CN109056431A - 悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于包括立柱、天梁、悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架、吊厢系统及安全保障系统，所述立柱站立在地面上，天梁悬挂在立柱下方，天梁呈底部开口的环抱式结构，所述悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架及安全保障系统均设置在天梁内，所述吊厢系统悬挂在转向架下方，所述导向系统设置在转向架的左右两侧，引导转向架的运行方向，所述安全保障系统设置于天梁靠近下部开口中，用于防止转向架与天梁碰撞，所述转向架通过下端两侧安装永磁阵列装置实现悬浮。本发明具有拐弯半径小、爬坡能力强、占地面积小等特点。

Description

悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构

技术领域

本发明涉及悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，属于轨道交通技术领域。

背景技术

磁浮技术作为上世纪一项新兴的技术革新，随着电子技术、控制工程、信号处理技术、电磁理论以及电动力学等学科的发展，使得磁浮技术得到了长足的发展。同时，磁浮技术在交通，冶金、机械、材料等领域有着广泛的研究与应用，如磁悬浮列车、磁浮轴承等。其中对磁悬浮列车的研究更具有技术代表性，并且在国内外实现了磁悬浮列车的商业运行。因此，磁悬浮技术的发展不仅是对轨道交通领域有着重要意义，更是对社会民生、经济发展、城市布局等具有重大战略意义。

目前国内轨道交通领域的交通运输方式有很多种类型，如：高铁、地铁等类型。就铁路运输而言，铁路在带来越来越便捷、高效的服务之同时，也消耗了大量的能源。据悉，国家铁路2017年能源消耗折算标准煤高达1621.65万吨，国家铁路化学需氧量排放量1901吨，二氧化硫排放量15817吨。因此，在促进轨道交通的节能减排工作的同时，提出节能环保的新型轨道交通系统无论是对于经济效益还是对于生态环境保护都是非常重要的策略。

另一方面，城市交通拥堵问题一直是城市发展的诟病。以北京、上海和广州为典型的大型都市交通拥堵问题尤其严重，这很大程度上降低了城市运行效率和宜居性。同时，随着中小城市的发展，交通拥堵问题也日益明显。随着《国家新型城镇化规划( 2014—2020)》、中央城市工作会议和十三五规划纲要等对建设宜居城市提出了专门论说，宜居城市建设已变成当下我国城市建设的重要目标。因此，建设一套完善地城市轨道交通系统尤为必要，也是彻底解决城市拥堵问题的有效手段。

发明内容

为了解决上述轨道交通领域发展现状存在的问题，本发明公开了一种悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其具体技术方案如下：

悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，包括立柱、天梁、悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架、吊厢系统及安全保障系统，

所述立柱站立在地面上，天梁悬挂在立柱下方，天梁呈底部开口的环抱式结构，

所述悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架及安全保障系统均设置在天梁内，

所述吊厢系统悬挂在转向架下方，

所述导向系统设置在转向架的左右两侧，引导转向架的运行方向，

所述安全保障系统设置于天梁靠近下部开口中，用于防止转向架与天梁碰撞，所述转向架通过下端两侧安装永磁阵列装置实现悬浮。

所述天梁内还设置有车架梁，所述车架梁的顶部靠近天梁的顶部，车架梁的顶部设置有电机，电机的动子与车辆梁固定，电机的定子与天梁顶部固定，所述车架梁的底部靠近天梁的开口，吊箱系统通过吊杆悬挂在车辆梁下方，车架梁的顶部和底部通过若干个竖向布置的连接件连接固定。

每个所述车架梁的前后两端均设置有转向架，所述转向架的竖直面呈“工”字形，所述转向架的俯视面也呈“工”字形，所述转向架的上端与转向架的顶部连接，所述转向架的下端与转向架的底部连接。

