TWI410341B - 真空磁懸導引動力車 - Google Patents

Description

真空磁懸導引動力車

本發明係有關一種動力車，尤指一種真空磁懸導引動力車，其兼具真空環境行進幾乎無阻力、無傳動廢氣與裝置壽命長等功效。

傳統火車或是捷運等行動工具都是在軌道上行進，頂多只是速度快慢的差別，且無法在真空狀態下行進。傳統行動工具產生以下問題：

[1]　行進阻力大。傳統火車或是捷運都是在軌道上行進，且是處在一般的大氣環境中，行進中必需承受大氣阻力，且速度愈快，阻力愈大(相對也愈損耗能源)，故，行進阻力大。

[2]　傳動產生廢氣。傳統火車或是捷運的傳動裝置都會產生廢氣，傳動時間愈長，廢氣量愈大，嚴重影響空氣品質。

[3]　維修成本高。傳統火車或是捷運因傳動裝置複雜，故維修成本也高。

有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。

本發明之目的，在於提供一種真空磁懸導引動力車，其兼具真空環境行進幾乎無阻力、無傳動廢氣與裝置壽命長之優點。特別是，本發明所欲解決之問題包括：行進阻力大、傳動產生廢氣與維修成本高等問題。

解決上述問題之技術手段係提供一種真空磁懸導引動力車，其包括：[a]　一真空行進管道，係具有一上方部、一下方部、一通道部、一帶狀位置感測件及一前進方向，該真空行進管道係供一懸浮車體於其內沿該前進方向行進，該懸浮車體沿該前進方向，而具有一車頂第一端及一車頂第二端，該帶狀位置感測件係沿該前進方向設於該真空行進管道內；[b]一磁懸吊裝置，其包括：一對永久磁懸部，係沿該前進方向而設於該懸浮車體上，並朝向該真空行進管道之上方部；一對電磁軌，係沿該前進方向而設於該上方部，並朝向該對永久磁懸部，當對該對電磁軌反覆切換供電、斷電，則分別使該對電磁軌與該對永久磁懸部間反覆呈磁吸、放開，使該懸浮車體以一懸浮距離懸浮於該電磁軌下面；[c]一磁動力裝置，其包括：至少兩個永久磁性被動部，係分別設於該車頂第一、該車頂第二端上，並位於該對永久磁懸部之間，且朝向該上方部；複數個電磁動力部，係沿該前進方向而依序設於該上方部，並面對該永久磁性被動部，該複數個電磁動力部係可改變極性；[d]一控制裝置，係包括：複數個高度感測件，係當感測該懸浮車體與該對電磁軌間呈高於一懸浮標準線之較高距離；即由該控制裝置將對該電磁軌供電切換為斷電，並當感測該懸浮車體與該對電磁軌間呈低於懸浮標準線之較低距離，則由該控制裝置將對該電磁軌斷電切換為供電，使該懸浮車體與該電磁軌間保持該懸浮距離；複數個極性感測裝置；係用以感測通過該電磁動力部之永久磁性被動部的極性，使該控制裝置切換接近該車頂第一端之電磁動力部，改變為排斥該車頂第一端上之永久磁性被動部的極性；並使該控制裝置切換接近該車頂第二端之電磁動力部，改變為吸引該車頂第二端上之永久磁性被動部的極性；該複數個電磁動力部反覆的改變極性，達到使懸浮車體於該對電磁軌下方，沿該前進方向前進，當反向切變極性，可使懸浮車體於該電磁軌下方作後退與停止其中之一種動作；至少一行進感測件，用以感測該懸浮車體與該帶狀位置感測件間之相對移動位置，供該控制裝置控制該懸浮車體停靠於預定位置； 該控制裝置又包括：一真空抽氣裝置，用以將真空行進管道內的空氣吸除真空；一磁性水平控制部，係包括一車體磁性件及一管道磁件性，分別設於該懸浮車體與該真空行進管道相對應的位置，用以使懸浮車體於該真空行進管道內保持水平；其中，該通道部係包括至少兩個真空閥門、一進出通口及一伸縮通道；該兩個真空閥門用以封閉該真空行進管道；該伸縮通道用以連通該懸浮車體之出入口與該進出通口，而讓懸浮車體與真空行進管道之外部相連通，該進出通口用以供乘客進出該懸浮車體；其中，該帶狀位置感測裝置係為光學尺，其上具有複數刻度；該行進感測件係為光學感測器，其設於該懸浮車體上，用以感測該帶狀位置感測裝置之刻度；該永久磁懸部係為永久磁鐵；該電磁軌係為電磁鐵；該每一永久磁性被動部係包括至少一N極永久磁鐵元件及一S極永久磁鐵元件；該電磁動力部係為電磁線圈；該複數個高度感測件係為光電式距離感應器、電子式距離感應器的其中之一種；其中，該每一極性感測裝置係包括：複數個極性確認件，係設於相對應之電磁動力部上；一N極感應件，係位於N極永久磁鐵元件上；一S極感應件，係位於S極永久磁鐵元件上；當該永久磁性被動部與該電磁動力部相對移動，藉該極性確認件發出之極性確認光照射到N極感應件與S極感應件的其中之一，判斷通過該電磁動力部為該N極永久磁鐵元件與該S極永久磁鐵元件的其中之一。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

