CN108340930B - 一种轮轨驱动及磁悬浮系统 - Google Patents

Abstract

一种轮轨驱动及磁悬浮系统，包括车体和轨道，车体的下部两侧设有轮毂；所述轮毂为可伸缩结构，通过轮毂的伸缩调节车体的上升/下降距离，进而调节车体上的磁体与相对应的斥力感应板的距离。本发明一方面能够降低阻力，通过车轮借速；另一方面，能够大大降低能耗和电耗。

Description

一种轮轨驱动及磁悬浮系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术，特别是一种轮轨驱动及磁悬浮系统。

背景技术

无论是磁悬浮列车还是真空管道列车，通常是由直线电机牵引，直线电机的一个级固定于真空管道或地面，跟轨道一直延伸到远处；另一个级安装在车体上，初级通以交流，车体就沿轨道前进。车体上装有磁体，磁体随车体运动时，使设在地面或真空管道内上的线圈（或感应板）中产生感应电流，感应电流的磁场和车体上的磁体之间产生的电磁力将车体悬浮。当车体在低速或减速的时候，由于磁场弱，感应电流小，不能将车体悬浮，现有的车体也配备了车轮装置，像飞机一样，在行进时能及时收入车体，停靠时可以放下来，支撑车体。

然而上述车轮装置存在以下缺陷：（1）车体依靠车轮在轨道上行驶时，会受到车体上的磁体与感应板之间产生的斥力的影响，导致斥力大于推力，进而使车体受到阻力影响；（2）现有的车轮不能调节伸缩长度，只是用于伸出或缩回，进而不能调节磁体与斥力感应板的间距；（3）现有的车轮只是用于支撑车体，而不能驱动车体，大多是靠直线电机驱动，大大提高电耗和能耗；（4）现有磁悬浮列车或真空列车都是带额外的刹车器，使结构复杂化；（5）现有的轨道都是封闭式结构，不仅容易落入灰尘，而且不易散热，因为轨道处有很多需要散热的电气件；（6） 轮轨损耗极高，维护耗材成本高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种降低阻力，节约能耗电耗，简化结构的轮轨驱动及磁悬浮系统。

一种轮轨驱动及磁悬浮系统，包括车体和轨道，车体的下部两侧设有轮毂；所述轮毂为

可伸缩结构，通过轮毂的伸缩调节车体的上升/下降距离，进而调节车体上的磁体与相对应的斥力感应板的距离。

本发明的设计思路是：通过将轮毂设计成伸缩结构，且伸缩长度可调，就能调节车体的上升/下降距离，即轮毂伸出，车体上升，轮毂缩回，车体下降；由于车体上设有磁体，如车体上部和车体下部都可能会设置磁体，通过调节车体的上升/下降距离就能控制磁体与斥力感应板的间距。例如车体刚启动时，处于低速状态，此时车体不会悬浮，然而车体上的磁体与斥力感应板之间仍然会产生斥力，低速状态的车体所受的推力会小于斥力，导致车体行驶受阻，增加电耗能耗，本发明通过将轮毂伸出，就能使车体上升，车体下部的磁体与斥力感应板就会增加间距，使得斥力小于推力，一方面降低阻力，便于车体行驶，并通过车轮借速，短时间加速；另一方面，节约电耗能耗，随着车体速度的增大，在低速向高速转换阶段，可逐渐缩进轮毂，使车体逐渐下降，进而逐渐缩小磁体与斥力感应板的距离，提高电磁力，使车体平稳进入悬浮状态；当进入高速时，轮毂才完全收回，车体进入悬浮状态，且轮毂收回后不会影响车体的悬浮。当车体在高速向低速转换阶段，即减速时，可将轮毂逐渐伸出，使车体逐渐靠轮毂运行至停止。

因此，上述方案带来的有益效果是：通过轮毂的伸缩控制车体的上升/下降距离，来调节车体上的磁体与斥力感应板的距离，保证车体在低速时不会受到阻力影响。

进一步，所述轮毂上设有驱动机构。这样，轮毂既起到支撑车体的作用，又起到驱动车体的作用，使得车体在未悬浮状态时，无需用直线电机驱动车体，直接通过轮毂驱动即可，大大降低能耗和电耗。驱动机构优选为电机，即在轮毂上设置电机，通过电机带动轮毂转动，电机由控制器控制，操作人员可远程控制电机转动。

进一步，所述轮毂上设有刹车机构。例如将刹车器移植到轮毂上，这样，可无需采用额外的刹车装置，大大简化结构。

进一步，所述轮毂的伸缩长度由车体的运行速度决定；在低速时，轮毂的伸出长度接近或等于伸出最大值；在低速向高速转换阶段，轮毂的伸出长度逐渐缩小；高速时，轮毂缩回，车体进入悬浮状态。

