CN108177556B - 车用磁悬浮装置及具有其的车辆 - Google Patents

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    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/10—Combination of electric propulsion and magnetic suspension or levitation

Abstract

本发明提供一种车用磁悬浮装置及具有其的车辆。该车用磁悬浮装置包括：电机，其用于提供动力；超导电磁体组，其包括超导感应线圈及电磁体，并能够产生磁场；磁场激发部，其接入所述超导感应线圈形成回路，并能够受所述电机驱动而切割所述超导电磁体组的磁感线，以在所述回路中产生感应电流；磁场增强部，并能够受所述电机驱动而切割所述超导电磁体组的磁感线，并用于产生环形感应电流及对应的增强磁场。根据本发明的车用磁悬浮装置及具有其的车辆，通过磁场自激效应及抗磁体原理，实现了无需轨道的车辆磁悬浮效果，大大降低车辆行驶阻力，改善车辆性能。

Description

车用磁悬浮装置及具有其的车辆
技术领域
本发明涉及车辆动力领域，更具体而言，本发明涉及一种车用磁悬浮装置。
背景技术
目前，人类的代步工具车辆通常采用汽油发动机或者柴油发动机来驱动，其原理都是利用燃料在发动机内与高压气体混合燃烧产生推力并推动活塞，从而使化学能转化为机械能来为车辆提供动力。然而，此种驱动方式在驱动过程中能量损失过大，使得车辆的性能大大收到限制，若能如同磁悬浮列车一般无摩擦阻力行驶，则车辆的驱动效率将会获得极大提升。但是，磁悬浮列车的悬浮方式必须有相应的轨道予以配合，才能实现其悬浮的目的，这不便于日常汽车应用。
关于磁悬浮的形式与应用，也得到了更多的关注与发展。如，在2010年，荷兰科学家Andre Geim因利用抗磁性使一只青蛙悬浮而获得当年诺贝尔物理奖。对此而言，不同物体在磁场中所表现出来的性质各不相同，但其大体上可以分成三类：一类叫做顺磁质；一类叫做抗磁质；还有一类叫做铁磁质。举例来说，铁和镍属于铁磁质；稀土元素属于顺磁质；至于青蛙，则属于抗磁质。抗磁质物体在磁场中将表现出抗磁性。也即，当抗磁质物体被放到磁场中，抗磁体的每个原子都像一个小磁针，外界磁场对这些小磁针作用的结果产生了向上的悬浮力，若磁场的强度适当，该悬浮力与抗磁体所受重力达到平衡，则抗磁体可达到悬浮状态。此种抗磁悬浮现象的原理与让磁悬浮列车飞驶起来的电磁悬浮及永磁悬浮存在不同的磁悬浮原理。能够采用单极感应产生自激励磁场，从而使地球表面在超强磁场下产生抗磁力，进而使汽车悬浮行驶，成为亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用磁悬浮装置。
本发明的目的还在于提供一种具有该车用磁悬浮装置的车辆。
为实现前述目的，根据本发明的一个方面，提供一种车用磁悬浮装置，其包括：电机，其用于提供动力；超导电磁体组，其包括超导感应线圈及电磁体，并能够产生磁场；磁场激发部，其接入所述超导感应线圈形成回路，并能够受所述电机驱动而切割所述超导电磁体组的磁感线，以在所述回路中产生感应电流；磁场增强部，并能够受所述电机驱动而切割所述超导电磁体组的磁感线，并用于产生环形感应电流及对应的增强磁场。
可选地，所述超导电磁体组包括第一超导电磁体；其中，所述磁场激发部及所述磁场增强部环绕所述第一超导电磁体布置。
可选地，所述超导电磁体组还包括第二超导电磁体；其中，多个所述第二超导电磁体布置在所述磁场激发部及所述磁场增强部之间。
可选地，所述磁场激发部包括第一磁导盘，所述第一磁导盘的外缘及内缘分别接入所述超导感应线圈形成回路。
可选地，所述磁场增强部包括第二磁导盘，多个所述磁导盘在所述磁场增强部中叠放布置。
可选地，所述第一磁导盘和/或所述第二磁导盘表面涂覆有静电屏蔽层。
可选地，所述第一磁导盘及所述第二磁导盘受所述电机驱动而同向旋转。
根据本发明的另一方面，还提供一种车辆，其包括如前所述的车用磁悬浮装置。
根据本发明的车用磁悬浮装置及具有其的车辆，通过磁场自激效应及抗磁体原理，实现了无需轨道的车辆磁悬浮效果，大大降低车辆行驶阻力，改善车辆性能。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的车用磁悬浮装置的结构示意图。
图2是本发明的一个实施例的磁导盘磁场自激原理图。
图3为本发明的一个实施例的磁导盘磁场随转速变化图。
图4为本发明的一个实施例的车辆借助车用磁悬浮装置的行驶示意图。
具体实施方式
现在参照附图来描述本发明优选的实施方案，其中相同的标号始终用来指引相同的结构特征。
如图1所示，其示出了车用磁悬浮装置100的一个实施例。该车用磁悬浮装置100包括：用于提供动力的电机、用于产生磁场的超导电磁体组110、用于产生感应电流的磁场激发部120以及用于产生增强磁场的磁场增强部130。本实施例的车用磁悬浮装置100通过将超导电磁体组110与磁场激发部120产生的初始磁场及磁场增强部130产生的增强磁场通过单极感应原理进行自激与叠加，使得最终产生的磁场足够强大，致使地球表面在超强磁场下产生抗磁力，并最终使其与汽车的重力向抵消以便汽车能够悬浮。
更具体而言，超导电磁体组110包括超导感应线圈及电磁体，其中超导感应线圈由超导体绕制而成，由于超导线圈零电阻效应、无损耗等特点，超导电磁体组110能产生比一般电磁体更强的磁场，能提供相对更大的初始磁场。而磁场激发部120及磁场增强部130均能够受电机驱动而切割超导电磁体组110的磁感线。其中，磁场激发部120接入超导感应线圈并与其共同形成回路，使得其切割磁感线所产生的感应电流在该回路中传递。当超导感应线圈内的电流增大时，其产生磁场也会逐渐增大，从而进一步增大感应电流并增大电磁体的磁场。另外，磁场增强部130并未接入超导感应线圈回路中。因此，随着其受电机驱动而切割超导电磁体组110的磁感线，磁场增强部130的内外缘产生感应电动势，而感应电动势的产生，可导致磁场增强部130边缘新的感应电荷的出现。边缘的感应电荷以一定角速度作圆周运动，会产生圆周方向的感应电流，电流强度大小与转动角速度，电荷位置的旋转半径以及外缘电荷量的多少有关。由安培定理可知，环形电流会产生磁场。所以磁场增强部130位置会产生新的磁场，其将与超导电磁体组110的磁场叠加，继续用磁感线切割磁场激发部120及磁场增强部130，周而复始使磁场不断叠加增大。此时产生了磁场自激效应，且在达到一定转速时，磁场增强部130产生的磁场会陡然增大，产生足够强大的磁场，以对具有抗磁性的地面产生抗磁力，从而使汽车悬浮，将其行驶阻力减小，大大提升车辆性能；且其无需磁悬浮轨道，因而具有更高的自由度。
可选地，超导电磁体组110可包括第一超导电磁体111及第二超导电磁体112；其中，磁场激发部120及磁场增强部130环绕第一超导电磁体111布置，如此确保了磁场激发部120及磁场增强部130的旋转运动对第一超导电磁体111的磁感线具有较好的切割效果。且多个第二超导电磁体112布置在磁场激发部120及磁场增强部130之间，此种布置形式也使得多个第二超导电磁体112的磁感线能够被充分切割。
