CN115837842B - 一种轮式磁悬浮交通系统、控制方法以及磁盘系统的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮式磁悬浮交通系统、控制方法以及磁盘系统的应用，涉及磁悬浮技术领域。本发明创造性地引入了磁盘系统，解决了单磁轮系统的能量转化率低和传统永磁电动悬浮技术需要助跑到一定初速度才能悬浮的问题，仅需控制磁轮和磁盘的转速与旋转方向即可实现列车静止和运行全过程悬浮、自主导向以及驱动功能。磁盘系统的应用还包括两种结构，一种结构通过在传统列车上加入磁盘系统，解决了传统铁路受轮轨黏着限制影响的高速状态下最大牵引受限和大坡度牵引、制动限制的问题。另一种结构通过磁盘系统替代现有高温超导磁悬浮采用的直线电机驱动，使磁盘的磁阻力转换为列车驱动力，磁盘的法向力转换为辅助导向力，转换利用率高且驱动力大。

Description

一种轮式磁悬浮交通系统、控制方法以及磁盘系统的应用

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体而言，涉及一种轮式磁悬浮交通系统、控制方法以及磁盘系统的应用。

背景技术

轨道交通现有制式主要有磁悬浮轨道交通和轮式轨道交通。其中磁悬浮列车作为一种新型轨道交通技术，通过磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮、导向和驱动运行，其中包括永磁电动磁悬浮和高温超导磁悬浮这两种常用磁悬浮模式；轮式列车（传统铁路）通过轮轨与轨道之间的物理接触实现列车的导向和驱动运行。

现有的永磁电动悬浮布置模式浮阻比较小，阻力能耗较高，这些缺点是限制该悬浮模式发展的主要瓶颈；以及其导向需主动控制，静止和低速（20km/h）条件下需支撑，也是一直以来需要解决的技术问题。

现有的高温超导通常采用直线电机进行驱动，悬浮导向和牵引系统各自工作，系统耦合度低，具有很好的稳定性。但直线电机其中长定子直线同步电机励磁控制系统控制策略复杂，并且需搭建的初级绕组距离长，建设成本高；而短定子直线感应电机效率低、推力小。

对于传统铁路，当速度提高到300km/h以上时，黏着系数降低，加上空气阻力，使得列车很难突破更高时速。对于山地轨道交通，传统轮轨车辆受到轮轨黏着限制难以实现大坡度线路的牵引和制动；国内外现有的山区旅游铁路采用的是齿轨式轨道交通车辆，该车辆的齿轮盘与轨道的齿条处于啮合状态，虽然爬坡能力强，但车辆运行噪音大，行车速度慢，乘客的舒适性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轮式磁悬浮交通系统、控制方法以及磁盘系统的应用，以解决上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

首先，本申请提供了一种轮式磁悬浮交通系统，包括：磁盘和竖向导体板，所述磁盘设置在转向架上；所述竖向导体板设置在板基础上，所述板基础位于所述转向架正下方；所述竖向导体板与所述磁盘端面平行，水平位置对应，所述竖向导体板与磁盘组成磁盘系统。

进一步的，所述转向架还设有竖向磁轮，所述板基础两侧设有横向导体板，所述横向导体板和竖向磁轮的胎面平行，竖直位置对应，所述横向导体板和竖向磁轮构成磁轮系统，所述竖向磁轮和磁盘通过轮轴串联。

进一步的，所述转向架内侧通过连接杆对称设有横向磁轮，所述横向磁轮的水平位置与竖向导体板的水平位置对应。

其次，本申请中还提供一种轮式磁悬浮交通系统控制方法，多个竖向磁轮分为前磁轮组和后磁轮组；多个磁盘中与所述前磁轮组同轴的磁盘组为前磁盘组；与所述后磁轮组同轴的磁盘组为后磁盘组；与前磁盘组相邻的磁盘组为磁盘组一，与后磁盘组相邻的磁盘组为磁盘组二，包括：

控制列车静止悬浮：控制所述前磁轮组、后磁轮组、前磁盘组和后磁盘组以第二速度正转，控制所述磁盘组一以第一速度反转，控制所述磁盘组二静止，控制所述横向磁轮以第二速度反转；所述正转为磁轮或磁盘与列车前进方向一致的旋转，所述反转的旋转方向与正转相反，第一速度和第二速度为相对值，在同一列车运行速度下，所述第一速度小于第二速度；

控制列车移动：当所述列车静止悬浮时，控制所述前磁轮组、后磁轮组、前磁盘组和后磁盘组以第二速度正转，控制所述磁盘组一反转减速，控制所述磁盘组二加速正转，控制所述横向磁轮以第二速度反转；

控制列车加速运行：当所述列车移动时，控制所述前磁轮组、后磁轮组、前磁盘组和后磁盘组以第二速度正转，控制所述磁盘组一从反转到正转，控制所述磁盘组二加速正转，控制所述横向磁轮以第二速度反转；

控制列车制动：控制所述前磁轮组和后磁轮组以第二速度正转，控制所述前磁盘组和后磁盘组通过离合器与轮轴分离，控制所述磁盘组一正转减速或反转，控制所述磁盘组二正转减速或反转，控制所述横向磁轮以第二速度反转；

控制列车停车静悬：在所述列车制动时，控制所述前磁轮组和后磁轮组以第二速度正转，控制所述前磁盘组和后磁盘组通过离合器与轮轴分离，控制所述磁盘组一反转减速，控制所述磁盘组二反转减速至转速0，控制所述横向磁轮以第二速度反转；

