专利名称：一种磁悬浮列车的制作方法
技术领域：
本发明涉及地面高速轨道交通工具，特别涉及一种磁悬浮列车。
背景技术：
磁悬浮列车是利用电磁力将列车悬浮于轨道之上，由直线电机推进的无接触地面运行交通工具。目前，从悬浮方式上，主要有超导电动式和常导吸引式两种，前者以日本的MLU系列为代表，后者应首推已达到商业运营技术水平的德国TR系列磁悬浮列车。超导电动式磁悬浮列车是利用车载超导磁体运动时与安装在轨道侧壁上的线圈感应出的涡流相互作用实现车辆的悬浮与导向，而常导吸引式磁悬浮列车是通过车载常温电磁铁与轨道上的电磁铁相互吸引实现车辆的悬浮与导向。二者都是靠直线电机来推进。以上无论是MLU系列还是TR系列，都存在结构复杂、造价昂贵的问题，MLU系列磁悬浮列车已经研发了30年至今不能商业化运营，其重要原因主要是车载超导磁体的复杂程度和成本太高；TR系列由于与车辆与轨道间的悬浮间隙比较小(上海的TR7只有8mm)，为保证高速运行时的安全，电源的控制系统非常复杂，轨道的建造精度要求也非常高，从而提高了整个系统的造价。
发明内容
本发明目的是克服现有类型的磁悬浮列车系统结构复杂、造价昂贵的问题，提出一种全新概念的磁悬浮列车，车辆的悬浮、导向和推进是通过磁力线重接来实现的。
本发明采用以下技术方案在车辆的底部安装有向下突出的一列方形锯齿状非铁磁性--例如铜或铝等导体板，在地面轨道上连续铺设有电磁线圈，线圈两两相对，将非铁磁性导体板竖直夹在中间，但彼此间留有一定的间距，非铁磁性导体板竖直处于两个相对的线圈的中间位置，即导体板厚度方向上的对称面与两两相对线圈间间隙的对称面重合。线圈产生的磁场方向相同并且垂直于导体板表面。导体板锯齿的形状和尺寸要足以把线圈的横截面完全覆盖，其中线圈的宽度应该等于导体板上齿的宽度，齿与齿的间距要大于齿宽，也即线圈的宽度。
在车辆向前运动过程中，导体板的锯齿前沿到达线圈前沿时，线圈开始充电；当线圈电流充到峰值，同时导体板锯齿的后沿与线圈的后沿重合时，线圈被短接，由于导体板锯齿内的感应涡流的作用，两个相对线圈间的磁力线完全被切断，车辆继续向前运动，锯齿的后边沿与线圈的后边沿出现缝隙时，磁力线开始重接，重接使磁力线有由弯曲被拉直的趋势，从而推动导体板包括车辆向前继续运动，在锯齿后沿完全从线圈内部推出后，线圈开路断电。地面上的线圈是连续铺设的，上述推进过程重复，可以推进车辆持续前进。线圈在推进的同时可以起到导向的作用，如果锯齿边沿和线圈形状都是倾斜的，就会对车辆产生一个向上分力来抵消车辆的重力，同时也就起到了悬浮的作用。这种磁悬浮列车在静止的时候是不能悬浮的，车辆需要用轮子暂时支撑。可以利用直线异步电机的运行模式实现车辆的启动和刹车。
由于单排导体板和线圈之间产生的悬浮与推进力是非连续的，可以采用多排导体板和多排线圈的方式，使锯齿的位置在前进方向上相互错开，就可以实现车辆的连续悬浮与推进。
根据牛顿第三定律，作用力与反作用力大小相等方向相反，因此，车辆上的导体板和地面上的线圈是可以互换的，也就是说，可以将线圈装在车辆上，把导体板铺设在地面上，其工作原理不变，只是在这种情况下，车辆上要携带电源或者通过受电弓来为车载线圈供电，也可以通过各种无接触馈电的方式为车辆供电。
本发明提出了一种全新概念的磁悬浮列车，利用锯齿形导体板与线圈之间的的磁力线重接的方式来实现车辆的悬浮、导向与推进，是一种有着广阔前景的高速地面轨道交通工具。
