CN112977781B - 用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统 - Google Patents

Abstract

一种用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，包括具有一条或两条航轨的磁浮船舶航轨和磁悬浮系统，磁悬浮系统有：在船体底部形成的向内凹进的动力模块舱，顶端通过第一柔性双向传力连接机构设置在动力模块舱内的门型动力模块，以及嵌入在门型动力模块内能够悬浮在磁浮船舶航轨上并沿磁浮船舶航轨定向位移运动的磁浮水浮机构，磁浮水浮机构的顶端通过第二柔性双向传力连接机构与门型动力模块相连，以及用于提供电源的供电系统和控制单元ECU。本发明实现了磁浮船舶安全、环保、高效、无噪音、大功率、低功耗、微兴波、抗倾覆、无桨、无舵、无帆、非泵喷、不借助反向推力航行，实现了磁浮船舶循轨做受控定向位移运动。

Description

用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮船舶运输。特别是涉及一种用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统。

背景技术

磁悬浮就是利用磁力克服重力，使物体悬浮在固定的介质之上。电磁悬浮应用技术正是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对导磁体的悬浮状态。高频电磁场产生的电磁涡流与外磁场相互作用，使导磁金属受到“洛伦兹力”的约束，即“运动电荷(带电粒子)产生磁场，运动电荷在磁场中运动必会受到洛伦兹力的作用”。因此“洛伦兹力”相关理论揭示了磁场中运动电荷衍生力的方向，与相关参考系重力能形成方向相反的作用力。通过不断改变高频源的功率进而改变电磁力，当“洛伦兹力”的方向与相同参考系的重力方向相反且平衡时，就实现了可控电磁悬浮。

磁悬浮列车也是利用这一原理，在相应的导轨上通过线性电机定子绕组顺序通入一定相序的电流，并使极性连续变化，即可产生移动的行波磁场，行波磁场能直接转换成转子按照相序的通入方向受控定向直线运动的能量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种实现了磁浮船舶循轨做受控定向位移运动，并利用水下或水上无线感应供电技术的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统。

本发明所采用的技术方案是：一种用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，包括具有一条或两条航轨的磁浮船舶航轨和带动船体沿所述磁浮船舶航轨定向位移运动的磁悬浮系统，所述的磁悬浮系统包括有：在船体底部形成的向内凹进的动力模块舱，顶端通过第一柔性双向传力连接机构设置在所述动力模块舱内的门型动力模块，以及嵌入在所述门型动力模块内能够悬浮在所述磁浮船舶航轨上并沿所述磁浮船舶航轨定向位移运动的磁浮水浮机构，所述磁浮水浮机构的顶端通过第二柔性双向传力连接机构与所述的门型动力模块相连，以及用于提供电源的供电系统和控制单元ECU。

本发明的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，利用电磁悬浮、导向、驱动技术和水浮力技术的基本原理，实现了磁浮船舶安全、环保、高效、无噪音、大功率、低功耗、微兴波、抗倾覆、无桨、无舵、无帆、非泵喷、不借助反向推力航行，实现了磁浮船舶循轨做受控定向位移运动，并利用水下或水上无线感应供电技术，解决了磁浮船舶的两个关键技术难点：1、解决了因船舶近水、亲水和自身结构等带来的、特殊的、多元的、无处不在的内在的失稳问题；2、解决了船舶航行中遇到的气候、水文和船舶自身物理学因素引发的风力、潮汐、浪涌、盐度、浮力、吃水、升沉、起伏、纵摇、横摇、前倾、后仰、偏航、载重、横向力、垂向力、惯性力、离心力等诸多的、综合的外在的变量问题。本发明具有如下有益效果：

1)节能、高效、低耗。本发明将电能直接转换成强磁场能、动能、势能、热能、效能，不借助任何热机、机械转换、变速机构，实现大幅简化船舶系统结构，降低制造成本，提高装备效率和可靠性；采用常温磁浮、超导磁浮、永磁磁浮、线性电机技术和无线电磁感应供电或岸电航缆供电及分区段合理布置电磁绕组，分时区通断电模式，节能效果更加显著；水浮机构不但承担了磁浮船舶载荷和动力模块的部分质量，还可大幅(约50％)降低磁浮船舶用于悬浮、导向、驱动的电能量消耗，动力利用率优于车辆。

2)环保、减排、降噪。本发明无动力作功的排放，电磁力还兼具磁化、优化水质的效应，而且因为没有旋转做功的驱动部件(如热机、变速箱、传动轴、螺旋桨、方向舵等)，因此不会产生强大的离心力、冲击力、振动力、摩擦力、惯性力、机械噪音等，故相应机械磨损、振动、噪声、维修费都会大幅降低；

3)安全、抗沉、防爆。采用电磁能，相关工作介质为水，故不易产生火花，因此对消防、灭火、提升船舶安全等级等是极有利；能获得更多的安全沉余技术保障；优良的抗沉没特性，可使磁浮船舶的破舱抗沉设计大大简化，安全性大大提升，意外事故成本大大降低。

4)修复生态环境。因为采用电磁力推进的船舶基本无废气、废油、废水、噪音等有害排泄物，维修率亦降低很多，因此对修复污染环境和保护优良生态环境极有利。

5)保护堤岸河床。由于推进动力来源于线性电机和航轨间的行波磁场运动，可忽略船型舶和动力反推水兴波对堤岸河道的冲刷浸蚀，形成对浅水道、窄水面、矮桥涵、土堤岸、软河床航线的高效保护。

