CN210652700U - 一种磁悬浮运输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁悬浮运输装置，包括：直线电机布置在车体的上方，悬浮模块布置在车体的下方；或直线电机、悬浮模块，均布置在车体的上方；或直线电机、悬浮模块，均布置在车体的下方；直线电机的动子及悬浮模块安装于车体上；直线电机的定子中通入交变电流时，带动动子及车辆运行，悬浮模块与悬浮轨道之间，产生预设比例以上的悬浮力，用于使车体悬浮；定子及悬浮轨道固定设置于运输通道上，并在该运输通道中沿预设的行使线路的行使方向全线铺设。该方案，可以解决有铁芯电机会破坏磁悬浮系统的悬浮平衡性、而无铁芯电机的使用效率较低的问题，达到既保证磁悬浮系统的悬浮平衡性、又提高直线电机的使用效率的效果。

Description

一种磁悬浮运输装置

技术领域

本实用新型属于交通技术领域，具体涉及一种磁悬浮运输装置，尤其涉及一种混合式磁悬浮列车。

背景技术

磁悬浮列车按照磁悬浮原理不同，主要可分为电磁型(electro-magneticsuspension，EMS)和电动型(electro-dynamic suspension，EDS)两种。

其中，EMS系统，主要利用电磁力主动控制实现悬浮，采用主动控制来调整悬浮间隙及性能，悬浮间隙小，但对轨道的精度要求非常高，悬浮控制器复杂且耗能巨大，主要代表有德国TR磁悬浮技术。EDS系统，主要利用强磁场与感应板之间的涡流感应，形成两个相斥的磁场，从而实现悬浮，悬浮间隙大，对轨道精度要求低，属于被动式磁悬浮，系统能够实现自稳，但系统难以施加阻尼，且静态下不能够实现悬浮，而且低速时磁阻力较大，主要代表有日本低温超导磁悬浮以及美国magplane被动式磁悬浮。

不管哪种磁悬浮技术，均需要直线电机推动，直线电机可分为有铁芯和无铁芯两种，有铁芯电机效率高，推力大，但存在法向吸力，而且法向吸力巨大，通常可达到推力的10-15倍，法向吸力即直线电机定子与动子之间的吸引力，该力如果不加以调节，将会远远大于车重，从而导致直线电机动子与定子完全吸住，而破坏系统平衡；无铁芯电机无法向力，但是效率较低，推力较小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述缺陷，提供一种磁悬浮运输装置，以解决磁悬浮技术所需的直线电机中，有铁芯电机的法向吸力如果不加以调节则会破坏磁悬浮系统的悬浮平衡性，而无铁芯电机的推力较小使得其使用效率较低的问题，达到既保证磁悬浮系统的悬浮平衡性、又提高直线电机的使用效率的效果。

本实用新型提供一种磁悬浮运输装置，包括：车体、悬浮轨道、悬浮模块和直线电机；所述直线电机，包括：定子和动子；其中，所述直线电机布置在所述车体的上方，所述悬浮模块布置在所述车体的下方；或者，所述直线电机、所述悬浮模块，均布置在所述车体的上方；或者，所述直线电机、所述悬浮模块，均布置在所述车体的下方；所述动子及所述悬浮模块安装于所述车体上；所述定子中通入交变电流时，带动所述动子及车辆运行，所述悬浮模块与所述悬浮轨道之间，产生预设比例以上的悬浮力，用于使所述车体悬浮；所述定子及所述悬浮轨道固定设置于运输通道上，并在该运输通道中沿预设的行使线路的行使方向全线铺设。

可选地，所述直线电机，包括：有铁芯直线电机和无铁芯直线电机；所述悬浮模块，包括：EDS悬浮模块。

可选地，其中，所述悬浮模块，包括：由永磁体或超导线圈制作而成的超导体悬浮模块；其中，所述永磁体，选用halbach阵列结构的永磁体；和/或，所述动子，包括：由永磁体或超导线圈制作而成的直线电机动子；其中，所述永磁体，选用halbach阵列结构的永磁体。

