CN108482183A - 一种磁悬浮管道运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮管道运输系统，包括：直线电机、走行机构(4)、列车(8)和轮轨轨道(5)；其中，直线电机，包括：直线电机初级(2)和直线电机次级(3)；直线电机初级(2)固定于磁悬浮管道所属隧道(1)的顶部，直线电机次级(3)固定于列车(8)的顶部，用以驱动列车(8)行驶；走行机构(4)，包括：车轮；走行机构(4)设置于列车(8)的上方或下方；轮轨轨道(5)，设置于走行机构(4)下方，用于当列车(8)静止、以及在设定速度以下行驶时，与列车(8)的车轮接触，以支撑列车(8)。本发明的方案，可以降低对于悬浮力的要求，从而降低磁铁重量，节约磁铁，减轻车辆重量。

Description

一种磁悬浮管道运输系统

技术领域

本发明属于管道运输技术领域，具体涉及一种磁悬浮管道运输系统，尤其涉及一种电机置顶式超高速管道运输系统。

背景技术

超高速管道运输系统是一种无空气阻力、无摩擦的运输形式，可以是在地面或地下建一个密闭的管道，用真空泵抽成真空或部分真空。在这样的环境中运行车辆，行车阻力就会大大减小，可有效降低能耗，同时气动噪声也可大大降低，符合环保要求。

超高速管道运输系统所采用的车辆，大家公认推荐磁悬浮技术，磁悬浮技术要用到直线电机牵引，传统直线电机有带铁芯和无铁芯两种，无铁芯直线电机效率低，驱动力小，能耗大；而带铁芯直线电机效率高，驱动力大，能耗低，但是因为有铁芯的存在，直线电机初级和次级之间存在一定的电磁吸力。在斥力型磁悬浮方案中，这种电磁吸力给悬浮系统增加了负担，因此增加了成本。

可见，现有技术中，存在电磁吸力与斥力悬浮相矛盾，造成做工能耗增加、建设成本增加等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种磁悬浮管道运输系统以解决现有技术中电磁吸力与斥力悬浮相矛盾导致能耗高的问题，达到减小能耗的效果。

本发明提供一种磁悬浮管道运输系统，包括：直线电机、走行机构、列车和轮轨轨道；其中，所述直线电机，包括：直线电机初级和直线电机次级；所述直线电机初级固定于所述磁悬浮管道所属隧道的顶部，所述直线电机次级固定于所述列车的顶部，用以驱动所述列车行驶；所述走行机构，包括：车轮；所述走行机构设置于所述列车的上方或下方；所述轮轨轨道，设置于走行机构下方，用于当所述列车静止、以及在设定速度以下行驶时，与所述列车的所述车轮接触，以支撑所述列车。

可选地，所述直线电机初级，用于驱动所述直线电机次级；其中，当所述列车静止时，由所述直线电机初级驱动所述直线电机次级，使所述列车产生动力。

可选地，所述走行机构，还包括：悬浮模块和悬浮轨道；其中，所述悬浮轨道，与所述悬浮模块配套设置，且位于所述所述悬浮模块的下方；其中，当所述列车的行驶速度达到所述设定速度及以上时，所述悬浮轨道内部通过涡流感应产生内部磁场，该磁场与所述悬浮模块的磁场产生斥力，使所述列车脱离所述轮轨轨道而悬浮行驶于所述悬浮轨道的上方。

可选地，所述悬浮模块的数量为两个，两个所述悬浮模块位于所述车轮的两侧，所述车轮位于两个所述悬浮模块的中间。

可选地，所述轮轨轨道的数量为两个，两个所述轮轨轨道沿所述列车的轮轨行使线路并行铺设；所述轮轨行使线路，包括：所述列车静止时的静止段、在设定速度以下行驶时的低速行使段、以及在设定速度及以上行使时的高速行使段；所述悬浮轨道的数量为两个，两个所述悬浮轨道，并行设置于两个所述轮轨轨道的外侧。