控制列车解除悬浮状态：在列车停车静悬时，控制所述前磁轮组和后磁轮组正转减速至转速0，控制所述前磁盘组和后磁盘组通过离合器与轮轴分离，控制所述磁盘组一反转减速至转速0，控制所述磁盘组二静止，控制所述横向磁轮反转减速至转速0。

然后，本申请提出了一种磁盘系统的应用，包括：磁盘系统和高温超导悬浮系统，所述磁盘系统包括设置在转向架上的磁盘和设置在板基础上的竖向导体板，所述竖向导体板与磁盘的端面平行，水平位置对应；所述高温超导悬浮系统包括连接在转向架下方的低恒温容器和在低恒温容器正下方安装在板基础上的永磁轨道。

最后，本申请提出了另一种磁盘系统的应用，包括：磁盘系统和轮对，所述磁盘系统包括设置在转向架上的磁盘和设置在板基础上的竖向导体板，所述竖向导体板与磁盘的端面平行，水平位置对应；所述轮对通过轮轴连接转向架，所述轮对正下方的板基础上设有钢轨，所述轮轴外套有空心轴承，所述磁盘通过所述空心轴承串联；所述轮轴和空心轴承由独立的传动箱分别提供旋转动力。

本发明的有益效果为：

一种轮式磁悬浮交通系统基于永磁电动悬浮技术的楞次定律原理，永磁体采用环状布置，轮式结构，通过动力驱动磁轮和磁盘转动使其永磁体与导体板相互作用产生磁阻力和法向力；根据分析磁轮系统的优缺点，创造性的引入了磁盘系统，从而解决了单磁轮系统的能量转化率低的问题。

本发明通过磁轮和磁盘的轮式结构设置，以及通过磁轮和磁盘组合配置解决了传统永磁电动悬浮技术需要助跑到一定初速度才能进行悬浮的问题。

本发明通过磁轮系统和磁盘系统竖向布置，通过磁轮系统和磁盘系统的合理组合，根据磁轮和磁盘转动产生的线速度差与磁阻力和法向力的变化关系，仅需控制磁轮和磁盘转速与旋转方向即可实现列车静止和运行全过程悬浮、自主导向以及驱动功能。取消了常用的辅助导向系统，在简化了系统的同时，实现了磁悬浮列车所需的悬浮、导向、驱动功能的一体化系统设定。

磁盘系统与高温超导悬浮系统结合应用，通过磁盘系统替代现有高温超导磁悬浮采用的直线电机驱动，磁盘驱动技术通过控制电动机带动磁盘系统旋转进行驱动，控制方式简单；通过将磁盘的磁阻力转换为驱动力带动列车运动，同时将磁盘的法向力转换为辅助导向力，转换利用率高且驱动力大。

磁盘系统与传统轮轨列车结合应用，通过磁盘系统改造了传统列车，磁盘旋转使其永磁体与导体板相互作用产生电磁力，该电磁力在本系统中提供辅助驱动力和导向力；由于本系统中磁盘系统运用的电磁力为非黏着驱动和导向，解决了传统铁路受轮轨黏着限制影响的高速状态下最大牵引受限和大坡度牵引、制动限制的问题。

在列车制动过程中，利用磁盘组的永磁轮与导体板之间作用产出的磁阻力可转化为再生发电，实现了能量回收再利用。

从工程实施基建成本角度考虑，仅需沿线路铺设导体板，工程基建成本低，经济适用性良好。

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的介绍，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为本发明一体化系统结构俯视图；

图2为本发明一体化系统结构左视图；

图3为本发明一体化系统结构主视图；

图4为本发明一体化系统结构右视图；

图5为本发明前磁轮组、后磁轮组、前磁盘组、后磁盘组、磁盘组一、磁盘组二、横向磁轮布置示意图；

图6为本发明竖向磁轮结构示意图；

图7为本发明竖向磁轮A-A剖面图；

图8为本发明第一永磁轮示意图；

图9为本发明磁盘结构示意图；

图10为本发明竖向磁轮B-B剖面图；

图11为本发明第二永磁轮示意图；

图12为本发明环形内箍与环形外箍结构示意图；

图13为本发明实施例两层第二环形结构排布示意图；

图14为本发明列车悬浮过程状态图；

图15为本发明列车静止悬浮状态图；

图16为本发明列车移动状态图；

图17为本发明列车加速状态图；

图18为本发明列车制动状态图；

图19为本发明磁盘系统作为驱动结构俯视图；

图20为本发明磁盘系统作为驱动结构左视图；

图21为本发明辅助制动装置结构示意图；

图22为本发明磁盘系统作为辅助驱动结构俯视图；

图23为本发明磁盘系统作为辅助驱动结构左视图。

图中标记：

101、转向架；102、竖向磁轮；103、横向磁轮；104、磁盘；105、一系减震；106、应急辅助钢轮；107、板基础；108、钢轨；109、横向导体板；110、竖墙；111、轮轴；112、轴箱；113、竖向导体板；121、第一轮毂；122、第一永磁轮；123、封板；141、第二轮毂；142、环形内箍；143、环形外箍；144、第二永磁轮；145、隔板；151、前磁轮组；152、后磁轮组；153、前磁盘组；154、后磁盘组；155、磁盘组一；156、磁盘组二；

201、轮对；202、轮对传动箱；203、空心轴承；

301、低恒温容器；302、磁盘传动箱；303、永磁轨道；304、辅助制动装置；341、固定板件；342、伸缩装置；343、永磁体块；344、摩擦模块；345、制动板。