首先，先在此說明本案所運用之懸浮原理。磁體兩極，即N極與S極，若利用同性相斥的原理(例如地面為S極，而在地面上方之車底為另一S極)，當相斥力夠大時，即可將車上推而浮起。另外，也可運用異性相吸的原理，如第十六圖所示，中央之物體93為鐵塊(磁鐵亦可)，其上方有一電磁鐵94，而該電磁鐵94之磁力強度係被一控制器95所控制，該控制器95係接收一測距儀96之即時距離信號，該電磁鐵94與該物體93之間具有一懸浮距離S。當電磁鐵94之吸力太弱時，該物體93會略為落下(此測距儀96會傳遞即時距離信號)，此時該控制器95立刻加強該電磁鐵94之吸力，使該物體93略為被磁吸而向上；反之，若懸浮距離S變小，則此控制器95立刻減弱該電磁鐵94之吸力，進而使該物體93略落下。因此，此懸浮距離S可以保持在固定，此為已知、已公開且常見之科學原理(例如台中市之科博館內即有相關裝置)，在此陳明。

本發明係為一種真空磁懸導引動力車，參閱第一及第二圖，其包括：[a]一真空行進管道10，係具有一上方部11、一下方部12、一通道部13、一帶狀位置感測件14及一前進方向L，該真空行進管道10係供一懸浮車體10A於其內沿該前進方向L行進，該懸浮車體10A沿該前進方向L，而具有一車頂第一端101及一車頂第二端102，該帶狀位置感測件14係沿該前進方向L設於該真空行進管道10內；[b]一磁懸吊裝置20，其包括：一對永久磁懸部21，係沿該前進方向L而設於該懸浮車體10A上，並朝向該真空行進管道10之上方部11；一對電磁軌22，係沿該前進方向L而設於該上方部11， 並朝向該對永久磁懸部21，當對該對電磁軌22反覆切換供電、斷電，則分別使該對電磁軌22與該對永久磁懸部21間反覆呈磁吸、放開，使該懸浮車體10A以一懸浮距離D1懸浮於該電磁軌22下面；[c]一磁動力裝置30，其包括：至少兩個永久磁性被動部31，係分別設於該車頂第一、該車頂第二端101與102上，並位於該對永久磁懸部21之間，且朝向該上方部11；複數個電磁動力部32，係沿該前進方向L而依序設於該上方部11，並面對該永久磁性被動部31，該複數個電磁動力部32係可改變極性；[d]一控制裝置40，係包括：複數個高度感測件41，係當感測該懸浮車體10A與該對電磁軌22間呈高於一懸浮標準線X之較高距離D2；即由該控制裝置40將對該電磁軌22供電切換為斷電(相當於從第三A圖變成第三B圖)，並當感測該懸浮車體10A與該對電磁軌22間呈低於懸浮標準線X之較低距離D3，則由該控制裝置40將對該電磁軌22斷電切換為供電(相當於從第三B圖變回第三A圖)，使該懸浮車體10A與該電磁軌22間保持該懸浮距離D1；複數個極性感測裝置42；係用以感測通過該電磁動力部32之永久磁性被動部31的極性(參閱第四A及第四B圖)，使該控制裝置40切換(參閱第五A及第五B圖)接近該車頂第一端101之電磁動力部32，改變為排斥該車頂第一端101上之永久磁性被動部31的極性；並使該控制裝置40切換接近該車頂第二端102之電磁動力部32，改變為吸引該車頂第二端102上之永久磁性被動部31的極性；該複數個電磁動力部32反覆的改變極性，達到使懸浮車體10A於該對電磁軌22下方，沿該前進方向L前進，當反向切變極性，可使懸浮車體10A於該電磁軌22下方作後退與停止其中之一種動作； 至少一行進感測件43，用以感測該懸浮車體10A與該帶狀位置感測件14間之相對移動位置(參閱第六A及第六B圖)，供該控制裝置40控制該懸浮車體10A停靠於預定位置。

