CN109094423A - 被动式磁悬浮管道交通运输装置及其应用 - Google Patents

被动式磁悬浮管道交通运输装置及其应用 Download PDF

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    • B60L2200/26Rail vehicles

Abstract

本发明涉及一种被动式磁悬浮管道交通运输装置及其应用,包括管道和设置在管道内的磁悬浮车,管道的底部设置有磁轨道和至少一个动力驱动器,磁轨道上设置有下位永磁体,磁悬浮车的底部设置有上位永磁体和从动体,上位永磁体和下位永磁体极性相斥使磁悬浮车悬浮,动力驱动器通过摩擦力带动从动体前行,从而驱动磁悬浮车在管道内运行。本发明通过摩擦力带动磁悬浮车前进,改变了传统交通运输方式,具有清洁能源、环保无污染、低耗高能等优势。同时磁悬浮车在密闭接近真空的管道内运行,无风阻,同时不受天气环境的影响,能够持续运行,整个运行过程安全可靠,安全性、稳定性相比传统运输方式大幅提高。

Description

被动式磁悬浮管道交通运输装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种被动式磁悬浮管道交通运输装置及其应用,属于车辆工程技术领域。
背景技术
随着城镇车辆的日益增加,交通堵塞问题与日俱增。为缓解交通拥堵,在传统公交车出行的基础上,城市中又相继出现了其他多种交通方式,比如:地铁、BRT、轻轨以及磁悬浮列车。其中,磁动力列车以其具有的高速,低噪音,环保,经济和舒适等特点,逐渐被人们所青睐。
例如,中国专利文献CN101638090A公开了一种磁流体密封、磁流体电机牵引的槽运系统,磁流体密封使整列列车浮在空气中的能耗很小,在直线电机气隙中填充磁流体可大大增加电机牵引力;该槽运系统不需要同时控制悬浮和牵引,使控制装备大大简化,电磁噪声降低。
公开号为CN105539461A的中国专利公开了一种真空轨道磁悬浮列车系统,包括有真空隧道、磁悬浮轨道、磁悬浮列车、站点列车运行系统和行车列车运行系统以及总控列车运行系统,车头中设有车内控制系统及空气循环系统,并在下侧设有若干组悬浮架,磁悬浮轨道与每组悬浮架构成内向抱合结构,车头/车厢与磁悬浮轨道之间设有悬浮机构、驱动机构、制动机构和导向机构。本发明实现了磁悬浮列车在真空或低真空环境下的变道行驶,在轨道系统停电时进行非机械式紧急制动,列车高速运行时进行非接触式供电,解决了磁悬浮列车在经过各个站点时无需停车进行旅客上下车的问题,提高了列车运行效率和旅客出行的舒适度。
但是,现有的磁动力列车大都造价高昂、后期运行成本高,且目前的磁动力列车多是在地面上运行,然而现有的地面空间有限,且随着私家车的增多,地面的交通拥堵问题又重新出现,如何解决日益凸显的交通拥堵以及改善人们的出行方式,是亟需迫待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种被动式磁悬浮管道交通运输装置。
本发明还提供上述一种被动式磁悬浮管道交通运输装置的工作方法。
本发明的技术方案如下:
一种被动式磁悬浮管道交通运输装置,包括管道和设置在管道内的磁悬浮车,管道的底部设置有磁轨道和至少一个动力驱动器,磁轨道上设置有下位永磁体,磁悬浮车的底部设置有上位永磁体和从动体,上位永磁体和下位永磁体极性相斥使磁悬浮车悬浮,动力驱动器通过摩擦力带动从动体前行,从而驱动磁悬浮车在管道内运行。
优选的,所述磁悬浮车包括车箱体和底盘,底盘安装在车箱体底部,上位永磁体安装在底盘上。
优选的,当动力驱动器有多个时,相邻动力驱动器等间距设置。
