CN108482391A - 一种磁悬浮空轨列车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通运输设备领域，具体的说，是一种磁悬浮空轨列车，实现了空轨列车与磁悬浮技术的结合，包括钢桁梁和悬挂横梁，其左、右两侧内壁均设置有导磁轨道；悬挂横梁为T形，其竖直段的左、右两侧均分别设置有电磁铁；导磁轨道位于所述水平段的下方、电磁铁上方；导磁轨道包括导磁轨道板和设置于其底部的第一凸部和第二凸部，所述电磁铁为U形；电磁铁与相应导磁轨道错位设置；电磁推动系统包括设置于水平段的直线电动机和设置于导磁轨道顶部的反应板。本发明与现有技术相比，具有结构简单紧凑、噪音低、无磨损的优点。

Description

一种磁悬浮空轨列车

技术领域

本发明涉及交通运输设备领域，具体的说，是一种磁悬浮空轨列车。

背景技术

磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成，通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电动机产生的电磁力牵引列车运行。

由于磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点，因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400至500公里/小时，超导磁悬浮列车可达500至600公里/小时。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。由于没有轮子、无摩擦等因素，它比目前最先进的高速火车少耗电30％。在500公里/小时速度下，每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2，比汽车也少耗能30％。因无轮轨接触，震动小、舒适性较好，可是颠波大对车辆和路轨的维修费用也要求极高。磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦，发出的噪音较低。磁悬浮列车一般以5米以上的高架通过平地或翻越山丘，从而不可避免开山挖沟对生态环境造成的破坏。但磁悬浮列车存在造价昂贵的问题，且建设难度大，工期长，占用土地面积大，这导致磁悬浮列车通常只适用于富裕的大规模城市使用。

在其他交通工具中，地铁的造价也相当昂贵，并且需要占用大量土地建设，工期长，而轻轨虽然造价偏低，但也需要占用大量的土地，而且一旦建设后不能随意更改线路。

空中轨道列车(简称空轨)是悬挂式单轨交通系统。轨道在列车上方，由钢铁或水泥立柱支撑在空中，由于空轨将地面交通移至空中，在无需扩展城市现有公路设施的基础上可缓解城市交通难题。克服了其他轨道交通系统的弊病，并且在造价上相对于上述三种城市交通工具来说相当低廉，而且建造技术简单，在建造和运营方面具有很多突出的特点，不仅适合大城市也适用于中小城市。但目前的空轨采用轮轨接触的形式。因会用到橡胶或钢制轮胎，会存在磨损的情况，并且会产生较大噪音和振动。

在结合以上四种城市交通工具的优缺点后，急需设计一种造价相对低廉、建设方便、保养维护相对简单，适合各种规模城市使用的公共交通工具，去更好的服务城市人口。对于公共交通工具的设计，需要涉及到其结构形式、悬挂系统、推进系统等。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种磁悬浮空轨列车，具有结构简单紧凑、噪音低、无磨损的优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种磁悬浮空轨列车，包括支架、连接于支架顶端的钢桁梁、列车车厢；所述钢桁梁的内部具有空腔，所述空腔沿列车行进方向贯穿其两端，并且所述空腔向下贯穿其底部形成钢桁梁开口，所述钢桁梁开口沿列车行进方向延伸；所述钢桁梁的左、右两侧内壁均设置有沿列车行进方向延伸的导磁轨道；

还包括悬挂横梁，所述悬挂横梁为T形，其水平段位于所述空腔内，其竖直段的上、下两端分别用于连接于所述水平段和列车车厢的顶部；所述竖直段的左、右两侧均分别设置有电磁铁；

所述导磁轨道位于所述水平段的下方、电磁铁上方；所述水平段的底部与导磁轨道的顶部处设置有能够相互作用用于推动悬挂横梁沿列车行进方向移动的电磁推动系统；所述导磁轨道的底部与电磁铁相互吸引形成悬浮系统；

所述导磁轨道包括沿列车行进方向延伸的导磁轨道板，所述导磁轨道板的底部具有朝下凸出的第一凸部和第二凸部，所述第一凸部位于远离所述竖直段设置，所述第二凸部临近所述竖直段设置，所述第一凸部和第二凸部均分别沿列车行进方向延伸；所述电磁铁为U形；位于所述竖直段左侧的电磁铁的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道的第一凸部偏右设置并产生吸力，右端端部相对于第二凸部偏右设置并产生吸力；位于所述竖直段右侧的电磁铁的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道的第二凸部偏左设置并产生吸力，右端端部相对于第一凸部偏左设置并产生吸力；