可选地，所述悬浮轨道的感应体，包括：铝板感应体、铜板感应体、或由线圈绕制而成的线圈感应体；其中，铝板感应体、铜板感应体、由线圈绕制而成的线圈感应体中任一感应体，沿行使线路的行使方向全线铺设全线铺设、并固定设置于运输通道上。

可选地，所述定子中铁芯的结构和数量，能够根据预设比例以上的悬浮力所需的目标法向吸力，进行设置；该目标法向吸力用于辅助所述车体悬浮。

可选地，所述定子，包括：定子绕组、空芯定子、齿部铁芯和鄂部铁芯；通过在所述空芯定子的齿部和鄂部开设空槽，在该空槽内添加齿部铁芯及鄂部铁芯，并根据所需的目标法向吸力确定齿部铁芯及鄂部铁芯的用量，实现调整直线电机的法向吸力。

可选地，所述定子，包括：定子绕组、空芯定子和铁芯定子，铁芯定子设置在空芯定子的两侧或中间；并根据所需的目标法向吸力确定铁芯定子的比例，实现调整直线电机法向吸力。

可选地，其中，所述悬浮模块的截面形状，包括：弧形、长方形、L形、或三角形；和/或，所述直线电机的电机间隙，能够通过丝杠调整机构、液压调整机构、空气弹簧调整机构、或电磁调整机构调整。

可选地，还包括：车轮和构架；所述悬浮模块、所述车轮和所述构架，构成所述车体的走行机构。

可选地，所述走行机构的数量为两套；每套走行机构包括所述悬浮模块的数量为两组，两组所述悬浮模块，分别布置在走行机构的左右两侧、以及所述车体的左右两侧；每套走行机构中所述车轮的数量为四套，四套所述车轮，分别布置在走行机构左右两侧、以及车辆左右两侧，每侧两套；走行机构每侧的悬浮模块，布置在该侧的两个车轮的中间。

由此，本实用新型的方案，通过提出三种不同的磁悬浮结构形式，即直线电机与悬浮模块相对于车体的三种不同布置方式，解决磁悬浮技术所需的直线电机中，有铁芯电机的法向吸力如果不加以调节则会破坏磁悬浮系统的悬浮平衡性，而无铁芯电机的推力较小使得其使用效率较低的问题，达到既保证磁悬浮系统的悬浮平衡性、又提高直线电机的使用效率的效果。

本实用新型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，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的磁悬浮运输装置的一实施例的电机在上、悬浮在下的结构示意图；

图2为本实用新型的磁悬浮运输装置的一实施例的电机悬浮均在上方的结构示意图；

图3为本实用新型的磁悬浮运输装置的一实施例的电机悬浮均在下方的结构示意图；

图4为本实用新型的磁悬浮运输装置中直线电机单元的一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的磁悬浮运输装置中直线电机单元的定子部分的一实施例的结构示意图；

图6为本实用新型的磁悬浮运输装置中直线电机单元的定子部分的另一实施例的结构示意图；

图7为本实用新型的磁悬浮运输装置中走行机构的一实施例的结构示意图：

图8为本实用新型的磁悬浮运输装置中调整机构的一实施例的结构示意图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-定子；2-动子；3-车体；4-悬浮模块；5-悬浮轨道；6-定子绕组；7-空芯定子；8-齿部铁芯；9-鄂部铁芯；10-铁芯定子；11-车轮；12-构架；13-调整机构。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，提供了一种磁悬浮运输装置。参见图1至图8所示本实用新型的磁悬浮运输装置的一实施例的结构示意图。该磁悬浮运输装置可以包括：车体3、悬浮轨道5、悬浮模块4和直线电机。所述直线电机，可以包括：定子1和动子2。

具体地，直线电机布置在所述车体3的上方，悬浮模块4布置在所述车体3的下方；或者，所述直线电机、所述悬浮模块4，均布置在所述车体3的上方；或者，所述直线电机、所述悬浮模块4，均布置在所述车体3的下方。

