CN114261287A - 一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种永磁‑高温超导磁悬浮轨道交通系统。其包括：轨道系统，悬浮与导向系统，驱动系统，悬挂系统，轿厢系统，制动系统。本申请在悬浮与导向系统中，将永磁悬浮系统设置于高温超导系统的内侧，通过永磁悬浮系统与永磁轨道磁性互斥，提供悬浮力，保持所述转向架构架处于悬浮状态且与轨道系统无直接接触。并同时通过其外侧前后两端所设的高温超导系统施加与永磁悬浮系统横向力相反的可恢复力以平衡转向架构架，提供悬浮与导向系统的导向力，将转向架构架固定在永磁轨道的正中间，从而达到控制列车导向的目的。本申请悬浮承载能力大且导向能力强，能够保证磁悬浮轨道交通系统稳定运行。

Description

一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统

技术领域

本申请涉及磁悬浮轨道交通设备领域，具体而言涉及一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统。

背景技术

目前，中国的中低速磁悬浮列车已经试验成功，并且开始商业运行，实现了中国的磁悬浮列车从研发到应用的全覆盖，成为世界上少数几个掌握该项技术的国家之一，但是中低速磁悬浮列车与现有技术的轮轨式高铁列车相比优点并不突出，成本很高，实用价值比不上技术成熟的高铁列车，但是高铁列车因为受车轮阻力的限制，列车速度无法进一步提高, 所以努力实现高速磁悬浮列车才是人们追求的理想目标。

永磁悬浮系统（PMS）是磁悬浮技术的一种制式，通过安装在车体与轨道之间的永久磁铁两个磁极间的相斥力或者相吸力使车体悬浮起来。一般采用“一”型导轨或“U”型导轨。永磁磁浮轨道交通系统是磁悬浮制式的一种，其悬浮模块采用永磁材料组成的系统，在提供悬浮力的同时，存在一定的侧向力。在车辆运行过程中，现有的永磁悬浮系统通过导向轮与侧面轨道之间的相互挤压作用进行导向，因此永磁磁浮列车在行走时，导向轮会承受悬浮系统阵列永磁体施加较大的作用，会导致导向轮外圈受到摩擦，长期以往将造成导向轮外圈局部磨损和导向轮产生的噪音，从而给磁悬浮列车运行带来一定的安全隐患。

高温超导体是利用非理想第二类超导体的磁通钉扎特性在具有梯度磁场中产生的自稳定悬浮现象，其具有零电阻特性、内部抗磁性。目前通用的超导体为第二类超导体，其在混合状态中表现的迈斯纳效应并不完全，较薄的超导体会在内部形成量子化的磁通管道，以使得磁力线得以通过。通过的这部分磁力线将对超导体实现磁通钉扎作用，如果超导体产生位置偏离，磁力线将以更长的路径穿过磁通管道，则产生使超导体回复到原有位置的作用力。因此，第二类超导体的高温超导悬浮系统具有自稳定的性质，而且并不需要额外的控制系统。悬浮过程一般为在恒定磁场中使得超导体冷却至临界温度以下，被恒定磁场捕获，以实现超导体对于磁通的钉扎作用。