可选地，所述悬浮轨道，仅铺设于所述列车的悬浮行使线路；所述悬浮行使线路，包括：所述列车在设定速度及以上行使时的高速行使段；和/或，所述悬浮轨道的长度，小于所述轮轨轨道的长度。

可选地，所述悬浮模块沿所述列车的宽度方向的形状，包括：弧形、三角形、长方形、L形中的任一形状。

可选地，还包括：轨道支架或直线电机副构架；其中，所述轨道支架，固定于所述隧道内壁的底部；其中，当所述走行机构和所述轮轨轨道设置于所述列车的车身顶部时，所述轮轨轨道及所述悬浮轨道固定于所述轨道支架上；所述直线电机副构架，设置在所述列车的车身顶部，用于连接所述直线电机次级；其中，当所述走行机构和所述轮轨轨道设置于所述列车的车身底部时，所述轮轨轨道及所述悬浮轨道位于所述隧道内壁的底部，所述直线电机副构架连接于所述列车和所述直线电机次级。

可选地，所述走行机构，设置于所述悬浮轨道与所述列车之间，并分别与所述列车、所述悬浮模块及所述直线电机次级连接。

可选地，所述隧道的横截面的形状，包括：圆形、方形、椭圆形中任一形状；和/或，所述轮轨轨道，包括：钢轮、橡胶轮胎、复合轮胎中任一形式的轨道。

由此，本发明的方案，通过电机置顶(即将电机放置于车辆顶部)，采用有铁芯长定子直线电机，电机的初级和次级之间可以产生一定的吸力，这样，该吸力就可以克服一定的车辆重力，当列车悬浮时，如果没有该吸力，悬浮力＝重力，而如果有了该吸力，悬浮力＝重力-电机吸力，因此，可以降低对于悬浮力的要求，从而降低磁铁重量，节约磁铁，减轻车辆重量。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的磁悬浮管道运输系统的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的磁悬浮管道运输系统的另一实施例的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-隧道；2-直线电机初级(即有铁芯长定子直线电机初级)；3-直线电机次级(即有铁芯长定子直线电机次级)；4-走行机构；5-轮轨轨道；6-悬浮模块；7-悬浮轨道；8-列车；9-轨道支架；10-直线电机副构架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。

目前具有代表性的磁悬浮技术主要有德国TR、日本低温超导、中国高温超导、HSST(High speed surface transport，超高速地面运输机)中低速磁浮技术及被动式磁悬浮技术。

其中，德国TR磁悬浮技术采用有铁芯长定子直线电机提供悬浮及牵引力，悬浮间隙10mm左右，悬浮间隙小，对牵引控制系统要求较高，牵引系统位于列车下方，为吸力型磁悬浮。日本低温超导磁悬浮技术采用超导线圈驱动及悬浮，悬浮及牵引线圈位于列车两侧，悬浮间隙大，结构稳定。中国高温超导磁悬浮利用了磁铁及超导体之间的钉扎效应，超导块材位于车上，轨道采用永磁体制作，悬浮间隙大，结构稳定，但是轨道造价高。HSST仅仅适用于中低速磁悬浮。被动式磁悬浮技术采用了永磁体和感应板之间的涡流感应产生的悬浮力，使车辆悬浮，静止和低速行驶时，依靠轮轨支撑车辆，当车辆达到一定速度时，产生涡流感应，感应板与永磁体之间产生斥力，从而使车辆悬浮；该技术的优点是车辆在悬浮过程中不需要耗电，而且牵引供电装置放置在地面。

在一个可选实施方式中，采用被动式磁悬浮，如果将长定子直线电机放置在车辆底部，如果采用有铁芯电机，则会产生法向吸力，如果采用无铁芯电机，则会降低电机使用效率。因为被动式磁悬浮为斥力型磁悬浮技术，如果放置在底部，则只能牺牲电机使用效率，使用无铁芯直线电机。