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。

现有技术：专利号：CN114734827B“一种磁轮驱动装置及驱动方法”，包括车体、导轨系统、磁轮系统和动力系统。导轨系统包括两个导体板，分别设置在所述车体两侧；磁轮系统至少设有两个，对称设置在所述车体两侧壁上，磁轮系统与导体板之间设置有空隙，动力系统驱动磁轮系统旋转。磁轮系统与导轨系统相互作用，为列车提供牵引力。其缺点为：1.该发明磁轮系统对称设置在所述车体两侧壁上，导体板分别设置在车体两侧；该布置方式仅能给车辆提供牵引力，无法提供竖向悬浮力；2.磁轮系统牵引力与磁轮上永磁体宽度和磁轮线速度成正比关系，而永磁体宽度与自重成正比，磁轮线速度与磁轮半径成正比，磁轮半径与自重成正比；为此，磁轮系统作为驱动系统的转化使用率有限。

同时为了便于说明，在本申请的图14至图18中，与列车前进方向一致的箭头代表正转，与列车前进方向相反的箭头代表反转，不带箭头的矩形黑块代表转速为0。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供了一种轮式磁悬浮交通系统，包括：

转向架101和板基础107，所述转向架101设有竖向磁轮102和磁盘104，本实施例采用工型转向架，所述工型转向架包括分别位于两侧相互平行的纵梁和连接两所述纵梁的横梁，所述竖向磁轮102和磁盘104分别对称设置在两所述纵梁之间，其轴向垂直于所述纵梁，本实施例中每个所述转向架101设有两组竖向磁轮，每组竖向磁轮包括两个同轴的所述竖向磁轮102，以及每个转向架101设有四组磁盘，每组磁盘包括三个所述磁盘104。

所述板基础107设有横向导体板109和竖向导体板113，所述横向导体板109和竖向磁轮102的胎面平行，位于同一竖直方向，所述横向导体板109和竖向磁轮102构成磁轮系统，所述磁轮系统运转产生的法向力和磁阻力转化为悬浮力和驱动力；

所述竖向导体板113与磁盘104的端面平行，水平位置对应，所述竖向导体板113和磁盘104构成磁盘系统，所述磁盘系统运转产生的法向力和磁阻力转化为导向力和驱动力。

如图6至图7所示，所述竖向磁轮102包括外圈的第一永磁轮122、内圈的第一轮毂121以及设置在第一轮毂121两侧的封板123；如图8所示，所述第一永磁轮122由多个第一永磁块材组成，所述第一永磁块材根据磁化方向按Halbach周期阵列设置为第一环形结构，利用特殊的磁体单元的排列，增强磁轮外围的磁场强度。所述第一环形结构为所述第一永磁块材磁化方向与第一永磁轮122转动面平行布置，每两个相邻第一永磁块材按照磁化方向顺时针旋转90°设置。所述第一轮毂121采用轮式中空结构，用于减轻自重；所述第一轮毂121外圈设有背板，对永磁轮22起到聚磁效果。所述封板123对第一永磁轮122起到横向保护的作用。所述第一永磁块材通过连接杆件穿过永磁块材与封板123栓接或铆接固定。

如图9至图10所示，所述磁盘104包括外圈的第二永磁轮144和内圈的第二轮毂141；如图11所示，所述第二永磁轮144由多个第二永磁块材组成，所述第二永磁块材根据磁化方向按Halbach周期阵列设置为第二环形结构；第二环形结构为所述第二永磁块材磁化方向与第二永磁轮144转动面垂直布置，每两个相邻第二永磁块材按照磁化方向顺时针旋转90°设置；本实施例第二永磁轮144沿磁盘104纵向中心分为左右两组，对称设置，连接处通过隔板145隔开。所述隔板145为环状结构，内外端分别与第二轮毂141和环形内箍142连接，以及将环形内箍142和环形外箍143连接，物理上起到分隔同一层第二永磁轮144左右两侧永磁体以及聚磁的作用，第二永磁轮144的磁性。所述第二永磁轮144至少包括一层第二环形结构；所述第二轮毂141采用轮式中空结构，用于减轻自重；所述第二轮毂141外圈外侧设有内凹槽口，对第二永磁轮144起到横向固定作用。

如图12所示，当第二永磁轮144的第二环形结构大于一层时，每层第二环形结构之间通过环形内箍142固定，所述环形内箍142为环状，截面为“H”形，即内外侧均有凹槽，对第二永磁轮144起到横向固定作用；最外层的所述第二环形结构通过环形外箍143固定，所述环形外箍143内侧设有内凹槽，对第二永磁轮144起到横向固定作用；第二永磁块材通过连接杆件穿过永磁块材分别与第二轮毂141和环形外箍143栓接或铆接固定，因永磁体材料切割弧面难度大，第二轮毂141外圈、环形内箍142和环形内箍142与永磁轮44接触的内外面均设置为平面，根据单个永磁体宽度设置成多边形环形结构。本实施例设有两层第二环形结构，其排布方式如图13所示。

如图1所示，所述板基础107沿线路方向铺设，可采用钢筋混凝土结构，可预制安装或现浇，所述横向导体板109设置在板基础107上，在所述板基础107设有竖墙110，所述竖向导体板113设置在所述竖墙110两侧壁；所述磁盘104位于两所述竖墙110之间。本实施例设有四个竖墙；所述横向导体板109选用法向力大的弱磁性良导体材料；本实施例中所述横向导体板109位于竖向磁轮102正下方；所述竖向导体板113选用磁阻力大的弱磁性良导体材料；每个所述磁盘104均位于两所述竖墙110之间，每个所述磁盘104与竖向导体板113设有相同的工作间隙。

