CN214083879U - 一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，包括轨道和小车主体，小车主体位于轨道上端，轨道的外环壁和内环壁上均设有保护侧板，小车主体位于两组所述保护侧板之间，小车主体两侧均设有导向轮，导向轮与保护侧板接触，轨道上表面中部安装有驱动永磁铁，两组所述保护侧板相对的一侧均设有悬浮磁铁，小车主体上设有与悬浮磁铁极性相反的钕铁硼磁铁。小车主体上设有氢能燃料电池为小车供电。本实用新型通过在小车上设置励磁线圈，并在轨道中间安装一定间距和磁极性相互交错排列的驱动永磁铁，利用可编程STM32处理器控制励磁线圈与轨道驱动永磁铁之间相互作用产生“前吸后斥”的驱动力，实现前进、后退、刹车、加速和减速，避障等演示效果。

Description

一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统

技术领域

本实用新型涉及电磁学相关技术领域，具体为一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统。

背景技术

磁悬浮技术是一种无接触技术，由于它具有无摩擦、无磨耗，震动噪音小，使用寿命长等优点，近年来成为世界各国研究的重点课题。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮磁悬浮列车，它克服了传统轮轨铁路摩擦影响提高速度的主要障碍，具有速度高、噪音小的特点，常导磁悬浮列车可达400-500公里/小时，超导磁悬浮列车可达500-600公里/小时。它还具有安全、舒适、不燃油，污染少等优点。作为目前最快速的地面交通工具，磁悬浮列车技术的确有着其它地面交通技术无法比拟的优势；在全球能源危机的大背景下，氢能作为新的可再生清洁能源备受关注，并以洁净、高效、来源广、可再循环、无污染等优势而赢得人们的青睐。氢能燃料电池通过电化学反应在不燃烧的情况下将氢的化学能直接转换为电能，具有能量密度大，能量利用率高的优点，能够保证交通工具足够的行驶里程。

现有的磁悬浮动力系统中，大多利用风扇提供驱动力不能展示磁悬浮列车利用电磁原理提供的驱动力的真正原理；而基于常导斥型的磁悬浮则全程依靠排斥力不能刹车，无法有效减速等问题，并且传统磁悬浮动力系统的电力供应主要依靠在沿线轨道铺设供电线或车载负重的电池，这导致成本增加和运行效率低，污染环境等问题，需要进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，以解决上述背景技术中提到的现有的磁悬浮动力系统中，现有的磁悬浮动力系统中，大多利用风扇提供驱动力不能展示磁悬浮列车利用电磁原理提供的驱动力的真正原理；而基于常导斥型的磁悬浮则全程依靠排斥力不能刹车，无法有效减速等问题，并且传统磁悬浮动力系统的电力供应主要依靠在沿线轨道铺设供电线或车载负重的电池，导致成本增加和运行效率低，污染环境等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，包括轨道和小车主体，所述小车主体位于轨道上端，所述轨道的外环壁和内环壁上均设有保护侧板，所述小车主体位于两组所述保护侧板之间，所述小车主体两侧均设有导向轮，所述导向轮与保护侧板接触，所述轨道上表面中部安装有驱动永磁铁，两组所述保护侧板相对的一侧均设有悬浮磁铁，所述悬浮磁铁与轨道上表面固定连接，所述小车主体上安装有与悬浮磁铁极性相反的钕铁硼磁铁，所述小车主体上安装有两组励磁线圈，两组所述励磁线圈位于小车主体内中部。

优选的，所述驱动永磁铁设有多组，多组所述驱动永磁铁排列设置在轨道上，相邻两组所述驱动永磁铁之间设有一定的间距，且相邻两组所述驱动永磁铁之间的间距与两组所述励磁线圈以及霍尔传感器之间的相对位置须满足一定的关系。

优选的，相邻两组所述驱动永磁铁之间的磁极性相反。

优选的，所述小车主体内部设有STM处理器、驱动模块、HC-蓝牙模块、红外线感应模块，所述驱动模块、HC-蓝牙模块、红外线感应模块与STM32处理器电性连接。

优选的，所述小车主体内部设有氢能燃料电池和降压稳压的电源模块，所述氢能燃料电池与电源模块电性连接。所述电源模块与STM32处理器电性连接。

优选的，所述小车主体内部还设有霍尔传感器，所述霍尔传感器设有两组，两组所述霍尔传感器分别位于两组所述励磁线圈一侧，所述霍尔传感器的信号输出端与STM处理器的信号输入端连接。