6)维护极尽简捷。零部件损坏和维修等工作均大幅减少；而且由于是无桨、无舵、非泵喷、不借助反推力航行，也不会造成对水道淤泥的搅扰，不会出现水草缠绕桨、舵的事故；亦可忽略船舶推进系统与水体、水生动物、水生植被等形成相互干涉。

7)散热质优价廉。由于磁浮系统近水、亲水的工作优势，散热系统优质、简化、廉价，而且可承受大功率、高负荷、持续发热的电磁系统散热、降温。

8)效益突出稳定。在智能化技术、零污染排放技术、安全沉余技术、限制航道固定航线船舶特殊性技术等的集合效应下，磁浮船舶的安全性、环保性、经济性、可靠性、独享性、美感将优于其他船舶，明显提高造船和水运行业的综合经济技术效益。

9)航运技术创新。1、适合解决限制航道、固定航线的特殊运输问题；2、适合浅水、浅滩、急流、逆流、大坡降不对称顺逆流特殊水文往返航线客货运船舶的动力匹配优化问题；3、适合解决类似：雄安新区“百里水网(50Km)”高效清洁的水上行政、货运、客运、文化、旅游线路问题；适合解决类似：上海“苏州河”53.1Km高效清洁的水上行政、垃圾转运、客运、文化、旅游线路问题；适合解决类似：广西“平陆运河(50Km)”高效清洁的水上规模运输项目问题；适合解决类似：漓江浅水道大坡降不对称顺逆流特殊水文环境高效清洁水上客货旅游线问题；适合解决类似：昆明盘龙江高效清洁的水上客运旅游线问题；适合解决类似：北京紫竹院至颐和园的“十里长河(5Km)”客运旅游线问题；适合解决类似：澜沧江沟通湄公河的国际水道大规模客货水运及如何化解前期浅滩水道非开挖、免爆破、低成本疏浚等问题。4、可实现船舶应用现代高新技术突破性的、质的变革；5、构建了一个现代船舶技术和航轨技术的新兴技术体系。

附图说明

图1是本发明用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统的整体示意图；

图2a是本发明的主视图；

图2b是图2a的A-A剖视图；

图2c是图2a的B-B剖视图；

图2d是图2a的仰视图；

图3是本发明中磁浮船舶航轨第一实施例的结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图5是本发明中第一柔性双向传力连接机构/第二柔性双向传力连接机构的结构示意图；