优选的,所述动力驱动器包括一个驱动单元或并排设置的多个驱动单元,每一驱动单元包括动力源、动力摩擦轮和压紧轮,动力源与动力摩擦轮机械传动连接,压紧轮与动力摩擦轮相对设置,从动体经过动力摩擦轮和压紧轮之间,并与动力摩擦轮和压紧轮摩擦接触。此设计的好处在于,本系统单纯依靠动力摩擦轮和从动体之间的摩擦力,实现对磁悬浮车的前进驱动,成本低,稳定性和安全性较高。
优选的,所述动力源选用调速电机、带齿轮箱减速电机或液压马达,动力源通过联轴器与动力摩擦轮连接。
优选的,所述压紧轮也与动力源机械传动连接。此设计的好处在于,此时压紧轮也可作为提供摩擦动力的主动轮,通过动力摩擦轮和压紧轮对从动体两侧提供摩擦动力,能够进一步加大对从动体的驱动。
优选的,所述车箱体两侧对称设置有滑橇,管道内设置有独立导轨,滑橇置于独立导轨内。此设计的好处在于,可保持车辆沿设计路线运行,并防止出现翻车(磁翻车)现象出现,提升运行过程中的稳定性。
优选的,所述独立导轨内涂覆有润滑剂。此设计的好处在于,当磁悬浮车在管道内运行时,滑橇与独立导轨内的润滑剂摩擦接触,可以大大减小磁悬浮车运行时的摩擦阻力,减少能耗,提高运行效率。
优选的,所述润滑剂选用石墨、二硫化钼、硅油、油酸、烷烃、冰雪或聚酯。
优选的,所述管道内为真空。此设计的好处在于,磁悬浮车在真空管道内,摩擦阻力最小,能够最大程度上保证磁悬浮车的运行效能。
优选的,在从动体的两侧对称布置磁轨道,磁轨道的内侧设置有轨道平衡磁体,从动体的两侧设置有车箱平衡磁体,车箱平衡磁体与轨道平衡磁体极性相斥。此设计的好处在于,通过车箱平衡磁体与轨道平衡磁体相互作用,可以保证磁悬浮车运行过程中的稳定性。
优选的,所述车箱体的顶部中轴线上设置有平衡鳍。此设计的好处在于,可使车辆在管道内真空状态下稳定运行。
一种被动式磁悬浮管道交通运输装置的运行方法,包括以下步骤,
(1)当磁悬浮车开始运行时,动力驱动器启动,动力源驱动动力摩擦轮转动,动力摩擦轮依靠摩擦力带动从动体前行,且下位永磁体和上位永磁体相斥使磁悬浮车处于悬浮状态;
(2)当磁悬浮车离开动力驱动器位置后,依靠磁悬浮车的惯性在管道内向前滑行;
(3)当磁悬浮车向前滑行到下一个动力驱动器位置时,磁悬浮车在动力驱动器提供的摩擦力的带动下再次加速向前移动;
(4)重复步骤(3),磁悬浮车持续向前运行;
(5)当磁悬浮车到达站点时,通过站点处的动力驱动器反向运转,可使磁悬浮车减速,并在到达站点时磁悬浮车停止运行。
本发明的有益效果在于:
1、本发明被动式磁悬浮管道交通运输装置,通过摩擦力带动磁悬浮车前进,改变了传统交通运输方式,具有清洁能源、环保无污染、低耗能等优势。
2、本发明被动式磁悬浮管道交通运输装置,磁悬浮车在密闭接近真空的管道内运行,无风阻,不受天气环境的影响,能够持续运行,同时整个运行过程安全可靠,安全性、稳定性相比传统运输方式大幅提高。
3、本发明被动式磁悬浮管道交通运输装置,其管道可以架设在地面、空中、地底或海底,不受空间局限,应用场景广泛。
4、本发明被动式磁悬浮管道车辆,由于车辆本身没有动力装置,自身重量可以减轻,对应可以增大载荷,提高运载能力,车辆内部只需要简单的固定装置(如载物),载人时只需要增加照明、供氧、换气、座椅、车辆密封、蓄电池、车体配重自动平衡装置、导航、定位、自动电磁刹车、电视娱乐等基础设备,本磁悬浮车体无动力装置,无轮轨,无减振刹车等高重量高价值的零部件,造价大幅降低,可节约社会资源,提高产品市场竞争力。
5、本磁悬浮车辆由于在管道内运行,不受外界干扰,可以24小时运行并能实现无人操作,可大大降低人工成本,提高运行效率。分布在磁轨道上的动力驱动器,结构简单,技术成熟,并使得本发明得以变为可能。