所述导向系统包括设置在转向架的左右两侧的水平轮组，水平轮组包括两个通过曲臂同轴连接的水平布置的水平轮，每个曲臂均连接有弹簧，弹簧的另一端连接到附近的转向架；

所述转向架的8个拐角处均设置有水平轮组。

所述悬浮系统包括上永磁阵列，所述上永磁阵列布置在转向架的下方，靠近左右两侧，位于转向架的前后两侧的下表面；

所述上永磁阵列的垂直下方设置有下永磁阵列，下永磁阵列通过底座安装在天梁的下端向内弯曲形成的托臂梁上，

所述转向架的下面一层水平轮组均位于托臂梁的下方。

所述安全保障系统包括设置在转向架内的限位轮，所述限位轮位于托臂梁下方。

所述转向架的前后两面均设置有用于安装水平轮和曲臂的安装板，以及用于钩挂弹簧的钩挂板，所述安装板位于对应面的靠近两侧边缘，上下两个安装板为一组，曲臂位于上下两个安装板之间，两个水平轮位于对应的安装板的上方或下方；

所述钩挂板位于水平相邻的两组安装板之间。

所述悬浮系统包括上永磁阵列，所述上永磁阵列布置在转向架的下方，靠近左右两侧，位于转向架的前后两侧的下表面；

所述上永磁阵列的垂直下方设置有下永磁阵列，下永磁阵列通过底座安装在天梁的下端向内弯曲形成的水平台上。

所述吊厢系统包括吊厢和吊架，所述吊架设置于吊厢的顶部，吊架沿吊厢的前进方向均匀分布；吊架之间安置有阻尼装置。

本发明的工作原理是：

本发明转向架通过下端两侧安装永磁阵列装置实现悬浮；所述转向架底部通过吊杆与吊厢系统相连悬挂于空中；所述转向架左右两侧安装导向系统，能引导转向架的运行方向；所述转向架顶部设有直线电机，直线电机定子部分安装于转向架上，结合天梁顶部铺设的感应板，驱动车厢行进；所述转向架底部两侧安装有机械式安全保障装置，紧急情况下可以起到列车制动的作用。

机械结构采用悬挂式结构，天梁悬挂于立柱架上，使得专利所述的悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架等结构在天梁之上运行。

天梁采用环抱式结构，两侧设置呈L型的托臂式轨道梁结构，使得专利所述的悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架等结构均在凹型槽里实现；所述天梁内侧轨道梁上安装有永磁阵列装置（采用海尔贝克永磁阵列及其他阵列装置），为转向架提供悬浮力。

悬浮系统通过固定在天梁内侧托臂上的永磁阵列与转向架下端安装的永磁阵列相互作用，产生斥力，从而为转向架提供悬浮力。

直线电机部分包括：固定在转向架顶部的定子部分；置于天梁内侧上壁的动子（感应板）。通过电机上的电枢绕组，结合天梁顶部铺设的感应板，绕组在逆变器的控制下产生行波磁场，在感应板上感应出电磁牵引力，推动车厢行进。

导向系统采用机械式导向和电磁式导向两种结构：机械式导向结构通过安装在转向架两侧的水平轮曲臂和水平轮，对天梁内壁的滑动作用来实现导向功能；悬浮电磁导向结构安装于转向架左右两侧，通过电磁绕组通电产生磁力，与L轨道壁构成闭环磁路，控制绕组电流或者磁通等控制导向力。

转向架结构可采用三角形转向架构架或方形转向架构架，转向架可分为前后端架及中间横梁架部分，与专利所述的悬浮系统、直线电机、导向系统、吊厢系统、安全保障装置等结构相连接置于天梁内部。

吊厢系统采用高架式设计悬挂于空中，车厢与转向架之间设置吊架衔接，并且在吊架之间安置有阻尼装置，使吊厢更加平稳。吊厢内部设置有座椅储物柜等。

安全保障装置部分包括：固定在转向架上的机械式安全保障装置（置于转向架底部两侧，通过水平轮曲臂和水平轮连接），紧急情况下能控制水平轮与天梁内壁作用，能起到制动及保护电机的作用；在转向架顶部的直线电机通过电磁牵引力来实现制动。

本发明的有益效果是：

本发明整体机械结构采用悬挂式结构，天梁采用环抱式结构，利用永磁阵列提供悬浮力，具有拐弯半径小、爬坡能力强、占地面积小等特点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图，