图6是本发明中磁悬浮线性驱动及液态水浮系统的整体示意图；

图7是本发明中磁悬浮线性驱动及液态水浮系统第一实施例的内部结构示意图；

图8是本发明中唇口柔性密封件的结构示意图；

图9是本发明中磁悬浮线性驱动及液态水浮系统第二实施例的内部结构示意图；

图10是本发明中供电系统第一实施例的结构示意图；

图11是本发明中供电系统第二实施例的结构示意图；

图12是本发明中供电系统第三实施例的结构示意图；

图13是本发明中供电原理图。

图中

1：磁浮船舶航轨 1.1：混凝土基础

1.2：底座 1.3：航轨

1.4：航轨电磁绕组 1.5：区间传感器

2：船体 3：动力模块舱

3.1：传感器 3.2：柔性限位块

4：第一柔性双向传力连接机构 4.1：第一球型铰接件

4.2：气液缸体 4.3：第二球型铰接件

4.4：电气缸 4.5：电磁活塞杆

4.6：电磁绕组 4.7：永磁铁

4.8：紧固螺母 4.9：双向泄流活塞

4.10：第一浮动活塞 4.11：第二浮动活塞

4.12：气/液出口或进口 4.13：气/液进口或出口

4.14：密封环 4.15：泄流孔

4.16：缓冲垫 4.17：密封圈

4.18：上星型弹簧单向阀片 4.19：下星型弹簧单向阀片

5：门型动力模块 5.1：第一门形腔体

5.2：动力模块气室 5.3：动力模块橡胶压力气囊

5.4：动力模块密封压载水箱 5.5：喷射共轨

5.6：平衡罐 5.7：泵

5.8：过滤器 5.9：出水管

5.10：压力水输送管路 5.11：单向电磁喷水阀

5.12：第一位置传感器 5.13：多唇口柔性密封件

5.14：高压气体进排气口 5.15：第一泄水阀

5.16：第一柔性耐磨限位块 5.17：无线电磁感应器

6：磁浮水浮机构 6.1：第二门形腔体

6.2：第一磁浮机构气室 6.3：第一磁浮水浮机构橡胶压力气囊

6.4：第一水浮箱 6.5：第一进排气口

6.6：第一磁浮电磁绕组 6.7：第二柔性耐磨限位块

6.8：第二泄水阀 6.9：第二位置传感器

6.10：山形腔体 6.11：第二磁浮机构气室

6.12：第二水浮箱 6.13：第二磁浮水浮机构橡胶压力气囊

6.14：第二进排气口 6.15：第四泄水阀

6.16：第二磁浮电磁绕组 6.17：第三柔性耐磨限位块

6.18：第三位置传感器 6.19：第四泄水阀

6.20：第五泄水阀 6.21：常压水进口

7：第二柔性双向传力连接机构 7.1：第一球型铰接件

7.2：气液缸体 7.3：第二球型铰接件

7.4：电气缸 7.5：电磁活塞杆

7.6：电磁绕组 7.7：永磁铁

7.8：紧固螺母 7.9：双向泄流活塞

7.10：第一浮动活塞 7.11：第二浮动活塞

7.11：气/液出口或进口 7.13：气/液进口或出口

7.14：密封环 7.15：泄流孔

7.16：缓冲垫 7.17：密封圈

7.18：上星型弹簧单向阀片 7.19：下星型弹簧单向阀片

8：控制单元ECU 9：河床

10：水面 1.1：感应端头

11.2：水下航缆 11.3：水下电缆

11.4：第一电接触端头 11.5：第一受电滑靴

11.6：航缆架 11.7：第二电接触端头

11.8：第二受电滑靴 11.9：船舶航缆支架

12：船舶短定子变频器 13：航轨长定子变频器

14：岸基

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统做出详细说明。

如图1、图2a、图2b、图2c、图2d所示，本发明的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，包括具有一条或两条航轨的磁浮船舶航轨1和带动船体2沿所述磁浮船舶航轨1定向位移运动的磁悬浮系统，所述的磁悬浮系统包括有：在船体2底部形成的向内凹进的动力模块舱3，顶端通过第一柔性双向传力连接机构4设置在所述动力模块舱3内的门型动力模块5，以及嵌入在所述门型动力模块5内能够悬浮在所述磁浮船舶航轨1上并沿所述磁浮船舶航轨1定向位移运动的磁浮水浮机构6，所述磁浮水浮机构6的顶端通过第二柔性双向传力连接机构7与所述的门型动力模块5相连，以及用于提供电源的供电系统和控制单元ECU8。

如图1、图3、图4所示，所述的磁浮船舶航轨1包括有设置在河床9上的混凝土基础1.1，固定在所述混凝土基础1.1上的底座1.2，固定在所述底座1.2上的一条或两条航轨1.3，每一条所述航轨1.3的两侧面上均等间隔并排设置有若干个用于与所述磁浮水浮机构6相互作用的航轨电磁绕组1.4，以及用于采集供电信号的区间传感器1.5，所述航轨电磁绕组1.4由外部变电站提供电源，所述区间传感器1.5的信号输出端连接外部变电站，外部变电站只给有区间传感器1.5反馈信号的区间提供电源。如有磁悬浮系统经过磁浮船舶航轨1的某一区间时，设置在该区间的区间传感器1.5就有信号反馈到外部变电站，外部变电站关闭已进行供电的前一个区间，开通向有区间传感器1.5反馈信号的区间的供电。

动力模块舱是一个由金属或非金属材料制成，处于类似双体或多体船舶的船体底部相应位置，横跨于航轨之上，四周围蔽，上部封闭，下部敞开的半潜水和水下潜航状态的围蔽环境(舱室)，动力模块舱基本隔绝了外部风波浪涌环境对动力模块舱内部装备的干扰。而且由于处于半潜水和水下潜航状态的动力模块舱和门型动力模块内的消振、减震工作介质是以虹吸效应(类似测量船舶吃水深度的虹吸管效应)采自水面下的水，故水面风波浪涌起伏变化的恒失稳现象根本不会影响到水下，甚至可忽略不计。

如图5所示，所述的第一柔性双向传力连接机构4和第二柔性双向传力连接机构7结构相同，均包括有通过第一球型铰接件4.1/7.1连接动力模块舱3或门型动力模块5的气液缸体4.2/7.2，以及通过第二球型铰接件4.3/7.3连接门型动力模块5或磁浮水浮机构6的电气缸4.4/7.4，所述的气液缸体4.2/7.2的下部通过密封圈嵌入在所述的电气缸4.4/7.4的上端口内，所述气液缸体4.2/7.2与所述电气缸4.4/7.4之间连接有电磁活塞杆4.5/7.5，所述电气缸4.4/7.4的上端开口且外部绕有电磁绕组4.6/7.6，所述电磁活塞杆4.5/7.5的下部位固定连接有永磁铁4.7/7.7，所述永磁铁4.7/7.7整体嵌入在所述电气缸4.4/7.4内，在与所述电磁绕组4.6/7.6相作用下带动电磁活塞杆4.5/7.5上下运动，所述电气缸4.4/7.4的缸壁上在位于所述永磁铁4.7/7.7的下部形成有气/液进口或出口4.13/7.13，在位于所述永磁铁4.7/7.7的上部形成有气/液出口或进口4.12/7.12，所述电磁活塞杆4.5/7.5的上部从所述气液缸体4.2/7.2底端贯穿进入所述气液缸体4.2/7.2的内部，所述电磁活塞杆4.5/7.5的顶部形成有台肩，所述台肩上通过紧固螺母4.8/7.8设置有双向泄流活塞4.9/7.9，所述双向泄流活塞4.9/7.9上形成有向上、下不同方向泄流的泄流孔4.15/7.15，所述双向泄流活塞4.9/7.9的上面设置有上星型弹簧单向阀片4.18/7.18，下面设置有下星型弹簧单向阀片4.19/7.19，上星型弹簧单向阀片4.18/7.18和下星型弹簧单向阀片4.19/7.19结构相同，均形成有与所述泄流孔4.15/7.15相对应的若干个通孔，其中，上星型弹簧单向阀片4.18/7.18的通孔对应遮蔽的泄流孔4.15/7.15与下星型弹簧单向阀片4.19/7.19的通孔对应遮蔽的泄流孔4.15/7.15在双向泄流活塞4.9/7.9中不是同一位置的泄流孔4.15/7.15，所述双向泄流活塞4.9/7.9的外周通过密封环4.14/7.14与所述气液缸体4.2/7.2内壁密封接触，所述电磁活塞杆4.5/7.5上在位于所述双向泄流活塞4.9/7.9的下方套有用于隔离液气媒介的第一浮动活塞4.10/7.10，所述的气液缸体4.2/7.2内在位于所述电磁活塞杆4.5/7.5的上方设置有用于隔离液气媒介的第二浮动活塞4.11/7.11。

