CN112733981A - 一种基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，针对传统物流在运输过程中存在的问题，如：运输成本居高、物流资源利用率不足等问题，利用磁悬浮驱动技术以及RFID射频技术联合设计，并提出了基于磁动力直线驱动技术的智能物流的解决方案。通过将进入磁动力运输系统的货物与地址信息绑定,利用RFID射频技术实现物流运输分拣过程中的定位与识别。本发明采用地下磁悬浮运输技术，基于RFID射频识别技术搭建物流到站分拣系统，最后对系统进行实物搭建运行，本发明有效提高物流的智能化运输水平。

Description

一种基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统

技术领域

本发明涉及物理系统技术领域，特别是涉及一种基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统。

背景技术

随着城市的发展、人民生活水平的提高，物流运输技术行业正蓬勃发展。但国内物流行业仍存在多方面问题，面临着适应各种新趋势的巨大压力和挑战。解决这些问题的根本途径在于实现国内传统物流向现代化智能物流的顺利转变。现代物流产业涉及内贸、外贸、铁道、交通、民航、邮政、海关、质检等多个部门，横跨运输、仓储、装卸等不同的行业和地区。这就必然要求通过建立政府部门间的综合协调机制，构建统一、高效的现代智能物流体系。然而，因为受我国物流产业起步晚等因素的影响，目前，我国物流产业实际上处于条块分割的管理体制，物流产业的管理权限被分割在若干个部门和地区，各部门和地区自成体系、自我管理，使得部门之间、地区之间的权利和责任相互重叠，无法形成有效合作和协调发展的现代物流产业体系。因此我们必须通过现有的电子信息技术来促使物流运输、分拣智能化，有统一的运输分拣规范，使物流资源得到科学、有效的统一配置，从而促进物流产业的进一步发展。

在当前，中国的经济发展速度和城市化速度居世界第一，大量人口涌入城市，其居住、交通、文体、教育、商业等各方面需要土地供应。如果城市交通再按传统的地面交通发展模式，将面临无地可建公路、铁路、机场的困境。所以需要打破传统的地面运输方式，把目光聚焦在地下，这个未被开发的新领域，构建一种基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统。

发明内容

本发明针对传统物流在运输过程中存在的问题，利用磁悬浮驱动技术以及RFID射频技术联合设计，提出了基于磁动力直线驱动技术的智能物流的解决方案。通过将进入磁动力运输系统的货物与地址信息绑定,利用RFID射频技术实现物流运输分拣过程中的定位与识别。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，包括：

真空管道磁悬浮子系统：用于为列车提供动力；

主控子系统：用于监控磁悬浮循环轨道内的运行情况；

射频识别子系统：用于识别是否为本站列车；

分拣子系统：用于分拣出本站列车，让其进入社区磁悬浮轨道；

优选地，所述真空管道磁悬浮子系统中的真空压力范围由阻塞比决定，使列车高速行驶时的阻力处在允许的范围内。

优选地，所述真空管道磁悬浮子系统为保证车体在真空环境中高速行驶，将隧道内气压保持在10kPa，实现列车高速运行。

优选地，所述磁悬浮由悬浮系统、推进系统和导向系统组成；车体上装有悬浮电磁铁，和导向电磁铁的电磁相互排斥，与轨道形成相反磁极，车体底部安装了永磁Halbach阵列，为列车提供了动力。

优选地，所述导向系统设有导向电磁铁；所述导向系统通过由导向电磁铁产生的侧向力使列车沿轨道方向运动。

优选地，所述射频识别子系统通过阅读器发射特定频率的无线电波能量给标签，标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息即无源标签，所述阅读器读取信息并进行解码后，发送至中央信息系统进行数据处理，识别出是否为本站胶囊列车。

