CN111591124A - 磁悬浮车轮及汽车 - Google Patents

磁悬浮车轮及汽车 Download PDF

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CN111591124A CN202010378105.6A CN202010378105A CN111591124A CN 111591124 A CN111591124 A CN 111591124A CN 202010378105 A CN202010378105 A CN 202010378105A CN 111591124 A CN111591124 A CN 111591124A
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    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮车轮，包括：外轮胎、内轮毂、牵引系统和悬浮系统，外轮胎包括胎圈和环形钢槽，胎圈环绕在环形钢槽的外圈；内轮毂设置在环形钢槽内并且与环形钢槽之间留有气隙；牵引系统包括动子和定子绕组，环形钢槽的内壁中间位置开设有一圈凹槽，动子固定在凹槽内，定子绕组均匀分布在内轮毂的外圈一周，动子用于感应交变磁场带动外轮胎转动；悬浮系统包括悬浮线圈、间隙传感器和悬浮控制器，悬浮线圈设置在内轮毂内部，间隙传感器均匀分布在内轮毂的外圈上，悬浮控制器分别与间隙传感器和悬浮线圈电性连接，还公开了一种带有该轮胎的磁悬浮汽车，动力好、噪音小、平稳性佳、便于维修维护。

Description

磁悬浮车轮及汽车
技术领域
本发明涉及交通工具领域，具体的涉及一种磁悬浮车轮及汽车。
背景技术
现有汽车的轮胎与车体之间采用刚性连接，并且汽车轮胎单一依靠汽车发动机传输的动力转动，动力输出性能一般。此外行驶时轮胎与地面的摩擦导致的震动以及噪音直接通过传动轴传导到车内，导致噪音大、颠簸感强、平稳性差。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种磁悬浮车轮及汽车，能够实现车内的低噪音，并且能够大大减少乘客的颠簸感，平稳性好、动力输出性能好。
根据本发明实施例的磁悬浮车轮，包括：外轮胎，所述外轮胎包括胎圈和环形钢槽，所述胎圈环绕在环形钢槽的外圈；内轮毂，所述内轮毂设置在环形钢槽内并且与环形钢槽之间留有气隙；牵引系统，所述牵引系统包括动子和定子绕组，环形钢槽的内壁中间位置开设有一圈凹槽，所述动子固定在凹槽内，所述定子绕组均匀分布在内轮毂的外圈一周，所述定子绕组用于通过三相电流产生交变磁场，所述动子用于感应交变磁场带动外轮胎转动；悬浮系统，所述悬浮系统包括悬浮线圈、间隙传感器和悬浮控制器，所述悬浮线圈设置在内轮毂内部以用于在内轮毂和环形钢槽之间提供悬浮力，所述间隙传感器均匀分布在内轮毂的外圈上以用于检测内轮毂和环形钢槽之间的悬浮间隙，所述悬浮控制器分别与间隙传感器和悬浮线圈电性连接，所述悬浮控制器用于通过悬浮间隙信息控制输入悬浮系统的电流来保证内轮毂和外轮胎之间间隙的稳定。
根据本发明实施例的磁悬浮车轮，至少具有如下技术效果：
本发明实施方式在轮胎内集成有牵引系统和悬浮系统，悬浮系统中的悬浮线圈产生的直流磁路在环形钢槽形成直流闭合磁路，环形钢槽与轮毂电磁铁磁场相互作用产生悬浮力，悬浮控制器通过间隙传感器反馈的信号获取外轮胎和内轮毂之间的间隙，并通过控制输入给悬浮线圈的电流保证轮毂与外轮胎之间的间隙保持在一定范围之内。牵引系统中由定子绕组产生的交变磁场感应在动子中从而带动外轮胎转动，具有以下优点