實務上，該懸浮車體10A又包括一供氣裝置103、一供電裝置104及一無線傳輸裝置105，用以在行進至預定停車處(參閱第七A及第七B圖，例如位於兩個真空閥門131之間的站台)時，於站台內的充氣模組15、充電模組16與無線傳輸模組17分別進行充氣、供電與無線傳輸訊息等作業。

該通道部13(參閱第七A及第七B圖)至少包括該兩個真空閥門131、一進出通口132及一伸縮通道133；該兩個真空閥門131用以封閉該真空行進管道10；該伸縮通道133用以連通該懸浮車體10A之出入口與該進出通口132，而讓懸浮車體10A與真空行進管道10之外部相連通(參閱第七C圖)，該進出通口132用以供乘客91進出該懸浮車體10A。

該帶狀位置感測裝置14可為光學尺，其上具有複數刻度141(參閱第六A及第六B圖)。

該永久磁懸部21可為永久磁鐵。

該電磁軌22可為電磁鐵。

該每一永久磁性被動部31係包括至少一N極永久磁鐵元件311及一S極永久磁鐵元件312。

該電磁動力部32可為電磁線圈。

該複數個高度感測件41，可為光電式距離感應器、電子式距離感應器(所有公知距離感應器皆可為之)的其中之一種；只要可感測該懸浮車體10A與該電磁軌22間之懸浮距離D1即可。

該每一極性感測裝置42係包括：複數個極性確認件421，係設於相對應之電磁動力部32(參閱第二、第四A及第四B圖)上；一N極感應件422，係位於N極永久磁鐵元件311上；一S極感應件423，係位於S極永久磁鐵元件312上； 當該永久磁性被動部31與該電磁動力部32相對移動，藉該極性確認件421發出之極性確認光42A照射到N極感應件422或S極感應件423，可判斷通過該電磁動力部32為該N極永久磁鐵元件311與該S極永久磁鐵元件312的其中之一。

該行進感測件43可為光學感測器，其設於該懸浮車體10A上，用以感測該帶狀位置感測件14之刻度141，以判別該懸浮車體10A於該真空行進管道10內行進的位置。

該控制裝置40又包括：一真空抽氣裝置44，用以將真空行進管道10內的空氣92吸除真空。

一磁性水平控制部45，係包括一車體磁性件451及一管道磁件性452，分別設於該懸浮車體10A與該真空行進管道10相對應的位置，並藉同性相斥的磁性原理，使懸浮車體10A於該真空行進管道10內保持水平。

本發明之動作基本(參閱第九、第十、第十一圖)上分兩個部份，並詳述如下：

[a]磁懸吊部份(參閱第三A及第三B圖)：啟動該控制裝置40，當該高度感測件41分別感測該永久磁懸部21與該電磁軌22間呈較高距離D2與較低距離D3的其中之一，則分別對該電磁軌22進行斷電、供電的其中之一種動作；如此反覆動作，使該電磁軌22與該懸浮車體10A間反覆磁吸、放開而保持一懸浮距離D1。

[b]磁動力部份(參閱第五A及第五B圖)：以該極性確認件421發出之極性確認光42A，照射到懸浮車體10A上之N極感應件422與S極感應件423的其中之一(參閱第四A及第四B圖)，辨識通過該電磁動力部32的為N極永久磁鐵元件311與S極永久磁鐵元件312的其中之一；而由該控制裝置40將接近該車頂第一端101的電磁動力部32改變極性，切換為排斥該車頂第一端101上之永久磁性被動部31；並將接近該車頂第二端102的電磁動力部32改變極性，切換為吸引該車 頂第二端102上之永久磁性被動部31；依序反覆切換，達到後推前吸而使懸浮車體10A沿該前進方向L於該真空行進管道10內行進，當然，反向切換極性，可進行剎車或是後退的動作，係公知原理，恕不贅述。

另外，關於上下車的部份，係由該行進感測件43感測該帶狀位置感測件14上之刻度141，而測得該懸浮車體10A於該真空行進管道10內行進的位置(參閱第六A及第六B圖，例如由一第一位置P1行進預定距離Y到達一第二位置P2)；並在行進至預定停車處(參閱第七A及第七B圖，例如位於兩個真空閥門131之間的站台)時，可啟動兩個真空閥門131封閉懸浮車體10A所在的真空行進管道10，將該伸縮通道133氣密連通懸浮車體10A之門體，再開啟進出通口132，則乘客91與空氣92可由進出通口132經伸縮通道133進出該懸浮車體10A(參閱第七C圖)，待乘客91上下車完畢後，反向控制(參閱第七D及第七E圖)該真空閥門131、該進出通口132及該伸縮通道133動作(可視情況再以真空抽氣裝置44將真空行進管道10內的空氣92吸除真空)，懸浮車體10A繼續於真空行進管道10內行進(參閱第十二、第十三、第十四及第十五圖)。

