都视为雷同结构。
如图10所示,本发明提供一种对称永磁悬浮系统16,在中部设置工字悬浮钢轨1,工字悬浮钢轨1为导磁材料,工字悬浮钢轨1由上轭板2和下轭板3及竖直设置在中间的腰板4组成,腰板4将上轭板2和下轭板3在中部位置连接成一体,工字悬浮钢轨1两侧对称设置永磁悬浮组件15,永磁悬浮组件15由上集磁板12和下集磁板14及之间的悬浮永磁铁13组成,上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的距离与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3之间的距离相等。左右永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的左右端面与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3的左右端面的磁力间隙17相等,此时左右永磁悬浮组件15对中间的工字悬浮钢轨1的磁吸力相等,此时左右磁力相互抵消。这里所述的相等指最佳效果时的尺寸参数应相等,实际加工中是不可能做到完全相等的,因此稍大或稍小些都属于本发明的保护范围。
对称永磁悬浮系统16工作原理如下:左侧永磁悬浮组件15的悬浮永磁铁13的磁力线如图10所示,左侧的悬浮永磁铁13在外部由N极流出,经过上集磁板12斜向上指向工字悬浮钢轨1上轭板2,再经过腰板4向下流出下轭板3,斜向下指向下集磁板14,流回悬浮永磁铁13的S极。另一侧对称的永磁悬浮系统的磁力线可以是对称设置,也可以是如图相反的设置。
当左右永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的左右端面与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3的左右端面向下错开一定距离后会产生指向重合位置的回复磁吸力,也可以称作悬浮力,悬浮力的方向为向上的方向。当错开距离越大时这个指向重合位置的回复悬浮力也越大,当这个指向重合位置的回复悬浮力与左右永磁悬浮组件15及负载的总重量相等时,这个错开的位置就是平衡位置。当错开距离再继续增大时这个指向重合位置的回复悬浮力还会继续增大,增大部分的悬浮力将会指向这个平衡位置,让永磁悬浮组件15及负载向平衡位置回复,直到回复到平衡位置而保持稳定悬浮。其悬浮效果与同极相对的永久磁体的同极排斥的悬浮效果基本相同。
上集磁板12和下集磁板14的形状可以是L形,如图10所示,即一端为平板,平板的一端有集磁板的凸台19,之间由圆角或斜角过渡。集磁板的凸台19与中部的悬浮永磁铁13吸附接触。上集磁板12和下集磁板14的形状也可以为平板形。
当左右永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的左右端面与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3的左右端面的磁力间隙稍有差别时,左右磁吸力便会稍有差异,而会继续加大偏斜而失去平衡,此时需要有一套保持左右距离的磁力间隙相等的装置,防止左右偏离平衡位置。
如图11所示,现以上部为导磁材料的工字悬浮钢轨1与下部为非导磁材料的倒T型钢轨9的复合王字钢轨为例,说明本发明的对称永磁悬浮系统的整体结构。在中部设置悬浮钢轨,在工字悬浮钢轨1由上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒T型钢轨9组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,下部的倒T型钢轨9为非导磁材料,上部的工字悬浮钢轨1由上轭板2和下轭板3及竖直设置在中间的腰板4组成,腰板4将上轭板2和下轭板3在中部位置连接成一体。上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒T型钢轨9焊接成为一体,整体截面为王字型,该截面沿直线或曲线延伸而成的复合王字钢轨。工字悬浮钢轨1两侧对称设置永磁悬浮组件15,永磁悬浮组件15由上集磁板12和下集磁板14及之间的悬浮永磁铁13组成,永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的距离与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3的距离相等。连接弯板11的侧面固定连接轴承及轴承座20,轴承及轴承座20内设置轮轴21,轮轴21上设置导向轮18。导向轮18对称设置在工字悬浮钢轨1的两侧,导向轮18的外轮缘靠近或接触工字悬浮钢轨1两侧的导向面5上。由于左右水平导向轮18的限制,左右永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的左右端面与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3的左右端面之间的磁力间隙17相等。左右永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3错开一定距离后产生指向平衡位置的回复悬浮力。
在通常情况下,左右磁力间隙几乎是相等的,左右方向的磁力相互抵消掉,只剩上下方向的悬浮力。在轨道制造有误差或转弯时左右磁力间隙是稍有差别的,左右磁力相近而大部分抵消,剩余的侧向力刚好作为机械阻尼,使对称永磁悬浮系统更容易保持稳定悬浮。
如图12所示,为本发明的一种铺设复合王字钢轨的永磁悬浮轨道,在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24(或轨道板),轨枕24两侧设置有复合王字钢轨。复合王字钢轨由上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒T型钢轨9组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,下部的倒T型钢轨9为非导磁材料,焊接成为一体,整体截面为王字型,该截面沿直线或曲线延伸而成的复合王字钢轨。
轨枕24的两端的定位凹槽内设置垫板26,两个复合王字钢轨平行设置在轨枕24的两端,倒T型钢轨9的轨底8的底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨枕24两端。