更具体而言，磁场激发部120包括第一磁导盘121，第一磁导盘121的外缘及内缘直接存在感应电动势及感应电流，当将其分别接入超导感应线圈形成回路时，可以为该超导感应线圈提供感应电流。
再者，磁场增强部130包括第二磁导盘131，多个磁导盘在磁场增强部130中叠放布置，如此能够产生更合理的利用空间且产生更大的磁场。
可选地，第一磁导盘121和/或第二磁导盘131表面涂覆有静电屏蔽层，进而避免第一磁导盘121和/或第二磁导盘131内、外缘可能发生的放电现象。
可选地，第一磁导盘121及第二磁导盘131受电机驱动而同向旋转。
如图2所示，其阐述了前述实施例中的车用磁悬浮装置100的磁导盘磁场自激原理图。具体而言，当磁场激发部120中的第一磁导盘121在电机带动下旋转，进而切割初始磁场B0的磁感线时，由单级感应原理可知，在第一磁导盘121内外圆产生电势差
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，式中
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为磁导盘的角速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为磁导盘的半径，当第一磁导盘121内缘与外缘与超导感应线圈连接形成回路时，在超导感应线圈中形成电流
Figure DEST_PATH_IMAGE008
,式中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为线路中的等效电阻。从而超导电磁体组110产生的磁场感应强度为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，式中
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为线圈的匝数，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为真空磁导率，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为与线圈的距离。依据前述公式可知，只要通入的电流无限大，或者线圈密度无限大，电磁铁就可以达到磁感应强度无限大。但在实际应用中，由于电磁铁内部的磁介质产生磁场的机制是内部的分子电流产生的磁场方向转向相同的方向，所以存在磁饱和问题。因此，当外加电流和线圈密度达到一定大小时，磁场就不会再进一步增加。所以设超导电磁铁最大磁感应强度为B1，当电机带动磁场增强部130中的N层第二磁导盘131旋转在磁场B1下切割磁感线时，第二磁导盘131内外缘产生电势差
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，感应电动势的产生，可导致第二磁导盘131边缘新的感应电荷的出现，正负电荷逐渐向内外缘分离。此时，可将第二磁导盘131看作一个电容器，感应电动势和感应电荷间成正比关系，所以感应电荷量可表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，式中C1为比例系数，不代表电容值。当边缘的感应电荷以
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
的角速度作圆周运动，会产生圆周方向的感应电流
Figure DEST_PATH_IMAGE025
。而由环形感应电流可产生磁场，所以在圆周内部的盘面位置将产生新的感应磁场B2，其将于原磁场叠加，增强原磁场强度，由于磁场强度与电流成正比的关系，结合比奥-萨伐尔定律，N层第二磁导盘131产生的磁场B2可以表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，式中C2为
Figure DEST_PATH_IMAGE029
的函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE029A
为与磁导盘中心的距离。新的磁场与原磁场叠加，产生新的磁场使磁导盘切割新的磁感线，产生新的电动势
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，周而复始，对于单层磁导盘的电荷量，我们整理的到迭代公式
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，设
Figure DEST_PATH_IMAGE036
得
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，由于本装置造成原理上的往复迭代性，故有：
Figure DEST_PATH_IMAGE038A
Figure DEST_PATH_IMAGE041
Figure DEST_PATH_IMAGE043
最终产生在单个磁导盘边缘区域的感应电荷q总量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
从而产生的总磁场为：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
在总磁场下，磁场使抗磁性地面电子轨道改变感生一个与外磁场方向相反的磁矩，使地面在垂直向下z方向对汽车产生抗磁力（磁化力）：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
式中，以重力加速度方向为正方向，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
为物质的磁化率；B磁场磁感应强度；
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
为空气磁导率。当抗磁力与汽车重量向当时，汽车悬浮。
图3示出了前述实施例中的磁导盘磁场随转速变化而变化的关系曲线图。由上述推导可知，当转速
Figure DEST_PATH_IMAGE054
时，磁场将爆发性增长，此时，磁导盘周围的感应磁场和感应电场强度都将迅速增至最大。在不击穿放电的情况下，理论上磁场和电场强度可以快速趋向无限大。
根据本发明的另一方面，还提供一种车辆，其应用任意前述实施例中的车用磁悬浮装置100。图4为车辆借助车用磁悬浮装置100行驶的示意图。由于抗磁性的地面对车用磁悬浮装置100产生的磁场产生了相反的磁矩，所以当车用磁悬浮装置100旋转一定角度，所受抗磁力也会随之偏转，与重力产生的合力作为车辆的驱动力使车辆横向运动。本实施例的车辆通过车用磁悬浮装置来提高了车辆的自由度及便捷度，显著减小车辆移动阻力，从而提高车辆的行驶性能，从而进一步加强车辆在未来的实用性。
以上例子主要说明了本发明的车用磁悬浮装置及具有其的车辆。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明的精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (8)