在所述的气液缸体4.2/7.2内，所述第一浮动活塞4.10/7.10与气液缸体4.2/7.2底面之间的空间为气态区，所述第一浮动活塞4.10/7.10与双向泄流活塞4.9/7.9之间的空间，以及双向泄流活塞4.9/7.9与第二浮动活塞4.11/7.11之间的空间均为液态区，所述第二浮动活塞4.11/7.11与气液缸体4.2/7.2顶面之间的空间为气态区。

如图1、图6、图7所示，所述的门型动力模块5包括有：顶端通过第一柔性双向传力连接机构4连接在所述动力模块舱3内侧的第一门形腔体5.1，所述第一门形腔体5.1的顶部横梁和两侧壁为相连通的中空结构，在所述第一门形腔体5.1顶部横梁内设置有动力模块气室5.2，所述第一门形腔体5.1的两侧壁内均设置有一个动力模块密封压载水箱5.4，每个所述动力模块密封压载水箱5.4内的上部装有一个动力模块橡胶压力气囊5.3，下部为含压水聚集区，所述动力模块橡胶压力气囊5.3的顶部设置有高压气体进排气口5.14，所述的高压气体进排气口5.14与外部高压气源相连通，进排气受控于动力模块密封压载水箱5.4内进出水量的多少，所述第一门形腔体5.1的顶部横梁内还设置有喷射共轨5.5，所述喷射共轨5.5的进水端口依次通过平衡罐5.6、泵5.7和过滤器5.8连接外部水源，其中，所述泵5.7的控制端连接控制单元ECU8，所述喷射共轨5.5的出水口端通过出水管5.9连接用于分别向动力模块密封压载水箱5.4内以及门型动力模块5与所述磁浮水浮机构6之间的间隙内输送水的压力水输送管路5.10，所述的动力模块密封压载水箱5.4的侧壁上以及门型动力模块5的两侧壁在位于磁浮水浮机构6的一侧都设置有若干个与所述压力水输送管路5.10相连接的单向电磁喷水阀5.11，所述动力模块密封压载水箱5.4的底端与所在的门型动力模块5的侧壁底端共底，并设置有与门型动力模块5的外部相连通的第一泄水阀5.15，所述门型动力模块5内侧面的下端口与所述磁浮水浮机构6之间设置有多唇口柔性密封件5.13。

所述门型动力模块5在与所述磁浮水浮机构6相邻的内侧面上设置有若干个用于检测门型动力模块5内侧面与磁浮水浮机构6之间间距的第一位置传感器5.12，所述第一位置传感器5.12的信号输出端连接控制单元ECU8；所述门型动力模块5在与所述磁浮水浮机构6相邻的内侧面上设置有若干个用于防止门型动力模块5与所述磁浮水浮机构6相碰撞的第一柔性耐磨限位块5.16。

如图7、图8所示，所述多唇口柔性密封件5.13在与所述门型动力模块5相连接的一侧为能够固定连接在所述门型动力模块5内侧面上的平面结构，所述多唇口柔性密封件5.13在与所述磁浮水浮机构6相接触的一侧为具有弹性的锯齿形结构。

多唇口柔性密封件，维持了门型动力模块和磁浮水浮机构中独立的、半封闭区域间隙的、微泄漏密封功能，本发明的多唇口柔性密封件，由柔性耐磨橡塑材料制成的具有不少于三重自紧唇口的特殊结构，可在各独立半封闭区域实现维持微泄漏密封功能。

门型动力模块处于半潜水和水下潜航的工况环境内，可由金属或非金属制成，是磁浮船舶配置的典型结构，其主要功能是实现磁浮船体对航轨的稳态工作环境。门型动力模块处于磁浮船舶船体底部，在半潜水和潜航状态下做功，位于动力模块舱的围蔽场所内，横跨于航轨之上，下部敞开，上部封闭的，具备悬浮、导向、驱动、消振、传力等功能。

由于门型动力模块和磁浮水浮机构内的工作介质是以虹吸效应(类似测量船舶吃水深度的虹吸管效应)采自水面下的水，故水面风波浪涌起伏变化的恒失稳现象根本不会影响到置于水下的磁浮船舶稳态工作体系。因此门型动力模块对抵抗风波浪涌、对支持航轨航行、对系统降温、对克服破舱沉没、对依靠水浮力减少功率消耗等等都是极有利的。

如图7所示，所述的磁浮水浮机构6包括有，顶端通过第二柔性双向传力连接机构7连接在所述的门型动力模块5内侧的用于与具有一条航轨的磁浮船舶航轨1的航轨相配合的第二门形腔体6.1，所述第二门形腔体6.1的顶部横梁和两侧壁为相连通的中空结构，在所述第二门形腔体6.1顶部横梁内设置有第一磁浮机构气室6.2，所述第二门形腔体6.1的两侧壁内上部均设置有一个第一水浮箱6.4，每个所述第一水浮箱6.4内都装有一个第一磁浮水浮机构橡胶压力气囊6.3，所述第一磁浮水浮机构橡胶压力气囊6.3的顶部设置有通向外部高压气源的第一进排气口6.5，进排气受控于第一水浮箱6.4内进出水量的多少，每个所述第一水浮箱6.4的底部都设置有与第二门形腔体6.1内相连通的第二泄水阀6.8，每个所述第一水浮箱6.4的侧面都设置有常压水进水口6.21，所述第二门形腔体6.1的两侧壁的底端设置有与外部相连通的第三泄水阀6.19，所述第二门形腔体6.1的两侧壁内位于第一水浮箱6.4的下面分别设置有一个用于与磁浮船舶航轨1两侧面上的航轨电磁绕组1.4相作用的第一磁浮电磁绕组6.6，所述第二门形腔体6.1的端口内侧和第二门形腔体6.1的内侧壁上设置有用于防止与所述磁浮船舶航轨1的航轨相碰撞的第二柔性耐磨限位块6.7，所述第二门形腔体6.1在与磁浮船舶航轨1的航轨顶端相对应的面上设置有用于检测第二门形腔体6.1内顶端面与磁浮船舶航轨1的航轨顶端之间间距的第二位置传感器6.9，所述第二位置传感器6.9的信号输出端连接控制单元ECU8。

