CN114083992A - 一种双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，包括轨道梁、复合板式悬浮导向轨道、悬浮架、载运车、双永磁体阵列、非导磁金属板、上滑橇、下滑橇和侧滑橇、上滑轨、下滑轨和侧滑轨；复合板式悬浮导向轨道为倾斜结构，上滑橇、下滑橇和侧滑橇固定在永磁体阵列支撑架上，与设置在复合板式悬浮导向轨道上的下滑轨、上滑轨一起约束车体垂直方向运动、与侧滑轨一起约束车体横向运动。车体静止或运行速度较低时，上滑橇落在上滑轨上，支撑载运车；高速运行时双永磁体阵列与非导磁性导体板相互排斥作用，使车体处于悬浮状态；当车体发生左右横向偏移时，倾斜的悬浮导向轨道使悬浮力的横向分力具有自恢复的导向能力，这种低速机械支撑、高速悬浮导向支撑一体化的机构，可广泛应用于磁悬浮载运系统。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮载运技术领域，具体涉及一种双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构。
背景技术
磁悬浮载运车辆技术在运行速度、爬坡能力、转弯半径、节能减排、静噪等方面具有巨大优越性，因此磁悬浮载运技术在众多轨道交通、高速磁浮载运工具等领域中受到越来越多的关注，成为今后发展的重要方向。目前，磁悬浮技术主要有电磁悬浮和电动悬浮两种方式，后者的优势在于应用速度下，悬浮间隙较大，具有自稳定、结构简单等优点，尤其是永磁电动悬浮，没有超导体悬浮失超的危险，更加稳定可靠，运行经济节能。
但是，上述电动式悬浮方式在磁浮载运车辆运行的低速区间中，悬浮力不足以支撑载运车起浮，必须采用合理的主动支撑方式辅助未起浮前载运车的走行动作；当磁浮载运车高速运行时，必须能提供有效的导向力和合理的限位方式，避免磁体与轨道发生碰撞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化装置，目的在于集成磁悬浮载运车辆的悬浮机构、导向机构和限位机构为一体，提高磁悬浮载运车辆技术的工程应用安全可靠性、可用性，降低工程建设投资成本和运行维护费用，提高运行的经济性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于，该一体化机构包括悬浮架、载运车、磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板、下滑轨、上滑轨、侧上滑轨、侧下滑轨、结构连接件、上永磁体阵列、下永磁体阵列、上永磁体阵列支撑架、下永磁体阵列支撑架、上滑橇、下滑橇、侧上滑橇、侧下滑橇、悬浮轨道支撑立柱、直线驱动电机；
所述悬浮架上方布置有所述载运车，下方布置所述直线驱动电机；所述悬浮架两侧固定设置有上结构连接件和下结构连接件，分别与所述上永磁体阵列支撑架和下永磁体阵列支撑架相连。所述上永磁体阵列支撑架和所述下永磁体阵列支撑架倾斜设置，倾角为a，分别布置有上永磁体阵列和下永磁体阵列。
所述的磁浮轨道上导体板和所述磁浮轨道下导体板倾斜设置，倾角为a，中间布置有导体板背板，导体板背板端部与所述悬浮轨道支撑立柱相连，导体板背板是非导磁钢板或非导磁的框架结构，所述上滑轨位于磁浮轨道上导体板外侧且固定在导体板背板上，所述下滑轨位于磁浮轨道下导体板外侧且固定在导体板背板上，所述侧上滑轨和侧下滑轨固定于悬浮轨道支撑立柱内侧。
所述磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板、下滑轨、上滑轨和导体板背板组合形成复合倾斜轨道，放置在上永磁体阵列支撑架和下永磁体阵列支撑架中间，所述侧上滑轨位于悬浮轨道支撑立柱和上永磁体阵列支撑架之间，所述侧下滑轨位于悬浮轨道支撑立柱和下永磁体阵列支撑架之间，所述磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板均为非导磁金属板，分别平行于所述上永磁体阵列支撑架和下永磁体阵列支撑架，所述下滑轨、上滑轨、侧上滑轨和侧下滑轨均由非导磁耐磨金属板制成。
