CN109318721A - 一种磁悬浮驱动装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮驱动装置，其安装于固定导轨上，包括有动力驱动模块、控制模块、以及负载，其中，所述动力驱动模块包括有磁铁动力模块以及线圈动力模块；其中，所述磁铁动力模块包括有固定设置于负载上的永磁动子；所述线圈动力模块包括有固定在导轨上滑行的线圈动子；所述线圈动子上设置有锁紧机构，可以将线圈动子锁紧固定在固定导轨上。本发明磁悬浮驱动装置成本低、节能环保、且运行过程中没有嘈杂的噪声，安全舒适。

Description

一种磁悬浮驱动装置及其实现方法

技术领域

本发明属于磁悬浮技术领域，涉及一种磁悬浮驱动装置及其实现方法。

背景技术

随着磁悬浮技术的发展，磁悬浮技术目前已经应用到多个领域，如磁悬浮列车、磁悬浮轴承驱动等领域。然而，目前的磁悬浮驱动的应用都制造成本极高，以磁悬浮列车为例，磁悬浮列车的车体上装有磁体，磁体随车体运动时，使设在地面轨道上的线圈（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。如中国专利申请第201710065822.1公开的磁悬浮列车，由车厢和路基组成，包括列车浮力产生单元，其中，列车浮力产生单元由安装于车厢底部的两永磁铁组和安装于路基上的一永磁铁路轨构成，安装于路基上的永磁铁轨卡在车厢底部的两永磁铁组中间，磁性相吸，但彼此都不接触，由于磁力的作用产生悬浮力，托起车厢。根据这个原理，通过计算和实验证明，每一块磁铁的横截面只要18*20MM（磁铁的长度关系不大），其产生的悬浮力已足够,地基上的磁柱只要二层,车厢下面的磁柱只要三层即可,每块磁铁的磁强只需要5000GS,可以产生的磁悬浮力可达到每米车板4吨的力(轮轨列车的标准是客车0.6吨,货车3.6吨)。这种磁铁排列方式,其好处首先在于可以在垂直方向叠加磁铁,使磁力成倍的增大;其次是可以使列车得到双向平衡,即当车厢下沉时会受到向上的恢复力,上浮时受到向下的恢复力,所以列车运行时应该除安静外还十分平稳。

可见，这种需要在路基上沿着轨道都铺设永磁铁，可见所需的永磁铁量需求非常大，成本非常高，并且，在如此长距离的轨道上布置磁体，人工成本及布置磁体的技术要求都非常高。

故，针对上述现有技术存在的缺陷，实有必要进行开发研究，以提供一种方案，开发出一种成本低的磁悬浮驱动方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种成本低、且简单易实现的磁悬浮驱动装置及其实现方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种磁悬浮驱动装置，其安装于固定导轨上，包括有动力驱动模块、控制模块、以及负载，其中，所述动力驱动模块包括有磁铁动力模块以及线圈动力模块；其中，所述磁铁动力模块包括有固定设置于负载上的永磁动子；所述线圈动力模块包括有固定在导轨上滑行的线圈动子；所述线圈动子上设置有锁紧机构，可以将线圈动子锁紧固定在固定导轨上。

优选地，所述永磁动子为复数组永磁铁极性交错依序排列组合而成，永磁动子的长度与负载长度一致。

优选地，所述线圈动子上设置有复数个无铁芯线圈、以及线束；所述线束包括有导电线路，所述导电线路包括有电源线、地线以及信号线。

优选地，所述线圈动子上与线圈一一对应还设置有一条按极性相反的磁铁轨迹线。

优选地，所述线圈动子的长度大于永磁动子的长度，所述永磁动子上安装有霍尔探头。

优选地，所述霍尔探头设置于两个永磁动子的两头和中间位置，以检测对应于线圈的永磁铁极性的变化，从而改变线圈动子的线圈上的电流方向。

优选地，所述永磁动子共有两个，分别为第一永磁动子、第二永磁动子，所述第一、第二永磁动子于负载底面上沿着负载的长度方向呈平行设置。

优选地，对应于第一、第二永磁动子，所述线圈动子共有两个，分别为第一、第二线圈动子；所述第一、第二线圈动子安装于固定导轨上。

本发明另一技术方案为：

一种磁悬浮驱动装置的实现方法，包括：

提供一磁铁动力模块，所述磁铁动力模块包括有固定设置于负载上的永磁动子，其中，所述永磁动子由复数组永磁铁极性交错依序排列组合而成；

提供一线圈动力模块，所述线圈动力模块包括有固定在导轨上滑行的线圈动子；所述线圈动子上设置有复数个无铁芯线圈、以及线束；所述线圈动子上还设置有锁紧机构；

提供一控制模块，以控制启动线圈动子的锁紧机构，并开启正负直流电源对线圈动子上电。

优选地，所述永磁动子共有两个，分别为第一永磁动子、第二永磁动子，所述第一、第二永磁动子于负载底面上沿着负载的长度方向上呈平行设置；对应于永磁动子设置两条固定导轨，对应于第一、第二永磁动子，固定导轨上安装有第一、第二线圈动子；所述第一、第二线圈动子尾端分别设置有锁紧机构。

