一种磁浮运输系统的制作方法

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种磁浮运输系统，尤其涉及一种基于被动永磁悬浮技术的走行机构及其轨道、以及具有该走行机构及其轨道的运输系统。

背景技术：

现有的轨道交通车辆的制式，可以包括：钢轮-钢轨系统、单轨系统(跨座式单轨和悬挂式单轨)、磁悬浮系统、橡胶轮轻轨系统等。其中，磁悬浮系统目前普遍采用的是常导电磁悬浮和高温超导磁悬浮以及低温超导磁悬浮等几种形式。而对于新兴起的真空管道磁悬浮系统，基于被动永磁悬浮技术的磁悬浮技术目前也获得了工程应用。但现有的几种磁悬浮形式，都存在着各自的技术短板。

如图1和图2所示，对于常导电磁悬浮系统，其主要是靠电磁线圈产生的吸力进行悬浮，属于主动悬浮，因此对于悬浮系统的控制要求较高。此外，由于没有车轮做支撑，仅靠滑橇装置进行支撑，倘若发生停电事故，仅靠滑橇的滑动摩擦来进行制动是及其危险的。其中，常导电磁悬浮系统中，设置有导向电磁铁21、导磁导轨22和悬浮电磁铁23。

如图3和图4所示，对于高温超导磁悬浮系统，其沿轨道铺设的永磁体消耗巨大，据计算，倘若铺设100公里永磁体轨道将消耗我国一年的稀土产量。对于长大干线的建造而言，是极其不经济的。其中，高温超导磁悬浮系统中，设置有超导线圈24、地面线圈25、高温超导块26和永磁导轨27。

如图5和图6所示，对于低温超导磁悬浮技术，首先就是低温超导技术本身相对于高温超导技术的复杂性，且用于低温超导的液氦，比用于高温超导的液氮的经济性差。其中，低温超导磁悬浮系统中，也设置有超导线圈24、地面线圈25。

而对于现有的基于被动永磁悬浮技术设计的磁浮列车，以正在试验阶段的hyperloopone公司(即超级高铁公司，是总部位于美国洛杉矶的初创企业)的样车为例，从其公布的视频资料看，该车采用两块悬浮磁铁提供升力、两块导向磁铁提供导向力，同时有小轮在铝板上提供支撑。但由于该样车目前为止仍属于原理性试验，并未承担载人运输任务，因此作为支撑的小轮能否适应其高速运行目标，尚未可知；且其磁浮模块与导向模块分别独立工作，结构复杂，不易于工程化生产。

总之，在现阶段，既有的几种磁悬浮交通形式，都存在各自的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种磁浮运输系统，以解决现有技术中主动悬浮系统若发生停电事故仅靠滑橇的滑动摩擦来进行制动存在安全性差是的问题，达到提升安全性能的效果。

本发明提供一种磁浮运输系统，包括：磁浮模块、轨道、直线电机和被动式磁悬浮列车，其中，所述磁浮模块，包括：呈下凹形弧形结构的永磁体模块；所述下凹形弧形结构的顶面和底面具有下凹形弧形面，侧面为竖直面；所述磁浮模块的数量为两组，两组所述磁浮模块设置于所述被动式磁悬浮列车的底部；所述直线电机，包括：直线电机定子、直线电机动子；所述直线电机定子，沿所述被动式磁悬浮列车的行进方向，安装于待运行隧道内道床的路面中心位置上；所述轨道的数量为两组，两组所述轨道均匀布置在所述直线电机定子的两侧，用于在所述直线电机的驱动下，与所述磁浮模块形成悬浮力和导向力，使所述被动式磁悬浮列车在所述轨道上运行。

可选地，在所述磁浮模块的侧面，还设置有导向板，用于增强所述永磁体模块的磁铁利用率和导向力。

可选地，其中，所述轨道，由l形铝合金型材制成；和/或，所述轨道，包括：竖直部和水平部，所述竖直部和所述水平部之间呈l形结构；所述水平部的顶面，具有与所述磁浮模块的下凹形弧形结构相匹配的下凹形弧形面；所述竖直部，与所述磁浮模块的侧面平行。