中国发明专利2018108847688公开的悬挂式磁悬浮轨道交通系统中涉及到磁悬浮列车转向架由转向架构架、横梁、导向轮和永磁模块等组成。在磁悬浮列车运行时，通过导向轮在轨道梁内壁的滚动进行导向运行。但由于此转向架在运行时会导致导向轮与轨道梁间产生滚动摩擦，从而带来一定的噪音污染以及无法避免转向架上的永磁模块与安装在轨道梁里面的永磁磁轨之间产生排斥力使永磁悬浮列车发生侧偏。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，本申请针对橡胶导向轮导向需承受较大的作用力，容易出现胶化、磨损等问题，通过高温超导的磁通钉扎力提供高温超导悬浮（SML）部分的导向力，以解决永磁悬浮车辆的横向侧偏问题，使车辆在磁轨上方的垂直和横向方向上实现自稳定悬浮，并提供极大的悬浮承载能力，解决永磁磁浮轨道交通导向系统复杂的问题。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其包括：轨道系统，其包括设置在轨道梁内的永磁轨道；悬浮与导向系统，其包括设置在轨道梁内部且位于永磁轨道上方的转向架构架，转向架构架的底部设置有正对永磁轨道上方的永磁悬浮系统和高温超导系统，所述永磁悬浮系统与永磁轨道磁性互斥，提供悬浮力，保持所述转向架构架处于悬浮状态且与轨道系统无直接接触，所述高温超导系统用于施加与永磁悬浮系统横向力相反的可恢复力以平衡转向架构架，提供悬浮与导向系统的导向力；驱动系统，其包括设置于转向架构架顶部的直线电机定子，以及安装于轨道梁内部顶端正对所述直线电机定子顶端的转子感应板；悬挂系统，其包括吊杆以及圆锥滚子轴承，所述吊杆通过圆锥滚子轴承贯穿连接转向架构架，所述吊杆的底端与轿厢固定连接，带动所述轿厢随转向架构架同步沿永磁轨道运行；轿厢系统，用于提供承载空间；制动系统，其包括设置于转向架构架内侧端角上端与轨道梁内侧壁顶端之间的制动装置，用于阻止转向架构架沿永磁轨道运行。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述轨道系统包括：隔磁底板，其水平安装在轨道梁内侧，固定设置于轨道梁的底面上方；立板，其垂直安装在所述隔磁底板的左右两侧，与隔磁底板合围形成顶部开口的C字形永磁轨道安装空间；永磁轨道其固定安装于所述C字形永磁轨道安装空间内部，正对转向架构架外侧支架结构下端，与转向架构架外侧支架结构上的悬浮与导向系统磁性互斥。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述悬浮与导向系统中的永磁悬浮系统包括分别布置于转向架构架前后左右4角的4组：永磁固定板，其固定连接于转向架构架外侧支架结构下部，形成底部开口的门字形永磁体安装空间；永磁体，其固定安装于所述门字形永磁体安装空间内部，正对永磁轨道的上端，与永磁轨道磁性互斥；螺母，其固定连接在永磁固定板与永磁体之间，用于固定所述永磁体。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述悬浮与导向系统中的高温超导系统包括设置在转向架构架前后左右4角末端的4组：杜瓦液氮容器，其顶部与转向架构架外侧支架结构下部固定连接，其内部填充有液氮；单畴大块YBCO超导体，其固定设置于所述杜瓦液氮容器的液氮环境中，提供磁通钉扎力以在永磁体横向扰动时锁定超导体内残存的能够被磁力通过的磁场束，对抗永磁体的横向力，平衡转向架构架，使转向架构架保持沿永磁轨道正中间运行。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述驱动系统包括：直线电机安装板，其中部上凸，横跨设置于转向架构架左右两侧外侧支架结构之间，固定设置于悬挂系统的上方；直线电机，其定子电磁铁和线圈固定安装于直线电机安装板的上凸平面上端，接近于轨道梁内侧顶部；所述直线电机的转子感应板设置于定子电磁铁和线圈的正上方，安装于轨道梁顶端内壁中轴线位置。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述悬挂系统包括：压缩板，其设置于转向架构架中部的贯穿连接孔顶端与直线电机安装板上凸平面之间，位于直线电机安装板内部；吊杆接扣，其固定设置于压缩板的底部；吊杆，其可转动地设置于转向架构架左右两侧外侧支架结构之间，其顶端由所述吊杆接扣悬挂于压缩板下方；圆锥滚子轴承，其包括相对设置的上下两个，上下两个所述圆锥滚子轴承转动连接于吊杆的顶部与转向架构架中部的贯穿连接孔之间；三系减震装置，其顶部通过双头螺柱铰接于吊杆的底端；支撑板，其设置于吊杆的下方，与三系减震装置的底部铰接，所述支撑板的下方安装有4个螺栓并固定连接于轿厢顶部。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述悬挂系统还包括：一系减震装置，其设置在永磁固定板门字形永磁体安装空间的顶部与转向架构架外侧支架结构下部之间，用于减小永磁体与转向架构架之间的震动；二系减震装置，其设置在压缩板的底部与转向架构架中部的贯穿连接孔顶端之间，其内部弹簧处于压缩状态，用于缓解吊杆的垂向震动。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述制动系统包括分别设置于转向架构架前后左右4角的4组制动装置，每一组制动装置均分别包括：刹车轨道，其沿永磁轨道上方固定安装于轨道梁内部顶端侧壁表面，具有向转向架构架中心方向的开口；制动钳升降台，固定安装于转向架构架外侧支架结构的上表面，具有垂直于转向架构架顶部的升降滑道、设置于升降滑道内的液压伸缩装置，以及向外伸入刹车轨道开口内部的制动钳；制动过程中，液压伸缩装置沿升降滑道推动制动钳上升或下降，所述制动钳向上或向下抱死刹车轨道内壁提供制动阻力。