所述纵梁内侧通过连接杆对称设有横向磁轮103，所述横向磁轮103的水平位置与竖向导体板113的水平位置对应，所述横向磁轮103和所述竖向磁轮102结构相同。所述横向磁轮103和竖向磁轮102工作原理相同：动力系统驱动轴承带动磁轮旋转，磁轮的永磁体使导体板产生感应涡流，形成一个与永磁轮旋转磁场方向相反的镜像磁场，镜像磁场与永磁轮旋转磁场相互作用产生磁阻力和法向力。当列车行驶时，横向磁轮103反转很容易获得较大的线速度差，为此可提供较大的导向力，很小的磁阻力。但如果列车通过磁盘系统运行获得的导向力满足需求时，可以不安装横向磁轮103。

如图1所示，所述竖向磁轮102和所述磁盘104通过轮轴111串联，所述轮轴111为动力驱动的传动装置。如图2所示，所述轮轴111两端轴颈上设有轴箱112，所述轴箱112连接轮轴111和转向架101，作用为把车体重量和载荷传递给轮轴111，润滑轴颈，减少摩擦，降低运行阻力。如图2和图3所示，所述轴箱112通过一系减震105连接所述纵梁底面，所述一系减震105用于减小线路不平顺等原因造成悬浮力波动对转向架101和车体的影响。所述一系减震105下方设有应急辅助钢轮106，每个所述转向架101至少对称设有两组所述应急辅助钢轮106，在所述应急辅助钢轮106下方的板基础107上表面铺设有钢轨108。如图2和图4所示，所述应急辅助钢轮106的最低点低于竖向磁轮102的最低点。所述应急辅助钢轮106为轴承滚动结构，作用为在列车静止非悬浮状态下起到支撑车体，以及在列车运行过程中悬浮失效时应急走行。列车正常运行时，所述应急辅助钢轮106与钢轨108顶面之间保持一定间隙，该间隙小于所述横向磁轮103与横向导体板109之间的工作悬浮间隙。

本系统设置了竖向磁轮102、横向磁轮103和磁盘104作为永磁体的载体系统，通过外部动力驱动轮轴111旋转，从而带动永磁轮绕轮轴111做旋转运动。系统中设置横向导体板109和竖向导体板113为弱磁性良导体材料，当永磁轮做旋转运动时，按排列组合的永磁体产生的源磁场与采用弱磁性良导体材料制作的导体板之间发生相对运动，在导体板中产生感应电流，该感应电流将形成与源磁场相反的镜像磁场，通过镜像磁场与源磁场的相互作用产生电磁力；该电磁力在永磁体相对导体板运动方向的分力表现为阻碍二者发生相对运动的磁阻力，当导体板被固定不动时，磁阻力即为牵引力或制动力；而在垂直于导体板方向的分力为法向力，当导体板被固定不动时，法向力即为悬浮力或导向力。

竖向磁轮102、横向磁轮103和磁盘104均为轮式结构，永磁轮均布置在外环，以便旋转中永磁轮能获得更高的等效线速度；永磁轮旋转形成的等效线速度和列车的水平运动线速度差值，本文统一称水平运动线速度差值为“线速度差”，线速度差大小与上述牵引力和法向力的大小相关。经实验研究数据表明，当线速度差增大时，牵引力随其变化趋势为抛物线线型变化；即当线速度差从0开始增大时，牵引力也随之不断增大；当线速度差达到40km/h-80km/h区间时，牵引力达到最大；随着线速度差进一步增大，牵引力随之不断减小。而当线速度差增大时，法向力牵引力其变化趋势为上扬曲线线型变化，即当线速度差从0开始增大时，法向力随之不断增大，但线速度差增大到一定值后，法向力会趋于平稳。

相同线速度差的情况下，竖向磁轮102和横向磁轮103的厚度越大，能提供牵引力和法向力越大，但厚度增大将其增加自重；而在相同厚度的情况下，竖向磁轮102和横向磁轮103速度差越高，能提供牵引力和法向力越大，但线速度差与其半径成正比，半径增大也将增加自重。由于上述原因，磁轮系统的能量转化率受限，但可承担较大的承载能力。而磁盘104利用盘体侧面永磁体有限面积的设定没有永磁体厚度带来的转化率限制，磁盘104的厚度相比磁轮更小，自重更轻，可有限地提高系统整体能量转化率；但磁盘104自身结构承受外部荷载能力相对竖向磁轮102和横向磁轮103更低。

根据上述磁轮系统和磁盘104的优缺点，结合线速度差与牵引力和法向力的变化关系，本发明通过磁轮系统和磁盘系统的组合扬长避短，在实现列车悬浮、导向、驱动功能一体化的同时确保高效的能量转化率。

实施例2：

一种轮式磁悬浮交通系统控制方法，如图5所示，所述两组竖向磁轮分为前磁轮组151和后磁轮组152；所述四组磁盘中与所述前磁轮组151同轴的磁盘为前磁盘组153；与所述后磁轮组152同轴的磁盘为后磁盘组154；与前磁盘组153相邻的磁盘组为磁盘组一155，与后磁盘组154相邻的磁盘组为磁盘组二156；其特征在于，包括：