可选地，所述被动式磁悬浮列车，包括：转向架和车体；其中，所述转向架的数量为两组，两组所述转向架，前后设置于所述车体的底部；每组所述转向架与每组所述磁浮模块配合安装。

可选地，所述转向架，包括：低地板式转向架；所述低地板式转向架，包括：独立轮对、构架、中央连接件、牵引拉杆和直线电机牵引架；其中，所述构架的数量为两组，两组所述构架通过所述中央连接件在中间相连；每组所述构架的前后两端，分别设置有两组所述直线电机牵引架；所述直线电机动子悬挂在对应的所述直线电机牵引架的中心正下方；每组所述构架的前后两端，分别设置有两组所述独立轮对；两组所述牵引拉杆分别连接在对应的所述直线电机牵引架和所述中央连接件之间；每组所述磁浮模块安装在每组所述构架的中间下凹位置处；每组所述构架的中间下凹位置处连接至所述车体。

可选地，所述低地板式转向架，还包括：抗蛇行减震器、垂向减震器和横向减振器；其中，四组所述抗蛇行减振器分别安装在对应的所述直线电机牵引架的外侧，呈左右对称形式布置；四组所述垂向减震器分别安装在对应的所述直线电机牵引架的上方，呈左右对称形式布置；两组所述横向减震器安装在所述中央连接件的左右两侧。

可选地，其中，所述独立轮对，包括：实体橡胶车轮结构或金属橡胶复合车轮结构，用于支撑所述被动式磁悬浮列车、以及使所述被动式磁悬浮列车在低速阶段运行；和/或，每组所述磁浮模块与对应的所述独立轮对的中心共线。

本发明的方案，通过采用低地板式转向架，为车辆提供支撑及直线驱动；同时借助永磁磁浮模块及磁浮轨道为车辆提供悬浮力和导向力；在列车进行紧急制动时，由于采用成熟的机械制动模式，因为安全性大为提高；且由于永磁悬浮比超导悬浮成本低，因而具备更强的经济性；同时，由于采用悬浮、导向融为一体的磁浮模块技术，结构更为简单合理，具备更强的工程化实现能力。

进一步地，本发明的方案，通过采用基于被动永磁悬浮技术的低地板式转向架+磁浮模块形式，此外磁浮模块兼具悬浮和导向两种作用，使得该新型走行机构具备进一步提高运行速度的潜力，因此具有一定的技术优势；另外，由于采用了低地板转向架，使得列车具备更低矮的外形，从而减小了真空管道的截面尺寸。

由此，本发明的方案，通过采用被动永磁悬浮技术，结合低地板式转向架、以及兼具悬浮作用和导向作用的永磁磁浮模块及磁浮轨道，解决现有技术中主动悬浮系统若发生停电事故仅靠滑橇的滑动摩擦来进行制动存在安全性差是的问题，从而，克服现有技术中安全性差、成本高和结构复杂的缺陷，实现安全性好、成本低和结构简单的有益效果。

本发明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，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为常导电磁悬浮(ems)系统在低速常导磁悬浮状态的结构示意图；