如图13所示,为本发明的一种铺设π形底复合工字悬浮钢轨和牵引线圈28的轨道,其中牵引线圈28为无铁芯牵引线圈。在路基或箱梁23的顶部的两端设置轨道基础预埋件25,上面设置垫板26和绝缘座30,两侧垫板26上铺设π底复合工字钢轨,两条π底复合工字钢轨平行设置在轨道的两端,π底复合工字钢轨由上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒π型钢轨10组成,上部的工字悬浮钢轨1为导磁材料,下部的倒π型钢轨10为非导磁材料。上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒π型钢轨10为完整连续的钢轨,通过焊接或其他连接工艺固定连接在一起,该截面沿直线或曲线延伸而成的悬浮钢轨。倒π型钢轨10的轨底8底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨道两端。轨道中央固定设置竖直的牵引线圈28,主线圈平面沿竖直方向设置的牵引线圈28通过绝缘座30固定连接在轨道的中央。
如图14所示,为本发明的一种带有对称永磁悬浮系统和无铁芯直线电机的轨道。在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24,轨枕24两侧设置有复合王字悬浮钢轨。轨枕24的两端的定位凹槽内设置垫板26,两个复合王字悬浮钢轨平行设置在轨枕24的两端,轨底8底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨枕24两端。
在复合王字悬浮钢轨的两侧对称设置与上轭板2和下轭板3相对的上集磁板12和下集磁板14,上集磁板12和下集磁板14之间吸附设置有悬浮永磁体13,上集磁板12和下集磁板14和悬浮永磁体13构成总体为C型的永磁悬浮组件15。上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。对称的永磁悬浮系统与复合王字悬浮钢轨采用对称吸力悬浮原理:即左右对称的斜向磁吸力的水平分力左右刚好相互平衡,向上的分力的合力共同提供向上的悬浮力。对称吸力悬浮具有偏移量越大悬浮力越大的特点,在悬浮范围内与承载物体的重力刚好有一位置刚好平衡,这个位置即为平衡位置,可以实现自动平衡而无需控制系统的主动控制,具有无缘自稳定悬浮的特性。
在复合王字悬浮钢轨的两侧的上轭板2和下轭板3之间还设置有水平定位导向轮18,保持左右两侧永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14与复合王字悬浮钢轨两侧的上轭板2和下轭板3之间的磁力间隙相等,保证左右两侧的侧向悬浮力互相抵消,在几乎相等的侧向磁吸力下,导向轮在复合王字悬浮钢轨的接触摩擦力非常小,从而实现大幅度减轻摩擦阻力的效果。
每个复合王字悬浮钢轨的左右两侧都设置有水平定位导向轮18。导向轮18的外轮缘在复合王字悬浮钢轨的两侧的上轭板2和下轭板3之间的导向面5上,上轭板2和下轭板3可防止上轭板2和下轭板3在高速下脱轨。
为便于理解本发明的工作原理,附图14省去了列车的车体和悬挂结构。在轨道中央显示了无铁芯直线电机的具体结构。轨道中央设置有牵引线圈28为无铁芯牵引线圈,轨枕24的中央固定设置绝缘座30,绝缘座30上部安装主线圈平面沿竖直方向布置的牵引线圈28,牵引线圈28为无铁芯牵引线圈,无铁芯牵引线圈28的两侧由压板27和紧固件22固定连接在轨枕24的中央。绝缘座30上还可以设置传感器32。
牵引线圈28的左右两侧距离一定磁力间隙对称设置牵引永磁体33,牵引永磁体33的外部固定在导磁板31上,导磁板31和牵引永磁体33再连接在列车上与两侧相距一定距离的牵引线圈28一起构成双边无铁芯直线永磁电机。直线电机驱动线圈采用无铁芯牵引线圈,可以消除侧向电磁吸引力的影响,同时减轻铁损和涡流损失。
牵引永磁体33的磁极的排列方式也可以是沿行进方向呈NSNS交替排列。具体排列方式可以是等间距平行排列方式↑↓↑↓。
牵引永磁体33的磁极的排列方式还可以是HALBACH阵列永磁体,即磁场沿走行方向的垂直方向的充磁方向为→↓←↑→↓←,HALBACH阵列牵引永磁体33具有单边磁场最强的特性,其最大磁场强度的方向指向无铁芯牵引线圈设置,此时导磁板31可以采用非导磁材料。
如图15所示,为本发明的一种安装有铁芯直线电机的复合工字悬浮钢轨1。在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24,轨枕24两侧设置有π底复合工字悬浮钢轨。π底复合工字钢轨由上部的工字悬浮钢轨1和下部的倒π型钢轨10组成,上部的工字钢轨为导磁材料,下部的倒π型钢轨10为非导磁材料。倒π型钢轨10上部的两个支撑钢轨的立板7与上部的连续的工字悬浮钢轨1的下轭板3的底部焊接在一起。轨枕24的两端的定位凹槽内设置垫板26,两个复合工字悬浮钢轨平行设置在轨枕24的两端,轨底8底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨枕24两端。
图15左侧显示对称吸力悬浮系统的具体结构。在π底复合工字钢轨的两侧对称设置与上轭板2和下轭板3相对的上集磁板12和下集磁板14,上集磁板12和下集磁板14之间吸附设置有悬浮永磁体13,上集磁板12和下集磁板14和悬浮永磁体13构成总体为C型的永磁悬浮组件15。上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。悬浮永磁体13之间还设置导磁良好的导磁基座36。上集磁板12和下集磁板14和之间的悬浮永磁体13及中间的导磁基座36构成总体为C型的永磁悬浮组件15。两侧永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14与π底复合工字钢轨的两侧的翼板41和下轭板3之间的磁力间隙相等。
两侧永磁悬浮组件15的导磁基座36上设置导磁板31,导磁板31上设置牵引永磁体33。
两侧的π底复合工字钢轨外侧的上轭板2和下轭板3之间还设置有直线电机线圈绕组35。左右直线电机线圈绕组35与牵引永磁体33保持相等的磁力间隙。
直线电机线圈绕组35是有铁芯驱动线圈,线圈的外部安装有导磁铁芯34,导磁铁芯34固定连接在π底复合工字钢轨外侧的上轭板2和下轭板3之间或外部。还可以通过绝缘板29与π底复合工字钢轨保持电绝缘。
直线电机线圈绕组35可以在π底复合工字钢轨的两侧对称设置,如图15左侧所示。
如图15右侧所示,直线电机线圈绕组35也可以在π底复合工字钢轨的一侧设置,而和另一条轨道的直线电机线圈绕组35对称设置。
直线电机线圈绕组35也可以采用无铁芯牵引线圈28,其主线圈平面沿竖直方向布置,通过绝缘板29与π底复合工字钢轨保持电绝缘。