也就是说，悬浮模块4和直线电机法向吸力混合，可以有不同的混合形式。如图1、图2、图3所示。例如：直线电机和车体之间的设置方式，可以包括以下任一种设置情形。

第一种设置情形：所述直线电机布置在所述车体3的上方，所述悬浮模块4布置在所述车体3的下方。

例如：如图1所示，电机在上、悬浮在下。直线电机布置在车体3上方，提供向上的法向吸力；悬浮模块4布置在车体3下方，提供向上的悬浮斥力；这种上吸下斥的结构，更符合力学结构，有效与车辆的重力达到系统平衡，且结构更为简单、稳定可靠。

第二种设置情形：所述直线电机、所述悬浮模块4，均布置在所述车体3的上方。

例如：如图2所示，电机悬浮均在上方。其中，直线电机和悬浮模块4均布置在车体上方，直线电机提供向上的法向吸力，悬浮模块4提供向上的悬浮斥力；这种结构有利于电机及悬浮模块4均设计在上面的走行机构上面，结构更为紧凑。

第三种设置情形：所述直线电机、所述悬浮模块，均布置在所述车体3的下方。

例如：可选地，如图3所示，电机悬浮均在下方。其中，直线电机和悬浮模块4均不知的车体下方，其中直线电机需要设计为倒置结构，直线电机提供向上的法向吸力，悬浮模块4提供向上的悬浮斥力。此种结构更符合传统交通形势的受力形式。

由此，通过直线电机与悬浮模块的多种布置方式，可以实现多种悬浮方式，使得列车悬浮更加灵活和可靠。

具体地，所述动子2及所述悬浮模块安装于所述车体3上。所述悬浮模块与所述悬浮轨道5之间，产生预设比例以上的悬浮力，可以用于使所述车体3悬浮运行。所述定子1及所述悬浮轨道5固定设置于运输通道上，并在该运输通道中沿预设的行使线路的行使方向全线铺设。其中，所述运输通道，可以包括：隧道、管道等。

例如：如图1至图3所示，本实用新型的方案提供的混合式磁悬浮列车，具体是一种利用直线电机法向吸力与磁悬浮混合式磁悬浮列车，包括车体3、定子1(即直线电机定子)、动子2(即直线电机动子)及悬浮模块4和悬浮轨道5，动子2及磁悬浮模块4安装于车体3上；定子1(即直线电机定子)及悬浮轨道5固定于结构物(如隧道、管道等运输通道)上，沿预设的行使线路方向全线铺设。也就是说，定子1、悬浮轨道5和隧道、管道等结构物，均沿预设的行使线路方向全线铺设。

由此，本实用新型的方案，提供一种混合式磁悬浮列车，将有铁芯直线电机的法向吸力与磁悬浮相结合，有效降低了低速状态下的磁阻力，解决了磁阻力大、施加阻尼难等问题；同时增加了直线电机使用效率，从而极大的降低了能耗。而且，本实用新型的方案，结构简单、稳定，悬浮间隙大，对悬浮轨道精度要求降低，从而降低建设及维护成本，同时降低磁阻力，大大的降低了能耗。

可选地，所述直线电机，可以包括：有铁芯直线电机和无铁芯直线电机；所述悬浮模块4，可以包括：EDS悬浮模块。

由此，通过有铁芯直线电机和无铁芯直线电机形成复合电机，进而将该复合电机与EDS悬浮模块结合使用，可以更好地保证悬浮可靠性、且效率高。

可选地，所述悬浮模块4，可以包括：由永磁体或超导线圈制作而成的超导体悬浮模块。其中，所述永磁体，选用halbach阵列结构的永磁体。也就是说，所述悬浮模块4，为Halbach阵列结构的永磁体或超导线材制作而成的超导磁体；所述悬浮轨道5，为铝或铜制悬浮轨道，或由线圈绕制而成的线圈感应体。