可选的，如上任一所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其中，所述永磁体为Halbach阵列永磁体或MAS阵列永磁体；所述直线电机为长定子直线电机或短定子直线电机。

有益效果

1、悬浮承载能力大。

天梁横跨于立柱顶端，由稀土永磁材料制成的永磁轨道安装在天梁中，与转向架上的永磁磁体之间通过永磁斥力而实现无接触永磁悬浮（PML），悬浮能力大，显著提升车辆的悬浮能力。

2、导向能力强。

载大块高温超导体(HTS)的磁通钉扎特性，高温超导悬浮（SML）部分可以在磁轨上方的垂直和横向方向上稳定悬浮。高温超导的磁通钉扎力被认为是SML部分的导向力，在横向扰动时，超导体内残存的少量能够被磁力通过的磁场束就会被超导体内部的抗磁性锁定，它比PML部分的横向力大，而且方向相反，然后被固定在永磁轨道的正中间，从而达到控制列车导向的目的。

3、悬浮刚度大，稳定性强。

高温超导体在水平磁场的上下浮动时，磁场变化率更大，更容易维持在一定的悬浮高度使得悬浮载重量即使变化很大，而悬浮高度并不会有明显的变化，从而使悬浮更加稳定。

4、节省高温超导材料。

单位质量的永磁体产生的悬浮力更大，高温超导体用来提供导向与稳定性能。对于同样的车辆悬浮力要求，超导材料与永磁材料用量会更少，降低贵重材料的成本。

5、降低了维修成本。车辆运行中导向系统无需与轨道梁接触，省去了磨损轮胎的维护及更换，降低了轨道梁的维修费用，同时解决了导向轮与轨道梁接触产生的噪音及振动等问题，不扰民。

6、重量轻。由于单位悬浮力使用材料少，整车重量更轻巧，便于轻量化设计。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1为本发明一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统的立体结构示意图；

图2为本发明一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统转向架的立体结构示意图；

图3为本发明一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统永磁轨道与SML示意图；

图4为本发明一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统永磁轨道与PML示意图；

图5为本发明中所采用的制动系统的结构示意图。

图中，1表示转向架构架；2表示二系减震装置；3表示压缩板；4表示吊杆接扣；5表示圆锥滚子轴承；6表示杜瓦液氮容器；7表示单畴大块YBCO超导体；8表示螺栓；9表示螺母；10表示永磁固定板；11表示永磁体；12表示一系减震装置；13表示吊杆；14表示双头螺柱；15表示三系减震装置；16表示支撑板；17表示轨道梁；18表示直线电机安装板；19表示直线电机；20表示制动钳升降台；21表示刹车轨道；22表示制动装置；23表示立板；24表示隔磁底板；25表示永磁轨道；26表示升降滑道；27表示制动钳；28表示液压伸缩装置；29表示制动钳复位弹簧。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于轨道系统本身而言，指向轨道梁内部的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“左、右”的含义指的是使用者正对转向架组件前进方向时，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对转向架组件前进方向时，由轿厢指向直线电机的方向即为上，反之即为下，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“前、后”的含义指的是使用者正对转向架组件前进方向时，沿永磁轨道行进的方向为前，反之即为后。

考虑到传统永磁磁浮轨道交通系统采用橡胶导向轮来进行导向，在实际运行中橡胶轮承受较大的作用力，容易出现胶化、磨损等问题；而高温超导的磁通钉扎力被认为是高温超导悬浮（SML）部分的导向力，在车辆发生横向扰动时，它比永磁悬浮（PML）部分的横向力大，而且方向相反，可以解决永磁悬浮车辆的横向侧偏问题，使车辆在磁轨上方的垂直和横向方向上实现自稳定悬浮，同时永磁悬浮（PML）具有极大的悬浮承载能力。因此，本申请利用车载高温超导体(HTS)的磁通钉扎特性和永磁体（PM）极佳的悬浮承载特性，通过提出一种混合式的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统结构，解决现有永磁磁浮轨道交通导向系统复杂的问题并解决高温超导磁悬浮悬浮能力不足带来的问题。

