CN111942163B - 一种永磁磁轮的磁悬浮汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体而言，涉及一种永磁磁轮磁悬浮汽车。本发明通过磁悬浮车轮采用立式永磁阵列结构，永磁阵列相对于无磁良导体悬浮驱动感应板转动时，磁悬浮车轮形成时变磁场切割悬浮驱动感应板，进而在悬浮驱动感应板中形成感应电流。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，垂向表现为悬浮力将车体悬浮，纵向表现为驱动力驱动车体前进。从而实现永磁磁轮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

一种永磁磁轮的磁悬浮汽车

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体而言，涉及一种永磁磁轮磁悬浮汽车。

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永磁磁轮磁悬浮汽车，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永磁磁轮磁悬浮汽车，所述磁悬浮汽车包括感应车道、悬浮驱动感应板、车架和磁悬浮车轮；所述感应车道包括路基；所述悬浮驱动感应板设置在所述路基上；所述车架设置在所述路基上方；所述磁悬浮车轮设置在所述车架上，所述磁悬浮车轮设置在所述悬浮驱动感应板的上方，所述磁悬浮车轮与所述悬浮驱动感应板平行设置；所述磁悬浮车轮包括轮毂，所述轮毂的外圆周表面环绕设置有多个永磁体。

可选地，所述车架上设置有前轮组和后轮组，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；所述后轮组包括两个分别设置在车架两侧的磁悬浮车轮；所述悬浮驱动感应板包括互相平行的两条感应板。

可选地，所述磁悬浮车轮的中轴线在所述路基上的投影设置在两条所述感应板之间。

可选地，所述磁悬浮车轮的中轴线在所述路基上的投影设置在两条所述感应板的外侧。

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，所述永磁体包括依次交替设置的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体和第三永磁体的磁化方向均与所述磁悬浮车轮的切线平行，所述第二永磁体和第三永磁体的磁化方向与所述磁悬浮车轮的中轴线平行；所述第一永磁体和第三永磁体的磁化方向相反，所述第二永磁体和所述第四永磁体的磁化方向相反。

可选地，所述每个磁悬浮车轮的顶部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，所述车架的下方设置有多个支撑装置，所述支撑装置的底部低于所述磁悬浮车轮的最低点。

可选地，所述磁悬浮车轮还包括加固螺栓，所述加固螺栓贯穿设置在所述轮毂和所述永磁体上。

可选地，所述路基的上表面设置有凹槽，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采用立式永磁阵列结构，永磁阵列相对于无磁良导体悬浮驱动感应板转动时，磁悬浮车轮形成时变磁场切割悬浮驱动感应板，进而在悬浮驱动感应板中形成感应电流。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，垂向表现为悬浮力将车体悬浮，纵向表现为驱动力驱动车体前进。从而实现永磁磁轮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永磁磁轮磁悬浮汽车结构示意图；

图2为本发明实施例中所述的永磁磁轮磁悬浮汽车侧视结构示意图；

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永磁体排布方式示意图。

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、汽车控制器系统；7、车载直流电源；8、轮毂；9、永磁体；10、无刷直流电机；11、支撑装置；12、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永磁磁轮磁悬浮汽车，如图1和图2所示，所述磁悬浮汽车包括感应车道1、悬浮驱动感应板3、车架5和磁悬浮车轮4。所述感应车道1包括路基2；所述悬浮驱动感应板3设置在所述路基2上；所述车架5设置在所述路基2上方；所述磁悬浮车轮4设置在所述车架5上，所述磁悬浮车轮4设置在所述悬浮驱动感应板3的上方，所述磁悬浮车轮4与所述悬浮驱动感应板3平行设置；所述磁悬浮车轮4包括轮毂8，所述轮毂8的外圆周表面环绕设置有多个永磁体9。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。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，所述车架5上设置有前轮组和后轮组，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；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；所述悬浮驱动感应板3包括互相平行的两条感应板。

可选地，所述磁悬浮车轮4的中轴线在所述路基2上的投影设置在两条所述感应板之间。磁悬浮车轮4运行在感应板边缘附近，附加的横向力表现为导向力保证磁悬浮汽车沿感应车道行驶。因此实现磁悬浮汽车悬浮、导向和驱动功能一体化。