所述上永磁体阵列和下永磁体阵列倾斜设置，倾角为a，上永磁体阵列与磁浮轨道上导体板平行，下永磁体阵列与磁浮轨道下导体板平行，磁浮轨道上导体板和磁浮轨道下导体板同时倾斜或只有上永磁体阵列倾斜或只有下永磁体阵列倾斜。
所述倾角a的大小根据载运车需要的悬浮力、导向力确定，范围为0≤a＜90°，需满足在载运车的平衡位置处，悬浮力Fn2cos(a)-Fn1cos(a)的值应等于车重和运行过程中载运车承受的气动力之和。当a＝0时，永磁体阵列和导体板之间仅存在上下垂直方向的排斥力，导向力基本为零；当a＝90°时，永磁体阵列和导体板之间仅存在水平方向的导向排斥力，上下垂直方向的悬浮力基本为零。
进一步的，所述上永磁体阵列和所述下永磁体阵列均由按Halbach方式充磁的永磁体块组成，上永磁体阵列与下永磁体阵列的充磁方向镜像对称。
进一步的，悬浮架的两侧对称布置有上、下永磁体阵列，每侧布置的上、下永磁体阵列数量相同。
进一步的，上滑橇固定在上永磁体阵列支撑架下表面，下滑橇固定在下永磁体阵列支撑架上表面，侧上滑橇固定在上永磁体阵列支撑架的侧面，侧下滑橇固定在下永磁体阵列支撑架的侧面，与所述上滑轨、下滑轨相配合一起约束辆的垂直方向运动，与所述侧上滑轨和侧下滑轨相配合一起约束载运车的横向运动。
进一步的，所述上滑橇、下滑橇、侧上滑橇以及侧下滑橇由非导磁性耐磨金属板制成；所述磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板均为铝合金或铜板。
进一步的，所述直线驱动电机组件包括长定子直线电机次级动子板、直线电机左侧定子、直线电机右侧定子、动子板安装基座；悬浮架下方依次布置直线电机动子板安装基座、直线电机次级动子板，直线电机左侧定子和直线电机右侧定子布置于直线电机次级动子板的两侧；在直线电机左侧定子和直线电机右侧定子的绕组中通入交流电，驱动电机动子运动，进而带动所述载运车运动。
进一步的，所述下永磁体阵列相对所述磁浮轨道下导体板有相对运动时，在所述下导体板中产生涡流，涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直所述永磁体阵列向下的排斥力Fn1，Fn1可分解为与水平方向垂直向下的法向力Fv1和水平向右的横向力Fh1，同时，所述上永磁阵列相对所述磁浮轨道上导体板有相对运动时，在所述上导体板中产生涡流，涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直所述永磁体阵列向上的排斥力Fn2，Fn2可分解为与水平方向垂直向上的法向力Fv2和水平向左的横向力Fh2；
其中，Fv＝Fncos(a)，Fh＝Fnsin(a)，法向力体现为对载运车的悬浮力，横向力体现为对载运车的横向力；(Fv2-Fv1)形成对载运车的合成悬浮力，(Fh1-Fh2)形成合成导向力。
进一步的，载运车静止或运行速度较低时，上滑橇落在上滑轨上，支撑载运车；高速运行时上永磁体阵列与磁浮轨道上导体板相互排斥作用、下永磁体阵列与磁浮轨道下导体板相互排斥作用，上滑橇与上滑轨脱离接触、下滑橇与下滑轨脱离接触，使载运车处于悬浮状态；当载运车发生左右横向偏移时，所述倾斜的永磁体阵列和磁浮轨道导体板之间的横向力使载运车具有自恢复能力。
进一步的，所述一体化机构还包括轨道梁、悬浮轨道底座、悬浮轨道支撑架、悬浮轨道支撑立柱；所述悬浮轨道底座布置在轨道梁上表面，且悬浮轨道底座上方两侧分别设有悬浮轨道底座，悬浮轨道底座上方固定设置悬浮轨道支撑立柱，所述悬浮轨道支撑架固定在悬浮轨道支撑立柱内侧，与导体板背板固定相连。