图1为根据本申请的一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其包括轨道系统、悬浮与导向系统、驱动系统、悬挂系统、轿厢系统和制动系统。所述轨道系统为永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统提供支撑和各模块系统的安装提供空间与作用面。所述轿厢系统通过悬挂系统、悬浮与导向系统、驱动系统和制动系统协同作用，驱动轿厢系统在轨道系统中前进。

轨道系统包括永磁轨道和安装支撑平台，该平台上设置有底座、永磁轨道。所述永磁轨道上方设置有车辆行走的悬浮转向架，所述悬浮转向架的底部朝向永磁轨道的一侧设置有悬浮系统，所述悬浮系统由永磁悬浮系统和高温超导系统等组成，构成永磁-高温超导悬浮系统。

其中，悬浮与导向系统中的永磁悬浮系统包括分别布置于转向架构架前后左右4角的4组：

永磁固定板10，其固定连接于转向架构架外侧支架结构下部，形成底部开口的门字形永磁体安装空间；

永磁体，其固定安装于所述门字形永磁体安装空间内部，正对永磁轨道25的上端，与永磁轨道25磁性互斥；

螺母9，其通过螺栓8固定连接在永磁固定板10与永磁体之间，用于固定所述永磁体。

所述永磁-高温超导悬浮与导向系统设置在转向架构架的底部朝向永磁轨道的一侧，所述永磁-高温超导悬浮与导向系统包括阵列永磁体、杜瓦液氮容器、单畴YBCO超导体等。所述阵列永磁体设置在转向架构架底部，用于提供悬浮与导向系统的悬浮力，所述杜瓦液氮容器设置在所述转向架构架的底部与永磁体的外侧，所述单畴YBCO超导体设置在所述杜瓦液氮容器内，所述永磁轨道设置在所述杜瓦液氮容器下方，所述杜瓦瓶液氮容器用来装YBCO超导体，使YBCO超导体在液氮环境(-176℃)中冷却,使其具有零电阻特性和内部抗磁性的高温超导体。在永磁悬浮列车中永磁体用于提高负载能力，但是永磁悬浮系统会产生侧向力，在自由运动中不稳定，如果没有其他导向设备，它无法保持稳定。因此，所述高温超导体部分被设计成施加相反的可恢复力来平衡车辆，用于提供悬浮与导向系统的导向力。所述的混合悬浮结构与对应的底座上的永磁轨道形成悬浮支撑系统，从而实现无接触悬浮与稳定运行。悬浮与导向系统中，有间隙传感器、速度传感器和磁通传感器，功能依次是：间隙传感器主要检测的是悬浮点与永磁轨道之间的垂直间隙，为控制器实时提供间隙数据确保悬浮力足以实现转向架稳定在安全悬浮间隙范围。速度传感器：转向架的水平位移速度以及加速度，反馈至控制器，为系统悬浮控制算法提供控制参数。磁通传感器：检测永磁磁力与永磁轨道之间的磁通量，用于实时反馈控制器，实现悬浮控制位置在安全范围之内。

所述驱动系统设置在轨道系统内部，包括长定子直线电机和/或短定子直线电机。其中的直线电机19安装在直线电机安装板18上。直线电机安装板18中部上凸，横跨设置于转向架构架左右两侧外侧支架结构之间，固定设置于悬挂系统的上方。直线电机19，其定子电磁铁和线圈固定安装于直线电机安装板18的上凸平面上端，接近于轨道梁17内侧顶部；

所述直线电机19的转子感应板设置于定子电磁铁和线圈的正上方，安装于轨道梁17顶端内壁中轴线位置。其通过电机上的电枢绕组和铺设的感应板，绕组在逆变器的控制下产生行波磁场，在感应板上感应出电磁牵引力，推动车厢行进。