可选地，作为另一实施例，所述磁悬浮车轮4的中轴线在所述路基2上的投影设置在两条所述感应板的外侧。

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，如图4所示，所述永磁体9包括依次交替设置的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体和第三永磁体的磁化方向均与所述磁悬浮车轮4的切线平行，所述第二永磁体和第三永磁体的磁化方向与所述磁悬浮车轮4的中轴线平行；所述第一永磁体和第三永磁体的磁化方向相反，所述第二永磁体和所述第四永磁体的磁化方向相反。图4所示为磁悬浮车轮的结构图及磁体排布，磁悬浮车轮由16块钕铁硼永磁体拼接而成，且永磁体采用轴向halbach阵列结构，其中磁化方向包含轴向磁化和切向磁化，一方面轴向磁化磁体在磁轮上下两侧产生双边磁场，另一方面切向磁化磁体的磁场增强了下方磁场并削弱了上方磁场，最终形成磁轮下方的单边磁场，保证了磁悬浮车轮下方(靠近感应板一侧)磁场强度最强，而磁悬浮车轮上方(远离感应板一侧)磁场最弱，从而提高磁体的利用率。

可选地，所述每个磁悬浮车轮4的顶部均设置有驱动所述磁悬浮车轮4转动的无刷直流电机10；所述车架5上还设置有给所述无刷直流电机10供电的车载直流电源7。所述车架5上还设置有控制所述直流电机10转动的汽车控制系统6。

可选地，所述车架5的下方设置有多个支撑装置11，所述支撑装置11的底部低于所述磁悬浮车轮4的最低点。所述支撑装置11 可以是橡胶垫。

可选地，如图3所示，所述磁悬浮车轮4还包括加固螺栓12，所述加固螺栓12贯穿设置在所述轮毂8和所述永磁体9上。

可选地，所述路基2的上表面设置有凹槽，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。四个磁悬浮车轮4和四个无刷直流电机10分布在结构钢车架5两端，分为前、后轮组。结构钢车架5底部安装了四个橡胶垫，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6和车载直流电源7，为磁悬浮汽车提供无线控制策略和能量输入。

磁悬浮汽车在静止状态时，在支撑装置11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5mm。启动无刷直流电机10，同时驱动磁悬浮车轮4旋转，而钕铁硼永磁体9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，与磁轮产生的源磁场作用，产生斥力。这个斥力可以分解为侧向力(即导向力)、悬浮力和推进力，实现磁悬浮汽车悬浮、驱动和导向功能。

综上所述，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 (7)

1.一种永磁磁轮磁悬浮汽车，其特征在于，包括：

感应车道(1)，所述感应车道(1)包括路基(2)；

悬浮驱动感应板(3)，所述悬浮驱动感应板(3)设置在所述路基(2)上；

车架(5)，所述车架(5)设置在所述路基(2)上方；

磁悬浮车轮(4)，所述磁悬浮车轮(4)设置在所述车架(5)上，所述磁悬浮车轮(4)设置在所述悬浮驱动感应板(3)的上方，所述磁悬浮车轮(4)与所述悬浮驱动感应板(3)平行设置；

所述磁悬浮车轮(4)包括轮毂(8)，所述轮毂(8)的外圆周表面环绕设置有多个永磁体(9)；

所述车架(5)上设置有前轮组和后轮组，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)；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)；所述悬浮驱动感应板(3)包括互相平行的两条感应板；

所述磁悬浮车轮(4)的中轴线在所述路基(2)上的投影设置在两条所述感应板之间。

2.根据权利要求1所述的永磁磁轮磁悬浮汽车，其特征在于：所述磁悬浮车轮(4)的中轴线在所述路基(2)上的投影设置在两条所述感应板的外侧。

3.根据权利要求1所述的永磁磁轮磁悬浮汽车，其特征在于：所述永磁体(9)包括依次交替设置的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，所述第一永磁体和第三永磁体的磁化方向均与所述磁悬浮车轮(4)的切线平行，所述第二永磁体和第三永磁体的磁化方向与所述磁悬浮车轮(4)的中轴线平行；所述第一永磁体和第三永磁体的磁化方向相反，所述第二永磁体和所述第四永磁体的磁化方向相反。

4.根据权利要求1所述的永磁磁轮磁悬浮汽车，其特征在于：每个所述磁悬浮车轮(4)的顶部均设置有驱动所述磁悬浮车轮(4)转动的无刷直流电机(10)；所述车架(5)上还设置有给所述无刷直流电机(10)供电的车载直流电源(7)。

5.根据权利要求1所述的永磁磁轮磁悬浮汽车，其特征在于：所述车架(5)的下方设置有多个支撑装置(11)，所述支撑装置(11)的底部低于所述磁悬浮车轮(4)的最低点。

6.根据权利要求1所述的永磁磁轮磁悬浮汽车，其特征在于：所述磁悬浮车轮(4)还包括加固螺栓(12)，所述加固螺栓(12)贯穿设置在所述轮毂(8)和所述永磁体(9)上。

7.根据权利要求1所述的永磁磁轮磁悬浮汽车，其特征在于：所述路基(2)的上表面设置有凹槽，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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