本發明之優點及功效可歸納如下：

[1]真空環境行進幾乎無阻力。本發明之懸浮車體係在真空行進管道內，以磁力“懸浮”於電磁軌下方，猶如是“飄浮”於真空行進管道內，而真空中幾乎無阻力，係公知原理，可讓能源損耗減到最低，亦即，以最低能源達到最高的行進動力，故，真空環境行進幾乎無阻力。

[2]無傳動廢氣。本發明主要於真空行進管道上方，與懸浮車體的相對應位置，分別設置電磁線圈與永久磁鐵，再配合同性相斥與異性相吸的反覆磁極切換，而推動懸浮車體行進，傳動過程不產生任何的廢氣，故，傳動無廢氣。

[3]裝置壽命長。本發明係以永久磁鐵與電磁鐵間反覆的磁吸與放開，使懸浮車體懸浮於真空行進管道內，並以電磁線 圈反覆的切換與永久磁鐵間相斥、相吸，達到使懸浮車體於真空行進管道內行進，不論是懸浮或是行進，均無實體零件的接觸磨擦，零件因接觸摩擦造成的損耗率極低，故，裝置壽命長。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10‧‧‧真空行進管道

10A‧‧‧懸浮車體

101‧‧‧車頂第一端

102‧‧‧車頂第二端

103‧‧‧供氣裝置

104‧‧‧供電裝置

105‧‧‧無線傳輸裝置

11‧‧‧上方部

12‧‧‧下方部

13‧‧‧通道部

131‧‧‧真空閥門

132‧‧‧進出通口

133‧‧‧伸縮通道

14‧‧‧帶狀位置感測件

141‧‧‧刻度

15‧‧‧充氣模組

16‧‧‧充電模組

17‧‧‧無線傳輸模組

20‧‧‧磁懸吊裝置

21‧‧‧永久磁懸部

22‧‧‧電磁軌

30‧‧‧磁動力裝置

31‧‧‧永久磁性被動部

311‧‧‧N極永久磁鐵元件

312‧‧‧S極永久磁鐵元件

32‧‧‧電磁動力部

40‧‧‧控制裝置

41‧‧‧高度感測件

42‧‧‧極性感測裝置

421‧‧‧極性確認件

422‧‧‧N極感應件

423‧‧‧S極感應件

42A‧‧‧極性確認光

43‧‧‧行進感測件

44‧‧‧真空抽氣裝置

45‧‧‧磁性水平控制部

451‧‧‧車體磁性件

452‧‧‧管道磁件性

91‧‧‧乘客

92‧‧‧空氣

93‧‧‧物體

94‧‧‧電磁鐵

95‧‧‧控制器

96‧‧‧測距儀

L‧‧‧前進方向

P1‧‧‧第一位置

P2‧‧‧第二位置

D1、S‧‧‧懸浮距離

D2‧‧‧較高距離

D3‧‧‧較低距離

X‧‧‧懸浮標準線

Y‧‧‧預定距離

第一圖係本發明之示意圖

第二圖係本發明之部份結構之示意圖

第三A及第三B圖係分別為本發明之懸浮距離之感測動作過程之示意圖

第四A及第四B圖係分別為本發明之極性感測裝置感測N極感應件與S極感應件之示意圖

第五A及第五B圖係分別為本發明之電磁動力部切換不同極性推動懸浮車體行進之示意圖

第六A及第六B圖係分別為行進感測件於不同位置感測帶狀位置感測件之刻度之示意圖

第七A、第七B、第七C、第七D及第七E圖係分別為本發明之通道部的相關裝置之開啟與關閉過程之示意圖

第八A及第八B圖係分別為本發明之磁性水平控制部之動作過程之示意圖

第九圖係本發明之懸浮車體之控制裝置之方塊圖

第十圖係本發明之懸浮車體與站台間之控制的方塊圖

第十一圖係本發明之站台控制之流程圖

第十二圖係本發明之懸浮車體內之安全程序之流程圖

第十三圖係本發明之懸浮車體於站台內之停止定位之流程圖

第十四圖係本發明之磁懸吊裝置之動作流程圖

第十五圖係本發明之懸浮車體之行進控制之流程圖

第十六圖係本發明之懸浮控制原理之示意圖

10．．．真空行進管道

10A．．．懸浮車體

101．．．車頂第一端

102．．．車頂第二端

103．．．供氣裝置

104．．．供電裝置

105．．．無線傳輸裝置

11．．．上方部

12．．．下方部

13．．．通道部

14．．．帶狀位置感測件

21．．．永久磁懸部

22．．．電磁軌

31．．．永久磁性被動部

311．．．N極永久磁鐵元件

312．．．S極永久磁鐵元件

32．．．電磁動力部

40．．．控制裝置

43．．．行進感測件

44．．．真空抽氣裝置

45．．．磁性水平控制部

451．．．車體磁性件

452．．．管道磁件性

L．．．前進方向

Claims (1)