进一步的，直线电机定子布置在轨道梁上表面，直线电机定子安装基准与所述悬浮轨道底座安装基准处于同一个水平基准。
本发明中，悬浮架的两侧对称布置有上、下永磁体阵列。左侧下永磁体阵列受左磁浮轨道下导体板向右的横向力Fh1，左侧上永磁体阵列受左磁浮轨道上导体板向左的横向力Fh2；右侧下永磁体阵列受右磁浮轨道下导体板向左的横向力Fh1'，右侧上永磁体阵列受右磁浮轨道上导体板向右的横向力Fh2'。
本发明的工作原理为：
所述载运车在静止或运行速度较低时，所述上滑橇落在所述上滑轨表面，支撑载运车。
所述载运车在电机动子的推进力作用下加速，所述磁浮轨道上导体板对所述上永磁体阵列垂直向上的悬浮力Fv2，克服载运车重力、向下的气动力以及所述磁浮轨道下导体板对所述下永磁体阵列垂直向下的悬浮力Fv1的合力，载运车达到一个平衡位置，载运车悬浮运行；
所述载运车受外力影响向上偏离平衡位置时，所述磁浮轨道上导体板对所述上永磁体阵列向上的悬浮力Fv2减小，所述磁浮轨道下导体板对所述下永磁体阵列向下的悬浮力Fv1增大，驱使载运车向下回到平衡位置；如果载运车受外力干扰大于驱使载运车向下回到平衡位置的电磁力，最大位移处所述下滑橇接触所述下滑轨，约束车体垂直向上方向的运动。
所述载运车受外力影响向下偏离平衡位置时，所述磁浮轨道上导体板对所述上永磁体阵列向上的悬浮力Fv2增大，所述磁浮轨道下导体板对所述下永磁体阵列向下的悬浮力Fv1减小，驱使载运车向上回到平衡位置；如果载运车受外力干扰大于驱使载运车向上回到平衡位置的电磁力，最大位移处所述上滑橇接触所述上滑轨，约束车体垂直向下方向的运动。
所述载运车未发生左右偏移时，左侧下永磁体阵列受左磁浮轨道下导体板向右的横向力Fh1等于右侧下永磁体阵列受右磁浮轨道下导体板向左的横向力Fh1'，左侧上永磁体阵列受左磁浮轨道上导体板向左的横向力Fh2等于右侧上永磁体阵列受右磁浮轨道上导体板向右的横向力Fh2'，悬浮架和载运车在横方向上保持平衡位置。
所述载运车受外力影响向左偏离平衡位置时，左侧下永磁体阵列与左磁浮轨道下导体板之间的间隙长度减小，导致向右的横向力Fh1增大，左侧上永磁体阵列与左磁浮轨道上导体板之间的间隙长度增大，导致向左的横向力Fh2减小；右侧下永磁体阵列与右磁浮轨道下导体板之间的间隙长度增大，导致向左的横向力Fh1'减小，右侧上永磁体阵列与右磁浮轨道上导体板之间的间隙长度减小，导致向右的横向力Fh2'增大。因此，向右的横向力之和大于向左的横向力之和，驱使载运车向右恢复到中间的平衡位置。如果载运车受外力大于驱动载运车向右恢复到中间的平衡位置的电磁力，最大位移处，载运车左侧的侧上滑橇对应接触左侧悬浮轨道支撑立柱内侧的侧上滑轨，侧下滑橇接触侧下滑轨。
所述载运车受外力影响向右偏离平衡位置时，左侧下永磁体阵列与左磁浮轨道下导体板之间的间隙长度增大，导致向右的横向力Fh1减小，左侧上永磁体阵列与左磁浮轨道上导体板之间的间隙长度减小，导致向左的横向力Fh2增大；右侧下永磁体阵列与右磁浮轨道下导体板之间的间隙长度减小，导致向左的横向力Fh1'增大，右侧上永磁体阵列与右磁浮轨道上导体板之间的间隙长度增大，导致向右的横向力Fh2'减小。因此，向左的横向力之和大于向右的横向力之和，驱使载运车向左恢复到中间的平衡位置。如果载运车受外力大于驱动载运车向左恢复到中间的平衡位置的电磁力，最大位移处，载运车右侧的侧上滑橇对应接触右侧悬浮轨道支撑立柱内侧的侧上滑轨，侧下滑橇接触侧下滑轨。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明采用斥力型永磁电动悬浮，悬浮导向系统由上下车载磁体和中间的双边导体板构成，导体板和永磁体阵列呈一定的倾斜角度，由此提供向上的悬浮力、向下的悬浮力和导向力，而不需要额外的导向装置。
2.本发明采用非导磁性导体板，工艺更加简单，平稳性更好，造价低。