1、在每个轮胎内设置单独的牵引系统，通过定子绕组产生的交变磁场带动外轮胎内嵌的动子转动，相当于每个轮胎内都配置了一个牵引电机，一个车辆上安装四个轮胎，相当于由四台牵引电机同时驱动，动力输出性能好。
2、轮胎与轮毂无连接，行驶过程中轮胎与地面的胎噪声音无法通过传动轴等刚性连接传导到车内，噪音小。
3、内轮毂内配置单独的悬浮系统，保证外轮胎与内轮毂之间保持稳定的悬浮间隙，平稳性好。
4、轮胎通过纯电动驱动，没有联动轴承、驱动轴承、差速器装置等设备，大大提高了车辆驱动效率。
5、轮胎与轮毂无连接，轮胎拆解简单，便于维修维护。
根据本发明的一些实施例，所述悬浮系统还包括与悬浮控制器电性连接的导向线圈，所述导向线圈设置在内轮毂内部中间水平线的前端和后端以用于提供前后的悬浮力抵消加速和减速过程中的惯性力。
根据本发明的一些实施例，所述悬浮线圈位于内轮毂内部的上半区域。
根据本发明的一些实施例，所述内轮毂的侧边设置有竖直且延伸至外轮胎两侧的横向止档，以用于对外轮胎进行横向的限位。
根据本发明的一些实施例，所述动子为铝感应板。
根据本发明的一些实施例，所述动子与内轮毂之间的距离小于等于环形钢槽内轮毂之间的距离。
根据本发明的一些实施例，所述动子与环形钢槽的内壁之间设置有第一隔磁层以避免磁路干扰。
根据本发明的一些实施例，所述定子绕组与内轮毂的之间设置有第二隔磁层以避免磁路干扰。
根据本发明实施例的磁悬浮汽车，包括汽车本体和安装在汽车本体上的车轮，所述车轮为上述任一项所述的磁悬浮车轮。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中磁悬浮车轮的侧面结构原理图；
图2为本发明实施例中磁悬浮车轮直线行驶时的一种正面剖视图；
图3为本发明实施例中磁悬浮车轮直线行驶时的另一种正面剖视图；
图4为本发明实施例中磁悬浮车轮拐弯时的正面剖视图；
图5为本发明实施例中磁悬浮车轮拐弯时的受力分析示意图；
图6为本发明实施例中磁悬浮车轮顶面的结构原理图。
附图标号
外轮胎100、胎圈110、环形钢槽120、内轮毂200、横向止档210、动子310、定子绕组320、悬浮线圈410、间隙传感器420。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1，一种磁悬浮车轮，包括：外轮胎100、内轮毂200、牵引系统和悬浮系统。
外轮胎100包括胎圈110和环形钢槽120，胎圈110固定安装在环形钢槽120的外圈上，胎圈110采用目前汽车轮胎橡胶胎圈即可，主要起到保护环形钢槽、减震、与地面接触产生摩擦力等作用，与常规汽车的胎圈作用相同。
参考图2-图3，内轮毂200设置在环形钢槽120内并且与环形钢槽120之间留有气隙，内轮毂200通过悬浮系统保持与环形钢槽120的稳定悬浮间隙。
牵引系统包括动子310和定子绕组320，参考图6，环形钢槽120的内壁中间位置开设有一圈凹槽，动子310固定在凹槽内，定子绕组320均匀分布在内轮毂200的外圈一周，定子绕组320用于通过三相电流产生交变磁场，动子310用于感应交变磁场带动外轮胎100转动。优选的，动子310为铝感应板，铝感应板在交变磁场内产生感应电流，通电的铝感应板受到安培力的作用带动外轮胎100转动，参考图1，内轮毂内标注N、S位置为定子绕组320，可以视为牵引电机的一组三相绕组，外轮胎100内的铝感应板为转子。整体来看，本申请中轮胎内的牵引系统可以视为外转子的交流异步电机，定子绕组的电源控制以及牵引控制可用市面上常规的控制方案，简洁方便，很容易工程应用。
本申请中动子也可以采用铜感应板，铜和铝的材质均不会被悬浮线圈410产生的直流磁场磁化，但是都有良好的导电性可以感应交变磁场产生电流受到安培力的作用转动，但是铝感应板的重量较轻，因此本实施例中采用的铝感应板更适合实际应用。