进一步，所述磁体的侧面设有导向磁体，所述轨道的内侧设有与导向磁体相对的导向斥力感应板。将导向磁体设于磁体的侧面，用于限位车体，确保车体在高速或超高速环境下稳定运行，防止车体与真空管道相撞。

进一步，所述斥力感应板与驱动线圈间隔布置，形成驱动悬浮结构。现有技术中，通常是底部设置驱动系统（如驱动线圈），仅起到驱动作用，而侧面设置悬浮导向系统，本发明优选将斥力感应板与驱动线圈间隔排布，同时起到驱动加悬浮的作用，更加便于通过调节车体的上升/下降距离，来控制车体的受阻情况，并达到低速时轮驱、高速时磁驱的目的。

进一步，所述车体的下部两侧还设有导向轮，导向轮采用收缩或偏转式结构，车体进入悬浮状态时，导向轮远离轨道。一方面能够使车体在运行偏心时，通过导向轮偏移使车体重新回到轨道上来；另一方面，能够在车体进入悬浮状态时，导向轮通过收缩或偏转远离轨道，不影响车体的磁悬浮运行。收缩和偏转式结构已是较为成熟的技术，此处不再赘述，只要能让导向轮进行收缩或偏转远离轨道即可。例如收缩可以采用与轮毂收缩相同的结构。

进一步，所述车体的下部两侧还设有可伸缩的被动轮，被动轮与导向轮、轮毂之间间隔排布。本发明的被动轮主要起到支撑车体的作用。

进一步，所述轮毂的伸缩通过液压缸、气缸或电机实现。

进一步，所述轨道包括轮接触面和感应面，轮接触面和感应面通过筋板连接。这样，既能防止轨道上积累灰尘，又能便于轨道周围的各电气件散热。

进一步，所述磁体为永磁体或电磁体。

进一步，所述斥力感应板为铝或铜感应板。铝感应板和铜感应板均具有较高的导电率，且不会与磁体产生吸引力。

进一步，所述轨道设于真空管道的下部，斥力感应板可以设在真空管道的下部和/或上部。

本发明的有益效果：

（1）通过设置轮毂可伸缩，从而调节车体的上升/下降距离，进而调节车体上的磁体与相对应的斥力感应板的距离，有效降低阻力；

（2）轮毂既起到支撑车体的作用，又起到驱动车体的作用，使得车体在未悬浮状态时，无需用直线电机驱动车体，直接通过轮毂驱动即可，大大降低能耗和电耗；

（3）轮毂上设有刹车机构，就无需设置额外的刹车器，大大简化结构，且制动效率高；

（4）车体的底部设置导向轮，能够使车体在运行偏心时，通过导向轮偏移使车体重新回到轨道上来；

（5）轨道的轮接触面和感应面通过筋板连接，既能防止轨道上积累灰尘，又能便于轨道周围的各电气件散热，并且轨道的感应面可设置斥力感应板，一轨多用，大大简化整体结构。

附图说明

图1是本发明实施例列车处于正常停车状态的结构示意图；

图2是本发明实施例列车处于低速的结构示意图；

图3是本发明实施例列车处于高速的结构示意图；

图4是本发明实施例列车在磁悬浮状态发生轻微偏心的结构示意图；

图5是本发明实施例列车在磁悬浮状态发生极限偏心的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示：一种轮轨驱动及磁悬浮系统，该轮轨驱动及磁悬浮系统用于真空列车中，

真空列车包括真空管道1和运行于真空管道1内的列车，真空管道1的内侧布置有轨道3，列车的车体2下部两侧设有轮毂4，轮毂4为可伸缩结构。

本实施例中，轮毂4由液压缸41控制伸缩，轮毂4通过伸缩杆42与液压缸41联动，控制器控制液压缸41，液压缸41带动伸缩杆42上下伸缩。车体2的车速可通过车速传感器进行检测，检测的车速信号发给控制器，再由控制器根据车速的大小来控制液压缸41的行程，进而对伸缩杆42的伸缩长度进行细分，通过轮毂4的伸缩调节车体的上升/下降距离，进而调节车体上的磁体与相对应的斥力感应板的距离。