π底复合工字钢轨内侧的上轭板2和下轭板3之间设置有水平定位导向轮18,导向轮18两侧安装有轮轴21和轴承及轴承座20,以保持左右两侧永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14与π底复合工字钢轨的两侧的上轭板2和下轭板3之间的磁力间隙相等,并保证左右两侧的直线电机线圈绕组35与牵引永磁体33保持相等的磁力间隙,使侧向力基本互相抵消。
水平定位导向轮18的导向面可以设置在π底复合工字钢轨的上轭板2和下轭板3之间。
水平定位导向轮18的导向面也可以设置在π底复合工字钢轨的上轭板2或下轭板3的侧面。
导向轮18可以带有轮缘,如图15所示,轮缘设置在上轭板2的上方,当超载或偶尔过载时靠轮缘提供剩余承载力。对于高度安全的场合,导向轮18两端可以带有双轮缘。
有铁芯永磁直线电机采用左右对称安装结构,有铁芯永磁直线电机的电磁吸力会左右互相抵消,仍可以实现自动平衡,剩余的向上拉力还可以提供悬浮力,这种结构有利于发挥有铁芯永磁电机大推力的优势,也可以使轨道中央布置更简洁。
π底复合工字钢轨和永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14及导磁基座36包在直线电机线圈绕组35的外部,有助于消除对外电磁辐射。
如图33所示,将所述永磁悬浮系统做进一步改进,悬浮钢轨采用上部为工字悬浮钢轨1和下部土字型钢轨结合的方式,(悬浮钢轨的结合方式可采用上述各种变体形式,并不局限于此),在所述连接弯板11的一侧设置有设有上稳定臂55,在另一侧悬浮钢轨上的连接弯板11的相对一侧设置下稳定臂63,上稳定臂55和下稳定臂63之间平行设置两个等长的连杆54,所述上稳定臂55和所述下稳定臂63与之间的两个平行连杆54构成相互稳定的平行四边形机构;所述连接弯板11的中部和下部设有轴承支架62,轴承支架62内设置轮轴和导向轮18,导向轮18的导向面设置在所述工字悬浮钢轨1的外部(和土字型钢轨两侧的翼板上部)。所述永磁悬浮系统16可通过导向轮18导向定位在工字悬浮钢轨1的两侧并保持左右相等的磁力间隙。在所述土字型钢轨两侧设置缠绕有直线电机线圈绕组35的导磁铁芯34,所述导磁铁芯34两侧设置与伸缩机构56相连的带有磁铁滑座57的牵引永磁体33。牵引永磁体33和连接弯板11通过空气弹簧61与列车(图中未画出)连接,通过双边有铁芯直线电机牵引列车启动、加速或减速运动。
如图34所示,悬浮钢轨采用上部为拱形台的工字悬浮钢轨1和倒T型钢轨9结合的方式,所述导向轮18通过所述轴承支架62设置在倒T型钢轨9的两侧,通过轮轴63和联轴器与电机64相连,在连接弯板11的侧面还设有增力机构65,所述轴承支架62与增力机构连接,由增力机构54控制调节导向轮18对悬浮钢轨的导向面5的接触压力。通过电机64驱动所述导向轮18带动列车的启动、加速或减速运动;所述连接弯板11上部还设有用于平衡稳定列车的空气弹簧61。所述连接弯板11的上端还设有辅助支撑轮66,可用于承担列车38负载过大时的额外负荷,保证列车瞬时超载时永磁悬浮系统16不至于超载脱落,具备超载能力并保证行车安全。
现结合附图进一步说明悬浮钢轨及永磁悬浮轨道在轨道交通中的典型应用。
如图16和图17所示,为本发明的一种复合王字钢轨永磁浮轨道及永磁浮轮轨列车轨道系统。
在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24,轨枕24两侧设置有复合王字钢轨。轨枕24的两端的定位凹槽内设置垫板26,两个复合王字钢轨平行设置在轨枕24的两端,复合王字钢轨的轨底8的底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨枕24两端,轨道上行驶列车38。
在复合王字钢轨的两侧分别设置与上轭板2和下轭板3相对的上集磁板12和下集磁板14,上集磁板12和下集磁板14之间吸附设置有悬浮永磁体13,上集磁板12和下集磁板14和悬浮永磁体13构成总体为C型的永磁悬浮组件15,上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。两侧的永磁悬浮系统与复合王字钢轨的斜向吸引力左右分力相互平衡,只有向上的悬浮力,具有无缘自稳定悬浮的特性。
列车38的左右两侧还设置轴线为竖直方向的水平导向轮18,导向轮18由轮轴21连接在列车的底部。在左右两侧复合王字钢轨之间设置水平定位导向轮18,导向轮18两侧安装有轮轴21和轴承及轴承座20。
轨道中央设置有牵引线圈28为无铁芯牵引线圈,轨枕24的中央设置绝缘座30,绝缘座30上部安装主线圈平面沿竖直方向布置的无铁芯牵引线圈,无铁芯牵引线圈的两侧由压板27和紧固件22固定连接在轨枕24的中央。轨枕24的中央的绝缘座30上设置传感器32,以便感知列车的位置及速度。
无铁芯牵引线圈的左右两侧距离一定距离等距离设置牵引永磁体33,牵引永磁体33的外部固定在导磁板31上,导磁板31和牵引永磁体33与两侧相距一定距离的无铁芯牵引线圈一起构成双边无铁芯直线永磁电机。牵引永磁体33和外部的导磁板31固定连接在列车的底部列车转向架39,牵引列车行驶。
如图18所示,为本发明的一种铺设复合王字钢轨的永磁浮轨道及真空管道永磁浮列车轨道系统。在路基或箱梁23的顶部安装了真空管道40,真空管道40内的压力仅有标准大气压力的1/100。由于轨道摩擦阻力非常小,空气阻力也非常小,可以达到非常高的速度,而且显著节能。
真空管道40的底部设置水平的平板,平板的两端的设置轨道基础预埋件25,上面设置垫板26,两侧垫板26上铺设复合工字钢轨,两条复合工字钢轨平行设置在轨道的两端,复合王字钢轨的轨底8的底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨道两端,轨道上行驶高速磁浮列车38。
在复合王字钢轨的两侧分别设置与上轭板2和下轭板3相对的上集磁板12和下集磁板14,上集磁板12和下集磁板14之间吸附设置有悬浮永磁体13,上集磁板12和下集磁板14和悬浮永磁体13构成永磁悬浮组件15,永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。两组永磁悬浮组件15和外部的连接弯板11对称设置在轨道左右两侧。
列车38的左右两侧还设置轴线为竖直方向的水平导向轮18,导向轮18由轴承及轴承座20连接在列车的底部列车转向架39。附图18中实施例为在左右两侧复合王字钢轨之间设置水平定位导向轮18。
轨道中央设置有牵引线圈28为无铁芯牵引线圈,轨道中央设置绝缘座30,绝缘座30上部安装主线圈平面沿竖直方向布置的无铁芯牵引线圈,无铁芯牵引线圈的两侧由压板27和紧固件22固定连接在轨道的中央。