相较于现有技术，本发明磁悬浮驱动装置及其实现方法成本低、且结构简单易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明磁悬浮驱动装置的原理图示。

图2是本发明磁悬浮驱动装置第一线圈动子与第一永磁动子驱动电梯运行启动前的图示。

图3是本发明磁悬浮驱动装置第一线圈动子与第一永磁动子驱动电梯运行过程中的图示。

图4是本发明磁悬浮驱动装置第一线圈动子与第一永磁动子驱动电梯运行即将结束时的示意图。

图5是本发明磁悬浮驱动装置第二线圈动子与第二永磁动子驱动电梯运行启动时的示意图。

图6是本发明磁悬浮驱动装置第二线圈动子与第二永磁动子驱动电梯运行过程中的图示。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本发明的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。

以下分别进行详细说明。

如图1所示，本发明一种磁悬浮驱动装置100安装于固定导轨1上，包括有动力驱动模块（未标号）、控制模块5、以及负载3。

所述动力驱动模块包括有磁铁动力模块（未标号）以及线圈动力模块2；其中，所述磁铁动力模块包括有固定设置于负载上的永磁动子（未标号）；所述线圈动力模块2包括有固定在导轨1上滑行的线圈动子20。

所述永磁动子为复数组永磁铁30极性交错依序排列组合而成，具体地，沿着负载的纵向方向上，按照一定间距排列两排永磁铁，每一排永磁体的极性交错排布，如图1所示，左右分别为S极与N极，对应前后分别为N极与S极。永磁动子的长度与负载的长度一致，在永磁铁30的对应位置有三个霍尔探头31，本发明实施例中，永磁动子的长度与负载长度完全相等。

所述线圈动子2上设置有锁紧机构4，可以将线圈动子2锁紧固定在固定导轨1上。

线圈动子2上设置有复数个无铁芯线圈20、以及线束22；所述线束22包括有导电线路，所述导电线路包括有电源线（未图示）、地线（未图示）以及信号线（未图示）。本发明实施例中，线圈动子2上与线圈20一一对应还设置有一条按极性相反的磁铁轨迹线21、与磁铁轨迹线21间隔安装的三条电源轨迹线（未图示）以及一条地线轨迹线（未图示）。

具体地，本发明实施例中，三个线圈20的累加长度与两组永磁铁30的累加长度完全相等，从而每两组永磁铁30与三个线圈20构成一个动力单元。对应线圈分配有一条磁铁轨迹线，每个轨迹磁铁长度与线圈的宽度相等，按相反极性串接成一条与线圈侧面平行的磁铁轨迹线。

所述线圈动子2的长度大于永磁动子的长度，具体长度根据负载需求动力以及速度而定，在本发明实施例中，所述线圈动子2的长度是永磁动子长度的两倍。所述固定导轨1也称为定子；所述定子的长度与驱动装置驱动的实际需求距离一致。

所述永磁动子上安装有三个霍尔探头31，具体地，所述霍尔探头31设置于两个永磁动子的两头和中间位置，以检测对应于线圈的永磁铁极性的变化，从而改变线圈动子的线圈上的电流方向。

导电线路设置于所述线圈动子上，导电线路与线圈之间还设置有相位磁铁，所述相位磁铁为复数个，所述复数个相位磁铁沿着线圈动子的宽度方向呈极性交错排布形成所述磁铁轨迹线21。当磁铁动子运动时，霍尔探头同步沿着磁铁轨迹线21平行运动，霍尔探头随着轨迹线21上的极性的变化而使得输出的电平信号不断翻转，从而改变线圈20的电流方向。本发明实施例中，所述导电线路包括有复数根铜条（未图示）以及用于接地的地线（未图示）；其中，铜条与线圈一一对应，单根铜条的长度与线圈宽度一致；同一相位的线圈对应的铜条布置在同一条直线上，铜条彼此之间断开，即同相位的线圈负载是并联上电，但不是同时上电。三个不同相位的线圈同名端共形成三条对应铜条的平行线，正负直流电源的三个相线分别通过对应铜条与铜头相接。