图2为常导电磁悬浮(ems)系统在高速常导磁悬浮状态的结构示意图；

图3为低温超导磁悬浮(eds)系统在斥力悬浮状态的结构示意图；

图4为低温超导磁悬浮(eds)系统在吸力悬浮状态的结构示意图可以参见图3所示的例子；

图5为高温超导(hts)磁悬浮系统以高温超导线圈悬浮的结构示意图，另高温超导(hts)磁悬浮系统以高温超导块材悬浮的结构示意图可以参见图4所示的例子；

图6为本发明的磁浮运输系统中走行机构及其轨道的整体布局图；

图7为本发明的磁浮运输系统中轨道和直线电机定子布局的俯视图；

图8为本发明的磁浮运输系统中轨道和直线电机定子布局的主视图；

图9为本发明的磁浮运输系统中走行机构与车体的安装布置图；

图10为本发明的磁浮运输系统中走行机构与车体的侧面布局图；

图11为本发明的磁浮运输系统中走行机构的正面剖视图；

图12为本发明的磁浮运输系统中走行机构的左视图；

图13为本发明的磁浮运输系统中走行机构的俯视图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-直线电机定子；2-道床；3-隧道；4-轨道(例如：l形轨道)；5-被动式磁悬浮列车；6-低地板转向架；7-车体；8-磁浮模块；9-独立轮对；10-直线电机动子；11-一系悬挂系统；12-构架；13-二系悬挂系统；14-中央连接件；15-直线电机升降机构；16-牵引拉杆；17-直线电机牵引架；18-抗蛇行减震器；19-垂向减震器；20-横向减振器；21-导向电磁铁；22-导磁导轨；23-悬浮电磁铁；24-超导线圈；25-地面线圈；26-高温超导块；27-永磁导轨。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种磁浮运输系统。参见图6至图13所示的例子，该磁浮运输系统可以包括：磁浮模块8、轨道4、直线电机和被动式磁悬浮列车5。

其中，所述磁浮模块8，可以包括：呈下凹形弧形结构的永磁体模块。所述下凹形弧形结构的顶面和底面具有下凹形弧形面，侧面为竖直面。所述磁浮模块8的数量为两组，两组所述磁浮模块8设置于所述被动式磁悬浮列车5的底部。

所述直线电机，可以包括：直线电机定子1、直线电机动子10。所述直线电机定子1，沿所述被动式磁悬浮列车5的行进方向，安装于待运行隧道3内道床2的路面中心位置上。

所述轨道4的数量为两组，两组所述轨道4均匀布置在所述直线电机定子1的两侧，可以用于在所述直线电机的驱动下，与所述磁浮模块8形成悬浮力和导向力，使所述被动式磁悬浮列车5在所述轨道4上运行。其中，下凹形弧形磁浮模块和磁浮轨道，即提供悬浮力，又提供导向力。

由此，通过借助永磁磁浮模块及磁浮轨道为车辆提供悬浮力和导向力，由于采用悬浮、导向融为一体的磁浮模块技术，结构更为简单合理，具备更强的工程化实现能力。

进一步地，在所述磁浮模块8的侧面，还设置有导向板，可以用于增强所述永磁体模块的磁铁利用率和导向力。

由此，通过导向板进一步增强磁磁浮模块的磁铁利用率和导向力，有利于提升车辆运行的稳定性和可靠性。

可选地，所述轨道4，由l形铝合金型材制成。

可选地，所述轨道4，可以包括：竖直部和水平部，所述竖直部和所述水平部之间呈l形结构。所述水平部的顶面，具有与所述磁浮模块8的下凹形弧形结构相匹配的下凹形弧形面。所述竖直部，与所述磁浮模块8的侧面平行。

由此，通过l形轨道，一方面可以简化轨道结构，另一方面可以与磁浮模块之间形成可靠地悬浮力和导向力，有利于提升车辆运行的安全性和可靠性。

在一个可选例子中，所述被动式磁悬浮列车5，可以包括：转向架和车体7。

其中，所述转向架的数量为两组，两组所述转向架，前后设置于所述车体7的底部。每组所述转向架与每组所述磁浮模块8配合安装。

由此，通过转向架和车体配合形成被动式磁悬浮列车，结构简单，车辆运行灵活性好。

进一步地，所述转向架，可以包括：低地板式转向架6。所述低地板式转向架6，可以包括：独立轮对9、构架12、中央连接件14、牵引拉杆16和直线电机牵引架17。

其中，所述构架12的数量为两组，两组所述构架12通过所述中央连接件14在中间相连。每组所述构架12的前后两端，分别设置有两组所述直线电机牵引架17。所述直线电机动子10悬挂在对应的所述直线电机牵引架17的中心正下方。每组所述构架12的前后两端，分别设置有两组所述独立轮对9。两组所述牵引拉杆16分别连接在对应的所述直线电机牵引架17和所述中央连接件14之间。每组所述磁浮模块8安装在每组所述构架12的中间下凹位置处。每组所述构架12的中间下凹位置处连接至所述车体7。