无铁芯牵引线圈的左右两侧距离一定距离等距离设置牵引永磁体33,牵引永磁体33的外部固定在导磁板31上,导磁板31和牵引永磁体33与两侧相距一定距离的无铁芯牵引线圈一起构成双边无铁芯直线永磁电机。牵引永磁体33和外部的导磁板31固定连接在列车的底部列车转向架39,牵引列车行驶。
为了增大承载力,所述工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3之间,腰板的左右两侧对称设置翼板41,翼板41的数量为一对时成为复合圭字钢轨。
工字悬浮钢轨1的翼板41的数量还可以是2对及2对以上,这样可以获得不同的悬浮承载力,以便在不同的承载能力的场合下使用。
如图19所示,为本发明的π底复合圭字悬浮钢轨的永磁悬浮列车轨道系统。
与图16结构不同之处在于两侧的工字悬浮钢轨1上轭板2和下轭板3之间在腰板的左右两侧对称设置一对翼板41,翼板41的数量为2个。相对应的永磁悬浮组件15中的集磁板和之间的悬浮永磁体13数量左右也各增加一对,即三对集磁板之间吸附两对悬浮永磁体13。
在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24,轨枕24两侧设置有π底复合圭字钢轨。π底复合圭字钢轨1由上部的王字钢轨1和下部的倒π型钢轨10组成,上部的王字钢轨为导磁材料,下部的倒π型钢轨10为非导磁材料。倒π型钢轨10上部的两个支撑钢轨的立板7与上部的连续的王字钢轨的下轭板3的底部焊接固定连接在一起。轨枕24的两端的定位凹槽内设置垫板26,两个复合圭字钢轨平行设置在轨枕24的两端,复合王字钢轨的轨底8的底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨枕24两端,轨道上行驶列车38。
在复合圭字钢轨的两侧分别设置与上轭板2和下轭板3、翼板41相对的上集磁板12和下集磁板14,上集磁板12和下集磁板14之间吸附设置有悬浮永磁体13,上集磁板12和下集磁板14和悬浮永磁体13构成总体为E型的永磁悬浮组件15,上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。
由于载重量大,轨道中央还设置有左右对称的直线电机线圈绕组35,直线电机线圈绕组35的外部安装有导磁铁芯34,导磁铁芯34固定连接在轨道中部的竖直的轨道立板42上,通过绝缘板29与轨道立板42保持电绝缘。列车38的底部中央设置牵引永磁体33,左右直线电机线圈绕组35及导磁铁芯34等间距对称设置在牵引永磁体33的两侧。左右直线电机线圈绕组35及导磁铁芯34与牵引永磁体33保持相等的磁力间隙,共同组成有铁芯直线牵引电机,牵引列车行驶。
本发明的复合工字悬浮钢轨可以倒立设置。
如图20所示,为本发明的一种吊挂式工字轨道。在路基或箱梁23的下部设置轨枕24,轨枕24两侧向下突出设置立板42,两个工字悬浮钢轨1平行设置在立板42的底平面,工字悬浮钢轨1的上平面设置连接孔,由紧固件22固定在轨道两端,轨道上倒立悬挂行驶列车38。轨道中央下方设置有直线电机线圈绕组35。直线电机线圈绕组35是有铁芯驱动线圈,直线电机线圈绕组35的外部安装有导磁铁芯34,导磁铁芯34固定连接在轨道中央两侧的立板42之间。两个有铁芯直线电机线圈绕组35沿轨道中心对称设置。
在工字悬浮钢轨1的两侧分别设置与上轭板2和下轭板3相对的上集磁板12和下集磁板14,上集磁板12和下集磁板14之间吸附设置有悬浮永磁体13,上集磁板12和下集磁板14和悬浮永磁体13构成永磁悬浮组件15,上集磁板12和下集磁板14由外部的连接弯板11固定连接。两侧的永磁悬浮系统与工字悬浮钢轨1的斜向吸引力左右分力相互平衡,只有向上的悬浮力,具有无缘自稳定悬浮的特性。
列车的左右两侧还设置轴线为竖直方向的水平导向轮18,导向轮18由轮轴21安装在列车顶部。附图中实施例为在左右两侧工字悬浮钢轨1之间设置水平定位导向轮18,导向轮18两侧安装有轮轴21和轴承及轴承座20。水平定位导向轮18的外轮缘接触或靠近工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3之间的导向面5,保持左右两侧的磁力间隙17基本相等。
列车38顶部设置牵引永磁体33,牵引永磁体33左右两侧与有铁芯直线电机线圈绕组35的磁力间隙17相等,牵引永磁体33的底部固定在列车上,牵引永磁体33与两侧相距一定磁力间隙的直线电机线圈绕组35和导磁铁芯34一起构成双边有铁芯直线永磁电机,牵引列车行驶。
如图21所示,为本发明的一种L型双通道综合快速永磁悬浮列车轨道交通系统。
在人流密度较高的城市道路两侧的甬道上架设钢制倒L型支架49,倒L型支架49顶部向道路侧延伸出横梁,立柱顶部铺设路基或箱梁23,箱梁23的上部铺设密闭的真空管道40,真空管道40内铺设如图18所示的复合王字钢轨的永磁悬浮轨道系统,两条复合工字钢轨平行设置在轨道的两侧,轨道上行驶高速磁浮列车38,构成真空管道永磁悬浮列车轨道系统。真空管道40内的气压仅有标准大气压力的1/15-1/1000,可以达到非常高的速度。
如图21和22所示,倒L型支架49的延伸梁轨道的下部铺设一条倒置的王字钢轨,王字钢轨整体采用导磁材料的王字钢轨,在王字钢轨的两侧分别设置永磁悬浮组件15,永磁悬浮组件15固定在列车38的顶部列车转向架39,与王字钢轨形成向上的悬浮力,悬挂列车38在轨道上行驶。王字钢轨的上部腰板4左右两侧对称设置有铁芯直线永磁电机,有铁芯直线永磁电机的直线电机线圈绕组35和导磁铁芯34通过绝缘板29与腰板4保持电绝缘。列车的左右两侧还设置上下两层水平导向轮18,导向轮18安装在列车顶部。水平定位导向轮18的外轮缘接触或靠近王字钢轨的腰板4或支撑钢轨的立板7两侧的导向面5,保持左右两侧的磁力间隙基本相等,并保持稳定。列车38的顶部在导磁铁芯34的侧面距离一定间距设置牵引永磁体33,左右直线电机线圈绕组35和导磁铁芯34与牵引永磁体33保持相等的磁力间隙,共同组成有铁芯直线牵引电机,牵引列车行驶。吊轨列车悬空在地面交通车辆的上部空间,可以跨越地面的公交大巴和轿车在上部快速行驶而不会与地面公交系统发生相撞避免互相干扰,可以充分利用地面以上的空间,可以和地铁一样运行独立的信号系统,与地面交通形成不同速度梯度的立体空间运输系统。
如图23所示,为本发明的一种T型四通道快速磁浮轨道综合交通系统。
在人口稠密的大都市的宽阔的道路中央的绿化带上架设钢制T型支架51,T型支架51顶部向两侧延伸铺设路基或箱梁23,箱梁23的上部铺设密闭的真空管道40,真空管道40内铺设前述的复合王字钢轨的永磁悬浮列车轨道系统,两条复合王字钢轨平行设置在轨道的两侧,轨道上行驶高速磁浮列车38,构成真空管道永磁悬浮列车轨道系统。