6、本发明磁悬浮车外部无运转部件不会出现零件松动掉落轨道上并影响车辆运行的情况,永磁体外露部分可以用无磁材料如哈氏合金钛材或不锈钢覆盖表面,因为有管道可以有效的隔绝外部的干扰如乱石,雨雪等,可以使管道里面的车辆在一个洁静的环境中运行,这样又安全又省心,方便后期管理运营。
7、本发明的动力驱动器是一个节能的设备,当运行磁悬浮车既将接近动力驱器时开启,磁悬浮车离开时就关闭,前后开机不超过一分钟,而且对于要驱动的磁悬浮车,由于车体是悬浮状态,驱动车体本身不需要更大的动力(因悬浮无磨擦力)(相对轮式同等重量车体)只需要1/10的动力甚至更低的动力,车辆通过加速飘移N次加速N次飘移就可以到达终点,相较传统轮轨式交通,本发明的车辆也只是传统轮轨交通能耗的零头。
附图说明
图1为本发明实施例1磁悬浮车的结构示意图;
图2为本发明实施例1磁悬浮管道交通运输装置的结构示意图;
图3为本发明实施例2磁悬浮车的结构示意图;
图4为本发明实施例2磁悬浮管道交通运输装置的结构示意图;
图5为本发明磁悬浮车的运行轨迹图;
其中:1-平衡鳍,2-车箱体,3-下位永磁体,4-上位永磁体,5-磁轨道,6-动力摩擦轮,7-电机,8-摩擦条,9-车箱平衡磁体,10-轨道平衡磁体,11-管道,12-滑橇,13-导轨,14-从动体,15-压紧轮。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明,但不限于此。
实施例1:
如图1和图2所示,本实施例提供一种被动式磁悬浮管道交通运输装置,包括管道11和设置在管道11内的磁悬浮车,管道的底部设置有磁轨道5和至少一个动力驱动器,磁轨道5上设置有下位永磁体3,磁悬浮车的底部设置有上位永磁体4和从动体14,上位永磁体4和下位永磁体3极性相斥使磁悬浮车悬浮,动力驱动器通过摩擦力带动从动体14前行,从而驱动磁悬浮车在管道11内运行。
管道11为密闭管道,管道呈接近真空状态,磁悬浮车在管道内运行时的摩擦阻力几乎接近零摩擦。磁悬浮车包括车箱体2和底盘,底盘安装在车箱体底部,底盘的中心处向下延伸出一个从动体14(从动体与底盘为一体结构),上位永磁体安装在底盘的外表面上并位于从动体的两侧。当乘客进入车箱体后,车门关闭后,车箱体内为一独立封闭的环境,磁悬浮车在管道内快速运行,速度快、效率高。
管道11内底部两侧对称安装有磁轨道5,磁轨道5全程铺设在管道内,下位永磁体3平铺在磁轨道5的上表面上,从动体14两侧上下相对的上位永磁体4和下位永磁体3极性相斥,本实施例中从动体14一侧的上位永磁体4和下位永磁体3都是N极相斥,从动体14另一侧的上位永磁体4和下位永磁体3都是S极相斥,这样设计可以保证磁悬浮车运行过程中的平稳性。
动力驱动器为为磁悬浮车提供动力驱动,磁悬浮车本身没有动力,只依靠外部的动力驱动器提供动力来源,当动力驱动器有多个时(具体数量要根据管道的里程、磁悬浮车的重量来决定),相邻动力驱动器等间距设置,相邻动力驱动器之间的距离要保证磁悬浮车下降到某一设定值时对其进行再次驱动加速。
动力驱动器作为磁悬浮车的唯一动力装置,结构上包括一个驱动单元或并排设置的多个驱动单元,本实施例中包括并排设置的三十个驱动单元,每一驱动单元包括动力源、动力摩擦轮6和压紧轮15,动力源与动力摩擦轮6机械传动连接,压紧轮15与动力摩擦轮6相对安装在管道内,从动体14经过动力摩擦轮6和压紧轮15之间,并与动力摩擦轮6和压紧轮15摩擦接触。本系统单纯依靠动力摩擦轮和从动体之间的摩擦力,实现对磁悬浮车的前进驱动,成本低,稳定性和安全性较高,动力摩擦轮6为主动轮,提供摩擦驱动力,压紧轮15为从动轮,此时的压紧轮不提供驱动力只起压紧作用。本实施例中动力源选用调速电机7,调速电机7通过联轴器与动力摩擦轮6连接。从动体14上还额外安装有摩擦条8,其目的是增加从动体14经过动力驱动器时,由动力摩擦轮6和压紧轮15夹紧从动体并依靠动力摩擦轮和摩擦条之间的摩擦力带动从动体前进。