例如：所述悬浮模块4，可以为永磁体或超导线材制作而成的超导磁体，二者均可，安装于车体3上。如：安装在车上的悬浮模块4，可以为永磁体或用超导线材制作而成的超导磁体，具有同样的功能；其中，永磁体最好用halbach阵列结构。

可选地，所述动子2，可以包括：由永磁体或超导线圈制作而成的直线电机动子。其中，所述永磁体，选用halbach阵列结构的永磁体。

例如：所述动子2(即直线电机动子)可以为永磁体或超导线材制成的超导磁体。也就是说，永磁体可以用超导线圈制作的超导磁体代替。优选地，永磁体可以为halbach结构，即海尔贝克阵列(Halbach Array)，是一种磁体结构，可以用最少量的磁体产生最强的磁场。

可选地，所述悬浮轨道5的感应体，可以包括：铝板感应体、铜板感应体、或由线圈绕制而成的线圈感应体。其中，铝板感应体、铜板感应体、由线圈绕制而成的线圈感应体中任一感应体，沿行使线路的行使方向全线铺设全线铺设、并固定设置于运输通道上。

例如：悬浮轨道5的感应体可以为铝、铜感应题或用线圈绕制而成感应体，沿线路全线铺设。也就是说，所述悬浮轨道5，可以为铝、铜等感应体(如铝板、铜板或其型材等)或线圈绕制而成的感应体，沿线路全线铺设，固定于结构物(如隧道、管道等)上。

其中，悬浮模块4与悬浮轨道5相互作用，提供绝大部分悬浮力。悬浮模块4可以采用被动式磁悬浮技术，利用车辆运行时，悬浮轨道感应体切割车上磁体的磁力线，从而在感应体内部产生涡流感应，形成与车上磁铁磁场相斥的磁场，产生悬浮力。悬浮模块4提供车辆悬浮所需要的大部分悬浮力，因为属于被动式磁悬浮，不需要主动控制，而且悬浮不需要耗费能源，更加节能。

由此，通过永磁体或超导线圈制作，导磁效果更好，悬浮更安全。

可选地，所述定子1中铁芯的结构和数量，能够根据与预设比例以上的悬浮力匹配的目标法向吸力进行调整，可以用于辅助所述车体3悬浮。

例如：本实用新型的方案，采用一种独特的机构设计，调整电机法向吸力，从而可以使其有效利用，从而节约系统能耗。所述定子1，沿线路全线铺设。优选地，可以通过调整铁芯结构及数量，提供部分法向吸力，辅助车辆悬浮，且同时提高电机使用效率。

由此，通过设置定子中铁芯的结构和数量，可以辅助车体悬浮，使得车体悬浮更加可靠和稳定。

具体地，本实用新型的方案中，直线电机可以具有两种实现方式，下面可以参见图4至图6所示的例子进行示例性说明。

其中，直线电机采用长定子直线电机，定子沿线路全线铺设。因此，本实用新型的方案中，电机结构不同于有铁芯直线电机及无铁芯直线电机，可以通过独特结构设计，调整铁芯结构，获得需要的法向力，同时提高电机使用效率。动子可以为永磁体或超导线材制成的超导磁体；调整直线电机铁芯的方法有两种，一种是在直线电机空芯定子的齿部和鄂部，开有空槽，在空槽内添加铁芯定子，通过计算机仿真模拟，确定铁芯定子的用量，从而确定直线电机法向吸力。另一种方式是将定子部分，沿线路方向分为三部分，其中左右两侧对称，铁芯定子10设置在空芯定子7的两侧或中间；通过计算机仿真模拟，确定铁芯定子的用量，从而控制直线电机的法向吸力。

更可选地，所述定子1，可以包括：定子绕组6、空芯定子7、齿部铁芯8和鄂部铁芯9。

其中，通过在所述空芯定子7的齿部和鄂部开设空槽，在该空槽内添加齿部铁芯8及鄂部铁芯9，并根据所需的目标法向吸力确定齿部铁芯8及鄂部铁芯9的用量，从而实现调整直线电机法向吸力的效果。