如图9所示，所述的磁浮水浮机构6包括有，顶端通过第二柔性双向传力连接机构7连接在所述的门型动力模块5内侧的用于与具有两条航轨的磁浮船舶航轨1的航轨相配合的山形腔体6.10，所述山形腔体6.10的顶部横梁和三条垂直壁为相连通的中空结构，在所述山形腔体6.10顶部横梁内设置有第二磁浮机构气室6.11，所述山形腔体6.10的三条垂直壁内上部均设置有一个第二水浮箱6.12，每个所述第二水浮箱6.12内都装有一个第二磁浮水浮机构橡胶压力气囊6.13，所述第二磁浮水浮机构橡胶压力气囊6.13的顶部设置有通向外部高压气源的第二进排气口6.14，进排气受控于第二水浮箱6.12内进出水量的多少，每个所述第二水浮箱6.12的底部都设置有与山形腔体6.10内相连通的第四泄水阀6.15，所述山形腔体6.10的三条垂直壁的底端设置有与外部相连通的第五泄水阀6.20，所述山形腔体6.10的三条垂直壁内位于第二水浮箱6.12的下面分别设置有一个用于与磁浮船舶航轨1两条航轨两侧面上的航轨电磁绕组1.4相作用的第二磁浮电磁绕组6.16，所述山形腔体6.10的端口内侧和山形腔体6.10的内侧壁上设置有用于防止与所述磁浮船舶航轨1的航轨相碰撞的第三柔性耐磨限位块6.17，所述山形腔体6.10在与磁浮船舶航轨1的航轨顶端相对应的面上设置有用于检测山形腔体6.10内顶端面与磁浮船舶航轨1的航轨顶端之间间距的第三位置传感器6.18，所述第三位置传感器6.18的信号输出端连接控制单元ECU8。

磁浮水浮机构安置在磁浮船舶航轨的垂直面两侧，当磁浮水浮机构的磁浮电磁绕组和磁浮船舶航轨的电磁力相等，但方向相反时(磁吸型与磁斥型同样适用)，既创建出一个側隙和顶隙均实现平衡稳态工况的电磁悬浮环境。

本发明中的控制单元ECU8根据区间传感器1.5、传感器3.1、第一位置传感器5.12、第二位置传感器6.9和第三位置传感器6.18所采集的信号，去控制泵5.7和第一泄水阀5.15、第二泄水阀6.8、第三泄水阀6.19、第四泄水6.15、第五泄水阀6.20和单向电磁喷水阀5.11的工作。

如图10、图13所示，所述的供电系统包括有设置在构成磁浮船舶航轨1的底座1.2上的电磁感应端头11.1，依次贯穿构成磁浮船舶航轨1的混凝土基础1.1和底座1.2与所述的感应端头11.1相连接的水下航缆11.2，设置在门型动力模块5的外侧底部的无线电磁感应器5.17，所述无线电磁感应器5.17与所述感应端头11.1产生电磁感生电流，无线电磁感应器5.17的电输出端通过船舶短定子变频器12连接与一条航轨相配合的磁浮水浮机构6中的第一磁浮电磁绕组6.6，或与两条航轨相配合的磁浮水浮机构6中的第二磁浮电磁绕组6.16；所述的供电系统还包括有贯穿所述混凝土基础1.1和底座1.2通过航轨长定子变频器13与一条或两条航轨1.3上的航轨电磁绕组1.4相连的水下电缆11.3。

如图11、图13所示，所述的供电系统包括有设置在岸基14侧面上的连接外部电源的第一电接触端头11.4，设置在船体2一侧边与所述的第一电接触端头11.4相接触的第一受电滑靴11.5，所述第一受电滑靴11.5所产生的电源通过船舶短定子变频器12连接与一条航轨相配合的磁浮水浮机构6中的第一磁浮电磁绕组6.6，或与两条航轨相配合的磁浮水浮机构6中的第二磁浮电磁绕组6.16；所述的供电系统还包括有贯穿所述混凝土基础1.1和底座1.2通过航轨长定子变频器13与一条或两条航轨1.3上的航轨电磁绕组1.4相连的水下电缆11.3。

如图12、图13所示，所述的供电系统包括有设置在岸基14上部的用于支撑外部电缆的外部航缆支架11.6，设置在所述航缆架11.6端部的与所述外部电缆相连接的第二电接触端头11.7，通过船舶航缆支架11.9设置在船体2顶部的与所述的第二电接触端头11.7相接触的第二受电滑靴11.8，所述第二受电滑靴11.8所产生的电源通过船舶短定子变频器12连接与一条航轨相配合的磁浮水浮机构6中的第一磁浮电磁绕组6.6，或与两条航轨相配合的磁浮水浮机构6中的第二磁浮电磁绕组6.16；所述的供电系统还包括有贯穿所述混凝土基础1.1和底座1.2通过航轨长定子变频器13与一条或两条航轨1.3上的航轨电磁绕组1.4相连的水下电缆11.3。

