力时提供外轮相对内轮的支撑力，使得外轮可以相对内轮运动;所述的辅助轮在推斥性悬浮系统获得足够的悬浮力后收缩至外轮内部，此时外轮相对内轮的支撑力由外轮相对内轮的推斥性悬浮力提供。
[0031]所述推斥性悬浮系统在外轮相对内轮静止时的悬浮力为0，在牵引系统的作用下使外轮相对内轮发生运动，悬浮初级4产生的磁场切割悬浮次级5，从而在悬浮次级5中产生感应电流，悬浮次级5中的感应电流与悬浮初级4所产生的磁场相互作用从而产生悬浮力；所述的悬浮力的方向与轮子的半径方向一致。所述的辅助轮轨道的作用在于当推斥性悬浮系统尚未获得足够的悬浮力时保持外轮与内轮的相对位置不发生变化，辅助轮的轨道可为任意的满足这一要求的形状。
[0032 ]所述的导向系统由2m个导向单元构成，m24。所述的导向单元包括导向初级10、导向次级11和导向气隙传感器12;所述的导向初级10为两排交替极性超导磁铁，均匀分布于外轮14的两个侧面;所述的导向次级11为两块铝板或梯形轨道或两排短路线圈，位于内轮13，优选位于内轮13的T型首端1两侧的导向板3内侧，并对应于导向初级均匀分布;所述的导向次级优选梯形轨道;所述的导向气隙传感器7为气隙传感器，用于检测外轮14的侧面与导向板3之间的气隙值，位于外轮14或内轮13，优选位于外轮14的两个侧面或内轮13的T型首端1两侧的导向板3内侧，对应于导向初级和导向次级分布。
[0033]所述导向系统在外轮相对内轮静止时的导向力为0，此时，由推斥性悬浮系统的辅助轮保证内轮与外轮的相对位置保持不变;轮子在牵引系统的作用下使外轮相对内轮发生运动后，导向初级10产生的磁场切割导向次级，从而在导向次级11中产生感应电流，导向次级11中的感应电流与导向初级10所产生的磁场相互作用从而产生导向力，所述的导向力的方向与内轮的中心轴线相平行。当推斥性悬浮系统的辅助轮收缩至外轮后，由导向系统提供的导向力来保持外轮与内轮的相对位置不变。所述的导向系统在控制器检测到气隙值小于设定的气隙阈值ε时，由控制器发出指令调节导向力的大小。
[0034]所述的控制系统位于轮子本身或轮子所安装的物体。
[0035]所述的位置传感器、悬浮气隙传感器和导向气隙传感器与控制器的通信方式包括有线和无线。
[0036]所述的供电系统包括直流供电、三相交流供电和电能储存三部分;所述的直流供电向推斥性悬浮系统和导向系统的电磁铁供电;所述的三相交流供电向牵引系统的三相交流绕组或三相交流轨道的轨道线圈供电；所述的电能储存用于储存电能;所述的电能储存系统将电能转换为直流电和三相交流电分别供应至相应的系统。
[0037]实施例
[0038]基于磁悬浮的轮子包括内轮13和外轮14，内轮13和外轮14的截面图如图1所示，以及推斥性悬浮系统、牵引系统、导向系统、控制器和供电系统，如图2所示。推斥性悬浮系统包括2η个悬浮单元，η 2 4，每个悬浮单元包括悬浮初级4、悬浮次级5和悬浮气隙传感器6;牵引系统包括牵引初级7、牵引次级8和位置传感器9;导向系统包括2m个导向单元，m2 4，每个导向单元包括导向初级10、导向次级11和导向气隙传感器12。控制器可采用DSP。
[0039]本实用新型推斥性磁悬浮轮子的工作过程如下:牵引次级8与牵引初级7所产生的磁场相互作用便产生切向电磁推力Fx，在Fx的作用下，内轮13固定不动，外轮14就顺着行波磁场运动的方向运动。位置传感器9连续监测位置信息，将位置信息发送至控制器，控制器通过反馈控制过程调节切向电磁推力Fx的大小，从而控制轮子的行驶速度。控制器获取启动指令后，供电系统向推斥性悬浮系统供电，悬浮初级4产生磁场。在牵引系统作用下，外轮14相对内轮13发生运动，悬浮次级5切割悬浮初级产生的磁场产生感应电流，悬浮次级5产生的感应电流与悬浮初级4的磁场相互作用产生推斥性悬浮力Fi;Fi随着外轮14相对内轮13的速度的增大而增大，当Fi大到足以使外轮14与内轮13分离时，辅助轮收缩至外轮14内部，此时由推斥性悬浮力Fi提供使内轮13与外轮14分离产生气隙的力，控制获取各个悬浮气隙传感器7的气隙值反馈至控制器，并通过反馈控制过程使得各个位置的悬浮气隙值相等。在轮子的行驶过程中，控制器通过反馈控制过程调节各个导向气隙传感器处的气隙值相同。
【主权项】