1. 一種真空磁懸導引動力車，係包括：[a]一真空行進管道，係具有一上方部、一下方部、一通道部、一帶狀位置感測件及一前進方向，該真空行進管道係供一懸浮車體於其內沿該前進方向行進，該懸浮車體沿該前進方向，而具有一車頂第一端及一車頂第二端，該帶狀位置感測件係沿該前進方向設於該真空行進管道內；[b]一磁懸吊裝置，其包括：一對永久磁懸部，係沿該前進方向而設於該懸浮車體上，並朝向該真空行進管道之上方部；一對電磁軌，係沿該前進方向而設於該上方部，並朝向該對永久磁懸部，當對該對電磁軌反覆切換供電、斷電，則分別使該對電磁軌與該對永久磁懸部間反覆呈磁吸、放開，使該懸浮車體以一懸浮距離懸浮於該電磁軌下面；[c]一磁動力裝置，其包括：至少兩個永久磁性被動部，係分別設於該車頂第一、該車頂第二端上，並位於該對永久磁懸部之間，且朝向該上方部；複數個電磁動力部，係沿該前進方向而依序設於該上方部，並面對該永久磁性被動部，該複數個電磁動力部係可改變極性；[d]一控制裝置，係包括：複數個高度感測件，係當感測該懸浮車體與該對電磁軌間呈高於一懸浮標準線之較高距離；即由該控制裝置將對該電磁軌供電切換為斷電，並當感測該懸浮車體與該對電磁軌間呈低於懸浮標準線之較低距離，則由該控制裝置將對該電磁軌斷電切換為供電，使該懸浮車體與該電磁軌間保持該懸浮距離；複數個極性感測裝置；係用以感測通過該電磁動力部之永久磁性被動部的極性，使該控制裝置切換接近該車頂第 一端之電磁動力部，改變為排斥該車頂第一端上之永久磁性被動部的極性；並使該控制裝置切換接近該車頂第二端之電磁動力部，改變為吸引該車頂第二端上之永久磁性被動部的極性；該複數個電磁動力部反覆的改變極性，達到使懸浮車體於該對電磁軌下方，沿該前進方向前進，當反向切變極性，可使懸浮車體於該電磁軌下方作後退與停止其中之一種動作；至少一行進感測件，用以感測該懸浮車體與該帶狀位置感測件間之相對移動位置，供該控制裝置控制該懸浮車體停靠於預定位置；該控制裝置又包括：一真空抽氣裝置，用以將真空行進管道內的空氣吸除真空；一磁性水平控制部，係包括一車體磁性件及一管道磁件性，分別設於該懸浮車體與該真空行進管道相對應的位置，用以使懸浮車體於該真空行進管道內保持水平；其中，該通道部係包括至少兩個真空閥門、一進出通口及一伸縮通道；該兩個真空閥門用以封閉該真空行進管道；該伸縮通道用以連通該懸浮車體之出入口與該進出通口，而讓懸浮車體與真空行進管道之外部相連通，該進出通口用以供乘客進出該懸浮車體；其中，該帶狀位置感測裝置係為光學尺，其上具有複數刻度；該行進感測件係為光學感測器，其設於該懸浮車體上，用以感測該帶狀位置感測裝置之刻度；該永久磁懸部係為永久磁鐵；該電磁軌係為電磁鐵；該每一永久磁性被動部係包括至少一N極永久磁鐵元件及一S極永久磁鐵元件；該電磁動力部係為電磁線圈； 該複數個高度感測件係為光電式距離感應器、電子式距離感應器的其中之一種；其中，該每一極性感測裝置係包括：複數個極性確認件，係設於相對應之電磁動力部上；一N極感應件，係位於N極永久磁鐵元件上；一S極感應件，係位於S極永久磁鐵元件上；當該永久磁性被動部與該電磁動力部相對移動，藉該極性確認件發出之極性確認光照射到N極感應件與S極感應件的其中之一，判斷通過該電磁動力部為該N極永久磁鐵元件與該S極永久磁鐵元件的其中之一。