图1、图2为本发明结构及车辆运动过程示意图；图1为侧视图，其中图1a齿部开始进入线圈，线圈开始充电；图1b齿部将线圈完全覆盖；图1c线圈开始短接，重接效应开始；图1d导体板被推进；图2为俯视图，其中图2a齿部开始进入线圈，线圈开始充电；图2b齿部将线圈完全覆盖，两线圈间的磁力线被切断；图2c线圈开始短接，重接效应开始；图2d导体板被推进；图3斜齿同时产生推进与悬浮力的示意图；图4连续的齿和相应的线圈的示意图；图中1导体板，2锯齿，3线圈。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明在车辆上安装有向下突起的一列锯齿状非铁磁性导体板1，在地面上连续铺设有两两相对的线圈3，将非铁磁性导体板1竖直夹在中间，彼此间留有一定的间距，非铁磁性导体板竖直处于两个相对的线圈的中间位置，也就是说导体板厚度方向上的对称面与两两相对线圈间间隙的对称面重合。通电时线圈3产生的磁场方向相同。锯齿的形状和尺寸要足以将线圈3的横截面遮挡住，其中线圈3的宽度应该等于导体板1上锯齿2的宽度，齿与齿的间距要大于齿宽，也即线圈的宽度。
本发明工作过程如下图1为本发明侧视图，图2为俯视图。图1和图2仅画出了一个线圈3和一个锯齿2，图2中只画出了锯齿2的齿部。
如图1和图2所示，在车辆向前运动过程中，导体板1的锯齿2前沿到达线圈3前沿时，如图1a和图2a所示，线圈开始充电。同时导体板1锯齿2的后沿与线圈3的后沿重合时，如图1b和图2b所示，线圈3电流充到峰值，然后线圈3被短接。如图1c和图2c所示，由于导体板1锯齿2内的感应涡流的作用，两个相对线圈3间的磁力线完全被切断，车辆继续向前运动，锯齿2的后边沿与线圈3的后边沿出现缝隙时，磁力线开始重接，重接使磁力线有由弯曲被拉直的趋势，从而推动导体板1包括车辆向前继续运动。如图1d和图2d所示，在锯齿2后沿完全从线圈3内部推出后，线圈3开路断电。重复上述过程，车辆就会连续被推进。图2c和2d表示出了推进力F的方向，单个齿推力F的大小由下式表示F=12i2(t)dL(x(t))dx---(1)]]>式中x为前进方向的距离坐标，t为时间，i(t)为两两相对的线圈3中随时间变化的总电流函数，L(x(t))为电感梯度，包括线圈3的自感、线圈3与锯齿2间的互感，是相关于锯齿2的位置和时间的函数，以上两个函数由具体系统结构参数确定。
在前进方向上，线圈3的宽度应该等于导体板1上齿2的宽度，因为齿宽若小于线圈3宽度，重接效应就会被削弱而降低推进力和系统效率；如果齿宽大于线圈宽度，在前进过程中就会出现大于线圈宽度的整个锯齿在通电的线圈中向前运动的情况，由于这种情况下导体板1中的涡流反而会行成阻力，因此也是不利的。齿与齿的间距要大于齿宽，也就是线圈3的宽度，以保证在上一个齿的重接过程完成之后再进入下一个齿的重接，线圈3要完成一个完整的充放电过程。由于单排导体板1和线圈3之间产生的悬浮与推进力是非连续的，可以采用多排导体板和多排线圈的方式，使锯齿2的位置在前进方向上相互错开，就可以实现车辆的连续悬浮与推进。当齿与齿之间的距离大于一个线圈的宽度时，则存在导体板1在一定时间内不受力的情况，但这种情况不是不允许出现，如果车辆上安装有多排导体板，在一排或几排导体板不受力的情况下，只要其他导体板上的齿能够保证为车辆提供足够的推进和悬浮力，就可以保证车辆运行的稳定性，因此齿与齿的间距要根据实际系统来确定，但应大于一个齿宽。