优选地，所述分拣子系统采用无线射频识别技术来进行分拣货物，其具体步骤为：

在待分拣货物上安装无源电子标签，标签内容包括站点信息和货物信息；

射频其捕捉到货物上的电子标签后，将信号返回控制中心，将控制中心数据与云端数据进行比对，若有停车需求，对列车发出制动信号，若无停车需求，只记录货物信息，使其快速通过。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提出了以磁动力驱动技术为基础，以RFID射频技术为链接，为物流提供高速运输和智能分拣的智能物流模型，解决了之前物流资源利用不充分、地面交通运输不规范等问题，同时可以大幅节省相关配送成本，提升物流配送效率，实现物流全流程的超高速和自动化。

(2)本发明提出并建立了一整套基于磁悬浮驱动的地下城市物流系统，运用磁悬浮和RFID射频技术，设计并对比各种方案，最终完成了一种以智能和快速的方式进行的全天候物流系统。为城市物流发展提供一个新的发展方向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统流程框架图；

图2为本发明磁悬浮列车构造原理图；

图3为本发明实施例中城市结构示意图；

图4为本发明磁悬浮运输列车示意图；

图5为本发明磁悬浮列车构造原理图；

图6为本发明模型搭建实物图；

图7为本发明实施例中代码界面示意图；

其中1为车体，2为驱动系统，3为导向电磁铁，4为悬浮电磁铁，5为导轨，6为管道，7为水磁Halbach阵列，8为导体板，9为辅助轮，10为车体，11为轨道，12为悬浮电磁铁。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统其实就是指在地下建设一整套磁悬浮物流管道和智能分拣系统。物流运输采用真空磁悬浮管道搭配内嵌RFID信息模块的货舱胶囊，高效的将货物运到指定的地方。磁悬浮物流管道造价相对较高，但随着科技发展，也一定会降到一个可以接受的水平。

磁悬浮轨道列车的供电系统结构与其他城用专门设计的回流轨道来进行回流。回流轨与接触轨采用同样的安装形式，并通过回流电缆将电流引至牵引所负极轨。由于采用这种受电方式的列车与大地无连接，故电气设备产生的静电无处释放，电荷积累引起的高电压对电磁兼容性较高的设备也是不利的。此外，为了安全考虑，磁悬浮的回流轨在某种意义上也需要接地。并且在列车停站时通过列车接地靴与列车接地轨连接，而列车落在接地轨道上，因此，若漏电保护装置不好，磁悬浮产生的电场可能对管道有一定的影响。另外，磁悬浮列车的悬浮系统、推进系统等产生的磁场也可能对管道产生一定的影响。因此在建设真空磁悬浮物流管道时，需要考虑到具体的地下管道建设，不能对原本的管道运行产生影响。

真空压力范围的确定：隧道中高速行驶的车体产生的空气动力学效应由阻塞比决定,阻塞比＝车体截面积/隧道截面积。列车高速行驶时，当阻塞比超过0.5时，产生声障现象，它限制了空气沿车体侧边的流动，并在车体前面产生一个升压,形成阻力，当速度提高时,空气阻力成指数关系增长。为了使列车高速行驶时的阻力处在允许的范围内，隧道一般设计成14～17的阻塞比，对于等效直径为3.5m的列车车体，该阻塞比所要求的隧道直径为8.5～9.4m，这使得地下高速磁悬浮系统在常压隧道下的隧道造价进入不可接受的禁区。

保证管道的真空性：为了保证车体在真空环境中高速行驶，对隧道衬砌的密闭性要求很高，哪怕有少量的空气和水分渗漏，都会给运行造成很大问题。隧道衬砌的密闭性能良好、不漏气、真空损失很低,真空泵技术才能可靠地使隧道内保持10kPa或稍高,从而实现最高可达1000km/h的高速运行。

如图1所示，为本发明系统流程框架图；货物从仓库运出进入由主控系统监控的城市磁悬浮循环轨道，当货物到达站点时，通过射频识别系统识别是否为本站胶囊列车，若是本站胶囊列车，则由分拣系统拣出进入社区磁悬浮轨道，否则继续在城市磁悬浮循环轨道运行。