箱梁23的下部铺设倒置的王字钢轨的永磁浮轨道,两条王字钢轨平行设置在轨道的两侧,王字钢轨可以采用整体导磁材料的王字钢轨,也采用工字悬浮钢轨1。轨道上吊挂设置列车38,中部设置双边无铁芯直线永磁电机,牵引列车行驶。吊轨列车悬空在距离地面2米5以上的上部空间,可以跨越地面的公交大巴和轿车上部快速行驶而不会与地面公交系统互相干扰,可以充分利用地面以上的空间,与地面空间形成不同速度梯度的运输系统。地面公交大巴在时速50公里以内的速度行驶,T型四通道底层吊轨空中客车以时速80公里在市区内行驶,站间距在1-2公里,大量吸纳乘客,出市区后在市郊区间以速度200公里以内的速度行驶,站间距在5-10公里。上部的真空管道超高速列车在市区内以时速200公里行驶,出市区后在市郊区间以速度1200公里以内的速度行驶,站间距在100-200公里,形成全方位的多速度梯度快速运输系统,运输能力超过现有地铁和高铁运输系统。
如图39所示,为本发明的一种L型吊轨磁浮列车轨道系统。
在城市道路两侧的甬道上架设钢制L型支架59,L型支架59顶部向道路侧延伸设置横梁60,横梁60的底部吊挂铺设轨道板,轨道板的下部两端铺设两条倒置的悬浮钢轨,悬浮钢轨整体采用导磁材料的王字钢轨,在王字钢轨的两侧分别设置永磁悬浮组件15,永磁悬浮组件15通过空气弹簧61软性连接在悬挂列车38的顶部的列车转向架39上,永磁悬浮组件15对称设置在王字钢轨的两侧形成向上的悬浮力,悬挂列车38在轨道上行驶。王字钢轨的工字钢轨的上部腰板4左右两侧对称设置有导向轮18,导向轮18安装在悬挂列车38顶部。水平定位导向轮18的外轮缘接触或靠近王字钢轨的腰板4两侧的导向面5,保持左右两侧的磁力间隙基本相等,并保持稳定。王字钢轨的腰板4两侧设置绝缘柱58,绝缘柱58上固定连接导电轨52。列车38的顶部设置电机64,列车38的顶部还设置受电弓68,受电弓68与导电轨52滑动接触,将轨道电力传导给电机64,电机64带动导向轮18在需要行走时,导向轮18通过增力机构65增大与导向面5的接触压力,导向轮18由电机64驱动旋转牵引悬挂列车38在轨道上行驶。在速度达到需要的速度后,与导向轮18两侧的轴承及轴承座20相连的增力机构65撤掉压力,导向轮18则轻微接触王字钢轨的腰板4两侧的导向面5,低摩擦向前滑行。
基于对称吸力悬浮的原理,本发明的拓展结构如下:
工字悬浮钢轨1可以拆分为对称的槽型钢轨47,王字钢轨可以拆分为对称的E型钢轨45,组成等同于工字悬浮钢轨1和王字钢轨的结构。
如图24所示,E型钢轨45的截面为E字型,E字钢轨由上轭板2、中部的翼板41、下轭板3及一侧的腰板4构成。上轭板2、下轭板3及中部的翼板41的长度相等,端面在同一个平面。
如图25和图26所示,槽型钢轨47的截面为“匚型”,槽型钢轨由竖直的腰板4和水平的上轭板2、下轭板3构成。为便于加工,竖直的轨腰4的平面端的上部和下部设置向外侧凸起的定位台44,上轭板2和下轭板3之间的轨腰4的侧面设置导向面5,导向面5的表面为平面或弧面。定位台44和腰板4位置可以设置连接孔46,便于固定连接。
如图27所示,为本发明的一种铺设槽型钢轨或E型钢轨的轨道。在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24,轨枕24两侧向上突出设置立板42,如图24左半部所示,立板42的两端背靠背设置槽型钢轨47。槽型钢轨47的上轭板2和下轭板3水平朝外设置,腰板4由紧固件22固定在轨枕24两端的立板42上。如图27右半部所示,立板42的两端背靠背设置E型钢轨45,E型钢轨45的上轭板2、翼板41和下轭板3水平朝外设置,腰板4由紧固件22固定在轨枕24两端的立板42上。
轨道中央设置竖直的无铁芯驱动线圈,主线圈沿竖直方向的无铁芯牵引线圈28通过绝缘座30固定连接在轨枕24的中央。
如图28所示,为本发明的一种铺设槽型钢轨的轨道。
在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24,轨枕24两侧向上突出设置4个立板42,立板42的连接面固定连接设置槽型钢轨47的腰板4,两个槽型钢轨47开口相对由紧固件22固定在轨枕24两端的立板42上。两个槽型钢轨47的上轭板2和下轭板3水平朝外并开口相对成对设置在一起,相距一定距离。
如图29所示,为本发明的一种带有铁芯直线电机的对称槽型轨道。
前述的两个背靠背的槽型钢轨47的距离可以加大设置在轨道的两端,即在路基或箱梁23的顶部设置轨枕24,轨枕24两侧设置竖直安装面。两个槽型钢轨47背靠背设置在轨枕24的两端,上轭板2和下轭板3水平朝外设置,腰板4由紧固件22固定在轨枕24两端。腰板4背部设置凸起的导向定位面5。槽型钢轨47的腰板4由紧固件22固定设置导磁铁芯34和直线电机线圈绕组35,槽型钢轨47内的直线电机线圈绕组35和导磁铁芯34设置在上轭板2和下轭板3之间,左右对称设置在轨道两端。
本发明的对称永磁悬浮系统也可以是以下结构:
如图30所示,在中部设置工字悬浮钢轨1,工字悬浮钢轨1为导磁材料,工字悬浮钢轨1由上轭板2和下轭板3及竖直设置在中间的腰板4组成,腰板4将上轭板2和下轭板3在中部位置连接成一体,工字悬浮钢轨1两侧对称设置永磁悬浮组件15,永磁悬浮组件15由导磁板31和上下两端的悬浮永磁体13组成,悬浮永磁体13的磁场方向水平设置,也可以与水平面形成一定角度,角度在0-60度之间,导磁板31由外部的连接弯板11固定连接。永磁悬浮组件15的上下两端的悬浮永磁体13的端面距离与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3端面之间的距离相等。左右永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的左右端面与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3的左右端面的磁力间隙17相等,此时左右永磁悬浮组件15对中间的工字悬浮钢轨1的磁吸力相等,左右磁力分力相互抵消,只有向上的悬浮力。
如图31所示,在C型钢轨48的下方开口的中央略向下位置设置悬浮永磁体13,悬浮永磁体13的磁场方向沿水平或竖直方向,悬浮永磁体13的左右端面与C型钢轨48的开口端面的磁力间隙17相等。为保证左右磁力间隙相等,与悬浮永磁体13滑动连接有上下双层导向轮18,外缘接触或靠近C型钢轨48的左右侧壁。C型钢轨48对中间的悬浮永磁体13的左右磁吸力刚好相等,此时左右磁力相互抵消,只有向上的悬浮力。