参考图1，悬浮系统包括悬浮线圈410、间隙传感器420和悬浮控制器，悬浮线圈410设置在内轮毂200内部的上半区域以用于在内轮毂200和环形钢槽120之间提供悬浮力，间隙传感器420均匀分布在内轮毂200的外圈上以用于检测内轮毂200和环形钢槽120之间的悬浮间隙；悬浮控制器分别与间隙传感器420和悬浮线圈410电性连接，悬浮控制器通过间隙传感器420反馈的悬浮间隙，并控制输入给悬浮线圈410的电流，改变上部内轮毂200与环形钢槽120的吸力大小，保证悬浮间隙在稳定的范围之内。内轮毂200上的悬浮线圈410与外轮胎100上环形钢槽120的磁路分布如图2-图3所示，电流通过悬浮线圈410产生直流磁场，直流磁场通过环形钢槽120形成闭合磁路。
由于车辆有加速与减速过程，为保证在此过程中内轮毂200始终保持在轮胎的正中心，悬浮系统还包括与悬浮控制器电性连接的导向线圈430，导向线圈430设置在内轮毂200内部中间水平线的前端和后端，悬浮控制器通过控制导向线圈430内部的电流大小，来改变内轮毂100对前后的吸力，使内轮毂200更好的稳定在轮胎中心位置。
参考图2-图3，为了减小悬浮系统和牵引系统之间的磁路干扰，铝感应板与内轮毂200之间的距离小于等于环形钢槽120与内轮毂200之间的距离，这样交变磁场-铝感应板的感应区域位于直流磁场-环形钢槽的感应区域内。
为了进一步减小磁路干扰，铝感应板与环形钢槽120的内壁之间设置有第一隔磁层，定子绕组320与内轮毂200的外壁之间设置有第二隔磁层，隔磁层可以采用塑料等常规隔磁材料。
车辆在使用磁悬浮车轮过程中，会左转或右转，需保证轮胎始终跟随轮毂，因此需要环形钢槽120的磁极与内轮毂的电磁铁极板始终对齐，参考图4，车辆转向时由于轮胎与轮毂存在偏移角度，轮廓与环形钢槽之间的磁路会跟随轮胎偏移发生倾斜，参考图5，由于内轮毂与环形钢槽120之间的磁链倾斜，外轮胎与内轮毂的吸力为倾斜的力F，通过受力分析，可以将吸力F分解为一个水平吸力F1和竖直吸力F2，其中竖直吸力F2在竖直方向产生车辆所需悬浮力，水平吸力F1在水平方向产生导向力将外轮胎100重新拉回轮毂中心线上。
为了避免左右偏离过大时外轮胎100超过直流磁场的感应范围，参考图4，内轮毂200的侧边设置有竖直且延伸至外轮胎100两侧的横向止档210，以用于对外轮胎100进行横向的限位，防止外轮胎100左右偏离过大时脱离内轮毂200，横向止档210的材质需比环形钢槽120软。
本发明实施例还包括一种磁悬浮汽车，包括汽车本体和安装在汽车本体上的轮胎，轮胎为本实施例中的磁悬浮车轮。
综上所述，本发明实施方式在轮胎内集成有牵引系统和悬浮系统，悬浮系统中的悬浮线圈410产生的直流磁路在环形钢槽120形成直流闭合磁路，环形钢槽120与轮毂电磁铁磁场相互作用产生悬浮力，悬浮控制器通过间隙传感器420反馈的信号获取外轮胎100和内轮毂200之间的间隙，并通过控制输入给悬浮线圈410的电流保证内轮毂200与外轮胎100之间的间隙保持在一定范围之内。牵引系统中由定子绕组320产生的交变磁场感应在动子310中带动外轮胎转动，具有以下优点：
1、在每个轮胎内设置单独的牵引系统，通过定子绕组产生的交变磁场带动外轮胎内嵌的动子转动，相当于每个轮胎内都配置了一个牵引电机，一个车辆上安装四个轮胎，相当于由四台牵引电机同时驱动，动力输出性能好。
2、轮胎与轮毂无连接，行驶过程中轮胎与地面的胎噪声音无法通过传动轴等刚性连接传导到车内，噪音小。
3、内轮毂内配置单独的悬浮系统，保证外轮胎与内轮毂之间保持稳定的悬浮间隙，平稳性好。
4、轮胎通过纯电动驱动，没有联动轴承、驱动轴承、差速器装置等设备，大大提高了车辆驱动效率。