列车停车状态：列车由所述应急辅助钢轮106支撑在所述钢轨108上；

控制列车静止悬浮：由于所述前磁轮组151、后磁轮组152、前磁盘组153和后磁盘组154从静止到第二速度时，其产生的牵引力随速度增大呈下开口抛物曲线，当前磁轮组151、后磁轮组152、前磁盘组153和后磁盘组154达到第一速度时，列车牵引力达到最大，所以列车从停车状态到静止悬浮的具体过程为：

所述前磁轮组151、后磁轮组152、前磁盘组153和后磁盘组154正转从静止到第一速度时，前磁轮组151和后磁轮组152与横向导体板109作用形成较大的牵引力和向上较小的法向力（即悬浮力）；前磁盘组153和后磁盘组154与竖向导体板113作用形成较大的牵引力和横向较小的法向力（即导向力）；控制所述磁盘组一155以第一速度反转，磁盘组一155与竖向导体板113作用形成较大制动力和较小横向的法向力（即导向力）；

如图14所示：所述前磁轮组151、后磁轮组152、前磁盘组153和后磁盘组154正转到第一速度时，牵引力变大并达到最大值，磁盘组一155所产生的制动力无法抵消牵引力；为此所述磁盘组二156和横向磁轮103反转，产生的制动力和磁盘组一155产生的制动力一起让牵引力和制动力的达到平衡；

如图15所示：所述前磁轮组151、后磁轮组152、前磁盘组153和后磁盘组154正转到第二速度后，产生的牵引力不断减小，所述磁盘组一155和横向磁轮103所产生的制动力能够逐渐抵消其牵引力时，所述磁盘组二156反转减速至速度为0；列车静止悬浮过程中牵引力等于制动力，水平方向上不产生位移，这个过程方便乘客上下车，可以节省列车在经停站的停留时间；

所述正转为磁轮或磁盘与列车前进方向一致的旋转，所述反转的旋转方向与正转相反，第一速度和第二速度为相对值，在同一列车运行速度下，所述第一速度小于第二速度，具体的，所述第一速度为线速度差达到40km/h-80km/h时磁轮或磁盘的永磁轮对应的旋转线速度，第二速度为线速度差达到大于80km/h时磁轮或磁盘的永磁轮对应的旋转线速度；

控制列车移动：如图16所示：在列车静止悬浮状态下，控制所述前磁轮组151、后磁轮组152、前磁盘组153和后磁盘组154保持第二速度正转，所述横向磁轮103以第二速度反转，所述磁盘组一155反转减速，所述磁盘组二156开始加速正转，列车牵引力大于制动力；

控制列车加速运行：如图17所示：在列车移动时，控制所述前磁轮组151、后磁轮组152、前磁盘组153和后磁盘组154保持第二速度正转，所述横向磁轮103保持第二速度反转，所述磁盘组一155反转至速度为0后开始加速正转，所述磁盘组二156加速正转，列车牵引力远大于制动力，列车加速度增大；

列车加速状态下，所有轮组的线速度差需大于0；前后磁轮组和磁盘组需不断增速旋转，确保线速度差维持一定的较高水平，以确保列车的足够悬浮力。其中磁轮组在高线速度差的情况下，法向力大，转化为列车悬浮力大，而牵引力较小，仅辅助驱动；磁盘组在高线速度差的情况下，法向力大转化为列车导向力，而牵引力较小，仅辅助驱动。磁盘组一155和磁盘组二156的转速需合理控制，其转速产生的线速度差维持在牵引力最大的速度区间内，转速最优值即为该转速所产生的永磁轮线速度=列车速度+牵引力最大转化效率的线速度差。磁盘组一155和磁盘组二156主要为列车提供牵引力，其法向力为列车辅助导向力。横向磁轮103维持高速反转，其所产生的线速度差=旋转的永磁体线速度+列车运行速度；随着列车运行速度的不断加大，其线速度差将随之加大，为列车提供的导向力也逐步增大，而制动力将逐步减小。

控制列车制动：如图18所示：在列车加速运行时，控制所述前磁轮组151和后磁轮组152保持第二速度正转，维持线速度差在较高水平，确保列车的悬浮能力，同时会产生向前的牵引力，但该牵引力较小。所述前磁盘组153和后磁盘组154通过离合器与所述轮轴111分离，前磁盘组153和后磁盘组154的永磁轮与竖向导体板113之间作用产出的磁阻力可转化为再生发电。所述横向磁轮103保持第二速度反转，确保列车的导向力。所述磁盘组一155和磁盘组二156正转减速或反转，当其线速度差小于0时，其产生的牵引力转化为列车制动力，后开始反转，为列车提供更大的制动力。

控制列车停车静悬：控制所述前磁轮组151和后磁轮组152保持第二速度正转，确保列车的悬浮能力，在列车制动状态的情况下，所述磁盘组一155反转减速，所述磁盘组二156反转减速至转速为0，所述横向磁轮103保持第二速度反转，制动力减小至与牵引力相等，列车回到静止悬浮状态；

列车解除悬浮状态：在列车静止悬浮后，控制所述前磁轮组151和后磁轮组152正转从第二速度减速，到第一速度时，制动力达到最大值，所述磁盘组一155反转减速，磁盘组二156开始正转，增加牵引力；所述前磁轮组151、后磁轮组152正转减速小于第一速度后，所述磁盘组一155、所述磁盘组二156和横向磁轮103逐渐减速至速度为0，列车解除悬浮状态，这个过程中牵引力和制动力平衡，最后列车由应急辅助钢轮106支撑在钢轨108上。

