CN111942162A - 一种磁悬浮汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体而言，涉及一种磁悬浮汽车。本发明通过磁悬浮车轮相对于无磁良导体感应车道转动时，形成时变磁场切割感应车道，进而在感应车道中形成感应电流。由电磁感应原理与楞次定律可知，感应电流产生的感应磁场与原磁场之间产生电磁力阻碍这种相对运动，法线方向表现为悬浮力将车体悬浮，而切线方向表现为驱动力驱动车体前进，从而实现磁悬浮汽车悬浮和前进。本发明具有简化控制和能耗更低的优点，在普通汽车轮胎基础上设计、加工，便于实施和维护。

Description

一种磁悬浮汽车

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体而言，涉及一种磁悬浮汽车。

背景技术

公路交通在过去150多年里扮演着重要的角色，促使汽车生产制造、运营维护等产业快速发展。与此同时，也带来了交通供需矛盾突出等系列问题，传统汽车行业面临全新的挑战。因此，磁悬浮汽车应运而生。所谓磁悬浮汽车是将磁悬浮技术融入传统汽车结构中，比如减振器、悬架、轮胎等部件，从而实现车辆与路面没有任何机械接触，以此提升车辆通行速度，有效改善公路拥堵问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮汽车，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请实施例提供了一种磁悬浮汽车，包括：车架、前轮组、后轮组和感应车道。所述前轮组包括两个分别设置在车架两侧的磁悬浮车轮；所述后轮组包括两个分别设置在车架两侧的磁悬浮车轮；所述感应车道的上表面设置有两个互相平行的悬浮驱动感应板，两个所述悬浮驱动感应板均设置在车架两侧的磁悬浮车轮的正下方。

可选地，所述磁悬浮车轮包括轮毂，轮毂的外圆周表面上环绕设置有多个永磁体，每个所述永磁体的磁极采用圆周磁化和径向磁化交替排布。所述永磁体的侧面通过加固螺栓与轮毂相连。

可选地，所述永磁体包括依次顺时针排列的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第二永磁体的磁化方向相同；第二永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第三永磁体的磁化方向相同；第三永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第四永磁体的磁化方向相同。

可选地，所述前轮组的两个磁悬浮车轮之间和后轮组的两个磁悬浮车轮之间均设置有联轴器，所述联轴器可转动的贯穿设置在连接件上，所述连接件的底部与车架固定连接。

可选地，所述磁悬浮车轮的内侧均设置有驱动所述磁悬浮车轮转动的无刷直流电机；所述车架上还设置有给所述无刷直流电机供电的车载直流电源。

可选地，所述前轮组中的磁悬浮车轮和后轮组中的磁悬浮车轮同步转动，所述前轮组中的磁悬浮车轮和后轮组中的磁悬浮车轮的转向相反，所述前轮组中的磁悬浮车轮的转速低于后轮组中的磁悬浮车轮的转速。

可选地，所述悬浮驱动感应板的两侧分别设置有导向感应板，所述两个导向感应板与悬浮驱动感应板平行，且导向感应板与悬浮驱动感应板之间的间距为2mm。

可选地，所述车架的底部还设置有万向辅助轮，所述万向辅助轮的底部低于磁悬浮车轮的底部。

可选地，所述感应车道的路基上表面设置有凹槽，所述悬浮驱动感应板设置在所述凹槽中，且悬浮驱动感应板的顶部与所述路基的顶部位于同一平面内。

本发明的有益效果为：

本发明通过磁悬浮车轮相对于无磁良导体感应车道转动时，形成时变磁场切割感应车道，进而在感应车道中形成感应电流。由电磁感应原理与楞次定律可知，感应电流产生的感应磁场与原磁场之间产生电磁力阻碍这种相对运动，法线方向表现为悬浮力将车体悬浮，而切线方向表现为驱动力驱动车体前进，从而实现磁悬浮汽车悬浮和前进。本发明具有简化控制和能耗更低的优点，在普通汽车轮胎基础上设计、加工，便于实施和维护。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的磁悬浮汽车结构示意图；