本发明实例如图2-图6所示，所述负载3呈一方形体，包括有六个面，本发明实施例中，所述永磁动子设置于负载的底面，其共有两个，分别为第一永磁动子（未标号）、第二永磁动子（未标号），所述第一、第二永磁动子于底面上沿着负载的长度方向呈平行设置。当然，所述永磁动子也可设置于负载的两侧面，即第一、第二永磁动子分别设置于负载两侧面上，且沿着负载的长度方向上呈平行设置。以永磁动子设置于负载的底面为例进行说明，对应于永磁动子的位置，设置两条固定导轨1，1’，对应于第一、第二永磁动子，所述线圈动子共有两个，分别为第一、第二线圈动子2，2’， 第一、第二线圈动子2，2’安装于固定导轨上。所述第一、第二线圈动子2，2’上分别设置有锁紧机构4，4’，通过锁紧机构4，4’可以将线圈动子2，2’锁紧固定在导轨1，1’上，锁紧机构解锁后，对应的线圈动子可以沿着固定导轨自由上下滑动。

驱动装置的工作运行过程如图2-图6所示，如图2所示，启动时，负载3的末端与第一、第二永磁动子的末端，以及第一、第二线圈动子2，2’的末端处在同一平面位置。通过控制模块5控制启动第一线圈动子的锁紧机构4，将第一线圈动子2的锁紧机构4固定锁紧在导轨1上，并开启正负直流电源对第一线圈动子2上电，如图3所示，此时第一线圈动子2与第一永磁动子之间形成的磁动力驱动负载3向前移动，第二线圈动子2’的锁紧机构4’处于解锁状态，第二线圈动子2’同步跟随负载3向前移，即保持第二线圈动子2’的尾端与负载3的末端处于同一平面位置上。如图4所示，当负载3向前运行至接近第一线圈动子2末端时，控制模块5控制启动第二线圈动子2’的锁紧机构4’，将第二线圈动子2’的锁紧机构4’固定锁紧在导轨1’上，并开启正负直流电源对第二线圈动子2’上电，同时将第一线线圈动子2上电流减小并改变极性控制，并解锁第一线圈动子2的锁紧机构4，第一线圈动子2快速回位，如图5所示，即迅速回归到第一线圈动子2的尾端与负载3的末端处于同一平面的位置；此时第二线圈动子2’与第二永磁动子之间形成的磁动力驱动负载3向前移动，如图6所示，第一线圈动子2的锁紧机构4处于解锁状态，第一线圈动子2同步跟随负载3向前运行。当负载3向前运行至接近第二线圈动子2’尾端时，第一、第二线圈动子2，2’的一个工作周期完成。线圈动子重复上述工作周期，第一线圈动子的锁紧机构锁定，并对第一线圈动子上电，同时停止对第二线圈动子上电，解锁第二线圈动子的锁紧机构，第二线圈动子快速回位，由第一线圈动子与第一永磁动子之间形成的磁动力驱动负载向前运行。如此，第一、第二线圈动子交替上电驱动永磁动子带动负载前行，完成驱动装置的驱动工作。

本发明实施例中，所述永磁动子共有两个，对应的线圈动子也共有两个；当然，所述永磁动子与所述线圈动子数量并非限制于两个，其根据具体实际需要，也可以设置为相应数量的永磁动子与线圈动子。

本发明另一实施例为一种磁悬浮驱动装置的实现方法，包括：

提供一磁铁动力模块，所述磁铁动力模块包括有固定设置于负载上的永磁动子，其中，所述永磁动子为复数组永磁铁极性交错依序排列组合而成;

具体地，所述永磁动子为沿着负载的长度方向上，按照一定间距排列的两排永磁铁，每一排永磁体的极性交错排布。永磁动子的长度与负载长度一致，在永磁铁的对应位置设有霍尔探头。

提供一线圈动力模块，所述线圈动力模块包括有固定在导轨上滑行的线圈动子；所述线圈动子上设置有复数个无铁芯线圈、以及线束；所述线圈动子上还设置有锁紧机构。

其中，三个线圈的累加长度与两组永磁铁的累加长度完全相等，从而每两组永磁铁与三个线圈构成一个动力单元。

提供一控制模块，以控制启动线圈动子的锁紧机构，并开启正负直流电源对线圈动子上电。

具体地，所述永磁动子共有两个，分别为第一永磁动子、第二永磁动子，所述第一、第二永磁动子于负载底面上沿着负载的长度方向上呈平行设置。对应于永磁动子设置两条固定导轨，对应于第一、第二永磁动子，固定导轨上安装有第一、第二线圈动子。所述第一、第二线圈动子尾端分别设置有锁紧机构。