总结上述列车整个过程各系统的工作状态及作用如表1和表2所示：

表1

表2

注：最优速度正转所指速度为转速所产生的永磁轮线速度=列车速度+牵引力最大转化效率的线速度差。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，上述实施方案中竖向磁轮，包括前磁轮组和后磁轮组；磁盘，包括前磁盘组、后磁盘组、磁盘组一和磁盘组二，以及横向磁轮的组合仅为其中一种组合。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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例3：

如图19和图20所示，一种磁盘系统的应用，包括：转向架101和板基础107，所述转向架101下端连接低恒温容器301，低恒温容器301又名杜瓦，设置在转向架101框架底部两侧，低恒温容器301的底部放置超导材料，其内部灌注液氮，所述转向架101通过轮轴111串联有磁盘104和磁盘传动箱302，所述轮轴111两端设有轴箱112；

所述板基础107设有竖向导体板113和永磁轨道303；所述竖向导体板113通过竖墙110安装到板基础107上，所述竖向导体板113与磁盘104的端面平行，所述竖向导体板113和磁盘104构成磁盘系统，磁盘系统由电动机提供转动动力，一个转向架101至少对称均匀布置2组磁盘系统，所述磁盘系统运转产生的法向力和磁阻力转化为辅助导向力和驱动力；所述永磁轨道303与低恒温容器301竖直位置对应组成高温超导悬浮系统，提供列车的悬浮力和导向力。

磁盘104在电动机的驱动下由轮轴111带动旋转，磁盘104上的第二永磁轮144做旋转运动，使得竖向导体板113产生感应涡流，形成一个与第二永磁轮144旋转磁场方向相反的镜像磁场，镜像磁场与第二永磁轮144旋转磁场相互作用产生磁阻力和法向力；其产生的磁阻力转化为列车的驱动力，产生的法向力转化为列车的辅助导向力。当磁盘104上的第二永磁轮144旋转形成的等效线速度大于列车的水平运动速度时，竖向导体板113产生感应涡流形成的旋转磁场产生的磁阻力为牵引力，实现列车的加速运行；当磁盘104上的第二永磁轮144旋转形成的等效线速度等于列车的水平运动速度时，竖向导体板113产生感应涡流形成的旋转磁场产生的磁阻力为零，不提供驱动力；当磁盘104上的第二永磁轮144旋转形成的等效线速度小于列车的水平运动速度时，竖向导体板113产生感应涡流形成的旋转磁场产生磁阻力变为制动力，实现列车的减速运行直至列车停止。同时在第二永磁轮144旋转形成的等效线速度与列车的水平运动速度不相同时，均可为列车提供辅助导向力。

如图21所示，所述转向架101还设有辅助制动装置304，所述辅助制动装置304包括固定板件341、伸缩装置342、永磁体块343、摩擦模块344和设置在竖墙110侧壁上的制动板345，所述固定板件341连接转向架101，所述伸缩装置342一端设有弹簧连接固定板件341，另一端竖直方向上设有摩擦模块344，所述摩擦模块344中心设有永磁体块343，所述永磁体块343竖直方向的表面低于摩擦模块344竖直方向的表面，所述摩擦模块344与制动板345水平位置对应。列车正常运行时，伸缩装置342保持收缩状态，永磁体块343与制动板345之间保持大于永磁体块343与竖向导体板113之间的感应间隙。当列车需要辅助制动时，伸缩装置342伸长，带动永磁体块343和摩擦模块344内移，减小永磁体块343与制动板345之间的间隙，永磁体块343与制动板345相互作用为列车提供制动力；随着列车运行速度降低涡流制动力和辅助导向力不断减小，当辅助导向力小于伸缩装置342的顶推力时，摩擦模块344与制动板345之间接触，靠物理摩擦起到列车辅助制动或驻车的作用。所述制动板345的材料可采用不锈钢。

所述转向架101还设有应急走行装置，所述应急走行装置包括连接所述转向架101的应急辅助钢轮106和设在板基础107上的钢轨108。所述应急辅助钢轮106和钢轨108竖直位置对应，其间隙小于低温恒容器301与永磁轨道303之间的悬浮间隙。当出现失超情况时，应急辅助钢轮106沿钢轨108滚动接触走行。

实施例4：

如图22和图23所示，另一种磁盘系统的应用，包括：转向架101和板基础107，所述转向架101包括横梁和纵梁，所述纵梁通过轮轴111设有轮对201，所述轮对201通过一系减震105连接转向架101和轴箱112，所述轮对201之间等间距、相互平行的设有磁盘104，所述磁盘104串联在空心轴承203上，所述轮轴111轴向穿过所述空心轴承203，与空心轴承203滚动连接，所述轮轴111两端设有轴箱112，所述轮对201与磁盘104之间设有轮对传动箱202和磁盘传动箱302，所述轮对传动箱202直接与轮轴111连接，磁盘传动箱302与空心轴承203连接。轮对传动箱通过直接带动轮轴111实现轮对201旋转，磁盘传动箱通过带动空心轴承203转动实现磁盘旋转。