例如：如图4所示的直线电机单元，可以包括动子2和定子部分(如定子1)，其中定子部分由定子绕组6、空芯定子7、齿部铁芯8及鄂部铁芯9组成；通过调整齿部铁芯8及鄂部铁芯9的结构，调整法向吸力。

更可选地，所述定子1，可以包括：定子绕组6、空芯定子7和铁芯定子10，铁芯定子10设置在空芯定子7的两侧或中间；并根据所需的目标法向吸力确定铁芯定子10的比例，实现调整直线电机法向吸力。

其中，通过将所述定子1的沿行使线路的行使方向分为设定数量的几个部分，将该几个部分设置为空芯定子7或铁芯定子10，确定铁芯定子10的用量和直线电机法向吸力，实现调整直线电机的法向吸力。

例如：如图5及图6所示的一种直线电机单元的定子部分，可以由定子绕组6、空芯定子7及铁芯定子10组成，其中铁芯定子10可以在空芯定子7的两侧或中间，通过调整铁芯定子10的结构及尺寸，调整法向吸力。

由此，通过多种方式调整直线电机的法向吸力，一方面实现了法向吸力根据需求的灵活调整，另一方面保证了法向吸力调整的可靠性和安全性。

可选地，所述悬浮模块4的短边端面的形状，可以包括：弧形、长方形、L形、或三角形。

例如：悬浮模块4可以具有各种不同的悬浮结构形式。如：悬浮模块4不一定是弧形的，可以为平面、L型、三角形等多种形态。

由此，通过多种形式的悬浮模块，可以适用于多种悬浮场合，适用范围广，且悬浮可靠性可以得到保证。

可选地，所述直线电机的电机间隙，能够通过丝杠调整机构、液压调整机构、空气弹簧调整机构、或电磁调整机构调整。

其中，直线电机定子和动子之间非接触，为了系统安全及电机输出稳定，需要保证间隙的稳定性，因此电机间隙需要实时监测调整，通过间隙传感器实时监测，将数值返回到控制元器件，根据间隙值，确定是否需要调整，如果间隙在安全范围之内，不用调整，如果不在安全范围之内，则需要根据偏差调整到安全范围之内。

也就是说，电机间隙需要调整，可以通过不同的方式实现。如：丝杠调整、液压调整、空气弹簧调整、电磁调整等等。例如：图8中的丝杠调整机构如调整机构13，该调整机构可以用丝杠调整，也可以用液压调整、空气弹簧调整以及电磁调整等方法。

由此，通过多种形式调整电机间隙，调整方式便捷且灵活，调整结果可靠且精准。

在一个可选实施方式中，还可以包括：车轮11和构架12。所述悬浮模块4、所述车轮11和所述构架12，构成所述车体3的走行机构，所述走行机构的数量为两套。

由此，通过磁浮模块、车轮及构架的配合设置，使得行走机构更加稳固和安全。

可选地，每套走行机构中悬浮模块4的数量为两组，两组所述悬浮模块4，分别布置在走行机构的左右两侧、以及所述车体3的左右两侧。

进一步可选地，每套走行机构包括所述车轮11的数量为四套，四套所述车轮11，分别布置在走行机构左右两侧、以及车辆左右两侧，每侧两套；走行机构每侧的悬浮模块4，布置在该侧的两个车轮11的中间。

例如：中间悬浮模块(如悬浮模块4)、以及两侧车轮结构的相关设置，可以参见图7所示的例子。如图7所示，该混合磁悬浮车辆的走行部分，可以包括：磁浮模块4、车轮11及构架12，以及其他附属装置。其中，悬浮模块4为两组，分别布置在走行机构的左右两侧，及车辆(即车体3)的左右两侧；车轮11可以为四套，走行机构左右两侧，及车辆左右两侧，每侧两套，走行机构每侧的悬浮模块4，布置在该侧的两个车轮11的中间；从而使得结构更加稳定。静态车轮支撑承载车体更为稳定，动态低速行驶时，该结构通过车轮支撑行走，可以更好的抑制点头效应。