所述轿厢系统包括轿厢架、轿厢体、厢内装置以及轿厢连接件等主要部件构成，是用来运载乘客的载体。所述轿厢架是轿厢的承载结构。所述轿厢体包括轿底、轿厢壁、轿厢顶等组成。所述厢内装置有操纵箱（轿内的操纵装置）、通风装置、照明、停电应急照明、报警和通信装置等。所述轿厢系统和转向架通过悬挂系统连接。

所述的悬挂系统是将车厢荷载传递给转向架，通过减震装置使车辆、路线界面间的振动在传递到轿厢之前得到衰减，同时允许转向架相对于轿厢发生横向和垂向移动，以保证车辆在曲线和坡道上正常行驶。其部件包括减震装置等。所述减震装置使得车辆运行更加平稳，增加了车辆的乘坐舒适性。包括：

压缩板3，其设置于转向架构架中部的贯穿连接孔顶端与直线电机安装板18上凸平面之间，位于直线电机安装板18内部；

吊杆接扣4，其固定设置于压缩板3的底部；

吊杆，其可转动地设置于转向架构架左右两侧外侧支架结构之间，其顶端由所述吊杆接扣4悬挂于压缩板3下方；

圆锥滚子轴承5，其包括相对设置的上下两个，上下两个所述圆锥滚子轴承5转动连接于吊杆的顶部与转向架构架中部的贯穿连接孔之间；

三系减震装置15，其顶部通过双头螺柱14铰接于吊杆的底端；

支撑板16，其设置于吊杆的下方，与三系减震装置15的底部铰接，所述支撑板16的下方安装有4个螺栓并固定连接于轿厢顶部。

二系减震装置2，其设置在压缩板3的底部与转向架构架中部的贯穿连接孔顶端之间，其内部弹簧处于压缩状态，用于缓解吊杆的垂向震动。

一系减震装置12，其设置在永磁固定板10门字形永磁体安装空间的顶部与转向架构架外侧支架结构下部之间，用于减小永磁体与转向架构架之间的震动。

所述的制动系统包括电机制动、机械制动、液压制动、再生制动、电阻制动和涡流制动。在车辆实时获取设定位置信息，在轿厢进入目的地一定距离有电机采用变频调速技术实现减速，同时电机控制模态切换至转差控制，减缓轿厢行进速度，实现轿厢平稳停靠站台。以液压制动为例，制动系统包括分别设置于转向架构架前后左右4角的4组制动装置22，每一组制动装置22均分别包括：

刹车轨道21，其沿永磁轨道25上方固定安装于轨道梁17内部顶端侧壁表面，具有向转向架构架中心方向的开口；

制动钳升降台20，固定安装于转向架构架外侧支架结构的上表面，具有垂直于转向架构架顶部的升降滑道26、设置于升降滑道26内的液压伸缩装置28，以及向外伸入刹车轨道21开口内部的制动钳27；

制动过程中，液压伸缩装置28沿升降滑道26推动制动钳27上升或下降，所述制动钳27向上或向下抱死刹车轨道21内壁提供制动阻力。

由此，本申请通过在悬浮与导向系统中，将永磁悬浮系统设置于高温超导系统的内侧，通过永磁悬浮系统与永磁轨道磁性互斥，提供悬浮力，保持所述转向架构架处于悬浮状态且与轨道系统无直接接触。并同时通过其外侧前后两端所设的高温超导系统施加与永磁悬浮系统横向力相反的可恢复力以平衡转向架构架，提供悬浮与导向系统的导向力。在横向扰动时，超导体内残存的少量能够被磁力通过的磁场束会被超导体内部的抗磁性锁定，它比无接触永磁悬浮系统所产生的横向的偏转力更大，而且与之方向相反，因此，本申请可通过大块高温超导体(HTS)的磁通钉扎特性将转向架构架固定在永磁轨道的正中间，从而达到控制列车导向的目的。

在更为优选的实现方式下：

本发明所提供的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统可由立柱、天梁、走行系统、悬挂式轿厢、传感检测系统、以及运行控制系统等组成，走行系统分为转向架、直线感应驱动电机等。天梁横跨于立柱顶端，由稀土永磁材料制成的永磁轨道安装在天梁中，与转向架上的永磁磁组之间通过永磁斥力而实现无接触永磁悬浮（PML），同时车载大块高温超导体(HTS)的磁通钉扎特性，高温超导悬浮（SML）部分可以在磁轨上方的垂直和横向方向上稳定悬浮。高温超导的磁通钉扎力被认为是SML部分的导向力，在横向扰动时，超导体内残存的少量能够被磁力通过的磁场束就会被超导体内部的抗磁性锁定，它比PML部分的横向力大，而且方向相反，然后被钉扎在永磁轨道的正中间，从而达到控制列车导向的目的。