5、轮胎与轮毂无连接，轮胎拆解简单，便于维修维护。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种磁悬浮车轮，其特征在于，包括：
外轮胎(100)，所述外轮胎(100)包括胎圈(110)和环形钢槽(120)，所述胎圈(110)固定在所述环形钢槽(120)的外圈；
内轮毂(200)，所述内轮毂(200)设置在所述环形钢槽(120)内并且与所述环形钢槽(120)之间留有气隙；
牵引系统，所述牵引系统包括动子(310)和定子绕组(320)，所述环形钢槽(120)的内壁中间位置开设有一圈凹槽，所述动子(310)固定在所述凹槽内，所述定子绕组(320)均匀分布在所述内轮毂(200)的外圈一周，所述定子绕组(320)用于通过三相电流产生交变磁场，所述动子(310)用于感应交变磁场带动所述外轮胎(100)转动；
悬浮系统，所述悬浮系统包括悬浮线圈(410)、间隙传感器(420)和悬浮控制器，所述悬浮线圈(410)设置在所述内轮毂(200)内部以用于在内轮毂(200)和环形钢槽(120)之间提供悬浮力，所述间隙传感器(420)均匀分布在所述内轮毂(200)的外圈上以用于检测内轮毂(200)和环形钢槽(120)之间的悬浮间隙；所述悬浮控制器分别与所述间隙传感器(420)和所述悬浮线圈(410)电性连接，以用于通过悬浮间隙信息控制输入悬浮线圈(410)的电流来保证内轮毂(200)和环形钢槽(120)之间间隙的稳定。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮车轮，其特征在于：所述悬浮系统还包括与所述悬浮控制器电性连接的导向线圈(430)，所述导向线圈(430)设置在所述内轮毂(200)内部中间水平线的前端和后端以用于提供前后的悬浮力抵消加速和减速过程中的惯性力。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮车轮，其特征在于：所述悬浮线圈(410)位于所述内轮毂(200)内部的上半区域。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮车轮，其特征在于：所述内轮毂(200)的侧边设置有竖直且延伸至所述外轮胎(100)两侧的横向止档(210)，以用于对外轮胎(100)进行横向的限位。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮车轮，其特征在于：所述动子(310)为铝感应板。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮车轮，其特征在于：所述动子(310)与所述内轮毂(200)之间的距离小于等于所述环形钢槽(120)与所述内轮毂(200)之间的距离。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮车轮，其特征在于：所述动子(310)与所述环形钢槽(120)的内壁之间设置有第一隔磁层以避免磁路干扰。
8.根据权利要求1所述的磁悬浮车轮，其特征在于：所述定子绕组(320)与所述内轮毂(200)的外壁之间设置有第二隔磁层以避免磁路干扰。
9.一种磁悬浮汽车，其特征在于，包括汽车本体和安装在汽车本体上的车轮，所述轮胎为权利要求1-8任一项所述的磁悬浮车轮。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113044026A (zh) * 2021-04-02 2021-06-29 哈尔滨理工大学 一种基于磁悬浮轮胎的室内环境监测机器人

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