根据本发明的实施例，提供了一种磁悬浮管道运输系统。该磁悬浮管道运输系统可以包括：直线电机、走行机构4、列车8和轮轨轨道5。其中：

具体地，所述直线电机，可以包括：直线电机初级2和直线电机次级3；所述直线电机初级2固定于所述磁悬浮管道所属隧道1的顶部，所述直线电机次级3固定于所述列车8的顶部，用以驱动所述列车8行驶。例如：所述直线电机，可以设置于待在隧道1内运输的列车8的车身顶部，可以用于采用被动式悬浮技术，驱动所述悬浮机构，使所述列车8悬浮。这样，将电机放置于车辆顶部，采用有铁芯长定子直线电机，既有效利用了电机的法向吸力，又克服了电机使用效率低的问题；从而，克服了现有被动式磁悬浮技术中将电机放置于车辆底部所造成的电机效率不足的问题。

进一步地，所述直线电机初级2，可以用于驱动所述直线电机次级3；其中，当所述列车8静止时，由所述直线电机初级2驱动所述直线电机次级3，使所述列车8产生动力。

具体地，所述走行机构4，可以包括：车轮；所述走行机构4设置于所述列车8的上方或下方。

具体地，所述轮轨轨道5，设置于走行机构4下方，用于当所述列车8静止、以及在设定速度以下行驶时，与所述列车8的所述车轮接触，以支撑所述列车8。例如：所述轮轨轨道5，设置于所述悬浮机构与所述列车8之间，可以用于当所述列车8静止和按低于设定速度运行时，与所述列车8的车轮接触，以支撑所述列车8。

可见，本发明的方案，提出一种新型结构，采用被动式磁悬浮技术，采用有铁芯长定子直线电机牵引，将电机放置于车辆顶部，既可以产生一定的法向吸力，降低磁悬浮载荷，又可以增强电机使用效率，从而节约能耗，降低成本。例如：采用有铁芯长定子直线电机，放置于车辆顶部，可以产生一定的法向吸力，从而克服了车辆重力，减轻了悬浮负载，而且采用有铁芯长定子直线电机以后，可以增强电机使用效率，从而节约能耗，降低成本。

由此，通过将电机置于列车顶部，可以有效利用电机的法向吸力，又可以提升电机的使用效率低。

可选地，所述隧道1的横截面的形状，可以包括：圆形、方形、椭圆形中任一形状。

可选地，所述轮轨轨道5，可以包括：钢轮、橡胶轮胎、复合轮胎中任一形式的轨道。

需要说明的是，本发明的方案包括但不限于图1和图2所示的这两种结构，如电机置顶，轮轨(例如：轮轨轨道5)或悬浮轨道(例如：悬浮模块6)均可置顶或置地，而且悬浮模块6可以为弧形、三角形、平面及L型等其他形式，隧道截面亦可以为圆形、方形或椭圆形等其他形式，轮轨可以为钢轮或橡胶轮胎或其他轮等形式。

由此，通过多种形式的隧道、轮轨轨道等，可以适用于多种形式的隧道运输系统，适用范围广，且可靠性高、通用性强。

在一个可选例子中，所述走行机构4，还可以包括：悬浮模块6和悬浮轨道7；其中，所述悬浮轨道7，与所述悬浮模块6配套设置，且位于所述所述悬浮模块6的下方。例如：所述行走机构4，设置于所述悬浮轨道7与所述列车8之间，并分别与所述列车8、所述悬浮模块6及所述直线电机次级3连接。通过行走机构，可以进一步提升隧道运输的精准性和可靠性。

其中，当所述列车8的行驶速度达到所述设定速度及以上时，所述悬浮轨道7内部通过涡流感应产生内部磁场，该磁场与所述悬浮模块6的磁场产生斥力，使所述列车8脱离所述轮轨轨道5而悬浮行驶于所述悬浮轨道7的上方。