如图32所示,为本发明的倒置复合工字悬浮钢轨的列车轨道系统。
在路基或箱梁23的底部两侧平行设置有工字钢轨,下轭板3延伸成为轨底8。路基或箱梁23的底部的两端的定位凹槽内设置垫板26,两个工字钢轨的轨底8底平面靠在垫板26上,轨底8两端由压板27和紧固件22固定在轨道两端,轨道上吊挂行驶列车38。
如图32左半部所示,倒置的工字钢轨的轨头6的两侧对称设置L形上集磁板12和悬浮永磁体13,上集磁板12为L形,向下有凸起的集磁板的凸台19,集磁板的凸台19下部吸附悬浮永磁体13,悬浮永磁体13下部吸附下集磁板14,两侧L形上集磁板12和悬浮永磁体13由下集磁板14连接为一个开口向上的C形永磁悬浮组件15。永磁悬浮组件15的上集磁板12侧面与工字钢轨的轨头6左右两侧的磁力间隙17相等,左右磁力分力相互抵消,而只存在向上的悬浮力。
如图32右半部所示,倒置的工字钢轨的轨头6的两侧对称设置上集磁板12,上集磁板12为U形,U形上集磁板12开口朝向工字钢轨,上部的端面靠近工字钢轨的轨头6的两侧端面,下部的集磁板的凸台19端面之间设置悬浮永磁体13。工字钢轨的左右对称设置的U形上集磁板12与下部的悬浮永磁体13连接为一个开口向上的C形永磁悬浮组件15。永磁悬浮组件15的上集磁板12侧面与工字钢轨的轨头6左右两侧的磁力间隙17相等。
工字钢轨的轨头6下部的C形永磁悬浮组件15向下移动时,左右上集磁板12的侧面与靠近的工字钢轨的轨头6之间形成对称的斜向上方磁吸拉力,磁吸拉力的左右分力彼此平衡,向上的磁吸拉力分力共同形成向上的自动稳定的悬浮力。这种工字钢轨对称永磁悬浮结构可以应用在载荷要求不大的场合。
列车38上部弯臂43位于上集磁板12的上方设置导磁板31,导磁板31上设置牵引永磁体33。
两侧的工字钢轨的腰板4外侧设置有导磁铁芯34,导磁铁芯34内部镶嵌直线电机线圈绕组35。左右直线电机线圈绕组35和导磁铁芯34在工字钢轨的外侧相对轨道中线对称设置。左右导磁铁芯34与牵引永磁体33能够保持相等的磁力间隙,是由位于两侧的工字钢轨内部的左右水平导向轮18定位限制的。
导磁铁芯34与工字钢轨的腰板4之间通过绝缘板29与工字钢轨保持电绝缘。
导磁板31和牵引永磁体33与两侧相距一定距离的直线电机线圈绕组35和导磁铁芯34一起构成单边有铁芯直线永磁电机,牵引列车行驶。
前述的牵引永磁体33和导磁板31可以通过调节机构滑动连接在列车38上,或者安装在列车转向架39上,便于调节牵引电机的磁力间隙。
前述的水平导向轮18和轮轴21通过调节机构滑动连接在列车38上,或者安装在列车转向架39上,以便于调节水平导向轮18与轨道的间隙,以便调节左右永磁悬浮组件15的磁力间隙17。
根据实际需要,永磁悬浮组件15的上集磁板12和下集磁板14的距离与工字悬浮钢轨1的上轭板2和下轭板3的距离也可以不必严格相等,以便获得需要的悬浮效果。
工字悬浮钢轨1的腰板4、上轭板2及下轭板3与翼板41之间的导向面5设置耐磨板,以便延长使用寿命。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (19)

1.一种永磁悬浮轨道,其特征在于:在路基或箱梁(23)的顶部或底部的轨道两侧设置悬浮钢轨,所述悬浮钢轨具有如下结构:
所述悬浮钢轨为整体截面为工字型的工字悬浮钢轨(1),其材料为导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)由上轭板(2)和下轭板(3)及竖直设置在中间的腰板(4)组成,所述腰板(4)将所述上轭板(2)和所述下轭板(3)在中部位置连接成一体,所述上轭板(2)的顶部的表面为平面或弧面或凸出的拱形台;当所述上轭板(2)的顶部的表面为弧面或拱形台时称为轨头(6),所述上轭板(2)和所述下轭板(3)的左右宽度和厚度基本相等,所述悬浮钢轨的截面沿直线或曲线延伸而成工字钢轨;所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒T型钢轨(9)或倒π型钢轨(10)或工字钢轨(1’)或土字钢轨;
左右两条悬浮钢轨由紧固件(22)平行固定设置在轨道的两端;轨道通过绝缘板(29)或绝缘座(30)或直接固定设置直线电机的牵引线圈(28);
所述牵引线圈(28)的安装方式包括下列方式之一或其组合:
a、所述牵引线圈(28)为无铁芯牵引线圈,通过绝缘座(30)固定连接在轨道的中央或两侧;
b、所述牵引线圈(28)为嵌入导磁铁芯(34)的直线电机线圈绕组(35),通过绝缘板(29)或直接固定连接在所述工字悬浮钢轨(1)一侧或两侧;
c、所述牵引线圈(28)为嵌入导磁铁芯(34)的直线电机线圈绕组(35),通过绝缘板(29)或直接固定连接在轨道的中央或两侧。
2.根据权利要求1所述的永磁悬浮轨道,其特征在于:
所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒T型钢轨(9),所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述倒T型钢轨(9)为非导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述倒T型钢轨(9)设置在下部,所述倒T型钢轨(9)为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨(1)固定连接成截面为王字型的钢轨;当所述倒T型钢轨(9)为导磁材料时,所述工字悬浮钢轨(1)和所述倒T型钢轨(9)设置成一体式王字结构;所述悬浮钢轨的截面沿直线或曲线延伸而成的王字钢轨;
当所述工字悬浮钢轨(1)或王字悬浮钢轨是由槽型钢轨(47)或E型钢轨(45)分解组成时;
所述工字悬浮钢轨(1)分解为对称的槽型钢轨(47),所述槽型钢轨(47)的截面为“匚”型,所述槽型钢轨(47)由竖直的腰板(4)和上下端水平的轭板构成,竖直的腰板(4)的平面端的上部和下部设置向外侧凸起的定位台(44),腰板(4)的上下轭板之间设置导向面(5),导向面(5)的表面的为平面,该截面沿直线或曲线延伸而成的钢轨;
所述王字悬浮钢轨分解为对称的E型钢轨(45),所述E型钢轨(45)的截面为“E”型,所述E型钢轨(45)由竖直的腰板(4)和上下端水平的轭板构成,在所述腰板(4)中部设置翼板(41),该截面沿直线或曲线延伸而成的钢轨;
两个槽型钢轨(47)的平面端固定在轨枕(24)两端竖直的立板(42)上,左右两个槽型钢轨(47)的开口背靠背固定在轨枕(24)的两端;两个E型钢轨(45)的平面端固定在轨枕(24)两端的立板(42)上,左右两个E型钢轨(45)的开口背靠背固定在轨枕(24)的两端。