本实用新型提供了一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，具备以下有益效果：

（1）本实用新型通过在小车上设置励磁线圈，并在轨道中间安装一定间距和磁极性相互交错排列的驱动永磁铁，由氢能燃料电池经过降压稳压的电源模块向小车供电，利用可编程STM32处理器控制励磁线圈与轨道驱动永磁铁之间相互作用产生“前吸后斥”的驱动力，实现前进、后退、刹车、加速和减速、防吸、避障等等的演示效果。

（2）本实用新型通过基于“同极相斥，异极相吸”的原理和可编程单片机，构造了由节能环保的氢能转变为电能，再将电能转变为电磁驱动力的磁悬浮动力系统及其控制方法，可以产生直观明了的悬浮高度，利用电磁力实现无接触的驱动控制，实现真正零排放节能环保，利用电磁力进行驱动和控制的目的。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的图1中A部分结构示意图；

图3为本实用新型的小车主体内部模块结构示意图；

图4为本实用新型的小车驱动原理图；

图5为本实用新型的小车防吸原理图；

图6为本实用新型的小车驱动程序流程图；

图7为本实用新型的小车急刹车流程图；

图8为本实用新型的小车缓慢停车流程图；

图9为本实用新型的小车红外避障程序流程图。

图中：1、轨道；2、保护侧板；3、悬浮磁铁；4、驱动永磁铁；5、小车主体；6、导向轮；7、STM32处理器；8、电源模块；9、驱动模块；10、霍尔传感器；11、HC-05蓝牙模块；12、红外线感应模块；13、钕铁硼磁铁；14、励磁线圈；15、氢能燃料电池。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。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。

如图1-3所示，本实用新型提供一种技术方案：一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统及其控制方法，包括轨道1和小车主体5，所述小车主体5位于轨道1上端，所述轨道1的外环壁和内环壁上均设有保护侧板2，所述小车主体5位于两组所述保护侧板2之间，所述小车主体5两侧均设有导向轮6，所述导向轮6与保护侧板2接触，所述轨道1上表面中部安装有驱动永磁铁4，两组所述保护侧板2相对的一侧均设有悬浮磁铁3，所述悬浮磁铁3与轨道1上表面固定连接，所述小车主体5上安装有与悬浮磁铁3极性相反的钕铁硼磁铁13，所述小车主体5上安装有两组励磁线圈14，两组所述励磁线圈14位于小车主体5内中部。

所述驱动永磁铁4设有多组，多组所述驱动永磁铁4磁极性交错排列设置在轨道1上，相邻两组所述驱动永磁铁4之间设有一定的间距，且相邻两组所述驱动永磁铁4之间的间距与两组所述励磁线圈14以及霍尔传感器10之间的相对位置须满足一定的关系，通过在小车上设置励磁线圈14，并在轨道中间安装一定间距和磁极性相互交错排列的驱动永磁铁，利用可编程STM32处理器控制励磁线圈14与轨道驱动永磁铁4之间相互作用产生“前吸后斥”的驱动力，实现前进、后退、刹车、加速和减速，避障等等的演示效果，便于操作。

所述小车主体5内部设有STM32处理器7、驱动模块9、HC-05蓝牙模块11、红外线感应模块12，所述驱动模块9、HC-05蓝牙模块11、红外线感应模块12均与STM32处理器7电性连接，可以基于蓝牙通讯手机端控制界面和可编程单片机，可让自主编程控制小车运动状态。

相邻两组所述驱动永磁铁4之间的磁极性相反，通过将相邻两组驱动永磁铁4之间的磁极性相反设置，可以便于小车主体5在轨道1上进行移动。

所述小车主体5内部设有氢能燃料电池15，电源模块8，所述氢能燃料电池15与电源模块8电性连接，所述电源模块8与STM32处理器7电性连接，通过氢能燃料电池15的电能再经降压稳压的电源模块8后可为小车的动力系统提供电力支持。

所述小车主体5内部还设有霍尔传感器10，所述霍尔传感器10设有两组，两组所述霍尔传感器10分别位于两组所述励磁线圈14一侧，所述霍尔传感器10的信号输出端与STM32处理器7的信号输入端连接，通过设置霍尔传感器10，可以利用霍尔传感器10对小车主体5在轨道1上运行时的磁场情况进行检测，并将检测结果及时送至STM32处理器7。

需要说明的是，一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统及其控制方法，在工作时，可以将小车主体5放置在轨道1上，使得小车主体5上的导向轮6与轨道1上的保护侧板2接触，可以实现稳定悬浮和转弯，通过在小车上设置励磁线圈14，并在轨道中间安装一定间距和磁极性相互交错排列的驱动永磁铁4，利用可编程STM32处理器控制励磁线圈14与驱动永磁铁4之间相互作用产生“前吸后斥”的驱动力，实现前进、后退、刹车、加速和减速等等的演示效果，便于操作，且通过设置HC-05蓝牙模块11和可编程STM32处理器7，可自主编程控制小车运动状态，可以产生直观明了的悬浮高度，利用电磁力实现无接触的驱动控制，实现真正零排放节能环保和利用电磁力进行驱动和控制的目的，驱动程序流程如图6所示。