本实施例中，车体2的下部两侧还设有导向轮5和被动轮，轮毂4、导向轮5和被动轮之间间隔布置，被动轮，轮毂4、导向轮5三者可形成一组车轮装置，本实施例车体的两侧均可设置多组车轮装置，每组之间间距500mm交替布置。其中，被动轮用于支撑车体2，被动轮的伸缩结构可与轮毂相同。导向轮5一方面能够在车体进入悬浮状态时，导向轮5通过偏转远离轨道3，不影响车体的磁悬浮运行；另一方面，能够使车体2在低速运行偏心时，通过导向轮5使车体重新回到轨道上来。导向轮5由电机51驱动，电机51由控制器控制，电机51驱动导向杆52带动导向轮5转动。低速运行时，导向轮5距离轨道间隙小，例如将导向杆5设置为带凸起53的杆体，当低速时，凸起部分靠近轨道3的感应面31，当低速下车体发生偏移时，可通过电机51对导向轮5进行调整，使车体2回到轨道3上行驶；当车体2进入悬浮状态后，通过电机51控制导向轮5转过一定的角度，即将凸起部分远离轨道，来增大导向轮5与轨道3的间隙，从而不会影响车体2的正常运行。本实施例通过轮毂4、导向轮5和被动轮的共同作用，既能够保证车体在低速时不会受到阻力影响，又能够保证车体在磁悬浮状态不会受到各个车轮的影响。

本实施例中，每个轮毂4上均设有驱动电机43，驱动电机43与轮毂4轴连接，通过驱动电机43驱动轮毂4滚动。本申请的轮毂4除了像被动轮一样起到支撑车体的作用之外，还具有驱动功能，这样，在低速时，可无需采用直线电机牵引列车，从而无需克服磁阻力，大大降低电耗能耗。

本实施例中，轮毂4上还设有刹车机构，用于对轮毂进行制动。本实施例的刹车机构为制动器，直接安装在驱动电机43上，来制动驱动电机43。

本实施例中，车体2的上部两侧对称设有上侧导向永磁体21，真空管道1上相对设置有上侧导向斥力感应板11。车体2的底部设有驱动悬浮永磁体22，即真空管道1的内侧底部相对设有驱动悬浮结构12，即斥力感应板与驱动线圈间隔布置，列车通过驱动线圈产生驱动力，通过斥力感应板产生悬浮力。另外，驱动悬浮永磁体22的两侧均设有下侧导向永磁体23，轨道3的感应面31在与下侧导向永磁体23相对的那一面设有下侧导向斥力感应板13。通过轮毂4的伸缩调节车体的上升/下降距离，进而调节车体上的上侧导向永磁体21、下侧导向永磁体23、驱动悬浮永磁体22与相对应的斥力感应板间的距离，使列车在低速的轮轨驱动下不受阻力影响。本实施例的斥力感应板为铝感应板。通过在车体的上部和下部均设置导向永磁体，能够防止列车与真空管道相撞，保证其稳定运行。

本实施例中，轨道3设于驱动悬浮结构12的两侧，轨道3包括轮接触面32和感应面31，轮接触面32和感应面31通过筋板33连接。轮接触面32用于放置轮毂、被动轮或导向轮。感应面31上设有下侧导向斥力感应板13。之所以设置筋板33，多个筋板33可间隔设置将轮接触面和感应面连接，既能防止轨道上积累灰尘，又能便于轨道周围的各电气件散热。

下面通过举例来说明本实施例的工作原理为：

（1）如图1所示：列车处于正常停车状态时，轮毂和被动轮支撑在轨道上，导向轮可处于悬空状态；驱动悬浮永磁体与驱动悬浮结构的间隙为20~40mm；

（2）如图2所示：当列车处于低速，例如时速<100公里/时，轮毂通过液压缸驱动下降50mm，此时列车车体上升50mm，使得驱动悬浮永磁体与驱动悬浮结构的间隙为70~90mm，导向轮距离轨道的感应面间隙为5~15mm；并且随着列车车速的增加，使驱动悬浮永磁体与驱动悬浮结构的间隙逐渐减小，例如刚启动时，间隙为90mm，待列车速度逐渐增大后，逐渐缩短间隙；

（3）如图3所示：当列车处于高速，例如时速≥100公里/时，列车处于磁悬浮状态，此时轮毂上升80mm，轮毂距离轨道的轮接触面为30mm；；列车的车体下降50mm，使得驱动悬浮永磁体与驱动悬浮结构的间隙为20~40mm，从而增大磁力；而导向轮通过电机控制其偏转，使得导向轮距离轨道的感应面间隙为85~95mm，从而远离轨道，不影响列车正常运行；

（4）如图4所示：当列车在磁悬浮状态发生轻微偏心时，由于上侧导向永磁体与上侧导向斥力感应板的斥力作用以及下侧导向永磁体与下侧导向斥力感应板的斥力作用，不会使导向轮、被动轮以及轮毂与轨道碰触，例如：驱动悬浮永磁体与驱动悬浮结构的最小间隙为60mm, 下侧导向永磁体与下侧导向斥力感应板之间的最小侧间隙为30mm；