图2为本发明的天梁内的结构示意图，

图3为本发明的导向系统和安全保障系统的结构示意图，

图4为本发明的转向架的结构示意图，

图5为本发明的悬浮系统的结构示意图，

图6为本发明的上永磁阵列的结构示意图，

图7为本发明的图3的局部放大图，

图8为图7的局部放大图，

图9为系统限位结构示意图。

图中：1、立柱；2、天梁；3、悬浮系统；4、车架梁；5、导向系统；6、转向架；7、吊厢系统；8、安全保障系统；9、电机；10、水平轮曲臂；11、弹簧系统；12、水平轮、13、限位轮；14、上永磁阵列；15、下永磁阵列；16、托臂梁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，包括立柱1、天梁2、悬浮系统3、车架梁4、导向系统5、转向架6、吊厢系统7及安全保障系统8等几个大系统，下面就本发明的具体实施，加以说明。

如图1所示，所述立柱1采用U型独立钢立柱梁结构。整体高度在8000-9000mm，立柱1长宽为400-600mm，整体结构由立柱1支撑，立柱1底座通过水泥、混泥土填埋于地表下，立柱1利用梁接头与天梁2衔接，天梁2及吊厢系统7悬挂与立柱上。

所述天梁2采用环抱式结构，由厚度为20mm的板材组成，内部空间长宽为600-800mm，两侧设置呈L型的托臂式轨道梁结构，轨道梁宽为100-200mm，厚度为50-100mm，使得内部悬浮系统3、直线电机9、导向系统5、转向架6等结构在天梁2之上运行。

如图1所示，所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构的内部结构由转向架6与车架梁4构成，车架梁4两端依靠销轴分别连接一组转向架6，底部设置有用于衔接吊厢系统7的安装孔。

如图3所示，所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构的悬浮系统3，是利用永久磁铁同极相斥原理，在转向架6两侧的海尔贝克永磁阵列装置与天梁内侧托臂上的海尔贝克永磁阵列装置之间产生相互排斥的力，使吊厢悬挂运行于天梁之下。所述永磁阵列分上下两部分，下永磁阵列15通过螺栓连接组合，并通过螺栓固定在天梁内侧托臂，沿天梁延伸；如图4所示，上永磁阵列14通过螺栓连接于转向架6两侧。

如图1所示，本发明中的电机选用直线电机9，直线电机的定子部分固定在转向架顶部直线电机安装位，直线电机长为500-600mm，宽为200mm，厚为30mm，动子（感应板）置于天梁内侧上壁，沿天梁长度方向铺设，宽为200mm，厚为20-30mm。通过电机上的电枢绕组，结合天梁顶部铺设的感应板，绕组在逆变器的控制下产生行波磁场，在感应板上感应出电磁牵引力，拖动车厢前进及停靠。

如图4所示，在转向架前后两端各安装有两组导向系统5，导向系统5包括：水平轮曲臂10、弹簧11以及水平轮12。转向架6前后端均开设有安装孔，通过销轴连接水平轮曲臂10与弹簧11，水平轮12安装于水平轮曲臂上，水平轮曲臂10上安装有直径大小为200-300mm的水平轮12，通过水平轮在天梁内壁上的滑动来实现导向功能。

如图2所示，所述转向架6结构采用方形转向架构架，整体结构长宽高大小为500-700mm，转向架分为前后端架及中间横梁架部分，与悬浮系统3、直线电机9、导向系统5、吊厢系统7、安全保障装置8等结构相连接置于天梁内部。所述转向架底部通过吊架与吊厢系统7相连悬挂于空中；所述转向架前后两端安装导向系统5，能引导转向架6的运行方向；所述车架梁4顶部设有直线电机9，直线电机定子部分安装于车架梁4上，结合天梁顶部铺设的感应板，驱动车厢行进；所述转向架底部两侧安装有机械式安全保障装置8，紧急情况下可以起到列车制动的作用。

如图1所示，所述吊厢系统7采用高架式设计悬挂于空中，车厢通过吊架衔接，吊架连接于车架梁底部，并且吊厢顶部于吊架之间安置有阻尼装置，使吊厢更加平稳。吊厢整体长宽高为1000-3000mm，吊厢系统内部设置4至8人座位，在座位下方设置行李储物柜，以供乘客放置行李等。在吊厢边线均可圆润化处理，由下而上呈现下宽上窄结构。厢门选用左右打开的自动门。