所述板基础107设有钢轨108和竖墙110，所述钢轨108位于轮对201正下方，运行时所述轮对201由电机驱动，在钢轨108上行驶，为列车提供驱动力。所述竖墙110位于磁盘104两侧，所述竖墙110侧壁设有竖向导体板113，所述竖向导体板113与磁盘104的端面平行，所述竖向导体板113和磁盘104构成磁盘系统，动力系统驱动空心轴承203带动磁盘104旋转，磁盘104的永磁体端面使得竖向导体板113产生感应涡流，形成一个与磁盘104旋转磁场方向相反的镜像磁场，镜像磁场与磁盘104旋转磁场相互作用产生驱动力和法向力。根据布置形式，磁盘104旋转与竖向导体板113相互作用产生的驱动力可为列车提供牵引力或制动力，产生的法向力可为列车提供导向力。其产生的法向力通过磁盘104传递给空心轴承203，最终传递给轮对201；该法向力转化为列车的辅助导向力，该辅助导向力随线速度差变化而变化，将起到列车抗蛇形运动的作用。

所述轮对201为传统列车车轮，传统轮轨车辆受到轮轨黏着限制难以实现大坡度线路的牵引和制动；国内外现有的山区旅游铁路采用的是齿轨式轨道交通车辆，该车辆的齿轮盘与轨道的齿条处于啮合状态，虽然爬坡能力强，但车辆运行噪音大，行车速度慢，乘客的舒适性低。引入所述磁盘系统增加了传统列车爬坡能力，既能解决轮轨黏着限制又能兼顾建设成本，可实现轮轨车辆突破更高时速以及应用于山地轨道交通中的大坡度线路。

当列车需要加速运行或进入大坡度运行时，磁盘104正转，通过控制系统控制其线速度差维持在驱动力最大转化效率的线速度区间，列车获得最大的非黏着辅助牵引力。当列车需要减速运行时，磁盘104正转降速，当磁盘线速度差小于0时，列车获得辅助制动力；随着磁盘线速度差不断减小，辅助制动力会不断增大，当磁盘104线速度差进入驱动力最大转化效率的线速度区间，列车获得最大的非黏着辅助制动力。当列车运行速度较低时，列车为获得最大的非黏着辅助制动力，即线速度进入最大转化效率的线速度区间，可通过磁盘104反转实现。

还可针对磁盘104增设离合器。当列车制动且不需辅助制动介入时，磁盘104通过离合器与轮轴111分离，磁盘104的第二永磁轮144与竖向导体板113之间作用产出的磁阻力可转化为再生发电。

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 (12)

1.一种轮式磁悬浮交通系统，其特征在于，包括：

磁盘（104），所述磁盘（104）设置在转向架（101）上；

竖向导体板（113），所述竖向导体板（113）设置在板基础（107）上，所述板基础（107）位于所述转向架（101）正下方，所述竖向导体板（113）垂直于所述板基础（107）；

所述磁盘（104）位于两所述竖向导体板（113）之间，所述竖向导体板（113）与所述磁盘（104）端面平行，水平位置对应，所述竖向导体板（113）与磁盘（104）组成磁盘系统；

所述转向架（101）还设有竖向磁轮（102），所述板基础（107）两侧设有横向导体板（109），所述横向导体板（109）和竖向磁轮（102）的胎面平行，竖直位置对应，所述横向导体板（109）和竖向磁轮（102）构成磁轮系统，所述竖向磁轮（102）和磁盘（104）通过轮轴（111）串联。

2.根据权利要求1所述的轮式磁悬浮交通系统，其特征在于，所述磁盘（104）包括外圈的第二永磁轮（144）和内圈的第二轮毂（141）；所述第二永磁轮（144）由多个第二永磁块材组成，第二永磁块材根据磁化方向按Halbach周期阵列设置为第二环形结构；第二环形结构为所述第二永磁块材磁化方向与第二永磁轮（144）转动面垂直布置；所述第二永磁轮（144）通过隔板（145）隔开，所述隔板（145）为环状结构，内外端分别与第二轮毂（141）和环形内箍（142）连接，所述隔板（145）将环形内箍（142）和环形外箍（143）连接。

3.根据权利要求2所述的轮式磁悬浮交通系统，其特征在于，所述第二永磁轮（144）至少包括一层第二环形结构，当第二永磁轮（144）的第二环形结构大于一层时，每层第二环形结构之间通过环形内箍（142）固定，所述环形内箍（142）为环状，截面为“H”形；最外层的所述第二环形结构通过环形外箍（143）固定。

4.根据权利要求1所述的轮式磁悬浮交通系统，其特征在于，所述竖向磁轮（102）包括外圈的第一永磁轮（122）、内圈的第一轮毂（121）以及设置在第一轮毂（121）两侧的封板（123）；所述第一永磁轮（122）由多个第一永磁块材组成，第一永磁块材根据磁化方向按Halbach周期阵列设置为第一环形结构，所述第一环形结构为所述第一永磁块材磁化方向与第一永磁轮（122）转动面平行布置。

5.根据权利要求1所述的轮式磁悬浮交通系统，其特征在于，所述板基础（107）设有竖墙（110），所述竖向导体板（113）设置在所述竖墙（110）两侧壁；所述磁盘（104）位于两所述竖墙（110）之间。

6.根据权利要求1所述的轮式磁悬浮交通系统，其特征在于，所述转向架（101）通过连接杆设有横向磁轮（103），所述横向磁轮（103）与竖向导体板（113）水平位置对应，所述横向磁轮（103）和所述竖向磁轮（102）结构相同。

7.根据权利要求1所述的轮式磁悬浮交通系统，其特征在于，所述轮轴（111）两端设有轴箱（112），所述轴箱（112）通过一系减震（105）连接所述转向架（101）底面，所述一系减震（105）底端设有应急辅助钢轮（106），在所述应急辅助钢轮（106）对应位置的板基础（107）上表面铺设有钢轨（108）。