例如：本发明公开了一种用于超高速管道运输系统的电机置顶式磁悬浮方案，其核心为电机布置于列车顶部，附属的悬浮机构(例如：悬浮模块6和悬浮轨道7)、轮轨(例如：轮轨轨道5)可以位于车辆顶部或底部。可选地，图1和图2给出了两种设计方案。

如图1所示，为电机与悬浮模块、轮轨均置顶方案，该方案包括隧道1、有铁芯长定子直线电机初级2、有铁芯长定子直线电机次级3、走行机构4、轮轨轨道5、悬浮模块6、悬浮轨道7、列车8及轨道支架9。

其中，有铁芯长定子直线电机初级2固定于隧道1顶部，轨道支架9固定于隧道1底部，轮轨轨道5及悬浮轨道7固定于支架9上，走行机构4连接了列车8、悬浮模块6及有铁芯长定子直线电机次级3。静止时，由有铁芯长定子直线电机初级2驱动有铁芯长定子直线电机次级3，车辆产生动力，在静止和低速时，车轮和轮轨轨道5接触，支撑车辆(例如：重力使得车辆压在轨道上，轮缘定位；正常情况都是落在轨道上的，只有悬浮的时候才可以起来，脱离轨道，落下的时候通过导向定位机构落在轨道上)。车辆行驶达到一定速度时，悬浮轨道7内部产生涡流感应，从而产生内部磁场，该磁场与悬浮模块6的磁场产生斥力，从而使车辆悬浮。由于采用了有铁芯长定子直线电机，初级2和次级3之间会产生法向吸力，提供一部分的悬浮力，从而减轻了悬浮载荷。

图2为电机置顶，轮轨和悬浮模块位于车辆底部方案；该方案包括隧道1、有铁芯长定子直线电机初级2、有铁芯长定子直线电机次级3、走行机构4、轮轨轨/5、悬浮模块6、悬浮轨道7、列车8及直线电机副构架10。

其中，有铁芯长定子直线电机初级2固定于隧道1顶部，轮轨轨道5及悬浮轨道7位于隧道底部，直线电机副构架10连接了列车8及有铁芯长定子直线电机次级3，走行构架4连接了列车8、悬浮模块6及有铁芯长定子直线电机次级3。静止时，由有铁芯长定子直线电机初级2驱动有铁芯长定子直线电机次级3，车辆产生动力，在静止和低速(例如：低于设定速度)时，车轮和轮轨轨道5接触，支撑车辆。车辆行驶达到一定速度时，悬浮轨道7内部产生涡流感应，从而产生内部磁场，该磁场与悬浮模块6的磁场产生斥力，从而使车辆(例如：列车8)悬浮，即，使所述列车8脱离所述轮轨轨道5而悬浮行驶于所述悬浮轨道7)的上方而不与所述列车8的车轮接触。由于采用了有铁芯长定子直线电机，初级2和次级3之间会产生法向吸力，提供一部分的悬浮力，从而减轻了悬浮载荷。

进一步地，所述悬浮模块6的数量为两个，两个所述悬浮模块6位于所述车轮的两侧，所述车轮位于两个所述悬浮模块6的中间。

进一步地，所述轮轨轨道5的数量为两个，两个所述轮轨轨道5沿所述列车8的轮轨行使线路并行铺设；所述轮轨行使线路，包括：所述列车8静止时的静止段、在设定速度以下行驶时的低速行使段、以及在设定速度及以上行使时的高速行使段。所述悬浮轨道7的数量为两个，两个所述悬浮轨道7，并行设置于两个所述轮轨轨道5的外侧；即，两个所述悬浮轨道7，并行设置于两个所述轮轨轨道5的两侧、且远离两个所述轮轨轨道5之间的中心线设置。