磁浮技术有3个重要的基本原理，具体如下：

1)当靠近金属的磁场改变，金属上的电子会移动，并且产生电流；

2)电流的磁效应，当电流在电线或一块金属中流动时，会产生磁场，通电的线圈就成了一块磁铁；

3)磁铁间会彼此作用同极性相斥，异极性相吸。

常导型磁悬浮列车是利用常导电磁体与铁磁轨道相互吸引的原理实现悬浮的(如图2所示为磁悬浮列车构造原理图)。常导磁吸型的技术相对简单，它由安装在列车悬浮架托臂上的悬浮电磁铁和侧面的导向电磁铁与位于悬浮电磁体上方的T型铁磁轨道间的相互吸引力实现竖直方向和水平方向的悬浮，整个结构就像车体下侧两端伸出了两排弯曲的臂膀，将铁磁轨道牢牢抱住，所以不会发生脱轨现象，这种方法产生的电磁吸引力较小，悬浮间隙为(10±2)mm。在常导电磁体线圈通电状态下，由于电源由车载蓄电池提供，所以这种常导磁吸型的磁悬浮列车在静止和移动状态下都能保持稳定的悬浮状态。

超导型磁悬浮列车系统是在车厢两侧或底部的布置超导磁体，在轨道两侧布置铝环线圈，当列车运动时，超导磁体的产生的磁场切割轨道上的铝环线圈，使其内部产生感应电流，形成一个同极性反磁场，产生相互排斥力以使车体悬浮，并且由于超导体的电阻几乎为零，所以产生的感应电流很大，强磁场产生的反作用力使列车悬浮的高度通常可达到1000mm。当车厢向下移动使与轨道间隙减小时，超导磁体与轨道上的线圈的感应电流因间隙的减小而增大，使相互间的排斥力增大，从而使车辆回归到原来的位置，维持间隙的稳定。

驱动系统：磁悬浮列车的驱动系统是利用直线电动机的原理驱动机车运行的。车辆下部电磁线圈类似于同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场绕组类似于同步直线电动机长定子绕组。当作为定子绕组的电枢线圈通电时，由于电磁感应，从而推动转子转动。因此，当三相调频调幅电力被供给地面轨道内侧的驱动绕组时，由于电磁感应原理作用于车辆下部的电磁线圈上，产生的感应磁场推动列车做直线运动。将定子线圈安装在轨道上，转子线圈安装在车辆上的驱动类型称为长定子短转子的同步直线电动机驱动。

导向系统：磁悬浮列车的导向系统是靠导向电磁铁提供的侧向力来保证的。在磁悬浮列车底部安装的导向电磁铁通过与铁磁轨道之间产生的相互作用力来保证车辆与导轨两侧间隙相等，当列车偏离轨道时，通过调整导向电磁铁电流的大小实现对侧向间隙的调整，从而实现导向的目的。

RFID射频系统：RFID主要由电子标签、阅读器和天线组成。电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码设置在物体上标识目标对象，阅读器是用于读取或写入电子标签信息的设备，可设计为手持式或固定式两种。天线主要用于在电子标签和读取器间传递射频信号。

RFID的工作原理是阅读器发射一特定频率的无线电波能量给标签，用以驱动电路将内部的数据发出，此时阅读器更依序接收并解读数据，送给应用程序做相应的处理。

城市结构设计：本实施例采用如图3所示的城市结构作为试验线路，星号为该区域起始点，磁悬浮管道列车开始运行。当其到达安祥里南站时，RFID射频模块识别出在该站点无与之匹配的货物信息，即无停车需求，列车快速通过。当其行驶至北京信息科技大学健翔桥校区站点时，RFID射频器捕捉到了与该站点相匹配的货物信息，即有停车需求，控制中心下发制动指令使列车停止，对目标货物进行分拣。待符合该站点的货物全部分拣完毕后，列车驶向下一站点。