3.本发明中的限位滑橇安装简便，低速时满足电动悬浮载运车支撑、走行、缓冲减振的需要，高速时能够在横向、上下限位，因此本机构能够实现集低速机械支撑、高速限位与悬浮导向功能一体化，结构更加紧凑简单，提高了可操作性。
附图说明
图1是本发明提供的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构图；
图2是本发明中下永磁体阵列与下滑橇的相对位置图；
图3是本发明中永磁体阵列示例；
图4是本发明中上导体板和下导体板倾斜且倾斜角度向下时车载永磁体阵列受力分析图；
图5是本发明中上导体板和下导体板倾斜且倾斜角度向上时车载永磁体阵列受力分析图；
图6是本发明中下导体板倾斜且倾斜角度向下时车载永磁体阵列受力分析图；
图7是本发明中下导体板倾斜且倾斜角度向上时车载永磁体阵列受力分析图；
图8是本发明中上导体板倾斜且倾斜角度向下时车载永磁体阵列受力分析图；
图9是本发明中上导体板倾斜且倾斜角度向上时车载永磁体阵列受力分析图。
其中，100载运车、110-1左减震弹簧、110-2右减震弹簧、40悬浮架、20-1左磁浮轨道下导体板、21-1左磁浮轨道上导体板、20-2右磁浮轨道下导体板、21-2右磁浮轨道上导体板、23-1左上滑轨、23-2右上滑轨、22-1左下滑轨、22-2右下滑轨、24-1左侧下滑轨、24-2右侧下滑轨、25-1左侧上滑轨、25-2右侧上滑轨、41-1左结构连接件、41-2右结构连接件、42-1左前上永磁体阵列、42-2右前上永磁体阵列、43-1左前下永磁体阵列、43-2右前下永磁体阵列、43-3左后下永磁体阵列、43-4右后下永磁体阵列、44-1左上永磁体阵列支撑架、44-2右上永磁体阵列支撑架、45-1左下永磁体阵列支撑架、45-2右下永磁体阵列支撑架、46-1左上滑橇、47-1左前下滑橇、46-2右上滑橇、47-2右前下滑橇、47-3左后下滑橇、47-4右后下滑橇、48-1左侧上滑橇、49-1左前侧下滑橇、49-2右前侧下滑橇、49-3左后侧下滑橇、49-4右后侧下滑橇、31长定子直线电机次级动子板、32-1直线电机左侧定子、32-2直线电机右侧定子、33-1直线电机左侧定子支撑架、33-2直线电机右侧定子支撑架、34定子直线电机动子板安装基座、11悬浮轨道底座、12悬浮轨道支撑立柱、13悬浮轨道支撑架、14-1左侧导体板背板、14-2右侧导体板背板、50-1左侧耐摩擦导轨、51-1左侧支撑滑块、52-1左侧滑块固定安装结构件、101左上永磁体阵列与左磁浮轨道上导体板的间隙长度g1、102左下永磁体阵列与左磁浮轨道下导体板的间隙长度g2、103右上永磁体阵列与右磁浮轨道上导体板的间隙长度g3、104右下永磁体阵列与右磁浮轨道下导体板的间隙长度g4。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供了一种双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构。包括载运车100、减震弹簧(包括左减震弹簧110-1、右减震弹簧110-2)、悬浮架40、磁浮轨道下导体板20(包括左磁浮轨道下导体板20-1、右磁浮轨道下导体板20-2)、磁浮轨道上导体板21(包括左磁浮轨道上导体板21-1、右磁浮轨道上导体板21-2)、下滑轨(包括右下滑轨22-2、左下滑轨22-1)、上滑轨(包括右上滑轨23-2、左上滑轨23-1)、侧上滑轨(包括左侧上滑轨25-1、右侧上滑轨25-2)、侧下滑轨(包括左侧下滑轨24-1、右侧下滑轨24-2)上永磁体阵列42(包括左前上永磁体阵列42-1、右前上永磁体阵列42-2)、下永磁体阵列43(包括左前下永磁体阵列43-1、右前下永磁体阵列43-2、左后下永磁体阵列43-3、右后下永磁体阵列43-4)、永磁体阵列上支撑架(包括左永磁体阵列上支撑架44-1、右永磁体阵列上支撑架44-2)、永磁体阵列下支撑架(包括左永磁体阵列下支撑架45-1、右永磁