图2为本发明实施例中所述的磁悬浮汽车正视结构示意图；

图3为本发明实施例中所述的磁悬浮车轮结构示意图；

图4为本发明实施例中所述的磁悬浮车轮磁化方向示意图。

图中标记：1、感应车道；2、路基；3、悬浮驱动感应板；4、磁悬浮车轮；5、车架；6、连接件；7、汽车控制器系统；8、车载直流电源；9、联轴器；10、导向感应板；11、轮毂；12、永磁体；13；无刷直流电机；14、万向辅助轮；15、加固螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施例提供了一种磁悬浮汽车，所述磁悬浮汽车包括车架5、前轮组、后轮组和感应车道1。所述前轮组包括两个分别设置在车架5两侧的磁悬浮车轮4；所述后轮组包括两个分别设置在车架5两侧的磁悬浮车轮4；所述感应车道1的上表面设置有两个互相平行的悬浮驱动感应板3，两个所述悬浮驱动感应板3均设置在车架5两侧的磁悬浮车轮4的正下方。所述悬浮驱动感应板3的材质可以是铝合金；所述车架5可以是结构钢车架。

可选地，如图3所示，所述磁悬浮车轮4包括轮毂11，轮毂11的外圆周表面上环绕设置有多个永磁体12，每个所述永磁体12的磁极方向均采用圆周磁化和径向磁化组合。所述永磁体12的侧面通过加固螺栓15与轮毂11相连。多个所述永磁体12形成一个环形的Halbach永磁阵列，所述永磁体12可以是钕铁硼永磁体。

可选地，所述永磁体12包括依次顺时针排列的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第二永磁体的磁化方向相同；第二永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第三永磁体的磁化方向相同；第三永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第四永磁体的磁化方向相同。磁悬浮车轮4由若干块钕铁硼永磁体12拼接而成，且永磁体的磁化方向按照Halbach阵列周期性排列，如图4所示。磁悬浮车轮4包含径向和圆周磁化，保证了磁悬浮车轮4在径向方向外侧磁场强度最强，而磁悬浮车轮4中心磁场最弱，从而提高永磁体的利用率。

磁悬浮车轮4在悬浮驱动感应板3上方以一定速度匀速旋转，此时永磁磁场会随着磁悬浮车轮4的机械旋转而形成圆周运动的磁场。由电磁感应定律可知，时变磁场会渗透到感应板内部并产生涡流，而涡流进而形成与永磁磁场方向相反的感应磁场，两磁场相互排斥实现悬浮。此外，磁悬浮车轮4还产生一个沿水平方向的磁阻力，用于推进磁悬浮汽车前进实现牵引。

可选地，所述前轮组的两个磁悬浮车轮4之间和后轮组的两个磁悬浮车轮4之间均设置有联轴器9，所述联轴器9可转动的贯穿设置在连接件6上，所述连接件6的底部与车架5固定连接。

可选地，所述磁悬浮车轮4的内侧均设置有驱动所述磁悬浮车轮4转动的无刷直流电机13；所述车架5上还设置有给所述无刷直流电机13供电的车载直流电源8。

可选地，所述前轮组中的磁悬浮车轮4和后轮组中的磁悬浮车轮4同步转动，所述前轮组中的磁悬浮车轮4和后轮组中的磁悬浮车轮4的转向相反，所述前轮组中的磁悬浮车轮4的转速低于后轮组中的磁悬浮车轮4的转速。

可选地，所述悬浮驱动感应板3的两侧分别设置有导向感应板10，所述两个导向感应板10与悬浮驱动感应板3平行，且导向感应板10与悬浮驱动感应板3之间的间距为2mm。

可选地，所述车架5的底部还设置有万向辅助轮14，所述万向辅助轮14的底部低于磁悬浮车轮4的底部。

可选地，所述感应车道1的路基2上表面设置有凹槽，所述悬浮驱动感应板3设置在所述凹槽中，且悬浮驱动感应板3的顶部与所述路基2的顶部位于同一平面内。

如图1所示，磁悬浮汽车的外形与普通汽车结构相同，四个磁悬浮车轮4和四个无刷直流电机13分布在结构钢车架5两端，分为前轮组合后轮组，用联轴器9连接磁悬浮车轮4形成一个轮组，以保证同步转动。结构钢车架5底部安装了四个万向辅助轮14，保证磁悬浮汽车静止时磁悬浮车轮4悬空。此外，结构钢车架5中心安装了汽车控制器系统7和车载直流电源8，为磁悬浮汽车提供无线控制策略和能量输入。