进一步地，所述悬浮轨道7，仅铺设于所述列车8的悬浮行使线路；所述悬浮行使线路，包括：所述列车8在设定速度及以上行使时的高速行使段；和/或，所述悬浮轨道7的长度，小于所述轮轨轨道5的长度。

例如：运行时在静止段和低速段，将不铺设悬浮轨道，以去除低速段磁阻力，以及降低成本。

例如：轮轨轨道和悬浮轨道可以并行设置，悬浮轨道可以设置在轮轨轨道的外侧。例如：总路程是10km，刚开始1km左右，是低速段(例如：低于设定速度行驶段)，到1km的时候，车辆速度起来了，可以悬浮了，然后1-9km是悬浮运行，到9km的时候，速度降下来了，又是轮轨运行，这样，在前面1km，将不铺设悬浮轨道，只有轮轨轨道，而后面1km的悬浮轨道产生的磁阻力，可以作为列车制动力使用。

由此，通过悬浮机构和轮轨轨道的多种设置方式，可以满足多种隧道运输需求，可调方式灵活，且运输可靠性高。

可选地，所述悬浮机构，可以包括：悬浮模块6和悬浮轨道7。

具体地，所述悬浮模块6，设置于所述列车8与所述悬浮轨道7之间，且与所述直线电机次级3连接。

其中，当所述列车8的行驶达到设定速度时，所述悬浮轨道7内部通过涡流感应产生内部磁场，该磁场与所述悬浮模块6的磁场产生斥力，使所述列车8悬浮。

由此，通过悬浮模块和悬浮轨道的配合设置，可以可靠地使列车悬浮。

更可选地，所述悬浮模块6沿所述列车8的宽度方向的形状，可以包括：弧形、三角形、长方形、L形中的任一形状。

由此，通过多种形式的悬浮模块，有利于提升悬浮模块设置的灵活性和便捷性，可以适用于多种隧道和列车的运输场合。

在一个可选例子中，所述电机，可以包括：有铁芯长定子直线电机。

由此，通过有铁芯定子直线电机，有利于提升电机使用效率，可靠性高。

可选地，所述有铁芯长定子直线电机，可以包括：直线电机初级2和直线电机次级3。

具体地，所述直线电机初级2，可以用于驱动所述直线电机次级3。所述直线电机初级2，固定于所述隧道1内壁的顶部。所述直线电机次级3，设置于所述直线电机初级2的底部。

其中，当所述列车8静止时，由所述直线电机初级2驱动所述直线电机次级3，使所述列车8产生动力。

由此，通过初级和次级的配合设置，可以提升驱动效率和驱动效果，且设置方式灵活、可靠。

在一个可选实施方式中，还可以包括：轨道支架9或直线电机副构架10。

在一个可选例子中，所述轨道支架9，固定于所述隧道1内壁的底部。其中，当所述悬浮机构和所述轮轨轨道5设置于所述列车8的车身顶部时，所述轮轨轨道5及所述悬浮轨道7固定于所述轨道支架9上。

在一个可选例子中所述直线电机副构架10，设置在所述列车8的车身与所述直线电机次级3。其中，当所述悬浮机构和所述轮轨轨道5设置于所述列车8的车身底部时，所述轮轨轨道5及所述悬浮轨道7位于所述隧道1内壁的底部，所述直线电机副构架10连接于所述列车8和所述直线电机次级3。

由此，通过轨道支架、直线电机副构架等的配合设置，可以进一步提升悬浮机构和轮轨轨道设置的稳定性和安全性。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采用有铁芯长定子直线电机牵引，将电机放置于车辆顶部，可以降低对于悬浮力的要求，从而降低磁铁重量、节约磁铁、减轻车辆重量，提升磁悬浮管道运输的可靠性和经济性。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮管道运输系统，其特征在于，包括：直线电机、走行机构(4)、列车(8)和轮轨轨道(5)；其中，