如图1至2所示，一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，用于磁悬浮列车行驶过程中利用永磁体的悬浮承载特性、车载高温超导体(HTS)的磁通钉扎特性，实现列车无接触稳定悬浮和导向功能。一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其包括轨道系统、悬浮与导向系统、驱动系统、悬挂系统、轿厢系统和制动系统。所述轨道系统通过立柱悬挂于空中，所述轿厢系统通过悬挂系统悬挂于轨道系统的垂直下方，驱动系统和悬浮与导向系统协同作用，驱动轿厢系统在轨道系统中前进。

所述轨道系统包括天梁和倒U型抱枕轨道梁17，所述天梁悬挂在立柱下方，天梁1呈底部开口的环抱式结构，所述倒U型抱枕轨道梁17的顶部与天梁固定，所述悬挂系统悬挂于倒U型抱枕轨道梁17中，包括悬浮转向架构架1。

所述倒U型抱枕轨道梁17的下端朝向内侧弯曲，形成一个平台，该平台上设置有底座、永磁轨道。所述悬浮转向架1的底部朝向永磁轨道25的一侧设置有永磁-高温超导悬浮与导向系统，所述永磁-高温超导悬浮与导向系统包括Halbach阵列永磁体11、杜瓦液氮容器6、单畴YBCO超导体7等。所述Halbach阵列永磁体11以图4所示方式提供悬浮系统的悬浮力，所述杜瓦液氮容器6设置在所述转向架构架1的底部与永磁体的外侧，通过连接装置安装在转向架构架上，所述杜瓦液氮容器6用来冷却YBCO超导体7，使YBCO超导体7在液氮环境(-176℃)中冷却,使其具有零电阻特性和内部抗磁性的高温超导体。在永磁悬浮列车中永磁体用于提高负载能力，但是永磁悬浮系统会产生侧向力，在自由运动中不稳定，如果没有其他导向设备，它无法保持稳定。因此所述高温超导体部分被设计成图3所示通过施加相反的可恢复力来平衡车辆。所述的混合悬浮结构与对应的底座上的永磁轨道25形成悬浮支撑系统，从而实现无接触悬浮与稳定运行。

所述驱动系统设置在轨道系统内部，包括直线电机19定子和转子感应板。所述直线电机定子部分包括电磁铁和线圈，固设在转向架构架1上层直线电机的安装板18的上部，所述直线电机定子位于转子感应板下方；直线电机的转子感应板部分安装在轨道梁17的内部，通过电机上的电枢绕组，结合轨道梁17的内部上铺设的感应板，绕组在逆变器的控制下产生行波磁场，在感应板上感应出电磁牵引力，推动车厢行进。

所述的悬挂系统包括吊杆13、圆锥滚子轴承5、吊杆接扣4、压缩板3、支撑板16、双头螺柱14、一系减震装置12、二系减震装置2、三系减震装置15。转向架构架1和永磁固定板10之间安装一系减震装置12；转向架构架1中央上安装2个二系弹簧减震装置2，二级弹簧减震装置2用于连接悬挂系统与转向架构架1。吊杆13通过2个圆锥滚子轴承5贯穿于转向架构架1，并用吊杆接扣4连接，吊杆13与支撑板16之间铰接2个三系减震装置15，支撑板16上安装4个螺栓用于连接轿厢。轨道梁17的2条永磁轨道25上铰接2个隔磁底板24，永磁轨道25安装在隔磁底板24上，隔磁底板24的两侧分别铰接固定永磁轨道25的2个立板23。

所述一系减震装置12用于减小永磁体与转向架构架1之间的振动，使得转向架运行更加平稳；所述二系减震2装置用于缓解垂向振动。同时弹簧处于压缩状态，用于减少在运行过程中竖直方向上的振动与传递力的作用，避免了二系减震装置2的损坏，延长了弹簧使用寿命。所述三系减震装置15减小了轿厢与转向架之间相对摆动的振动速度，使得车辆运行更加平稳，同时三系减震装置15减小了车体过外界弯道时的倾摆角，增加了车辆的乘坐舒适性。