由此，通过独立轮对、构架、中央连接件、牵引拉杆和直线电机牵引架等构成低地板式转向架，结构简单、且可靠性好，还有利于减小车辆整体高度，减小车辆占用隧道的空间容量，成本低。

进一步地，所述低地板式转向架6，还可以包括：抗蛇行减震器18、垂向减震器19和横向减振器20。

其中，四组所述抗蛇行减振器18分别安装在对应的所述直线电机牵引架17的外侧，呈左右对称形式布置。四组所述垂向减震器19分别安装在对应的所述直线电机牵引架17的上方，呈左右对称形式布置。两组所述横向减震器20安装在所述中央连接件14的左右两侧。

由此，通过多种减震器，可以减小车辆运行过程中的震动，改善车辆运行环境，提升用户体验。

可选地，所述独立轮对9，可以包括：实体橡胶车轮结构或金属橡胶复合车轮结构，可以用于支撑所述被动式磁悬浮列车5、以及使所述被动式磁悬浮列车5在低速阶段运行。

由此，通过支撑车辆并使其在低速阶段运行的独立轮对，结构简单，且可提升车辆运行可靠性和安全性。

可选地，每组所述磁浮模块8与对应的所述独立轮对9的中心共线。

由此，通过使磁浮模块与独立轮对的中心共线，可以提升悬浮和运行可靠性和安全性。

在一个可选实施方式中，为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新型走行机构及其轨道。该走行机构及轨道基于被动永磁悬浮技术，结合了低地板式转向架及永磁悬浮技术。具体地，这种走行机构及其轨道，采用低地板式转向架，为车辆提供支撑及直线驱动，同时借助永磁磁浮模块及磁浮轨道为车辆提供悬浮力和导向力。这样，在列车进行紧急制动时，由于采用成熟的机械制动模式，因为安全性大为提高；且由于永磁悬浮比超导悬浮成本低，因而具备更强的经济性；同时，由于采用悬浮、导向融为一体的磁浮模块技术，结构更为简单合理，相比于采用两块悬浮磁铁提供升力、两块导向磁铁提供导向力、同时有小轮在铝板上提供支撑的样车，具备更强的工程化实现能力。

也就是说，该新型走行机构及其轨道，具有比传统常导磁悬浮形式更为安全的制动性能，尤其是在紧急制动时更为成熟；同时比超导磁悬浮形式有更强的经济性，建造成本更低；此外，由于采用基于被动永磁悬浮技术的低地板式转向架+磁浮模块形式，此外磁浮模块兼具悬浮和导向两种作用，使得该新型走行机构具备进一步提高运行速度的潜力，因此具有一定的技术优势；另外，该新型走行机构及其轨道，也适用于真空管道磁悬浮系统，由于采用了低地板转向架，使得列车具备更低矮的外形，从而减小了真空管道的截面尺寸。

在一个可选例子中，本发明的方案中，新的走行机构及轨道型式，由于采用车轮作为支撑和低速时的驱动机构，因此有更好的制动能力，更强的安全性；磁浮模块与导向模块融为一体，使得结构更为简单，布局更合理；轨道的导向性更加完善，对中适应性以及自我纠正能力更强，保证了列车不会出现脱轨、倾覆现象；由于采用低地板式转向架，获得了更加低矮的外形尺寸，从而具有更小的隧道占用空间，更高的经济性。

优选地，本发明的方案中，可以采用下凹弧形磁浮模块及磁浮轨道、下凹弧形轨道同时作为轮轨轨道、弧形轨道侧面加导向等多种实现方式。

在一个可选具体实施方式中，本发明的方案，主要作用是解决既有磁悬浮列车在安全性和经济性上的不足，以及现有磁悬浮列车的悬浮、导向机构所存在的结构复杂等技术问题。所以，本发明的方案，通过设计一种基于被动永磁悬浮技术的走行机构及其轨道，实现被动式磁悬浮列车的驱动和悬浮动作；同时，该走行机构及轨道适用于真空管道交通系统，且具备在真空管道内进一步提升运行速度的潜力。