1.一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，包括:内轮、外轮、牵引系统、推斥性悬浮系统、导向系统、控制器和供电系统； 所述的内轮和外轮为同心圆；所述的内轮开有中心通孔;所述的内轮的中心通过轴与轮子所安装的物体相连； 所述的牵引系统包括一个或多个牵引单元，每个牵引单元包括牵引初级、牵引次级和位置传感器;推斥性悬浮系统包括2n个悬浮单元和辅助装置，η 2 4，每个悬浮单元包括悬浮初级、悬浮次级和悬浮气隙传感器;导向系统包括2m个导向单元，m2 4，每个导向单元包括导向初级、导向次级和导向气隙传感器;所述的牵引初级位于内轮，所述的牵引次级对应于牵引次级位于外轮;所述的2n个悬浮初级分两列分别均匀分布于外轮，对应于2n个悬浮初级有2n个悬浮次级分布于内轮，2n个悬浮气隙传感器位于外轮或内轮对应于悬浮初级和悬浮次级分布，辅助装置位于外轮与内轮之间起支撑作用;所述的2m个导向初级分两列分别均匀分布于外轮，对应于2m个导向初级有2m个导向次级分布于内轮，2m个导向气隙传感器位于外轮或内轮并对应于导向初级和导向次级分布； 所述的位置传感器、悬浮气隙传感器和导向气隙传感器均与控制器通信;所述的供电系统为牵引系统、推斥性悬浮系统、导向系统和控制器供电。2.根据权利要求1所述的一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，过内轮的中心轴线的任意截面为两个T型结构，且两个T型结构的尾端相对;在T型首端上表面的两侧设有环形导向板，所述导向板与内轮一体形成;过外轮的过中心轴线的任意截面为矩形形状。3.根据权利要求2所述的一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，所述的牵引初级位于内轮的T型首端的上平面的上侧;所述的牵引次级位于外轮与T型首端的上平面相对应的平面的下侧;所述的位置传感器位于外轮与T型首端的上平面相对应的平面的下侧。4.根据权利要求1所述的一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，所述的牵引初级为三相交流绕组，牵引次级为金属板;或者，所述的牵引初级为三相交流轨道，所述的牵引次级为超导磁体。5.根据权利要求2所述的一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，所述的悬浮初级为两排交替极性超导磁铁，位于外轮的下平面;所述的悬浮次级为两块铝板或梯形轨道或两排短路线圈，位于内轮的T型首端的上平面，并对应于悬浮初级均匀分布;所述的悬浮次级优选梯形轨道;所述的悬浮气隙传感器为气隙传感器，用于检测外轮的下平面和内轮的T型首端的上平面之间的气隙值，位于外轮的下平面或内轮的T型首端的上平面，对应于悬浮初级和悬浮次级分布。6.根据权利要求1所述的一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，所述的辅助装置为2k个辅助轮，k 2 3。7.根据权利要求2所述的一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，所述的导向初级为两排交替极性超导磁铁，均匀分布于外轮的两个侧面;所述的导向次级为两块铝板或梯形轨道或两排短路线圈，位于内轮的T型首端两侧的导向板内侧，并对应于导向初级均匀分布;所述的导向次级优选梯形轨道;所述的导向气隙传感器为气隙传感器，用于检测外轮的侧面与导向板之间的气隙值，位于外轮的两个侧面或内轮的T型首端两侧的导向板内侧，对应于导向初级和导向次级分布。8.根据权利要求1所述的一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，其特征在于，所述的控制器位于轮子本身或轮子所安装的物体。
【专利摘要】本实用新型公开了一种转速可控的推斥性磁悬浮轮子，该轮子包括内轮、外轮、牵引系统、推斥性悬浮系统、导向系统、控制器和供电系统。本实用新型设计的磁悬浮轮子摆脱了电机和车轴对现有轮子的束缚，可由控制器采用有线或无线的方式控制转速，并且同一车轴可连接多个轮子，为轮子的应用和创新提供了新的突破点。
【IPC分类】B60B19/00, B60L13/10
【公开号】CN205097822
【申请号】CN201520796010
【发明人】许文媛, 孟濬
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月14日