如图5所示，所述安全保障装置8由限位轮13组成，限位轮13安装于转向架底部延伸处，轮支座通过销轴固定于转向架6上，限位轮13安装于轮支座上，如图9所示在紧急情况下，限位轮13与托臂梁16接触，起到刹车作用，正常情况下能够在竖直方向上起到限位作用，保障电机安全运行；所述的导向系统5能够起到在水平方向上的限位作用，保证悬浮系统3的正常工作。在正常运行情况下，通过直线电机的电磁牵引力进行减速，达到制动效果。

当直线电机启动时，绕组在逆变器的控制下产生行波磁场，在感应板上感应出电磁牵引力，拖动车架梁前行，与车架梁连接的转向架开始工作。在整车运行的整个期间内，转向架两侧的海尔贝克永磁阵列装置与天梁内侧托臂上的海尔贝克永磁阵列装置之间产生相互排斥的力，使整车悬挂于天梁之上运行。当整车进行转弯时，导向系统中的水平轮会与天梁内壁接触，依靠弹簧系统进行状态回调，使得转向架上各系统能够稳定运行。由于采用永磁阵列装置，所述悬浮系统的上下两永磁阵列能够永久保持一定的间距。正常运行状态下，限位轮保持不动，与凸出的托臂梁能起到限位，保护电机的作用。紧急情况下，传感器检测转向架位置异常会控制电机使限位轮向上弹出，与托臂梁接触，起到刹车的作用。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于包括立柱、天梁、悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架、吊厢系统及安全保障系统，

所述立柱站立在地面上，天梁悬挂在立柱下方，天梁呈底部开口的环抱式结构，

所述悬浮系统、直线电机、导向系统、转向架及安全保障系统均设置在天梁内，

所述吊厢系统悬挂在转向架下方，

所述导向系统设置在转向架的左右两侧，引导转向架的运行方向，

所述安全保障系统设置于天梁靠近下部开口中，用于防止转向架与天梁碰撞，所述转向架通过下端两侧安装永磁阵列装置实现悬浮。

2.根据权利要求1所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于所述天梁内还设置有车架梁，所述车架梁的顶部靠近天梁的顶部，车架梁的顶部设置有电机，电机的动子与车辆梁固定，电机的定子与天梁顶部固定，所述车架梁的底部靠近天梁的开口，吊箱系统通过吊杆悬挂在车辆梁下方，车架梁的顶部和底部通过若干个竖向布置的连接件连接固定。

3.根据权利要求2所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于每个所述车架梁的前后两端均设置有转向架，所述转向架的竖直面呈“工”字形，所述转向架的俯视面也呈“工”字形，所述转向架的上端与转向架的顶部连接，所述转向架的下端与转向架的底部连接。

4.根据权利要求1所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于所述导向系统包括设置在转向架的左右两侧的水平轮组，水平轮组包括两个通过曲臂同轴连接的水平布置的水平轮，每个曲臂均连接有弹簧，弹簧的另一端连接到附近的转向架；

所述转向架的8个拐角处均设置有水平轮组。

5.根据权利要求4所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于所述悬浮系统包括上永磁阵列，所述上永磁阵列布置在转向架的下方，靠近左右两侧，位于转向架的前后两侧的下表面；

所述上永磁阵列的垂直下方设置有下永磁阵列，下永磁阵列通过底座安装在天梁的下端向内弯曲形成的托臂梁上，

所述转向架的下面一层水平轮组均位于托臂梁的下方。

6.根据权利要求5所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于所述安全保障系统包括设置在转向架内的限位轮，所述限位轮位于托臂梁下方。

7.根据权利要求4所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于所述转向架的前后两面均设置有用于安装水平轮和曲臂的安装板，以及用于钩挂弹簧的钩挂板，所述安装板位于对应面的靠近两侧边缘，上下两个安装板为一组，曲臂位于上下两个安装板之间，两个水平轮位于对应的安装板的上方或下方；

所述钩挂板位于水平相邻的两组安装板之间。

8.根据权利要求1所述的悬挂式永磁磁浮轨道交通机械结构，其特征在于所述吊厢系统包括吊厢和吊架，所述吊架设置于吊厢的顶部，吊架沿吊厢的前进方向均匀分布；吊架之间安置有阻尼装置。