所述直线电机，包括：直线电机初级(2)和直线电机次级(3)；所述直线电机初级(2)固定于所述磁悬浮管道所属隧道(1)的顶部，所述直线电机次级(3)固定于所述列车(8)的顶部，用以驱动所述列车(8)行驶；

所述走行机构(4)，包括：车轮；所述走行机构(4)设置于所述列车(8)的上方或下方；

所述轮轨轨道(5)，设置于走行机构(4)下方，用于当所述列车(8)静止、以及在设定速度以下行驶时，与所述列车(8)的所述车轮接触，以支撑所述列车(8)。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，所述直线电机初级(2)，用于驱动所述直线电机次级(3)；

其中，当所述列车(8)静止时，由所述直线电机初级(2)驱动所述直线电机次级(3)，使所述列车(8)产生动力。

3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，所述走行机构(4)，还包括：悬浮模块(6)和悬浮轨道(7)；其中，

所述悬浮轨道(7)，与所述悬浮模块(6)配套设置，且位于所述所述悬浮模块(6)的下方；

其中，当所述列车(8)的行驶速度达到所述设定速度及以上时，所述悬浮轨道(7)内部通过涡流感应产生内部磁场，该磁场与所述悬浮模块(6)的磁场产生斥力，使所述列车(8)脱离所述轮轨轨道(5)而悬浮行驶于所述悬浮轨道(7)的上方。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，所述悬浮模块(6)的数量为两个，两个所述悬浮模块(6)位于所述车轮的两侧，所述车轮位于两个所述悬浮模块(6)的中间。

5.根据权利要求3或4所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，所述轮轨轨道(5)的数量为两个，两个所述轮轨轨道(5)沿所述列车(8)的轮轨行使线路并行铺设；所述轮轨行使线路，包括：所述列车(8)静止时的静止段、在设定速度以下行驶时的低速行使段、以及在设定速度及以上行使时的高速行使段；

所述悬浮轨道(7)的数量为两个，两个所述悬浮轨道(7)，并行设置于两个所述轮轨轨道(5)的外侧。

6.根据权利要求3-5之一所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，所述悬浮轨道(7)，仅铺设于所述列车(8)的悬浮行使线路；所述悬浮行使线路，包括：所述列车(8)在设定速度及以上行使时的高速行使段；

和/或，

所述悬浮轨道(7)的长度，小于所述轮轨轨道(5)的长度。

7.根据权利要求3-6之一所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，所述悬浮模块(6)沿所述列车(8)的宽度方向的形状，包括：弧形、三角形、长方形、L形中的任一形状。

8.根据权利要求3-7之一所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，还包括：轨道支架(9)或直线电机副构架(10)；其中，

所述轨道支架(9)，固定于所述隧道(1)内壁的底部；其中，当所述走行机构(4)和所述轮轨轨道(5)设置于所述列车(8)的车身顶部时，所述轮轨轨道(5)及所述悬浮轨道(7)固定于所述轨道支架(9)上；

所述直线电机副构架(10)，设置在所述列车(8)的车身顶部，用于连接所述直线电机次级(3)；其中，当所述走行机构(4)和所述轮轨轨道(5)设置于所述列车(8)的车身底部时，所述轮轨轨道(5)及所述悬浮轨道(7)位于所述隧道(1)内壁的底部，所述直线电机副构架(10)连接于所述列车(8)和所述直线电机次级(3)。

9.根据权利要求1-8之一所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，所述走行机构(4)，设置于所述悬浮轨道(7)与所述列车(8)之间，并分别与所述列车(8)、所述悬浮模块(6)及所述直线电机次级(3)连接。

10.根据权利要求1-9之一所述的磁悬浮管道运输系统，其特征在于，

所述隧道(1)的横截面的形状，包括：圆形、方形、椭圆形中任一形状；

和/或，

所述轮轨轨道(5)，包括：钢轮、橡胶轮胎、复合轮胎中任一形式的轨道。