具体地，该走行机构采用低地板式转向架+磁浮模块的组合方式，并由直线电机进行驱动。在低速阶段借助车轮在轨道上行驶，同时磁浮模块与铝合金轨道发生相互作用，磁浮模块的永磁体切割磁力线，从而在轨道上产生向上的升力。当列车达到一定速度后、随着升力的增加则实现起浮，并逐步进入稳定巡航阶段。当列车制动的时候，首先由直线电机进行涡流制动，随着运行速度的降低，磁浮模块与轨道所产生的升力逐渐减小，列车重新降落到轨道上，再由车轮实现机械制动，并最终平稳的停靠在车站的站台。l形的轨道不但为走行机构提供了向上的升力，同时侧面也提供了导向力，从而保证列车始终都能够在轨道中安全行驶。

此种走行机构及其轨道，尤其适合在真空管道内使用，下面就以真空管道内运行为例，对本发明的走行机构及其轨道进行具体描述：

该走行机构，可运行在密闭的隧道3中。隧道3内铺有道床2，在道床2的路面中心位置上、沿隧道行进方向安装有直线电机定子1，在直线电机定子1的两侧均匀布置l形轨道4。由低地板转向架6和车体7组成的被动式磁悬浮列车5在轨道4上运行。

可选地，低地板转向架6主要由半圆环形的磁浮模块8、独立轮对9、直线电机动子10、构架12、中央连接件14、牵引拉杆16、直线电机牵引架17、抗蛇行减震器18、垂向减震器19、横向减振器20等组成。

其中，构架12位于转向架左右两侧，采用100％低地板式设计，由中央连接件14在中间相连。两组构架12的前后两端，分别固定两组直线电机牵引架17。每组构架12的前后两端的下方，分别固定两组独立轮对9。独立轮对9为实体橡胶车轮+金属轮轴的组合形式，起支撑及低速阶段运行的作用。而磁浮模块8则安装在构架12的下凹处，其中心与独立轮对9的中心共线。两组牵引拉杆16分别连接在直线电机牵引架17和中央连接件14之间，四组抗蛇行减振器18分别安装在直线电机牵引架17的外侧，呈左右对称布置。四组垂向减震器19则分别安装在直线电机牵引架17的上方，呈左右对称布置。两组横向减震器20则安装在中央连接件14的左右两侧。

两组低地板转向架6分别沿轨道行进方向布置在被动式磁悬浮列车5的前后两端，并始终在轨道4内运行。轨道4由l形铝合金型材制成，底面呈圆弧形，与磁浮模块8的圆环部分互相平行，侧面则与磁浮模块8的垂直面相平行。

具体地，该走行机构及其轨道的运行过程如下：

被动式磁悬浮列车5在停止阶段和运行的低速阶段，由四组独立轮对9支撑在轨道4上，启动时由直线电机动子10和直线电机定子1共同驱动前进。此时，由钕铁硼永磁体组成的磁浮模块8与轨道4进行切割磁力线作用，产生向上的升力，在达到一定速度后，被动式磁悬浮列车5实现起浮，并继续由直线电机驱动到巡航速度。制动时，直线电机反转，被动式磁悬浮列车5进行减速，随着速度的降低而升力逐渐下降，降低到一定速度后被动式磁悬浮列车5降落到轨道4上，并由独立轮对9进行机械制动直至停止。自始至终，轨道4的l型侧面都与磁浮模块8的垂直面产生导向力，确保被动式磁悬浮列车5始终沿轨道4中心线行驶。而轨道4的圆弧形底面也确保了自对中性，使得被动式磁悬浮列车5在低速阶段也能保持沿轨道中心行驶。

其中，当对隧道内抽真空以后，由于被动式磁悬浮列车5所受空气阻力的影响大幅降低，甚至可以忽略，其运行速度也将获得大幅提升，可以进行高速或者超高速运行，具备良好的提速空间。