3.根据权利要求1所述的永磁悬浮轨道,其特征在于:所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒π型钢轨(10),所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述倒π型钢轨(10)为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述倒π型钢轨(10)设置在下部,所述倒π型钢轨(10)为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与上部的工字悬浮钢轨(1)固定连接在一起。
4.根据权利要求1所述的永磁悬浮轨道,其特征在于:所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为工字钢轨(1’),所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述工字钢轨(1’)为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述工字钢轨(1’)设置在下部,所述工字钢轨(1’)的平板等于或短于所述工字悬浮钢轨(1),所述工字钢轨(1’)为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨(1)固定连接在一起。
5.根据权利要求1所述的永磁悬浮轨道,其特征在于:所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为土字钢轨,所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述土字钢轨为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述土字钢轨设置在下部,所述土字钢轨为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨(1)固定连接在一起。
6.根据权利要求1所述的永磁悬浮轨道,其特征在于:所述工字悬浮钢轨(1)的腰板(4)中部设置有左右对称的翼板(41),所述翼板(41)的数量为一对或一对以上。
7.一种对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于:在永磁悬浮系统(16)的中部设置悬浮钢轨,所述悬浮钢轨具有如下结构:
所述悬浮钢轨为整体截面为工字型的工字悬浮钢轨(1),其材料为导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)由上轭板(2)和下轭板(3)及竖直设置在中间的腰板(4)组成,所述腰板(4)将所述上轭板(2)和所述下轭板(3)在中部位置连接成一体,所述上轭板(2)的顶部的表面为平面或弧面或凸出的拱形台;当所述上轭板(2)的顶部的表面为弧面或拱形台时称为轨头(6),所述上轭板(2)和所述下轭板(3)的左右宽度和厚度基本相等,所述悬浮钢轨的截面沿直线或曲线延伸而成工字钢轨;所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒T型钢轨(9)或倒π型钢轨(10)或工字钢轨(1’)或土字钢轨;
在所述工字悬浮钢轨(1)两侧对称设置永磁悬浮组件(15),所述永磁悬浮组件(15)由上集磁板(12)和下集磁板(14)及之间的悬浮永磁体(13)组成,所述永磁悬浮组件(15)的上集磁板(12)和下集磁板(14)的距离与所述悬浮钢轨的上轭板(2)和下轭板(3)的距离相等,左右所述永磁悬浮组件(15)的上集磁板(12)和下集磁板(14)的左右端面与所述上轭板(2)和所述下轭板(3)的左右端面的磁力间隙(17)相等,左右所述永磁悬浮组件(15)的上集磁板(12)和下集磁板(14)与所述工字悬浮钢轨(1)的上轭板(2)和下轭板(3)上下方向错开一定距离。
8.根据权利要求7所述的对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于:所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒T型钢轨(9),所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述倒T型钢轨(9)为非导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述倒T型钢轨(9)设置在下部,所述倒T型钢轨(9)为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨(1)固定连接成截面为王字型的钢轨;当所述倒T型钢轨(9)为导磁材料时,所述工字悬浮钢轨(1)和所述倒T型钢轨(9)设置成一体式王字结构;所述悬浮钢轨的截面沿直线或曲线延伸而成的王字钢轨。
9.根据权利要求7所述的对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于:所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为倒π型钢轨(10),所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述倒π型钢轨(10)为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述倒π型钢轨(10)设置在下部,所述倒π型钢轨(10)为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与上部的工字悬浮钢轨(1)固定连接在一起。
10.根据权利要求7所述的对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于:所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为工字钢轨(1’),所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述工字钢轨(1’)为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述工字钢轨(1’)设置在下部,所述工字钢轨(1’)的平板等于或短于所述工字悬浮钢轨(1),所述工字钢轨(1’)为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨(1)固定连接在一起。