另外,为保证磁悬浮车按照既定路线运行并要保障运行过程中的稳定性和安全性,在车箱体2两侧对称安装有滑橇12,管道内额外安装有独立导轨13,滑橇12底端置于独立导轨13内。磁悬浮车按照滑橇沿独立导轨的轨迹运行,可保持车辆沿设计路线运行,并防止出现翻车(磁翻车)现象出现。
独立导轨13内还涂覆有润滑剂,润滑剂选用石墨、二硫化钼、硅油、油酸、烷烃、冰雪或聚酯。当磁悬浮车在管道内运行时,滑橇与独立导轨内的润滑剂摩擦接触,可以大大减小磁悬浮车运行时的摩擦阻力,减少能耗,提高运行效率。
在两侧磁轨道5的内侧安装有轨道平衡磁体10,从动体14的两侧设置有车箱平衡磁体9,车箱平衡磁体9与轨道平衡磁体10极性相斥。这样设计的目的是为了进一步增加行车过程中的稳定性,通过车箱平衡磁体与轨道平衡磁体相互作用,可以保证磁悬浮车运行过程中的稳定性。
为方便运输时人员或货物舒适地进入车辆内,人员或货物首先在常压下进入车辆内,然后车辆移入一个真空过渡空间,关闭真空过渡空间与外界大气环境后抽真空使磁悬浮车辆达到真空管道工作环境,通过移动磁悬浮车辆至动力驱动器下使磁悬浮车辆进入启动位置处,当动力驱动器启动时,车辆开始正常工作,待车辆到达目的地时,车辆移入真空过渡空间,真空过渡空间与真空管道隔离,放入空气使其与大气相通,此时人员货物可以正常上下车。
实施例2:
如实施例1所述的一种被动式磁悬浮管道交通运输装置,其结构上的不同之处在于:动力源选用带齿轮箱减速电机,带齿轮箱减速电机通过联轴器与动力摩擦轮连接。从动体14两侧的上位永磁体4和下位永磁体3都是N极相斥。
压紧轮15也与动力源机械传动连接,即额外增加动力源与压紧轮传动连接。此时压紧轮15也可作为提供摩擦动力的主动轮,通过动力摩擦轮和压紧轮对从动体两侧提供摩擦动力,能够进一步加大对从动体的驱动。
实施例3:
如实施例1所述的一种被动式磁悬浮管道交通运输装置,其结构上的不同之处在于:动力源选用液压马达,液压马达通过联轴器与动力摩擦轮连接。从动体14两侧的上位永磁体4和下位永磁体3都是S极相斥。
实施例4:
如图3和图4所示,如实施例1所述的一种被动式磁悬浮管道交通运输装置,其结构上的不同之处在于:车箱体2的顶部中轴线上安装有平衡鳍1。可使车辆在管道内真空状态(无限接近真空状态,可呈现低真空状态)下稳定运行。
实施例5:
一种如实施例1-4任一所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置的运行方法,包括以下步骤,
(1)当磁悬浮车开始运行时,动力驱动器启动,动力源驱动动力摩擦轮6转动,动力摩擦轮6依靠摩擦力带动从动体14前行,且下位永磁体3和上位永磁体4相斥使磁悬浮车处于悬浮状态;
(2)当磁悬浮车离开动力驱动器位置后,依靠磁悬浮车的惯性在管道内向前滑行,由于相斥磁力作用,磁悬浮车始终处于悬浮状态,同时由于管道内为真空状态其阻力很小,磁悬浮车在离开动力驱动器之后依靠惯性(滑橇沿独立导轨)能够滑行很远的距离;
(3)当磁悬浮车向前滑行到下一个动力驱动器位置时,磁悬浮车在动力驱动器提供的摩擦力的带动下再次加速向前移动;
(4)重复步骤(3),磁悬浮车持续向前运行;
(5)当磁悬浮车到达站点时,通过站点处的动力驱动器反向运转,可使磁悬浮车减速,并在到达站点时磁悬浮车停止运行。
本实施例中提供了本发明被动式磁悬浮管道交通运输装置的运行方法,其在运行过程中所设计的电路架设、控制设置以及站点设计依照常规技术即可实现,本发明只描述其改进的技术点,整个系统运行所需的其他技术方面均是常规技术能够实现的,并不在本申请保护范围之列。