从上述过程可以看出，由于采用了独立轮对9作为走行机构的支撑和低速阶段的驱动机构，因此相对于传统的常导磁悬浮列车的滑橇机构，具备更优良的制动性能，安全性大为提高。

磁浮模块8利用底部的圆环面与轨道4的圆弧面形成向上的升力，又利用磁浮模块8侧面的垂直面与轨道4的垂直面形成导向力，因此完美的将磁浮模块和导向模块整合到了一起。相对于现有的高速常导磁浮列车和其他几种基于maglpane原理的超级高铁样车(磁浮模块和导向模块分别独立工作)，其悬浮+导向结构更为简单，更易工程化生产。而相对于传统magplane整体式的圆弧磁浮模块，本发明采用的分列于走行机构两侧的两组磁浮模块的结构形式，更接近民航客机的双发动机布局模式，从动力学上也更为合理。

当被动式磁悬浮列车5在低速阶段运行的时候，依靠独立轮对9在轨道4的圆弧面行驶，由于圆弧面的自对中特性，被动式磁悬浮列车5确保了低速阶段的导向性。当被动式磁悬浮列车5达到一定速度起浮以后，由于磁浮模块8的侧面与轨道4的垂直面形成的导向力，同样会在高速阶段保持沿轨道安全运行，不会在转弯阶段出现脱轨、倾覆等现象。

相对于其他制式的列车，基于被动永磁悬浮技术的被动式磁悬浮列车5，具备更好的提速空间。尤其适合在真空管道内运行。普通的轮轨车辆，即使在真空管道内运行，虽然没有了空气阻力制约，但是轮轨带来的机械阻力也是影响其进一步提速的重要因素。而超导磁悬浮列车，虽然也具备良好的提速空间，但由于高温超导磁浮列车所用轨道消耗永磁体的用量过大，低温超导磁浮列车所需的液氦制备技术又复杂，经济性均不如基于被动永磁悬浮技术的被动式磁悬浮列车5。

由于采用了低地板式转向架，因此比传统转向架具备更低矮的外形尺寸。如果在真空管道内运行，由于不涉及空气阻力影响，则会更进一步的减小所需隧道截面尺寸，从而降低了隧道的建设成本。

另外，需要说明的是，轨道4的l形制式，底面不限于圆弧形，也可以直接为水平底面；同样的，磁浮模块8的圆环形式，也随之变为长方形。即只要是l形的轨道4与磁浮模块8的组合形式，都将受到本发明的保护，不限于上述的底面形式。

综上，本发明的方案，至少可以达到以下有益效果：

(1)采用低地板式转向架为车辆提供支撑及直线驱动，优选采用车轮作为支撑和低速运行时的驱动机构，比传统常导磁浮列车具备更好的制动能力，更强的安全性。

(2)磁浮模块与导向模块融为一体，结构更简单，布局更合理。比现有的几种同样基于被动永磁悬浮技术的“超级高铁”样车更易实现工程化制造。

(3)轨道的导向性更加完善，自我纠正能力更强，保证了列车不会出现脱轨、倾覆现象。

(4)采用基于被动永磁悬浮技术的被动式磁悬浮技术相对于普通轮轨列车具备更高的提速空间，且相对于超导磁悬浮列车具备更好的经济性，足以适应真空管道的超高速需求。

(5)由于采用低地板式转向架结构，因此获得了更加低矮的外形尺寸，从而供期运行的隧道截面得以大幅减小，从而降低了隧道建设成本。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采用低地板式转向架，为车辆提供支撑及直线驱动；同时借助永磁磁浮模块及磁浮轨道为车辆提供悬浮力和导向力；在列车进行紧急制动时，由于采用成熟的机械制动模式，因为安全性大为提高；且由于永磁悬浮比超导悬浮成本低，因而具备更强的经济性；同时，由于采用悬浮、导向融为一体的磁浮模块技术，结构更为简单合理，具备更强的工程化实现能力。

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。

以上所述仅为本发明的实施例而已，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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。