控制模块控制启动第一线圈动子的锁紧机构，将第一线圈动子的锁紧机构固定锁紧在导轨上，并开启正负直流电源对第一线圈动子上电，此时第一线圈动子与第一永磁动子之间形成的磁动力驱动负载向前运行，第二线圈动子的锁紧机构处于解锁状态，第二线圈动子同步跟随负载向前运行，即保持第二线圈动子的尾端与负载的末端处于同一平面上。当负载向前运行至接近第一线圈动子尾端时，控制模块控制启动第二线圈动子的锁紧机构，将第二线圈动子的锁紧机构固定锁紧在导轨上，并开启正负直流电源对第二线圈动子上电，同时将第一线线圈动子上电流减小并改变极性控制，并解锁第一线圈动子的锁紧机构，第一线圈动子快速回位，即迅速回归到第一线圈动子的尾端与负载的底部处于同一平面位置上；此时第二线圈动子与第二永磁动子之间形成的磁动力驱动负载向前运行，第一线圈动子的锁紧机构处于解锁状态，第一线圈动子同步跟随负载向前运行。当负载向前运行至接近第二线圈动子末端时，第一、第二线圈动子的一个工作周期完成。线圈动子重复上述工作周期，第一线圈动子的锁紧机构锁定，并对第一线圈动子上电，同时停止对第二线圈动子上电，解锁第二线圈动子的锁紧机构，第二线圈动子快速回位，由第一线圈动子与第一永磁动子之间形成的磁动力驱动负载向前运行。如此，第一、第二线圈动子交替上电驱动永磁动子带动负载运行，完成工作。

本发明实施例中，所述永磁动子共有两个，对应的线圈动子也共有两个；当然，所述永磁动子与所述线圈动子数量并非限制于两个，其根据具体实际需要，也可以设置为相应数量的永磁动子与线圈动子。

综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮驱动装置，其安装于固定导轨上，包括有动力驱动模块、控制模块、以及负载，其特征在于：所述动力驱动模块包括有磁铁动力模块以及线圈动力模块；其中，所述磁铁动力模块包括有固定设置于负载上的永磁动子；所述线圈动力模块包括有固定在导轨上滑行的线圈动子；所述线圈动子上设置有锁紧机构，可以将线圈动子锁紧固定在固定导轨上。

2.如权利要求1所述磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述永磁动子为复数组永磁铁极性交错依序排列组合而成，永磁动子的长度与负载长度一致。

3.如权利要求2所述磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述线圈动子上设置有复数个无铁芯线圈、以及线束；所述线束包括有导电线路，所述导电线路包括有电源线、地线以及信号线。

4.如权利要求3所述磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述线圈动子上与线圈一一对应还设置有一条按极性相反的磁铁轨迹线。

5.如权利要求4所述磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述线圈动子的长度大于永磁动子的长度，所述永磁动子上安装有霍尔探头。

6.如权利要求5所述磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述霍尔探头设置于两个永磁动子的两头和中间位置，以检测对应于线圈的永磁铁极性的变化，从而改变线圈动子的线圈上的电流方向。

7.如权利要求6所述磁悬浮驱动装置，其特征在于：所述永磁动子共有两个，分别为第一永磁动子、第二永磁动子，所述第一、第二永磁动子于负载底面上沿着负载的长度方向呈平行设置。

8.如权利要求7所述磁悬浮驱动装置，其特征在于：对应于第一、第二永磁动子，所述线圈动子共有两个，分别为第一、第二线圈动子；所述第一、第二线圈动子安装于固定导轨上。

9.一种磁悬浮驱动装置的实现方法，其特征在于，包括：

提供一磁铁动力模块，所述磁铁动力模块包括有固定设置于负载上的永磁动子，其中，所述永磁动子由复数组永磁铁极性交错依序排列组合而成；

提供一线圈动力模块，所述线圈动力模块包括有固定在导轨上滑行的线圈动子；所述线圈动子上设置有复数个无铁芯线圈、以及线束；所述线圈动子上还设置有锁紧机构；

提供一控制模块，以控制启动线圈动子的锁紧机构，并开启正负直流电源对线圈动子上电。

10.如权利要求9所述磁悬浮驱动装置的实现方法，其特征在于：所述永磁动子共有两个，分别为第一永磁动子、第二永磁动子，所述第一、第二永磁动子于负载底面上沿着负载的长度方向上呈平行设置；对应于永磁动子设置两条固定导轨，对应于第一、第二永磁动子，固定导轨上安装有第一、第二线圈动子；所述第一、第二线圈动子尾端分别设置有锁紧机构。