其中，如图4所示，小车在正常运行时，霍尔传感器读取到下方磁场变化反馈给STM32处理器，并由处理器发送指令给驱动电路，由驱动电路输出方向正确的电流流过线圈，从而使线圈下方产生相对应的磁场。线圈与下方驱动永磁铁相互作用产生“前吸后斥”的驱动力，推动小车往前进。线圈A会受到磁铁C的斜向上的斥力，同时会收到磁铁B的斜向下的吸引力，线圈B的受力同理，因此小车就具有前进的驱动力。同理，后退时，调整励磁线圈的电流方向，则可产生“前斥后吸”的驱动力使之后退；如图5所示，如果励磁线圈未及时调节其磁场极性，则容易与下方的驱动永磁铁相吸，从而让前进的驱动力变成阻力，严重时会与下方的驱动永磁铁相吸。因此霍尔传感器、线圈A、线圈B之间的相对位置以及驱动永磁铁之间的相对位置，应该满足一定的关系，使得霍尔元件在翻转其输出信号的时刻，也正好是线圈A/B需要翻转其极性的时刻；急刹车流程图如图7所示，当手机控制端发送了急刹车指令后，STM32处理器将读取该时刻霍尔传感器的输出信息，除非接收到新的指令否则将保持该励磁线圈的电流方向不变，即线圈产生的磁场方向不变，使其可以与轨道的驱动永磁铁相吸达到及时刹车的目的；缓慢停车流程图如图8所示，区别于急刹车控制，缓慢停车通过切断励磁线圈的电流，从而使小车失去动力，在前进阻力的作用下缓慢地将速度下降至零。加减速控制中，将驱动模块的L298P芯片的EN控制端连接到STM32处理器IO口上，同时设置该IO口为 PWM工作模式，因此可以有效的控制励磁线圈开启时间的比例，从而达到加减速的目的。红外避障模块起到使小车行驶更加安全的作用。在正常运行时，当红外避障模块判断到前方障碍物已经进入到了安全区域内，则将会将信息反馈给处理器，由处理器做出刹车操作。当障碍物离开了安全区域，则会反馈信息给处理器，处理器做出继续行驶的操作，其中，红外避障的程序流程图如图9所示。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，其特征在于，包括轨道（1）和小车主体（5），所述小车主体（5）位于轨道（1）上端，所述轨道（1）的外环壁和内环壁上均设有保护侧板（2），所述小车主体（5）位于两组所述保护侧板（2）之间，所述小车主体（5）两侧均设有导向轮（6），所述导向轮（6）与保护侧板（2）接触，所述轨道（1）上表面中部安装有驱动永磁铁（4），两组所述保护侧板（2）相对的一侧均设有悬浮磁铁（3），所述悬浮磁铁（3）与轨道（1）上表面固定连接，所述小车主体（5）上安装有与悬浮磁铁（3）极性相反的钕铁硼磁铁（13），所述小车主体（5）上安装有两组励磁线圈（14），两组所述励磁线圈（14）位于小车主体（5）内中部；所述小车主体（5）上安装有两组霍尔传感器（10），两组所述霍尔传感器（10）分别位于两组所述励磁线圈（14）一侧。

2.根据权利要求1所述的一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，其特征在于：所述驱动永磁铁（4）设有多组，多组所述驱动永磁铁（4）磁极性交错排列设置在轨道（1）上，相邻两组所述驱动永磁铁（4）之间设有间距。

3.根据权利要求1所述的一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，其特征在于：相邻两组所述驱动永磁铁（4）之间的磁极性相反。

4.根据权利要求1所述的一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，其特征在于：所述小车主体（5）内部设有STM32处理器（7）、驱动模块（9）、HC-05蓝牙模块（11）、红外线感应模块（12），所述驱动模块（9）、HC-05蓝牙模块（11）、红外线感应模块（12）均与STM32处理器（7）电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，其特征在于：所述小车主体（5）内部设有氢能燃料电池（15），该氢能燃料电池（15）与降压稳压的电源模块（8）电性相连，所述电源模块（8）与STM32处理器（7）电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种氢能供电磁悬浮小车的动力系统，其特征在于：所述小车主体（5）内部还设有霍尔传感器（10），所述霍尔传感器（10）设有两组，所述霍尔传感器（10）的信号输出端与STM32处理器（7）的信号输入端连接。

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