Claims (10)

1.一种被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,包括管道和设置在管道内的磁悬浮车,管道的底部设置有磁轨道和至少一个动力驱动器,磁轨道上设置有下位永磁体,磁悬浮车的底部设置有上位永磁体和从动体,上位永磁体和下位永磁体极性相斥使磁悬浮车悬浮,动力驱动器通过摩擦力带动从动体前行,从而驱动磁悬浮车在管道内运行。
2.如权利要求1所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,所述磁悬浮车包括车箱体和底盘,底盘安装在车箱体底部,上位永磁体安装在底盘上;
优选的,当动力驱动器有多个时,相邻动力驱动器等间距设置。
3.如权利要求1所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,所述动力驱动器包括一个驱动单元或并排设置的多个驱动单元,每一驱动单元包括动力源、动力摩擦轮和压紧轮,动力源与动力摩擦轮机械传动连接,压紧轮与动力摩擦轮相对设置,从动体经过动力摩擦轮和压紧轮之间,并与动力摩擦轮和压紧轮摩擦接触。
4.如权利要求3所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,所述动力源选用调速电机、带齿轮箱减速电机或液压马达,动力源通过联轴器与动力摩擦轮连接;所述压紧轮也与动力源机械传动连接。
5.如权利要求2所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,所述车箱体两侧对称设置有滑橇,管道内设置有独立导轨,滑橇置于独立导轨内。
6.如权利要求5所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,所述独立导轨内涂覆有润滑剂;
优选的,所述润滑剂选用石墨、二硫化钼、硅油、油酸、烷烃、冰雪或聚酯。
7.如权利要求1所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,所述管道内为真空。
8.如权利要求1所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,在从动体的两侧对称布置磁轨道,磁轨道的内侧设置有轨道平衡磁体,从动体的两侧设置有车箱平衡磁体,车箱平衡磁体与轨道平衡磁体极性相斥。
9.如权利要求2所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置,其特征在于,所述车箱体的顶部中轴线上设置有平衡鳍。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的被动式磁悬浮管道交通运输装置的运行方法,包括以下步骤,
(1)当磁悬浮车开始运行时,动力驱动器启动,动力源驱动动力摩擦轮转动,动力摩擦轮依靠摩擦力带动从动体前行,且下位永磁体和上位永磁体相斥使磁悬浮车处于悬浮状态;
(2)当磁悬浮车离开动力驱动器位置后,依靠磁悬浮车的惯性在管道内向前滑行;
(3)当磁悬浮车向前滑行到下一个动力驱动器位置时,磁悬浮车在动力驱动器提供的摩擦力的带动下再次加速向前移动;
(4)重复步骤(3),磁悬浮车持续向前运行;
(5)当磁悬浮车到达站点时,通过站点处的动力驱动器反向运转,可使磁悬浮车减速,并在到达站点时磁悬浮车停止运行。
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