如图13所示，所述的船舶短定子变频器12两个输出端中的一个输出端与磁浮水浮机构6中的第奇数个第一磁浮电磁绕组6.6或第二磁浮电磁绕组6.16依次串联连接形成回路产生行波磁场，所述的船舶短定子变频器12两个输出端中的另一个输出端与磁浮水浮机构6中的第偶数个第一磁浮电磁绕组6.6或第二磁浮电磁绕组6.16依次串联连接形成回路产生行波磁场；所述航轨长定子变频器13两个输出端中的一个输出端与磁浮船舶航轨1中的一条或两条航轨1.3上的第奇数个航轨电磁绕组1.4依次串联连接形成回路产生行波磁场，所述的航轨长定子变频器13两个输出端中的另一个输出端与磁浮船舶航轨1中的一条或两条航轨1.3上的第偶数个航轨电磁绕组1.4依次串联连接形成回路产生行波磁场。

Claims (10)

1.一种用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，包括具有一条或两条航轨的磁浮船舶航轨（1）和带动船体（2）沿所述磁浮船舶航轨（1）定向位移运动的磁悬浮系统，所述的磁悬浮系统包括有：在船体（2）底部形成的向内凹进的动力模块舱（3），顶端通过第一柔性双向传力连接机构（4）设置在所述动力模块舱（3）内的门型动力模块（5），以及嵌入在所述门型动力模块（5）内能够悬浮在所述磁浮船舶航轨（1）上并沿所述磁浮船舶航轨（1）定向位移运动的磁浮水浮机构（6），所述磁浮水浮机构（6）的顶端通过第二柔性双向传力连接机构（7）与所述的门型动力模块（5）相连，以及用于提供电源的供电系统和控制单元ECU（8）；

所述的第一柔性双向传力连接机构（4）和第二柔性双向传力连接机构（7）结构相同，均包括有通过第一球型铰接件（4.1、7.1）连接动力模块舱（3）或门型动力模块（5）的气液缸体（4.2、7.2），以及通过第二球型铰接件（4.3、7.3）连接门型动力模块（5）或磁浮水浮机构（6）的电气缸（4.4、7.4），所述的气液缸体（4.2、7.2）的下部通过密封圈嵌入在所述的电气缸（4.4、7.4）的上端口内，所述气液缸体（4.2、7.2）与所述电气缸（4.4、7.4）之间连接有电磁活塞杆（4.5、7.5），所述电气缸（4.4、7.4）的上端开口且外部绕有电磁绕组（4.6、7.6），所述电磁活塞杆（4.5、7.5）的下部位固定连接有永磁铁（4.7、7.7），所述永磁铁（4.7、7.7）整体嵌入在所述电气缸（4.4、7.4）内，在与所述电磁绕组（4.6、7.6）相作用下带动电磁活塞杆（4.5、7.5）上下运动，所述电气缸（4.4、7.4）的缸壁上在位于所述永磁铁（4.7、7.7）的下部形成有气/液进口或出口（4.13、7.13），在位于所述永磁铁（4.7、7.7）的上部形成有气/液出口或进口（4.12、7.12），所述电磁活塞杆（4.5、7.5）的上部从所述气液缸体（4.2、7.2）底端贯穿进入所述气液缸体（4.2、7.2）的内部，所述电磁活塞杆（4.5、7.5）的顶部形成有台肩，所述台肩上通过紧固螺母（4.8、7.8）设置有双向泄流活塞（4.9、7.9），所述双向泄流活塞（4.9、7.9）上形成有向上、下不同方向泄流的泄流孔（4.15、7.15），所述双向泄流活塞（4.9、7.9）的上面设置有上星型弹簧单向阀片（4.18、7.18），下面设置有下星型弹簧单向阀片（4.19、7.19），上星型弹簧单向阀片（4.18、7.18）和下星型弹簧单向阀片（4.19、7.19）结构相同，均形成有与所述泄流孔（4.15、7.15）相对应的若干个通孔，其中，上星型弹簧单向阀片（4.18、7.18）的通孔所遮蔽对应的泄流孔（4.15、7.15）与下星型弹簧单向阀片（4.19、7.19）的通孔所遮蔽对应的泄流孔（4.15、7.15）在双向泄流活塞（4.9、7.9）中不是同一位置的泄流孔（4.15、7.15），所述双向泄流活塞（4.9、7.9）的外周通过密封环（4.14、7.14）与所述气液缸体（4.2、7.2）内壁密封接触，所述电磁活塞杆（4.5、7.5）上在位于所述双向泄流活塞（4.9、7.9）的下方套有用于隔离液气媒介的第一浮动活塞（4.10、7.10），所述的气液缸体（4.2、7.2）内在位于所述电磁活塞杆（4.5、7.5）的上方设置有用于隔离液气媒介的第二浮动活塞（4.11、7.11）；