所述轿厢系统包括轿厢、轿厢顶部的吊杆14。所述轿厢的顶部和底部均设置有吊杆接扣4，通过吊杆13衔接转向架构架1和轿厢。

所述制动系统包括电机制动、机械制动、液压制动、再生制动、电阻制动和涡流制动等，所述的电机制动是利用电机采用变频调速技术实现减速。所述的机械制动采用转向架内侧端角的上端设有可钳夹抱死刹车轨道的制动装置。所述的制动装置安装在转向架构架的内侧端角上端，包括位于刹车轨道两侧的制动钳体通过液压伸缩装置相连。所述的制动钳安装有制动钳复位弹簧。。在车辆实时获取设定位置信息，在轿厢进入目的地一定距离有电机采用变频调速技术实现减速，同时电机控制模态切换至转差控制，减缓轿厢行进速度，实现轿厢平稳停靠站台。另外针对车辆紧急刹车情况，可采用转向架的内侧端角的上端设的可钳夹抱死刹车轨道21的磁悬浮列车制动装置20。所述的制动装置20参考图5所示，安装在转向架构架1的内侧端角上端，包括位于刹车轨道21一侧的制动钳体27和位于刹车轨道21另一侧的另一制动钳体，其两个制动钳体27通过液压伸缩装置28相连。所述的制动钳27安装有制动钳复位弹簧29。当磁悬浮列车需要紧急制动时，制动装置中的液压伸缩装置28开始工作，液压活塞伸长，带动两个制动钳27向相反方向运动，直到制动钳27抱死刹车轨道21，使磁浮列车紧急制动。

当磁悬浮列车以恒定速度转弯时，车体在永磁磁组之间通过永磁斥力而实现无接触永磁悬浮（PML），提高了悬浮系统的承载能力；在高温超导体作用下，由于车载大块高温超导体(HTS)的磁通钉扎特性，高温超导的磁通钉扎力被认为是SML部分的导向力，在横向扰动时，超导体内残存的少量能够被磁力通过的磁场束就会被超导体内部的抗磁性锁定，它比PML部分的横向力大，而且方向相反，然后被钉扎在永磁轨道的正中间，在磁轨上方的垂直和横向方向上稳定悬浮，从而达到控制列车导向的目的。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，包括：

轨道系统，其包括设置在轨道梁（17）内的永磁轨道（25）；

悬浮与导向系统，其包括设置在轨道梁（17）内部且位于永磁轨道（25）上方的转向架构架（1），转向架构架（1）的底部设置有正对永磁轨道（25）上方的永磁悬浮系统和高温超导系统，所述永磁悬浮系统与永磁轨道（25）磁性互斥，提供悬浮力，保持所述转向架构架（1）处于悬浮状态且与轨道系统无直接接触，所述高温超导系统用于施加与永磁悬浮系统横向力相反的可恢复力以平衡转向架构架（1），提供悬浮与导向系统的导向力；

驱动系统，其包括设置于转向架构架（1）顶部的直线电机（19）定子，以及安装于轨道梁（17）内部顶端正对所述直线电机定子顶端的转子感应板；

悬挂系统，其包括吊杆（13）以及圆锥滚子轴承（5），所述吊杆（13）通过圆锥滚子轴承（5）贯穿连接转向架构架（1），所述吊杆（13）的底端与轿厢固定连接，带动所述轿厢随转向架构架（1）同步沿永磁轨道（25）运行；

轿厢系统，用于提供承载空间；

制动系统，其包括设置于转向架构架（1）内侧端角上端与轨道梁（17）内侧壁顶端之间的制动装置（22），用于阻止转向架构架（1）沿永磁轨道（25）运行。

2.如权利要求1所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述轨道系统包括：

隔磁底板（24），其水平安装在轨道梁（17）内侧，固定设置于轨道梁（17）的底面上方；

立板（23），其垂直安装在所述隔磁底板（24）的左右两侧，与隔磁底板（24）合围形成顶部开口的C字形永磁轨道安装空间；

永磁轨道（25）其固定安装于所述C字形永磁轨道安装空间内部，正对转向架构架（1）外侧支架结构下端，与转向架构架（1）外侧支架结构上的悬浮与导向系统磁性互斥。

3.如权利要求1所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述悬浮与导向系统中的永磁悬浮系统包括分别布置于转向架构架（1）前后左右4角的4组：