体阵列下支撑架45-2)、上滑橇(包括左上滑橇46-1、右上滑橇46-2)、下滑橇(包括左前下滑橇47-1、右前下滑橇47-2、左后下滑橇47-3、右后下滑橇47-4)、左侧上滑橇48-1、侧下滑橇(包括左前侧下滑橇49-1、右前侧下滑橇49-2、左后侧下滑橇49-3、右后侧下滑橇49-4)、结构连接件(包括左结构连接件41-1、右结构连接件41-2)、长定子直线电机次级动子板31、直线电机左侧定子32-1、直线电机右侧定子32-2、动子板安装基座34、轨道梁10、悬浮轨道底座11、悬浮轨道支撑立柱12、悬浮轨道支撑架13、导体板背板(左侧导体板背板14-1、右侧导体板背板14-2)、左侧耐摩擦导轨50-1、左侧支撑滑轮51-1、左侧支撑滑轮固定在安装结构件52-1；左侧耐摩擦导轨50-1、左侧支撑滑轮51-1和结构件52-1用于载运车维修维护期间支撑车辆，承载车运行时收回至承载车内部。左上永磁体阵列与左磁浮轨道上导体板具有间隙长度101、左下永磁体阵列与左磁浮轨道下导体板具有间隙长度102、右上永磁体阵列与右磁浮轨道上导体板具有间隙长度103、右下永磁体阵列与右磁浮轨道下导体板具有间隙长度104。
图2是本发明中下永磁体阵列与下滑橇的相对位置俯视图。所述下永磁体阵列43对称布置在悬浮架40的两侧，包括43-1、43-2、43-3、43-4前后四组，下滑橇47固定在永磁体阵列下支撑架45上，分别包括47-1、47-2、47-3、47-4四组，侧下滑橇49固定在永磁体阵列下支撑架45的外侧，分别包括49-1、49-2、49-3、49-4四组。
图3是本发明中永磁体阵列的示意图。永磁体阵列由按Halbach方式充磁的永磁体块组成，上永磁体阵列42与下永磁体阵列43的充磁方向镜像对称。上永磁体阵列42平行置于磁浮轨道上导体板21上方，下永磁体阵列43平行置于磁浮轨道下导体板20下方，磁浮轨道上导体板21和磁浮轨道下导体板20之间布置有导体板背板14。
直线电机动子板31和直线驱动电机定子32相互作用推进载运车100运动时，下永磁体阵列43相对磁浮轨道下导体板20有相对运动时，在下导体板20中产生涡流，涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直永磁体阵列43向下的排斥力Fn1，Fn1可分解为与水平方向垂直向下的法向力Fv1和水平向右的横向力Fh1。同时，上永磁阵列42相对磁浮轨道上导体板21有相对运动时，在上导体板21中产生涡流，涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直永磁体阵列42向上的排斥力Fn2，Fn2可分解为与水平方向垂直向上的法向力Fv2和水平向左的横向力Fh2。
当磁浮轨道上导体板21和磁浮轨道下导体板20的倾斜角度均为a时，分为向上倾斜和向下倾斜两种方案。
当磁浮轨道上导体板21和磁浮轨道下导体板20其中之一倾斜角度为a，其中之一不倾斜时，分为下导体板倾斜且倾斜角度向下、下导体板倾斜且倾斜角度向上、上导体板倾斜且倾斜角度向下、上导体板倾斜且倾斜角度向上四种方案。
其中，Fv＝Fncos(a)，Fh＝Fnsin(a)，法向力体现为对载运车的悬浮力，横向力体现为对载运车的横向力。
排斥力Fn2和上永磁体阵列42相对于磁浮轨道上导体板21之间的间隙长度成反比，排斥力Fn1和下永磁体阵列43相对于磁浮轨道下导体板20之间的间隙长度成反比。间隙长度越小，排斥力Fn越大，间隙长度越大，排斥力Fn越小。
图4为磁浮轨道上导体板和下导体板对称向下倾斜且倾斜角度均为a时的示例。
当磁浮轨道上导体板21对上永磁体阵列42向上的悬浮力Fv2，克服载运车重力、向下的气动力以及磁浮轨道下导体板20对下永磁体阵列43向下的悬浮力Fv1的合力，载运车达到一个平衡位置，载运车悬浮运行；