如图2所示，磁悬浮汽车在静止状态时，在万向辅助轮14的支撑作用下使得磁悬浮车轮4悬空，与铝合金悬浮驱动感应板3的垂直距离为3mm。启动无刷直流电机13，同时驱动磁悬浮车轮4旋转，而钕铁硼永磁体12自身的永磁磁场在旋转运动下形成运动的时变磁场，且该磁场在有效范围内与铝合金悬浮驱动感应板3相互作用。由电磁感应定律可知，运动的磁场会在铝合金悬浮驱动感应板3内部产生感应电流，进而形成感应磁场。进一步由安培力判断磁悬浮车轮4在旋转运动下分别受到垂直和水平方向的力，从而实现磁悬浮汽车悬浮功能。此外，磁悬浮汽车启动后，前轮组和后轮组同步转动，转向相反，故可以在前轮组处形成一个斜向后的力F1，在后轮组处形成一个斜向前的力F2，在F1和F2的合力下，使磁悬浮汽车实现悬浮，前轮转速低于后轮转速，使得F1小于F2，则磁悬浮汽车就可以在F2的作用下实现向前运动的目的，当需要制动时，调整前轮组和后轮组的转速，使前轮组的转速大于后轮组的转速，使得F1大于F2，则磁悬浮汽车就可以在F1的作用下实现制动目的。

如图3所示，磁悬浮感应车道1采用混合式轨道设计，将铝合金悬浮驱动感应板3嵌入普通路基2中，实现与普通路面兼容，因此，磁悬浮汽车从悬浮状态减速后会转换成接触式行驶模式。此外，每条磁悬浮感应车道1两侧分别安装了铝合金导向感应板10，间隙为2mm，该方案为分裂式感应轨道结构，为磁悬浮车轮4提供被动的侧向回复力，迫使磁悬浮汽车沿磁悬浮感应车道1行驶，磁悬浮车轮装配的永磁阵列在感应车道边缘运动时会产生“端部效应”，即永磁体旋转形成的行波磁场经过感应车道气隙时，会出现“断点”，并形成附加磁场与磁悬浮车轮原磁场作用力，由此为磁悬浮汽车提供导向力，保证磁悬浮汽车沿感应车道行驶，在可控速度范围内实现自主导向。综上所述，本实施例中所提供的磁悬浮汽车是将永磁电动悬浮技术融合到汽车行驶系统中，实现悬浮、驱动和导向一体化功能的新型公路交通工具。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种磁悬浮汽车，其特征在于，包括：

车架(5)；

前轮组，所述前轮组包括两个分别设置在车架(5)两侧的磁悬浮车轮(4)；

后轮组，所述后轮组包括两个分别设置在车架(5)两侧的磁悬浮车轮(4)；

感应车道(1)，所述感应车道(1)的上表面设置有两个互相平行的悬浮驱动感应板(3)，两个所述悬浮驱动感应板(3)均设置在车架(5)两侧的磁悬浮车轮(4)的正下方。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述磁悬浮车轮(4)包括轮毂(11)，轮毂(11)的外圆周表面上环绕设置有多个永磁体(12)，每个所述永磁体(12)的磁极采用圆周磁化和径向磁化交替排布。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述永磁体(12)包括依次顺时针排列的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第二永磁体的磁化方向相同；第二永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第三永磁体的磁化方向相同；第三永磁体的磁化方向逆时针旋转90度后，与所述第四永磁体的磁化方向相同。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述前轮组的两个磁悬浮车轮(4)之间和后轮组的两个磁悬浮车轮(4)之间均设置有联轴器(9)，所述联轴器(9)可转动的贯穿设置在连接件(6)上，所述连接件(6)的底部与车架(5)固定连接。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述磁悬浮车轮(4)的内侧均设置有驱动所述磁悬浮车轮(4)转动的无刷直流电机(13)；所述车架(5)上还设置有给所述无刷直流电机(13)供电的车载直流电源(8)。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述前轮组中的磁悬浮车轮(4)和后轮组中的磁悬浮车轮(4)同步转动，所述前轮组中的磁悬浮车轮(4)和后轮组中的磁悬浮车轮(4)的转向相反，所述前轮组中的磁悬浮车轮(4)的转速低于后轮组中的磁悬浮车轮(4)的转速。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述悬浮驱动感应板(3)的两侧分别设置有导向感应板(10)，所述两个导向感应板(10)与悬浮驱动感应板(3)平行，且导向感应板(10)与悬浮驱动感应板(3)之间的间距为2mm。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述车架(5)的底部还设置有万向辅助轮(14)，所述万向辅助轮(14)的底部低于磁悬浮车轮(4)的底部。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮汽车，其特征在于：所述感应车道(1)的路基(2)上表面设置有凹槽，所述悬浮驱动感应板(3)设置在所述凹槽中，且悬浮驱动感应板(3)的顶部与所述路基(2)的顶部位于同一平面内。

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