8.一种轮式磁悬浮交通系统控制方法，多个竖向磁轮（102）分为前磁轮组（151）和后磁轮组（152）；多个磁盘（104）与所述前磁轮组（151）同轴的磁盘组为前磁盘组（153）；与所述后磁轮组（152）同轴的磁盘组为后磁盘组（154）；与前磁盘组（153）相邻的磁盘组为磁盘组一（155），与后磁盘组（154）相邻的磁盘组为磁盘组二（156），其特征在于，包括：

控制列车静止悬浮：控制所述前磁轮组（151）、后磁轮组（152）、前磁盘组（153）和后磁盘组（154）以第二速度正转，控制所述磁盘组一（155）以第一速度反转，控制所述磁盘组二（156）静止，控制横向磁轮（103）以第二速度反转；所述正转为磁轮或磁盘与列车前进方向一致的旋转，所述反转的旋转方向与正转相反，第一速度和第二速度为相对值，在同一列车运行速度下，所述第一速度小于第二速度；

控制列车移动：当所述列车静止悬浮时，控制所述磁盘组一（155）反转减速，控制所述磁盘组二（156）加速正转；

控制列车加速运行：当所述列车移动时，控制所述磁盘组一（155）从反转到正转，控制所述磁盘组二（156）加速正转。

9.根据权利要求8所述的轮式磁悬浮交通系统控制方法，其特征在于，还包括：

控制列车制动：控制所述前磁轮组（151）和后磁轮组（152）以第二速度正转，控制所述前磁盘组（153）和后磁盘组（154）通过离合器与轮轴（111）分离，控制所述磁盘组一（155）正转减速或反转，控制所述磁盘组二（156）正转减速或反转，控制所述横向磁轮（103）以第二速度反转；

控制列车停车静悬：在所述列车制动时，控制所述磁盘组一（155）反转减速，控制所述磁盘组二（156）反转减速至转速0；

控制列车解除悬浮状态：在列车停车静悬时，控制所述前磁轮组（151）和后磁轮组（152）正转减速至转速0，控制所述磁盘组一（155）反转减速至转速0，控制所述横向磁轮（103）反转减速至转速0。

10.根据权利要求9所述的轮式磁悬浮交通系统控制方法，其特征在于，还包括：

在所述列车静止悬浮过程中，所述前磁轮组（151）、后磁轮组（152）、前磁盘组（153）和后磁盘组（154）从静止正转加速到第二速度，经过第一速度时，控制所述磁盘组二（156）反转；所述前磁轮组（151）、后磁轮组（152）、前磁盘组（153）和后磁盘组（154）正转到达第二速度后，控制所述磁盘组二（156）反转减速至转速0；

在所述列车解除悬浮状态过程中，前磁轮组（151）、后磁轮组（152）、前磁盘组（153）和后磁盘组（154）从第二速度正转减速至转速0，经过第一速度时，控制所述磁盘组二（156）正转，所述前磁轮组（151）、后磁轮组（152）、前磁盘组（153）和后磁盘组（154）正转小于第一速度后，控制所述磁盘组二（156）正转减速至转速0。

11.一种磁盘系统的应用，其特征在于，包括：

磁盘系统，所述磁盘系统包括设置在转向架（101）上的磁盘（104）和设置在板基础（107）上的竖向导体板（113），所述竖向导体板（113）垂直于所述板基础（107），所述磁盘（104）位于两所述竖向导体板（113）之间，所述竖向导体板（113）与磁盘（104）的端面平行，水平位置对应；

高温超导悬浮系统，所述高温超导悬浮系统包括低恒温容器（301）和永磁轨道（303），所述低恒温容器（301）连接所述转向架（101），所述永磁轨道（303）设置在低恒温容器（301）正下方的板基础（107）上；

所述磁盘（104）包括外圈的第二永磁轮（144）和内圈的第二轮毂（141）；所述第二永磁轮（144）由多个第二永磁块材组成，第二永磁块材根据磁化方向按Halbach周期阵列设置为第二环形结构；第二环形结构为所述第二永磁块材磁化方向与第二永磁轮（144）转动面垂直布置；所述第二永磁轮（144）通过隔板（145）隔开，所述隔板（145）为环状结构，内外端分别与第二轮毂（141）和环形内箍（142）连接，所述隔板（145）将环形内箍（142）和环形外箍（143）连接。

12.一种磁盘系统的应用，其特征在于，包括：

磁盘系统，所述磁盘系统包括设置在转向架（101）上的磁盘（104）和设置在板基础（107）上的竖向导体板（113），所述竖向导体板（113）垂直于所述板基础（107），所述磁盘（104）位于两所述竖向导体板（113）之间，所述竖向导体板（113）与磁盘（104）的端面平行，水平位置对应；

轮对（201），所述轮对（201）通过轮轴（111）连接转向架（101），所述轮对（201）正下方的板基础（107）上设有钢轨（108），所述轮轴（111）外套有空心轴承（203），所述磁盘（104）通过所述空心轴承（203）串联；

所述磁盘（104）包括外圈的第二永磁轮（144）和内圈的第二轮毂（141）；所述第二永磁轮（144）由多个第二永磁块材组成，第二永磁块材根据磁化方向按Halbach周期阵列设置为第二环形结构；第二环形结构为所述第二永磁块材磁化方向与第二永磁轮（144）转动面垂直布置；所述第二永磁轮（144）通过隔板（145）隔开，所述隔板（145）为环状结构，内外端分别与第二轮毂（141）和环形内箍（142）连接，所述隔板（145）将环形内箍（142）和环形外箍（143）连接。

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