载运车受外力影响向上偏离平衡位置时，磁浮轨道上导体板21对上永磁体阵列42向上的悬浮力Fv2减小，磁浮轨道下导体板20对下永磁体阵列43向下的悬浮力Fv1增大，驱使载运车向下回到平衡位置；
载运车受外力影响向下偏离平衡位置时，磁浮轨道上导体板21对上永磁体阵列42向上的悬浮力Fv2增大，磁浮轨道下导体板20对下永磁体阵列43向下的悬浮力Fv1减小，驱使载运车向上回到平衡位置；
在悬浮架40的两侧对称布置有上、下永磁体阵列。左侧下永磁体阵列43-1受左磁浮轨道下导体板20-1向右的横向力Fh1，右侧下永磁体阵列43-2受右磁浮轨道下导体板20-2向左的横向力Fh1'。左侧上永磁体阵列42-1受左磁浮轨道上导体板21-1向左的横向力Fh2，右侧上永磁体阵列42-2受右磁浮轨道上导体板21-2向右的横向力Fh2'。
载运车未发生左右偏移时，左侧下永磁体阵列43-1受左磁浮轨道下导体板20-1向右的横向力Fh1等于右侧下永磁体阵列43-2受右磁浮轨道下导体板20-2向左的横向力Fh1'，左侧上永磁体阵列42-1受左磁浮轨道上导体板21-1向左的横向力Fh2等于右侧上永磁体阵列42-2受右磁浮轨道上导体板21-2向右的横向力Fh2'，悬浮架40和载运车100在横方向上保持平衡位置。
载运车受外力影响发生左右偏移时，永磁体阵列和磁浮轨道导体板之间的间隙长度发生改变，横向力相应变化。
所述载运车未发生左右偏移时，左侧下永磁体阵列43-1受左磁浮轨道下导体板20-1向右的横向力Fh1等于右侧下永磁体阵列43-2受右磁浮轨道下导体板20-2向左的横向力Fh1'，左侧上永磁体阵列42-1受左磁浮轨道上导体板21-1向左的横向力Fh2等于右侧上永磁体阵列42-2受右磁浮轨道上导体板21-2向右的横向力Fh2'，悬浮架40和载运车100在横方向上保持平衡位置。
载运车受外力影响向左偏离平衡位置时，左侧下永磁体阵列43-1与左磁浮轨道下导体板20-1之间的间隙长度102减小，导致向右的横向力Fh1增大，左侧上永磁体阵列42-1与左磁浮轨道上导体板21-1之间的间隙长度101增大，导致向左的横向力Fh2减小；右侧下永磁体阵列43-2与右磁浮轨道下导体板20-2之间的间隙长度104增大，导致向左的横向力Fh1'减小，右侧上永磁体阵列42-2与右磁浮轨道上导体板21-2之间的间隙长度103减小，导致向右的横向力Fh2'增大。因此，向右的横向力之和大于向左的横向力之和，驱使载运车向右恢复到中间的平衡位置。
载运车受外力影响向右偏离平衡位置时，左侧下永磁体阵列43-1与左磁浮轨道下导体板20-1之间的间隙长度102增大，导致向右的横向力Fh1减小，左侧上永磁体阵列42-1与左磁浮轨道上导体板21-1之间的间隙长度101减小，导致向左的横向力Fh2增大；右侧下永磁体阵列43-2与右磁浮轨道下导体板20-2之间的间隙长度104减小，导致向左的横向力Fh1'增大，右侧上永磁体阵列42-2与右磁浮轨道上导体板21-2之间的间隙长度103增大，导致向右的横向力Fh2'减小。因此，向左的横向力之和大于向右的横向力之和，驱使载运车向左恢复到中间的平衡位置。
图5示意了本发明中磁浮轨道导体板和悬浮磁体阵列对称向上倾斜时车载永磁体阵列受力分析图，悬浮系统工作原理与对称向下倾斜时相同，在此不再赘叙。
图6示意了本发明中磁浮轨道下导体板和下悬浮磁体阵列对称向下倾斜时车载永磁体阵列受力分析图，此时磁浮轨道上导体板和上悬浮磁体阵列水平不倾斜，上导体板中产生的涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直于永磁体阵列向上的排斥力Fn2，Fn2即表现为垂直向上的法向力Fv2。悬浮系统工作原理与示例相同，在此不再赘叙。