11.根据权利要求7所述的对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于:所述悬浮钢轨的下部还设有支撑钢轨,所述支撑钢轨为土字钢轨,所述工字悬浮钢轨(1)为导磁材料,所述土字钢轨为非导磁材料或导磁材料,所述工字悬浮钢轨(1)设置在上部,所述土字钢轨设置在下部,所述土字钢轨为完整连续的钢轨或每间隔一段距离与所述工字悬浮钢轨(1)固定连接在一起。
12.根据权利要求7所述的对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于:所述工字悬浮钢轨(1)的腰板(4)中部设置有左右对称的翼板(41),所述翼板(41)的数量为一对或一对以上。
13.根据权利要求7-12任意一项权利要求所述的对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于:所述工字悬浮钢轨(1)两侧对称设置的永磁悬浮组件(15)的上集磁板(12)和下集磁板(14)由外部的连接弯板(11)固定连接,所述连接弯板(11)上直接或间接设置导向轮(18)或者上集磁板(12)和下集磁板(14)上直接或间接设置导向轮(18),所述导向轮(18)的外缘靠近或接触所述工字悬浮钢轨(1)两侧的导向面(5);所述导向轮(18)设置在所述工字悬浮钢轨(1)的导向面(5)一侧或两侧,亦或者设置在所述工字悬浮钢轨(1)外部的导向面(5)的一侧或两侧。
14.一种永磁悬浮列车轨道系统,其特征在于:基于权利要求13所述的对称永磁悬浮轨道系统,在所述永磁悬浮轨道上行驶列车(38),所述永磁悬浮组件(15)及连接弯板(11)对称设置在所述列车(38)的左右两侧或者设置在所述列车(38)的中部;所述导向轮(18)由轮轴(21)和轴承及轴承座(20)滑动连接在列车(38)上,所述导向轮(18)的外缘靠近或接触在所述工字悬浮钢轨(1)的内部或外部的导向面(5),以保持永磁悬浮组件(15)对称设置在所述工字悬浮钢轨(1)两侧。
15.根据权利要求14所述的永磁悬浮列车轨道系统,其特征在于:所述列车(38)连接与牵引线圈(28)保持一定间隙的牵引永磁体(33),所述列车(38)上的牵引永磁体(33)与轨道上的牵引线圈(28)构成永磁直线电机;所述牵引线圈(28)或者所述导磁铁芯(34)的两侧等间距设置所述牵引永磁体(33)或者通过伸缩机构(56)设置带有磁铁滑座(57)的牵引永磁体(33)。
16.根据权利要求14所述的永磁悬浮列车轨道系统,其特征在于:所述导向轮(18)设置在轴承支架(62)上通过轮轴(63)与电机(64)相连,通过电机(64)驱动所述导向轮(18)的启动、加速或减速运动;所述轴承支架(62)连接连杆(54)调节控制导向轮(18)对悬浮钢轨的导向面(5)的接触压力。
17.根据权利要求14所述的永磁悬浮列车轨道系统,其特征在于:所述连接弯板(11)的一侧设置有上稳定臂(55)或者下稳定臂(63),所述上稳定臂(55)和下稳定臂(63)之间设有连杆(54),当两个所述永磁悬浮系统(16)相对设置时,其中一个所述连接弯板(11)的一侧设置有上稳定臂(55),另一个所述连接弯板(11)的一侧设置下稳定臂(63),所述上稳定臂(55)和所述下稳定臂(63)与连杆(54)相互构成平行四边形结构;所述连接弯板(11)或上集磁板(12)和下集磁板(14)上直接或间接设有轴承支架(62),所述导向轮(18)设置在所述轴承支架(62)上。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的永磁悬浮列车轨道系统,其特征在于,所述对称永磁悬浮轨道的建设方式包括下列方式之一或其组合:
a、路基或箱梁(23)的建设形式为倒L型支架(49),倒L型支架(49)的钢制或混凝土的立柱上部一侧设置横梁,横梁的下方设置吊挂式永磁悬浮轨道系统;
b、所述路基或箱梁(23)的建设形式为倒L型支架(49),倒L型支架(49)的钢制或混凝土的立柱上部一侧设置横梁,横梁的下方设置吊挂式永磁悬浮轨道系统,横梁或立柱的上方设置永磁悬浮轨道;
c、所述路基或箱梁(23)的建设形式为T型支架(51),T型支架(51)的钢制或混凝土的立柱上部设置横梁,横梁的下方设置吊挂式永磁悬浮轨道系统,横梁的上方设置永磁悬浮轨道;
d、所述永磁悬浮轨道的外部设置真空管道(40)。
19.根据权利要求7所述的对称永磁悬浮轨道系统,其特征在于,所述永磁悬浮组件(15)及工字悬浮钢轨(1)的结构包括下列方式之一或其组合:
a、所述永磁悬浮组件(15)由外部的导磁板(31)和上下两端的悬浮永磁体(13)组成,所述悬浮永磁体(13)的磁场方向与水平面形成0-60度之间的角度,所述导磁板(31)由外部的连接弯板(11)固定连接,所述永磁悬浮组件(15)的上下两端的悬浮永磁体(13)的端面距离与所述工字悬浮钢轨(1)的上轭板(2)和下轭板(3)之间的距离相等,左右所述永磁悬浮组件(15)上下两端的悬浮永磁体(13)的端面与所述工字悬浮钢轨(1)的上轭板(2)和下轭板(3)的左右端面之间的磁力间隙(17)相等;
b、所述悬浮钢轨为C型钢轨(48)的形式时,在C型钢轨(48)的下方开口的中央位置设置悬浮永磁体(13),悬浮永磁体(13)的磁场方向沿水平或竖直方向,悬浮永磁体(13)的左右端面与C型钢轨(48)的开口端面的磁力间隙(17)相等;
c、倒置的所述工字悬浮钢轨(1)的轨头(6)的两侧对称设置上集磁板(12),上集磁板(12)为L形,向下有凸起的集磁板的凸台(19),集磁板的凸台(19)下部吸附悬浮永磁体(13),悬浮永磁体(13)下部吸附下集磁板(14);所述工字悬浮钢轨(1)的左右对称设置L形上集磁板(12)和悬浮永磁体(13),下部由下集磁板(14)连接为一个开口向上的C形永磁悬浮组件(15);永磁悬浮组件(15)的上集磁板(12)侧面与轨头(6)左右两侧的磁力间隙相等;
d、倒置的所述工字悬浮钢轨(1)的轨头(6)的两侧对称设置上集磁板(12),上集磁板(12)为U形,U形上集磁板(12)开口朝向工字悬浮钢轨(1),上部的端面靠近轨头(6)的两侧端面,下部的集磁板的凸台(19)端面之间设置悬浮永磁体(13);所述工字悬浮钢轨(1)的左右对称设置U形上集磁板(12),与下部的悬浮永磁体(13)连接为一个开口向上的C形永磁悬浮组件(15),永磁悬浮组件(15)的上集磁板(12)侧面与轨头(6)左右两侧的磁力间隙相等。
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