所述电磁推动系统包括直线电动机和反应板，所述直线电动机设置于所述水平段的左、右两侧的底部，所述反应板设置于导磁轨道的顶部。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述钢桁梁为厢式轨道梁，所述钢桁梁开口为缩口，即所述钢桁梁开口的宽度小于钢桁梁的内部的所述空腔的宽度。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述钢桁梁的左、右两侧的内壁上固接有沿列车行进方向延伸的导磁轨道支撑梁，所述导磁轨道通过导磁轨道支撑梁固定于钢桁梁上。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述支架包括多个沿列车行进方向依次排布的轨道支撑柱，所述钢桁梁由多个沿列车行进方向依次排布并连接的钢桁梁单体组成。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述轨道支撑柱为钢材或混凝土材料制成的结构件，包括立柱和横柱，所述立柱和横柱之间的转角处设置有加强筋。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述水平段的底部与导磁轨道的顶部之间设置有空气弹簧，所述空气弹簧的顶端连接于所述水平段的底部。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：还包括设置于悬挂横梁上的悬浮控制器，所述悬浮控制器连接电磁铁，所述电磁铁与导磁轨道之间设置有用于检测电磁铁与导磁轨道之间间距的气隙传感器，所述气隙传感器连接悬浮控制器，所述悬浮控制器通过气隙传感器的信号控制电磁铁上所通过的电流大小。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述竖直段的左、右两侧设置有电磁铁支撑梁，所述电磁铁通过与电磁铁支撑梁连接固定于悬挂横梁上。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述第一凸部自上而下竖直设置；所述第二凸部自上而下朝向所述竖直段倾斜设置。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述电磁铁与导磁轨道之前的悬浮间隙控制在9-12mm。

本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明中，因其采用磁悬浮技术，不存在轮胎这种易损件，因此不会有磨损损耗，减小了维护工作量，并且在列车运行时，不会产生较大噪音，更加的环保；并且，因磁悬浮技术，列车与轨道之间无接触，在运行时阻力小，进而能够减少能耗；

(2)本发明中，悬挂横梁采用T形结构，其竖直段设置有电磁铁，并且其水平段与电磁铁之间设置有连接在钢桁梁内侧面上的导磁轨道，导磁轨道的顶部与悬挂横梁的底部之间设置直线电动机和反应板形成推进系统，导磁轨道的底部与电磁铁相互作用形成悬浮系统；推进系统与悬浮系统上下依次分布，充分利用竖向空间，并且布置合理，并且导磁轨道同时作为悬浮系统和推进系统的一部分，使得该部位结构简单且紧凑，十分适合城市运行；

(3)本发明中，导磁轨道包括导磁轨道板、第一凸部和第二凸部，电磁铁为U形结构；并且位于所述竖直段左侧的电磁铁的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道的第一凸部偏右设置并产生吸力，右端端部相对于第二凸部偏右设置并产生吸力；位于所述竖直段右侧的电磁铁的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道的第二凸部偏左设置并产生吸力，右端端部相对于第一凸部偏左设置并产生吸力；运用常规的吸引型设计原理，通过该种巧妙的设计，使悬挂横梁的左、右两侧同时产生出上浮力和朝向外侧的侧向力，只需设置电磁铁和导磁轨道便能够对悬挂横梁产生出悬浮效果和导向效果，而无需像常规磁悬浮技术那样需要单独设置导向系统。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是所述磁悬浮空轨列车的构思示意图；