图7示意了本发明中磁浮轨道下导体板和下悬浮磁体阵列对称向上倾斜时车载永磁体阵列受力分析图，此时磁浮轨道上导体板和上悬浮磁体阵列水平不倾斜，上导体板中产生的涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直于永磁体阵列向上的排斥力Fn2，Fn2即表现为垂直向上的法向力Fv2。悬浮系统工作原理与示例相同，在此不再赘叙。
图8示意了本发明中磁浮轨道上导体板和上悬浮磁体阵列对称向下倾斜时车载永磁体阵列受力分析图，此时磁浮轨道下导体板和下悬浮磁体阵列水平不倾斜，下导体板中产生的涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直于永磁体阵列向下的排斥力Fn1，Fn1即表现为垂直向下的法向力Fv1。悬浮系统工作原理与示例相同，在此不再赘叙。
图9示意了本发明中磁浮轨道上导体板和上悬浮磁体阵列对称向上倾斜时车载永磁体阵列受力分析图，此时磁浮轨道下导体板和下悬浮磁体阵列水平不倾斜，下导体板中产生的涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直于永磁体阵列向下的排斥力Fn1，Fn1即表现为垂直向下的法向力Fv1。悬浮系统工作原理与示例相同，在此不再赘叙。
整个悬浮导向过程不需要主动控制，磁浮车体具有较强的自稳定性。这种集低速机械支撑、高速悬浮导向的机构，结构紧凑简单，可应用于高速电磁驱动系统的载运车与轨道无接触运行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，包括悬浮架、载运车、磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板、下滑轨、上滑轨、侧上滑轨、侧下滑轨、结构连接件、上永磁体阵列、下永磁体阵列、上永磁体阵列支撑架、下永磁体阵列支撑架、上滑橇、下滑橇、侧上滑橇、侧下滑橇、悬浮轨道支撑立柱、直线驱动电机；
其特征在于：所述悬浮架上方布置有所述载运车，下方布置所述直线驱动电机；所述悬浮架两侧固定设置有上结构连接件和下结构连接件，分别与所述上永磁体阵列支撑架和下永磁体阵列支撑架相连，所述上永磁体阵列支撑架和所述下永磁体阵列支撑架倾斜设置，倾角为a，分别布置有上永磁体阵列和下永磁体阵列；
所述的磁浮轨道上导体板和所述磁浮轨道下导体板倾斜设置，倾角为a，中间布置有导体板背板，导体板背板端部与所述悬浮轨道支撑立柱相连，导体板背板是非导磁钢板或非导磁的框架结构，所述上滑轨位于磁浮轨道上导体板外侧且固定在导体板背板上，所述下滑轨位于磁浮轨道下导体板外侧且固定在导体板背板上，所述侧上滑轨和侧下滑轨固定于悬浮轨道支撑立柱内侧；
所述磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板、下滑轨、上滑轨和导体板背板组合形成复合倾斜轨道，放置在上永磁体阵列支撑架和下永磁体阵列支撑架中间，所述侧上滑轨位于悬浮轨道支撑立柱和上永磁体阵列支撑架之间，所述侧下滑轨位于悬浮轨道支撑立柱和下永磁体阵列支撑架之间，所述磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板均为非导磁金属板，分别平行于所述上永磁体阵列支撑架和下永磁体阵列支撑架，所述下滑轨、上滑轨、侧上滑轨和侧下滑轨均由非导磁耐磨金属板制成。
2.根据权利要求1所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：
所述上永磁体阵列和下永磁体阵列倾斜设置，倾角为a，上永磁体阵列与磁浮轨道上导体板平行，下永磁体阵列与磁浮轨道下导体板平行，磁浮轨道上导体板和磁浮轨道下导体板同时倾斜或只有上永磁体阵列倾斜或只有下永磁体阵列倾斜，倾角a的范围为0≤a＜90°，根据需要的悬浮力和导向力确定，倾角a的大小根据需要的悬浮力和导向力确定。
3.根据权利要求1所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：所述上永磁体阵列和所述下永磁体阵列均由按Halbach方式充磁的永磁体块组成，上永磁体阵列与下永磁体阵列的充磁方向镜像对称。