真空管道磁悬浮结构：如图4所示为磁悬浮运输列车示意图，该模型由运输管道、轨道及车体三部分组成，车体和轨道位于管道之内。磁悬浮主要是由三部分组成：悬浮系统，推进系统和导向系统。车体上装有悬浮电磁铁，和导向电磁铁的电磁排斥力，与轨道形成相反磁极，为列车提供悬浮力。车体底部安装了永磁Halbach阵列，作用类似于同步直线电动机的长定子绕组，为列车提供了的动力。

如图5所示为磁悬浮列车构造原理图，轨道设计和原理：轨道是磁悬浮的导向系统。导向系统是一种侧向力来保证悬浮的机车能够沿着轨道的方向运动。必要的推力和悬浮力类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。

同时，为防止发生紧急事故，轨道不止采用传统磁悬浮设计，在原有的基础上进行改造加工，使之在断电的情况下仍能将胶囊运输到下一个站点，不用维修工人深入轨道便能完成运输胶囊的维修。

射频分拣系统原理：RFID射频模块部分采用无线射频识别技术分拣货物。在分拣货物上安装无源电子标签，标签内容包括站点信息和货物信息，电子标签可根据情况进行回收。射频的识别站点提前与停车点5-10米处(视具体情况进行分析调整)，射频器捕捉小车上电子标签的信号后，将信号返回控制中心，控制中心与云端数据进行比对，若有停车需求，发出制动信号；若无停车需求，只记录小车信息，使其快速通过，这样整套系统可以实现货物的定位和分拣。

首先外轨列车在站点接受货物之后在轨道上运行，在到达货物交换站点前，RFID扫描列车上的标签判定是否有此站点的货物，如果没有列车将继续前进，如果有列车进站对已经在内轨准备好的列车进行卸货。站点设有机械臂，通过机械臂上的磁动力起属于该站点的快递将其转移到内轨列车上，之后再由内轨的列车将快递运送到各家各户。模型搭建环境如图6所示，部分代码界面如图7所示。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，其特征在于，包括：

真空管道磁悬浮子系统：用于为列车提供动力；

主控子系统：用于监控磁悬浮循环轨道内的运行情况；

射频识别子系统：用于识别是否为本站列车；

分拣子系统：用于分拣出本站列车，让其进入社区磁悬浮轨道。

2.根据权利要求1所述的基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，其特征在于，所述真空管道磁悬浮子系统中的真空压力范围由阻塞比决定，使列车高速行驶时的阻力处在允许的范围内。

3.根据权利要求2所述的基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，其特征在于，所述真空管道磁悬浮子系统为保证车体在真空环境中高速行驶，将隧道内气压保持在10kPa，实现列车高速运行。

4.根据权利要求3所述的基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，其特征在于，所述磁悬浮由悬浮系统、推进系统和导向系统组成；车体上装有悬浮电磁铁，和导向电磁铁的电磁相互排斥，与轨道形成相反磁极，车体底部安装了永磁Halbach阵列，为列车提供了动力。

5.根据权利要求4所述的基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，其特征在于，所述导向系统设有导向电磁铁；所述导向系统通过由导向电磁铁产生的侧向力使列车沿轨道方向运动。

6.根据权利要求1所述的基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，其特征在于，所述射频识别子系统通过阅读器发射特定频率的无线电波能量给标签，标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息即无源标签，所述阅读器读取信息并进行解码后，发送至中央信息系统进行数据处理，识别出是否为本站胶囊列车。

7.根据权利要求1所述的基于磁动力直线驱动技术的智能物流系统，其特征在于，所述分拣子系统采用无线射频识别技术来进行分拣货物，其具体步骤为：

在待分拣货物上安装无源电子标签，标签内容包括站点信息和货物信息；

射频其捕捉到货物上的电子标签后，将信号返回控制中心，将控制中心数据与云端数据进行比对，若有停车需求，对列车发出制动信号，若无停车需求，只记录货物信息，使其快速通过。

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