所述的门型动力模块（5）包括有：顶端通过第一柔性双向传力连接机构（4）连接在所述动力模块舱（3）内侧的第一门形腔体（5.1），所述第一门形腔体（5.1）的顶部横梁和两侧壁为相连通的中空结构，在所述第一门形腔体（5.1）顶部横梁内设置有动力模块气室（5.2），所述第一门形腔体（5.1）的两侧壁内均设置有一个动力模块密封压载水箱（5.4），每个所述动力模块密封压载水箱（5.4）内的上部装有一个动力模块橡胶压力气囊（5.3），所述动力模块橡胶压力气囊（5.3）的顶部设置有高压气体进排气口（5.14），所述的高压气体进排气口（5.14）与外部高压气源相连通，进排气受控于动力模块密封压载水箱（5.4）内进出水量的多少，所述第一门形腔体（5.1）的顶部横梁内还设置有喷射共轨（5.5），所述喷射共轨（5.5）的进水端口依次通过平衡罐（5.6）、泵（5.7）和过滤器（5.8）连接外部水源，其中，所述泵（5.7）的控制端连接控制单元ECU（8），所述喷射共轨（5.5）的出水口端通过出水管（5.9）连接用于分别向动力模块密封压载水箱（5.4）内以及门型动力模块（5）与所述磁浮水浮机构（6）之间的间隙内输送水的压力水输送管路（5.10），所述的动力模块密封压载水箱（5.4）的侧壁上以及门型动力模块（5）的两侧壁在位于磁浮水浮机构（6）的一侧都设置有若干个与所述压力水输送管路（5.10）相连接的单向电磁喷水阀（5.11），所述动力模块密封压载水箱（5.4）的底端与所在的门型动力模块（5）的侧壁底端共底，并设置有与门型动力模块（5）的外部相连通的第一泄水阀（5.15），所述门型动力模块（5）内侧面的下端口与所述磁浮水浮机构（6）之间设置有多唇口柔性密封件（5.13）；

所述的磁浮水浮机构（6）包括有顶端通过第二柔性双向传力连接机构（7）连接在所述的门型动力模块（5）内侧的用于与具有一条航轨的磁浮船舶航轨（1）的航轨相配合的第二门形腔体（6.1），所述第二门形腔体（6.1）的顶部横梁和两侧壁为相连通的中空结构，在所述第二门形腔体（6.1）顶部横梁内设置有第一磁浮机构气室（6.2），所述第二门形腔体（6.1）的两侧壁内上部均设置有一个第一水浮箱（6.4），每个所述第一水浮箱（6.4）内都装有一个第一磁浮水浮机构橡胶压力气囊（6.3），所述第一磁浮水浮机构橡胶压力气囊（6.3）的顶部设置有通向外部高压气源的第一进排气口（6.5），进排气受控于第一水浮箱（6.4）内进出水量的多少，每个所述第一水浮箱（6.4）的底部都设置有与第二门形腔体（6.1）内相连通的第二泄水阀（6.8），每个所述第一水浮箱（6.4）的侧面都设置有常压水进水口（6.21），所述第二门形腔体（6.1）的两侧壁的底端设置有与外部相连通的第三泄水阀（6.19），所述第二门形腔体（6.1）的两侧壁内位于第一水浮箱（6.4）的下面分别设置有一个用于与磁浮船舶航轨（1）两侧面上的航轨电磁绕组（1.4）相作用的第一磁浮电磁绕组（6.6），所述第二门形腔体（6.1）的端口内侧和第二门形腔体（6.1）的内侧壁上设置有用于防止与所述磁浮船舶航轨（1）的航轨相碰撞的第二柔性耐磨限位块（6.7），所述第二门形腔体（6.1）在与磁浮船舶航轨（1）的航轨顶端相对应的面上设置有用于检测第二门形腔体（6.1）内顶端面与磁浮船舶航轨（1）的航轨顶端之间间距的第二位置传感器（6.9），所述第二位置传感器（6.9）的信号输出端连接控制单元ECU（8）。

2.根据权利要求1所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述的磁浮船舶航轨（1）包括有设置在河床（9）上的混凝土基础（1.1），固定在所述混凝土基础（1.1）上的底座（1.2），固定在所述底座（1.2）上的一条或两条航轨（1.3），每一条所述航轨（1.3）的两侧面上均等间隔并排设置有若干个用于与所述磁浮水浮机构（6）相互作用的航轨电磁绕组（1.4），以及用于采集供电信号的区间传感器（1.5），所述航轨电磁绕组（1.4）由外部变电站提供电源，所述区间传感器（1.5）的信号输出端连接外部变电站，外部变电站只给有区间传感器（1.5）反馈信号的区间提供电源。

3.根据权利要求1所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，在所述的气液缸体（4.2、7.2）内，所述第一浮动活塞（4.10、7.10）与气液缸体（4.2、7.2）底面之间的空间为气态区，所述第一浮动活塞（4.10、7.10）与双向泄流活塞（4.9、7.9）之间的空间，以及双向泄流活塞（4.9、7.9）与第二浮动活塞（4.11、7.11）之间的空间均为液态区，所述第二浮动活塞（4.11、7.11）与气液缸体（4.2、7.2）顶面之间的空间为气态区。

4.根据权利要求1所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述门型动力模块（5）在与所述磁浮水浮机构（6）相邻的内侧面上设置有若干个用于检测门型动力模块（5）内侧面与磁浮水浮机构（6）之间间距的第一位置传感器（5.12），所述第一位置传感器（5.12）的信号输出端连接控制单元ECU（8）；所述门型动力模块（5）在与所述磁浮水浮机构（6）相邻的内侧面上设置有若干个用于防止门型动力模块（5）与所述磁浮水浮机构（6）相碰撞的第一柔性耐磨限位块（5.16）。

5.根据权利要求1所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述唇口柔性密封件（5.13）在与所述门型动力模块（5）相连接的一侧为能够固定连接在所述门型动力模块（5）内侧面上的平面结构，所述唇口柔性密封件（5.13）在与所述磁浮水浮机构（6）相接触的一侧为具有弹性的锯齿形结构。