1.一种车用磁悬浮装置，其特征在于，包括：
电机，其用于提供动力；
超导电磁体组，其包括超导感应线圈及电磁体，并能够产生磁场；
磁场激发部，其接入所述超导感应线圈形成回路，并能够受所述电机驱动而切割所述超导电磁体组的磁感线，以在所述回路中产生感应电流；
磁场增强部，并能够受所述电机驱动而切割所述超导电磁体组的磁感线，并用于产生环形感应电流及对应的增强磁场。
2.根据权利要求1所述的车用磁悬浮装置，其特征在于，所述超导电磁体组包括第一超导电磁体；其中，所述磁场激发部及所述磁场增强部环绕所述第一超导电磁体布置。
3.根据权利要求2所述的车用磁悬浮装置，其特征在于，所述超导电磁体组还包括第二超导电磁体；其中，多个所述第二超导电磁体布置在所述磁场激发部及所述磁场增强部之间。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的车用磁悬浮装置，其特征在于，所述磁场激发部包括第一磁导盘，所述第一磁导盘的外缘及内缘分别接入所述超导感应线圈形成回路。
5.根据权利要求4所述的车用磁悬浮装置，其特征在于，所述磁场增强部包括第二磁导盘，多个所述第二磁导盘在所述磁场增强部中叠放布置。
6.根据权利要求5所述的车用磁悬浮装置，其特征在于，所述第一磁导盘和/或所述第二磁导盘表面涂覆有静电屏蔽层。
7.根据权利要求5所述的车用磁悬浮装置，其特征在于，所述第一磁导盘及所述第二磁导盘受所述电机驱动而同向旋转。
8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的车用磁悬浮装置。
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JPH0984214A (ja) * 1995-09-13 1997-03-28 Yaskawa Electric Corp 磁気浮上制御装置
CN1729614B (zh) * 2002-09-27 2012-12-19 悬浮工艺公司 用于悬浮磁性元件的设备和方法
CN100586756C (zh) * 2008-09-11 2010-02-03 中国人民解放军国防科学技术大学 一种磁悬浮系统悬浮控制方法
US9148077B2 (en) * 2013-03-15 2015-09-29 Arx Pax, LLC Magnetic levitation of a stationary or moving object

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