图2是所述一种磁悬浮空轨列车的示意图；

图3是所述悬浮系统的结构示意图；

图4是所述图3中A部分的受力分析图；

图中标记为：

1-轨道支撑柱；

2-钢桁梁；

3-导磁轨道；3a-导磁轨道板；3b-第一凸部；3c-第二凸部；

4-悬挂横梁；

5-电磁铁；

6-直线电动机；

7-反应板；

8-导磁轨道支撑梁；

9-空气弹簧；

10-钢桁梁出口；

11-悬浮控制器；

12-气隙传感器；

13-电磁铁支撑梁。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例：

一种磁悬浮空轨列车，具有结构简单紧凑、噪音低、无磨损的优点，如图1、图2、图3、图4所示，特别设置成下述结构：

作为一种可行性的整体构思，首先，需要搭建一条用于空轨列车运行的空中轨道，该空中轨道应该包括支架和钢桁梁2；一般的，所述支架由多个沿列车行进方向依次排布的轨道支撑柱1组成，轨道支撑柱1的底端深入地下并通过连接件和浇筑基础的形式与地面固定连接，所述钢桁梁2由多个沿列车行进方向依次排布并收尾依次相对接的钢桁梁单体组成，钢桁梁单体可以看做是较短的钢桁梁2，钢桁梁单体在工厂内加工成型，运至建设工地进行拼装，设定个数的钢桁梁单体依次组合后形成一条完整的轨道线路，轨道线路即钢桁梁2的延伸方向；所述钢桁梁2可拆卸的固接于支架顶端的。

其中，所述钢桁梁2的横截面大致可看为矩形，其内部具有容纳悬浮系统、导向系统、推进系统的空腔，该空腔的横截面也大致为矩形，所述空腔沿列车行进方向贯穿钢桁梁2的两端，并且所述空腔向下贯穿钢桁梁2的底部而形成钢桁梁开口10，所述钢桁梁开口10沿列车行进方向延伸；所述钢桁梁2的左、右两侧内壁均设置有沿列车行进方向延伸的导磁轨道3。

其次，该种磁悬浮空轨列车悬挂结构还包括用于连接列车车厢顶部的悬挂横梁4，所述悬挂横梁4为的横截面大致呈T形并左右对称，所述悬挂横梁4的水平段位于钢桁梁2的所述空腔内，所述悬挂横梁4的竖直段的上、下两端分别用于连接所述悬挂横梁4的所述水平段和列车车厢的顶部；所述悬挂横梁4的所述竖直段的左、右两侧均分别设置有电磁铁5。

所述导磁轨道3位于所述悬挂横梁4的所述水平段的下方、电磁铁5上方；所述水平段的底部与导磁轨道3的顶部处设置有能够相互作用用于推动悬挂横梁4沿列车行进方向移动的电磁推动系统，实现无接触推进、导向；所述导磁轨道3的底部与电磁铁5相互吸引形成悬浮系统，实现无接触支撑。

作为钢桁梁2的一种优选方案，所述钢桁梁2为厢式轨道梁，所述钢桁梁开口10为缩口，即所述钢桁梁开口10的宽度小于钢桁梁2的内部的所述空腔的宽度。采用该种设置结构式，缩口使钢桁梁2下部的钢桁梁开口10宽度尽量缩小，留有用于穿过悬挂横梁4的竖向段的宽度以及一定的冗余空间和检修空间，缩小后的钢桁梁开口10能够使钢桁梁2的内部更加的封闭，保证其内部的设备运转正常，将所有环境的影响降到尽量低的地步。

具体的，所述钢桁梁2的左、右两侧的内壁上固接有沿列车行进方向延伸的导磁轨道支撑梁8，所述导磁轨道3通过导磁轨道支撑梁8固定于钢桁梁2上。

其中，所述轨道支撑柱1可以为钢材或混凝土材料制成的结构件，包括立柱和横柱，所述立柱和横柱之间的转角处设置有加强筋。

优选的，由于钢材具有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等诸多优点，所述轨道支撑柱1由钢材制成。

优选的，在所述水平段的底部与导磁轨道3的顶部之间特别的设置有空气弹簧9，所述空气弹簧9的顶端连接于所述水平段的底部。所述空气弹簧9用于在列车车厢“起飞”和“着陆”时进行有效支撑和减缓冲击；也可在悬挂横梁4a上连接有用于车体起步或停止时减少摩擦用的起步停靠轮，以减少悬挂横梁和轨道板之间的摩擦，车体在正常运行时，起步停靠轮不与轨道板接触，车体起步或停止运行时，起步停靠轮与轨道板接触，减少悬挂横梁和轨道板直接接触产生摩擦，影响悬挂横梁和轨道板的使用寿命。。