永磁固定板（10），其固定连接于转向架构架（1）外侧支架结构下部，形成底部开口的门字形永磁体安装空间；

永磁体（11），其固定安装于所述门字形永磁体安装空间内部，正对永磁轨道（25）的上端，与永磁轨道（25）磁性互斥；

螺母（9），其固定连接在永磁固定板（10）与永磁体（11）之间，用于固定所述永磁体（11）。

4.如权利要求1所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述悬浮与导向系统中的高温超导系统包括设置在转向架构架（1）前后左右4角末端的4组：

杜瓦液氮容器（6），其顶部与转向架构架（1）外侧支架结构下部固定连接，其内部填充有液氮；

单畴大块YBCO超导体（7），其固定设置于所述杜瓦液氮容器（6）的液氮环境中，提供磁通钉扎力以在永磁体（11）横向扰动时锁定超导体内残存的能够被磁力通过的磁场束，对抗永磁体（11）的横向力，平衡转向架构架（1），使转向架构架（1）保持沿永磁轨道（25）正中间运行。

5.如权利要求1所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述驱动系统包括：

直线电机安装板（18），其中部上凸，横跨设置于转向架构架（1）左右两侧外侧支架结构之间，固定设置于悬挂系统的上方；

直线电机（19），其定子电磁铁和线圈固定安装于直线电机安装板（18）的上凸平面上端，接近于轨道梁（17）内侧顶部；

所述直线电机（19）的转子感应板设置于定子电磁铁和线圈的正上方，安装于轨道梁（17）顶端内壁中轴线位置。

6.如权利要求1所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述悬挂系统包括：

压缩板（3），其设置于转向架构架（1）中部的贯穿连接孔顶端与直线电机安装板（18）上凸平面之间，位于直线电机安装板（18）内部；

吊杆接扣（4），其固定设置于压缩板（3）的底部；

吊杆（13），其可转动地设置于转向架构架（1）左右两侧外侧支架结构之间，其顶端由所述吊杆接扣（4）悬挂于压缩板（3）下方；

圆锥滚子轴承（5），其包括相对设置的上下两个，上下两个所述圆锥滚子轴承（5）转动连接于吊杆（13）的顶部与转向架构架（1）中部的贯穿连接孔之间；

三系减震装置（15），其顶部通过双头螺柱（14）铰接于吊杆（13）的底端；

支撑板（16），其设置于吊杆（13）的下方，与三系减震装置（15）的底部铰接，所述支撑板（16）的下方安装有4个螺栓并固定连接于轿厢顶部。

7.如权利要求1-6所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述悬挂系统还包括：

一系减震装置，其设置在永磁固定板（10）门字形永磁体安装空间的顶部与转向架构架（1）外侧支架结构下部之间，用于减小永磁体与转向架构架（1）之间的震动；

二系减震装置，其设置在压缩板（3）的底部与转向架构架（1）中部的贯穿连接孔顶端之间，其内部弹簧处于压缩状态，用于缓解吊杆（13）的垂向震动。

8.如权利要求1所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述制动系统包括分别设置于转向架构架（1）前后左右4角的4组制动装置（22），每一组制动装置（22）均分别包括：

刹车轨道（21），其沿永磁轨道（25）上方固定安装于轨道梁（17）内部顶端侧壁表面，具有向转向架构架（1）中心方向的开口；

制动钳升降台（20），固定安装于转向架构架（1）外侧支架结构的上表面，具有垂直于转向架构架（1）顶部的升降滑道（26）、设置于升降滑道（26）内的液压伸缩装置（28），以及向外伸入刹车轨道（21）开口内部的制动钳（27）；

制动过程中，液压伸缩装置（28）沿升降滑道（26）推动制动钳（27）上升或下降，所述制动钳（27）向上或向下抱死刹车轨道（21）内壁提供制动阻力。

9.如权利要求1-8所述的永磁-高温超导磁悬浮轨道交通系统，其特征在于，所述永磁体（11）为Halbach阵列永磁体或MAS阵列永磁体；所述直线电机（19）为长定子直线电机或短定子直线电机。

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