由此，通过设置悬浮模块和车轮的数量，使得行走机构的行走和对车体的支撑更加可靠也更加稳定。

经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过提出三种不同的磁悬浮结构形式，即直线电机与悬浮模块相对于车体的三种不同布置方式，解决磁悬浮技术所需的直线电机中，有铁芯电机的法向吸力如果不加以调节则会破坏磁悬浮系统的悬浮平衡性，而无铁芯电机的推力较小使得其使用效率较低的问题，达到既保证磁悬浮系统的悬浮平衡性、又提高直线电机的使用效率的效果。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种磁悬浮运输装置，其特征在于，包括：车体(3)、悬浮轨道(5)、悬浮模块(4)和直线电机；所述直线电机，包括：定子(1)和动子(2)；其中，

所述直线电机布置在所述车体(3)的上方，所述悬浮模块(4)布置在所述车体(3)的下方；或者，所述直线电机、所述悬浮模块(4)，均布置在所述车体(3)的上方；或者，所述直线电机、所述悬浮模块(4)，均布置在所述车体(3)的下方；

所述动子(2)及所述悬浮模块(4)安装于所述车体(3)上；

所述定子(1)及所述悬浮轨道(5)固定设置于运输通道上，并在该运输通道中沿预设的行使线路的行使方向全线铺设。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，所述直线电机，包括：有铁芯直线电机和无铁芯直线电机；所述悬浮模块(4)，包括：EDS悬浮模块。

3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，其中，

所述悬浮模块(4)，包括：由永磁体或超导线圈制作而成的超导体悬浮模块；其中，所述永磁体，选用halbach阵列结构的永磁体；

和/或，

所述动子(2)，包括：由永磁体或超导线圈制作而成的直线电机动子；其中，所述永磁体，选用halbach阵列结构的永磁体。

4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，所述悬浮轨道(5)的感应体，包括：铝板感应体、铜板感应体、或由线圈绕制而成的线圈感应体；

其中，铝板感应体、铜板感应体、由线圈绕制而成的线圈感应体中任一感应体，沿行使线路的行使方向全线铺设全线铺设、并固定设置于运输通道上。

5.根据权利要求1或2所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，所述定子(1)，包括：定子绕组(6)、空芯定子(7)、齿部铁芯(8)和鄂部铁芯(9)；

通过在所述空芯定子(7)的齿部和鄂部开设空槽，在该空槽内添加齿部铁芯(8)及鄂部铁芯(9)。

6.根据权利要求1或2所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，所述定子(1)，包括：定子绕组(6)、空芯定子(7)和铁芯定子(10)，铁芯定子(10)设置在空芯定子(7)的两侧或中间。

7.根据权利要求1或2所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，其中，

所述悬浮模块(4)的截面形状，包括：弧形、长方形、L形、或三角形；

和/或，

所述直线电机的电机间隙，能够通过丝杠调整机构、液压调整机构、空气弹簧调整机构、或电磁调整机构调整。

8.根据权利要求1或2所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，还包括：车轮(11)和构架(12)；所述悬浮模块(4)、所述车轮(11)和所述构架(12)，构成所述车体(3)的走行机构。

9.根据权利要求8所述的磁悬浮运输装置，其特征在于，所述走行机构的数量为两套；每套走行机构包括所述悬浮模块的数量为两组，两组所述悬浮模块，分别布置在走行机构的左右两侧、以及所述车体(3)的左右两侧；

每套走行机构中所述车轮(11)的数量为四套，四套所述车轮(11)，分别布置在走行机构左右两侧、以及车辆左右两侧，每侧两套；

走行机构每侧的悬浮模块(4)，布置在该侧的两个车轮(11)的中间。

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