如果导体板锯齿和线圈的形状都是倾斜的，如图3所示，导体板1就会在磁力线重接过程中受到一个斜向上的推力，这样可以同时实现车辆的推进与悬浮。如果导体板1与竖直线的夹角为θ，则一个齿产生的推力Fd＝Fcosθ(2)悬浮力Fl＝Fsinθ(3)其中F由(1)式确定。车辆在运行中竖直方向上保持受力平衡，则有ΣF1=G---(4)]]>∑F1为车辆受到总的悬浮力，G为车辆与载荷的总重量，联合(3)和(4)式，就可以确定θ的大小，也就是说，齿2的倾斜度要根据实际系统参数来确定。
图4示意了一排齿(图中绘出了局部4个)的相互位置情况。
锯齿在线圈中运动时会自动对中导向，因为如果导体板偏移中间位置，磁力线空间被压缩量大一些的一侧线圈会产生一个将导体板向中间位置推的回复力，偏移越大，回复力也就越大，当导体板处于中间位置时，回复力为零。
这种磁悬浮列车在静止的时候是不能悬浮的，车辆需要用轮子暂时支撑。可以利用直线异步电机的运行模式实现车辆的启动和刹车。
根据牛顿第三定律，作用力与反作用力大小相等方向相反，因此，车辆上的导体板1和地面上的线圈3是可以互换的，也就是说，可以将线圈3装在车辆上，把导体板1铺设在地面上，其工作原理不变，这样轨道只是连续的有齿导体板，结构非常简单，造价也会相对低廉的多。在这种情况下，车辆上要携带电源或者通过受电弓来为车载线圈供电，也可以通过各种无接触馈电的方式为车辆供电。
本发明提出了一种全新概念的磁悬浮列车，利用锯齿形导体板与线圈之间的的磁力线重接的方式来实现车辆的悬浮、导向与推进。
权利要求
1.一种磁悬浮列车，其特征在于利用磁力线的重接实现车辆的悬浮、导向与推进；车辆上装有一列或多列锯齿突起的非铁磁性导体板[1]，在地面轨道上连续铺设有电磁线圈[3]，线圈[3]两两相对，将非铁磁性导体板[1]竖直夹在中间，彼此间留有一定的间距，导体板厚度方向上的对称面与两两相对线圈间间隙的对称面重合；通电时线圈[3]产生磁场的方向相同。
2.按照权利要求1所述的磁悬浮列车，其特征在于锯齿[2]要足以将线圈[3]的横截面遮挡住，线圈[3]的宽度应该等于导体板[1]上锯齿[2]的宽度，齿与齿的间距要大于齿宽，即线圈[3]的宽度。
3.按照权利要求1所述的磁悬浮列车，其特征在于齿与齿的间距大于一个齿宽。
4.按照权利要求1所述的磁悬浮列车，其特征在于导体板[1]和线圈[3]的位置可以互换，在地面上铺设锯齿向上的导体板[1]，在车辆上安装线圈[3]。
5.按照权利要求1-4的任何一项所述的磁悬浮列车，其特征在于导体板[1]上的锯齿[2]和线圈[3]的形状可以是倾斜的。
6.按照权利要求1-5的任何一项所述的磁悬浮列车，其特征在于有锯齿[2]的导体板可以多列同时应用。
7.按照权利要求1-5的任何一项所述的磁悬浮列车，其特征在于有锯齿[2]的导体板可以多列同时应用。
全文摘要
本发明涉及一种磁悬浮列车，利用磁力线重接实现车辆的悬浮、导向与推进。其特征在于在车辆上安装有锯齿突起的导体板[1]，地面上铺设线圈[3]，导体板[1]上锯齿[2]和线圈[3]的形状可以是倾斜的，在车辆上装多排有锯齿的导体板[1]，实现车辆的连续悬浮与推进，线圈[3]和导体板[1]的位置可以互换。
文档编号B60L13/10GK1970335SQ20061016488
公开日2007年5月30日 申请日期2006年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者王厚生, 王秋良, 金能强 申请人:中国科学院电工研究所