6.根据权利要求1所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述的磁浮水浮机构（6）替换为如下结构：顶端通过第二柔性双向传力连接机构（7）连接在所述的门型动力模块（5）内侧的用于与具有两条航轨的磁浮船舶航轨（1）的航轨相配合的山形腔体（6.10），所述山形腔体（6.10）的顶部横梁和三条垂直壁为相连通的中空结构，在所述山形腔体（6.10）顶部横梁内设置有第二磁浮机构气室（6.11），所述山形腔体（6.10）的三条垂直壁内上部均设置有一个第二水浮箱（6.12），每个所述第二水浮箱（6.12）内都装有一个第二磁浮水浮机构橡胶压力气囊（6.13），所述第二磁浮水浮机构橡胶压力气囊（6.13）的顶部设置有通向外部高压气源的第二进排气口（6.14），进排气受控于第二水浮箱（6.12）内进出水量的多少，每个所述第二水浮箱（6.12）的底部都设置有与山形腔体（6.10）内相连通的第四泄水阀（6.15），所述山形腔体（6.10）的三条垂直壁的底端设置有与外部相连通的第五泄水阀（6.20），所述山形腔体（6.10）的三条垂直壁内位于第二水浮箱（6.12）的下面分别设置有一个用于与磁浮船舶航轨（1）两条航轨两侧面上的航轨电磁绕组（1.4）相作用的第二磁浮电磁绕组（6.16），所述山形腔体（6.10）的端口内侧和山形腔体（6.10）的内侧壁上设置有用于防止与所述磁浮船舶航轨（1）的航轨相碰撞的第三柔性耐磨限位块（6.17），所述山形腔体（6.10）在与磁浮船舶航轨（1）的航轨顶端相对应的面上设置有用于检测山形腔体（6.10）内顶端面与磁浮船舶航轨（1）的航轨顶端之间间距的第三位置传感器（6.18），所述第三位置传感器（6.18）的信号输出端连接控制单元ECU（8）。

7.根据权利要求1所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述的供电系统包括有设置在构成磁浮船舶航轨（1）的底座（1.2）上的电磁感应端头（11.1），依次贯穿构成磁浮船舶航轨（1）的混凝土基础（1.1）和底座（1.2）与所述的感应端头（11.1）相连接的水下航缆（11.2），设置在门型动力模块（5）的外侧底部的无线电磁感应器（5.17），所述无线电磁感应器（5.17）与所述感应端头（11.1）产生电磁感生电流，无线电磁感应器（5.17）的电输出端通过船舶短定子变频器（12）连接与一条航轨相配合的磁浮水浮机构（6）中的第一磁浮电磁绕组（6.6），或与两条航轨相配合的磁浮水浮机构（6）中的第二磁浮电磁绕组（6.16）；所述的供电系统还包括有贯穿所述混凝土基础（1.1）和底座（1.2）通过航轨长定子变频器（13）与一条或两条航轨（1.3）上的航轨电磁绕组（1.4）相连的水下电缆（11.3）。

8.根据权利要求2所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述的供电系统包括有设置在岸基（14）侧面上的连接外部电源的第一电接触端头（11.4），设置在船体（2）一侧边与所述的第一电接触端头（11.4）相接触的第一受电滑靴（11.5），所述第一受电滑靴（11.5）所产生的电源通过船舶短定子变频器（12）连接与一条航轨相配合的磁浮水浮机构（6）中的第一磁浮电磁绕组（6.6），或与两条航轨相配合的磁浮水浮机构（6）中的第二磁浮电磁绕组（6.16）；所述的供电系统还包括有贯穿所述混凝土基础（1.1）和底座（1.2）通过航轨长定子变频器（13）与一条或两条航轨（1.3）上的航轨电磁绕组（1.4）相连的水下电缆（11.3）。

9.根据权利要求2所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述的供电系统包括有设置在岸基（14）上部的用于支撑外部电缆的外部航缆支架（11.6），设置在所述外部航缆支架 （11.6）端部的与所述外部电缆相连接的第二电接触端头（11.7），通过船舶航缆支架（11.9）设置在船体（2）顶部的与所述的第二电接触端头（11.7）相接触的第二受电滑靴（11.8），所述第二受电滑靴（11.8）所产生的电源通过船舶短定子变频器（12）连接与一条航轨相配合的磁浮水浮机构（6）中的第一磁浮电磁绕组（6.6），或与两条航轨相配合的磁浮水浮机构（6）中的第二磁浮电磁绕组（6.16）；所述的供电系统还包括有贯穿所述混凝土基础（1.1）和底座（1.2）通过航轨长定子变频器（13）与一条或两条航轨（1.3）上的航轨电磁绕组（1.4）相连的水下电缆（11.3）。

10.根据权利要求7或8或9所述的用于船舶和水运的基于磁悬浮线性驱动及液态水浮系统，其特征在于，所述的船舶短定子变频器（12）两个输出端中的一个输出端与磁浮水浮机构（6）中的第奇数个第一磁浮电磁绕组（6.6）或第二磁浮电磁绕组（6.16）依次串联连接形成回路产生行波磁场，所述的船舶短定子变频器（12）两个输出端中的另一个输出端与磁浮水浮机构（6）中的第偶数个第一磁浮电磁绕组（6.6）或第二磁浮电磁绕组（6.16）依次串联连接形成回路产生行波磁场；所述航轨长定子变频器（13）两个输出端中的一个输出端与磁浮船舶航轨（1）中的一条或两条航轨（1.3）上的第奇数个航轨电磁绕组（1.4）依次串联连接形成回路产生行波磁场，所述的航轨长定子变频器（13）两个输出端中的另一个输出端与磁浮船舶航轨（1）中的一条或两条航轨（1.3）上的第偶数个航轨电磁绕组（1.4）依次串联连接形成回路产生行波磁场。

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