专利名称：一种磁悬浮车的制作方法
技术领域：
本发明属于交通工具领域，具体涉及一种磁悬浮车。
背景技术：
磁悬浮列车是利用磁力将列车悬浮于轨道之上，采用电机推进的无接触地面运行 交通工具。磁悬浮车使用的磁悬浮机构主要有三类常导电磁悬浮，超导电磁悬浮和永磁同 极相斥悬浮。常导电磁悬浮需要耗电，控制技术复杂，设备造价高。超导电磁悬浮需要提供 超低温环境，能耗高，路轨造价昂贵；永磁同极相斥悬浮虽然耗能少，但需要铺设永磁轨道， 造价高、布局复杂、施工工程量大。海尔贝克阵列是Halbach发现的一种特殊的磁体排列形式，又叫Halbach阵列，由 磁体方向按一定规律变化的单元磁块构成，以使磁体一侧磁场得到加强，而另一侧被削弱 几乎为零。
发明内容
本发明要解决的是现有磁悬浮列车结构复杂、造价高的问题，提供一种结构简单、 造价低、耗能小的磁悬浮列车。本发明的技术方案是以下述方法实现的一种磁悬浮车，包括车体和轨道，车体与路基之间设置的磁悬浮装置和动力源，磁 悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置。所述磁阻式磁力悬浮装置的轭铁I和轭铁架构成轨道，磁体和磁体架固定在车体 底部。车体和路基之间至少设置一列磁阻式磁力悬浮装置。所述动力源是直线电机。所述直线电机为直线感应电机，直线感应电机的初级固定在车体底部，次级固定 在路基上。所述直线电机为永磁直线电机，永磁直线电机是倒挂设置，车体底部固定L型支 架，路基上固定与L型支架对应的倒L型支架，L型支架和倒L型支架之间设置永磁直线电 机。永磁直线电机的次级固定在L型支架上端，初级固定在倒L型支架下端。所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车底中部。所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车体两侧。所述直线电机为直线感应电机，直线感应电机的两个初级平行固定在电机架内 侧，两个初级之间设置轨道，所述轨道是直线感应电机的次级，沿轨道方向，所述电机架和 磁体架间隔排列、固定在车体底面。本发明采用直线电机驱动，所用的磁悬浮装置中的磁体是阵列式排列，结构简单， 磁悬浮装置磁力大，在常温下即可以工作；所用轨道包括轭铁和轭铁架，造价低；磁悬浮装置在工作中不需要供电，耗能小。
图1为本发明磁悬浮列车的主视示意图；图2为图1的A-A向剖视示意图；图3为图1中实施例1的B-B向剖视示意图；图4为图1中实施例3永磁直线电机设置在车底中部的A-A向剖视示意图；
图5为图1中实施例3永磁直线电机设置在车体两端的A-A向剖视示意图；图6为本发明中磁力悬浮装置实施例A的剖视示意图；图7为磁力悬浮装置实施例A中两列Halbach阵列的磁力线分布示意图；图8为磁力悬浮装置实施例A中轭铁I在竖直方向受力最小时磁力线分布示意 图；图9为磁力悬浮装置实施例A中轭铁I在竖直方向受力最大时磁力线分布示意 图；图10为磁力悬浮装置实施例A中轭铁I所受竖直方向的力随着轭铁I与Halbach 阵列的相对位移的变化关系示意图；图11为本发明中磁力悬浮装置实施例B的剖视示意图；图12为磁力悬浮装置实施例B中两列Halbach阵列的磁力线分布示意图；图13为磁力悬浮装置实施例B中轭铁I在竖直方向受力最小时磁力线分布示意 图；图14为磁力悬浮装置实施例B中轭铁I在竖直方向受力最大时磁力线分布示意 图；图15为磁力悬浮装置中每列Halbach阵列的磁体为5组时剖视示意图；图16为本发明中磁力悬浮装置实施例C的剖视示意图；图17为磁力悬浮装置实施例C中两列间隔阵列的磁力线分布示意图；图18为磁力悬浮装置实施例C中轭铁I在竖直方向受力最小时磁力线分布示意 图；图19为磁力悬浮装置实施例C中轭铁I在竖直方向受力最大时磁力线分布示意 图；图20为磁力悬浮装置实施例C中轭铁I所受竖直方向的力随着轭铁I与间隔阵 列的相对位移的变化关系示意图；图21为磁力悬浮装置实施例C每列间隔阵列的磁体为3组时的剖视示意图；图22为带有定位装置的磁阻式磁力悬浮装置的剖视示意图；图23为图1中实施例2的B-B向剖视示意图；图24为只有一列磁阻式磁力悬浮装置的本发明的剖视示意具体实施例方式实施例1如图1、图2和图3所示，一种磁悬浮车，包括车体1和轨道，车体与路基之间设置直线电机动力源和两列磁悬浮装置，所述磁悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置3。