因其采用磁悬浮技术，不存在轮胎这种易损件，因此不会有磨损损耗，减小了维护工作量，并且在列车运行时，不会产生较大噪音，更加的环保；并且，因磁悬浮技术，列车与轨道之间无接触，在运行时阻力小，进而能够减少能耗。

其中，电磁推动系统的结构基本为现有磁悬浮列车所应用的常规技术，虽然电磁推动系统为现有技术，但因该种磁悬浮空轨列车悬挂结构为一全新的构思，各关键部件在设置的位置上有所不同，所达到的效果会完全不同，在此做简单的说明。电磁推动系统包括直线电动机6和铝材制成的反应板7，直线电动机6设置于悬挂横梁4的水平段的左、右两侧的底部，反应板7设置于导磁轨道3的顶部。

悬挂横梁采用T形结构，其竖直段设置有电磁铁，并且其水平段与电磁铁之间设置有连接在钢桁梁内侧面上的导磁轨道，导磁轨道的顶部与悬挂横梁的底部之间设置直线电动机和反应板形成推进系统，导磁轨道的底部与电磁铁相互作用形成悬浮系统；推进系统与悬浮系统上下依次分布，充分利用竖向空间，并且布置合理，并且导磁轨道同时作为悬浮系统和推进系统的一部分，使得该部位结构简单且紧凑，十分适合城市运行。

作为上述整体构思的具体化，同时因为上述整体构思是结合空轨列车和磁悬浮技术所作出的一种全新的设计，需要对悬浮系统作出创新性的设计。

所述导磁轨道3包括沿列车行进方向延伸的导磁轨道板3a，该导磁轨道板3a水平放置，导磁轨道板3a的底部具有朝下凸出的第一凸部3b和第二凸部3c，第一凸部3b远离悬挂横梁4的竖直段设置，所述第二凸部3c临近所述竖直段设置，所述第一凸部3b和第二凸部3c均分别沿列车行进方向延伸。

所述电磁铁5为U形电磁铁，中间缠绕有线圈；位于悬挂横梁4的竖直段左侧的电磁铁5的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道3的第一凸部3b偏右设置并产生吸力，右端端部相对于第二凸部3c偏右设置并产生吸力；位于悬挂横梁4的竖直段右侧的电磁铁5的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道3的第二凸部3c偏左设置并产生吸力，右端端部相对于第一凸部3b偏左设置并产生吸力。

优选的，为了得到更稳定的运行效果，和安全效果，悬浮系统还包括设置于悬挂横梁4的水平段上的悬浮控制器11，悬浮控制器11与电磁铁5连接，电磁铁5与导磁轨道3之间设置有用于检测电磁铁5与导磁轨道3之间间距的气隙传感器12，所述气隙传感器12与悬浮控制器11连接，悬浮控制器11通过气隙传感器12发送的检测信号控制电磁铁5上所通过的电流大小以实时调节间距至以及控制导向。

其中，竖直段的左、右两侧设置有电磁铁支撑梁13，所述电磁铁5通过与电磁铁支撑梁13连接固定于悬挂横梁4上。

具体的，第一凸部3b自上而下竖直设置，第二凸部3c自上而下朝向所述竖直段倾斜设置。

具体的，电磁铁5与导磁轨道3之前的悬浮间隙控制在9-12mm，比如10mm。

电磁铁5、直线电动机6、悬浮控制器11设置在悬挂横梁上，导磁轨道3、反应板7设置在钢桁梁2内。

采用该种设置结构时，导磁轨道3包括导磁轨道板3a、第一凸部3b和第二凸部3c，电磁铁5为U形结构；并且位于悬挂横梁4的竖直段左侧的电磁铁5的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道3的第一凸部3b偏右设置并产生吸力Fn，右端端部相对于第二凸部3c偏右设置并产生吸力Fn；位于所述竖直段右侧的电磁铁5的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道3的第二凸部3c偏左设置并产生吸力Fn，右端端部相对于第一凸部3b偏左设置并产生吸力Fn；运用常规的吸引型设计原理，通过该种巧妙的设计，使悬挂横梁4的左、右两侧同时产生出上浮力F1和朝向外侧的侧向力F2，只需设置电磁铁和导磁轨道便能够对悬挂横梁产生出悬浮效果和导向效果，而无需像常规磁悬浮技术那样需要单独设置导向系统。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮空轨列车，包括支架、连接于支架顶端的钢桁梁(2)、列车车厢；其特征在于：所述钢桁梁(2)的内部具有空腔，所述空腔沿列车行进方向贯穿其两端，并且所述空腔向下贯穿其底部形成钢桁梁开口(10)，所述钢桁梁开口(10)沿列车行进方向延伸；所述钢桁梁(2)的左、右两侧内壁均设置有沿列车行进方向延伸的导磁轨道(3)；