（5）如图5所示：当列车在磁悬浮状态发生极限偏心时，驱动悬浮永磁体与驱动悬浮结构的最小间隙为30mm。

上述的各数值仅是本实施例的一个举例说明，并不能限定本发明。

实施例2

与实施例1的区别在于，轮毂上未设置设有驱动电机，仍旧采用列车上现有的直线电机进行驱动。轮毂只是起到支撑车体和刹车的作用，其制动器设置在轮毂上。

其他结构同实施例1。

实施例3

与实施例1的区别在于，轮毂上未设置设有刹车机构，仍旧采用列车上现有的刹车机构进行制动。

其他结构同实施例1。

实施例4

与实施例1的区别在于，车体的上部两侧对称设有上侧导向永磁体，真空管道上相对设置有上侧导向斥力感应板。车体的底部设有驱动永磁体，真空管道的内侧底部设有与驱动永磁体相对的驱动线圈。车体的下部两侧对称设有下侧导向永磁体，真空管道上设有相对的下侧导向斥力感应板。即本实施例中，是在底部设置驱动线圈，仅起到驱动作用，而侧面设置悬浮导向系统，起到悬浮和导向的作用。

本实施例的轨道可设置在下侧导向斥力感应板的外侧，也可以是内侧。

其他结构同实施例1。

实施例5

与实施例1的区别在于，铝感应板由铜感应板代替。

其他结构同实施例1。

实施例6

与实施例1的区别在于，车体的顶部设有上侧导向永磁体，而不是在对称两侧设置，空管道上相对设置有上侧导向斥力感应板。

其他结构同实施例1。

实施例7

与实施例1的区别在于，永磁体由电磁体代替。

其他结构同实施例1。

实施例8

与实施例1的区别在于，实施例1中的永磁体由永磁体和电磁体组合代替，例如：列车一节车厢上设有电磁体，另一节车厢上设有永磁体。

其他结构同实施例1。

实施例9

与实施例1的区别在于，轮毂由电机控制伸缩，轮毂通过伸缩杆与电机联动。

其他结构同实施例1。

实施例10

与实施例1的区别在于，导向轮采用偏斜收缩式结构，例如通过机械伸缩部件和侧向支撑杆实现，机械伸缩部件优选为支撑油缸伸长，伸长的一端与导向轮铰接；侧向支撑杆的一端与车体底部铰接，另一端与机械伸缩部件铰接。机械伸缩部件带动导向轮移动，并在适当位置锁定机械伸缩部件。当车体产生偏心运动时，适应调整导向轮的移动位置，使车体回到轨道上行驶；当车体进入悬浮状态时，机械伸缩部件带动导向轮远离轨道，不影响车体的正常行驶。

其他结构同实施例1。

实施例11

与实施例1的区别在于，将轮轨驱动及磁悬浮系统用于磁悬浮列车中，地面布置有轨道和驱动悬浮结构，车体的底部设有与驱动悬浮结构位置相对的驱动悬浮永磁体；驱动悬浮永磁体的两侧均设有下侧导向永磁体，轨道的感应面在与下侧导向永磁体相对的那一面设有下侧导向斥力感应板。

本实施例中，无需设置上侧导向永磁体和上侧导向斥力感应板。

其他结构同实施例1，此处不再赘述。

Claims (9)

1.一种轮轨驱动及磁悬浮系统，包括车体和轨道，车体的下部两侧设有轮毂；其特征在于，所述轮毂为可伸缩结构，通过轮毂的伸缩调节车体的上升/下降距离，进而调节车体上的磁体与相对应的斥力感应板的距离；所述车体的下部两侧还设有导向轮，导向轮采用收缩或偏转式结构，车体进入悬浮状态时，增大导向轮与轨道间隙，使导向轮远离轨道设置；当低速下车体发生偏移时，缩小导向轮与轨道间隙，使车体回到轨道上行驶。

2.根据权利要求1所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述轮毂上设有驱动机构。

3.根据权利要求1所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述轮毂上设有刹车机构。

4.根据权利要求1或2或3所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述轮毂的伸缩长度由车体的运行速度决定；在低速时，轮毂的伸出长度接近或等于伸出最大值；在低速向高速转换阶段，轮毂的伸出长度逐渐缩小；高速时，轮毂缩回，车体进入悬浮状态。

5.根据权利要求1或2或3所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述磁体的侧面设有导向磁体，所述轨道的内侧设有与导向磁体相对的导向斥力感应板。

6.根据权利要求1或2或3所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述斥力感应板与驱动线圈间隔布置，形成驱动悬浮结构。

7.根据权利要求1或2或3所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述车体的下部两侧还设有可伸缩的被动轮，被动轮与导向轮、轮毂之间间隔排布。

8.根据权利要求1或2或3所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述轮毂的伸缩通过液压缸、气缸或电机实现。

9.根据权利要求1或2或3所述的轮轨驱动及磁悬浮系统，其特征在于，所述轨道包括轮接触面和感应面，轮接触面和感应面通过筋板连接。