4.根据权利要求1所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：悬浮架的两侧对称布置有上、下永磁体阵列，每侧布置的上、下永磁体阵列数量相同。
5.根据权利要求1所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：上滑橇固定在上永磁体阵列支撑架下表面，下滑橇固定在下永磁体阵列支撑架上表面，侧上滑橇固定在上永磁体阵列支撑架的侧面，侧下滑橇固定在下永磁体阵列支撑架的侧面，与所述上滑轨、下滑轨相配合一起约束辆的垂直方向运动，与所述侧上滑轨和侧下滑轨相配合一起约束载运车的横向运动。
6.根据权利要求5所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：
所述上滑橇、下滑橇、侧上滑橇以及侧下滑橇由非导磁性耐磨金属板制成；所述磁浮轨道下导体板、磁浮轨道上导体板均为铝合金板或铜板。
7.根据权利要求1所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：所述直线驱动电机包括长定子直线电机次级动子板、直线电机左侧定子、直线电机右侧定子、动子板安装基座；悬浮架下方依次布置动子板安装基座、次级动子板，直线电机左侧定子和直线电机右侧定子位于动子板的两侧；在定子绕组中通入交流电，驱动电机动子运动，进而带动所述载运车运动。
8.根据权利要求1所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：所述下永磁体阵列相对所述磁浮轨道下导体板有相对运动时，在所述下导体板中产生涡流，涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直所述永磁体阵列向下的排斥力Fn1，Fn1可分解为与水平方向垂直向下的法向力Fv1和水平向右的横向力Fh1，同时，所述上永磁阵列相对所述磁浮轨道上导体板有相对运动时，在所述上导体板中产生涡流，涡流场和永磁体阵列磁场之间产生垂直所述永磁体阵列的排斥力Fn2，Fn2可分解为与水平方向垂直的法向力Fv2和水平向左的横向力Fh2；
其中，Fv＝Fncos(a)，Fh＝Fnsin(a)，法向力体现为对载运车的悬浮力，横向力体现为对载运车的横向力；(Fv2-Fv1)形成对载运车的合成悬浮力，(Fh1-Fh2)形成合成导向力。
9.根据权利要求7所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：
载运车静止或运行速度较低时，上滑橇落在上滑轨上，支撑载运车；高速运行时上永磁体阵列与磁浮轨道上导体板相互排斥作用、下永磁体阵列与磁浮轨道下导体板相互排斥作用，上滑橇与上滑轨脱离接触、下滑橇与下滑轨脱离接触，使载运车处于悬浮状态；当载运车发生左右横向偏移时，所述倾斜的永磁体阵列和磁浮轨道导体板之间的横向力使载运车恢复到平衡状态。
10.根据权利要求1所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于：所述一体化机构还包括轨道梁、悬浮轨道底座、悬浮轨道支撑架、悬浮轨道支撑立柱，所述悬浮轨道底座布置在轨道梁上表面，悬浮轨道底座上方设置悬浮轨道支撑立柱，所述悬浮轨道支撑架固定在悬浮轨道支撑立柱内侧，与导体板背板固定相连。
11.根据权利要求10所述的双永磁阵列的永磁电动悬浮导向一体化机构，其特征在于，所述直线电机定子布置在轨道梁上表面，直线电机定子安装基准与所述悬浮轨道底座安装基准处于同一个水平基准。
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