还包括悬挂横梁(4)，所述悬挂横梁(4)为T形，其水平段位于所述空腔内，其竖直段的上、下两端分别用于连接于所述水平段和列车车厢的顶部；所述竖直段的左、右两侧均分别设置有电磁铁(5)；

所述导磁轨道(3)位于所述水平段的下方、电磁铁(5)上方；所述水平段的底部与导磁轨道(3)的顶部处设置有能够相互作用用于推动悬挂横梁(4)沿列车行进方向移动的电磁推动系统；所述导磁轨道(3)的底部与电磁铁(5)相互吸引形成悬浮系统；

所述导磁轨道(3)包括沿列车行进方向延伸的导磁轨道板(3a)，所述导磁轨道板(3a)的底部具有朝下凸出的第一凸部(3b)和第二凸部(3c)，所述第一凸部(3b)位于远离所述竖直段设置，所述第二凸部(3c)临近所述竖直段设置，所述第一凸部(3b)和第二凸部(3c)均分别沿列车行进方向延伸；所述电磁铁(5)为U形；位于所述竖直段左侧的电磁铁(5)的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道(3)的第一凸部(3b)偏右设置并产生吸力，右端端部相对于第二凸部(3c)偏右设置并产生吸力；位于所述竖直段右侧的电磁铁(3)的左端端部相对于相应一侧的导磁轨道(3)的第二凸部(3c)偏左设置并产生吸力，右端端部相对于第一凸部(3b)偏左设置并产生吸力；

所述电磁推动系统包括直线电动机(6)和反应板(7)，所述直线电动机(6)设置于所述水平段的左、右两侧的底部，所述反应板(7)设置于导磁轨道(3)的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述钢桁梁(2)为厢式轨道梁，所述钢桁梁开口(10)为缩口，即所述钢桁梁开口(10)的宽度小于钢桁梁(2)的内部的所述空腔的宽度。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述钢桁梁(2)的左、右两侧的内壁上固接有沿列车行进方向延伸的导磁轨道支撑梁(8)，所述导磁轨道(3)通过导磁轨道支撑梁(8)固定于钢桁梁(2)上。

4.根据权利要求3所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述支架包括多个沿列车行进方向依次排布的轨道支撑柱(1)，所述钢桁梁(2)由多个沿列车行进方向依次排布并连接的钢桁梁单体组成。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述轨道支撑柱(1)为钢材或混凝土材料制成的结构件，包括立柱和横柱，所述立柱和横柱之间的转角处设置有加强筋。

6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述水平段的底部与导磁轨道(3)的顶部之间设置有空气弹簧(9)，所述空气弹簧(9)的顶端连接于所述水平段的底部。

7.根据权利要求1所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：还包括设置于悬挂横梁(4)上的悬浮控制器(11)，所述悬浮控制器(11)连接电磁铁(5)，所述电磁铁(5)与导磁轨道(3)之间设置有用于检测电磁铁(5)与导磁轨道(3)之间间距的气隙传感器(12)，所述气隙传感器(12)连接悬浮控制器(11)，所述悬浮控制器(11)通过气隙传感器(12)的信号控制电磁铁(5)上所通过的电流大小。

8.根据权利要求1所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述竖直段的左、右两侧设置有电磁铁支撑梁(13)，所述电磁铁(5)通过与电磁铁支撑梁(13)连接固定于悬挂横梁(4)上。

9.根据权利要求1所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述第一凸部(3b)自上而下竖直设置；所述第二凸部(3c)自上而下朝向所述竖直段倾斜设置。

10.根据权利要求1或7所述的一种磁悬浮空轨列车，其特征在于：所述电磁铁(5)与导磁轨道(3)之前的悬浮间隙控制在9-12mm。