所述磁阻式 磁力悬浮装置的轭铁I 7和轭铁架6构成轨道，磁体和磁体架10固定在车体底部。所述直 线电机为直线感应电机5，直线感应电机5设置在车体与路基之间。直线感应电机5的初级 固定在车体底部，次级固定在路基上。所述初级和次级的位置可以调换。所述磁悬浮装置 可以是一列，如图24所示。实施例2如图23所示，所述直线电机为直线感应电机5，直线感应电机5的两个初级平行固 定在电机架14内侧，两个初级之间设置轨道，所述轨道是直线感应电机5的次级，沿轨道方 向，所述电机架14和磁体架10间隔排列、固定在车体底面。实施例3如图4所示，所述直线电机为永磁直线电机12，永磁直线电机12是倒挂设置，车体 底部固定L型支架8，路基上固定与L型支架对应的倒L型支架9，L型支架8和倒L型支 架9之间设置永磁直线电机12。永磁同步直线电机12的次级固定在L型支架上端，初级固 定在倒L型支架下端。所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车底中部。或者如图5所示， 所述倒挂设置的永磁直线电机固定在车体两侧。其它结构同实施例1。图1 5和图23、24中所述磁悬浮装置如我们在《一种磁阻式磁力悬浮装置》中 申请的专利中的条状的磁阻式磁力悬浮装置。磁阻式磁力悬浮装置说明书如下磁阻式磁力悬浮装置实施例A如图6所示，磁阻式磁力悬浮装置包括磁体架101，非导磁的磁体架101内两侧固 定两列以Halbach阵列形式排列的磁体阵列102，两列Halbach阵列102平行、等高排列， 每列Halbach阵列102包含三块磁体，其中一列由上到下三块磁体的磁化方向如下竖直向 上、水平向右、竖直向下；与之对应的另一列中由上到下三块磁体的磁化方向如下竖直向 下、水平向右、竖直向上，两列Halbach阵列102之间构成磁力线回路；两列Halbach阵列 102之间是导磁的轭铁I 103，轭铁I 103与两侧Halbach阵列102的气隙相等，轭铁I 103 由非导磁的轭铁架104支撑。Halbach阵列是一个特殊的磁体排列形式，阵列的一侧产生很强的磁场，而另一侧 磁场很弱。本发明中两列Halbach阵列相互平行且等高，利用两个阵列所产生的强磁场构 成磁力线回路，其磁力线分布如图7所示，两个Halbach阵列102中心位置磁场路径最短， 上下两端磁场路径最长。由磁路最短原理知道，轭铁I 103进入或退出这一强磁场时，磁路 磁阻变化产生强大的磁阻力，该磁阻力试图使磁场路径向着最短的方向收缩，是一个使运 动部分回归到磁阻最小位置即平衡位置的回复力。图8是轭铁I中心线与Halbach阵列102中间磁体的中心线重合时磁力线分布 示意图，磁力线以近似直线形式穿过磁轭，此时磁场路径最短，轭铁I 103竖直方向受力最 小；图9是轭铁I 103下表面与Halbach阵列102中间磁体的上表面平齐时的磁力线分布 示意图，磁力线以曲线的形式穿过轭铁I 103，此时磁场路径最长，根据磁路最短原理，轭铁 I 103受到磁体竖直向下的回复磁力以使经过轭铁I 103的磁力线最短。同理，轭铁I 103 上表面与Halbach阵列102中间磁体的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力 以使经过轭铁I 103的磁力线最短。轭铁I 103受力大小与磁体和轭铁I竖直位移之间的关系如图10所示，所述x轴是指磁体和轭铁I之间竖直方向相对位移，所述y轴是轭铁I 103所受到磁体的竖直方向 的磁力。图中平衡位置指轭铁I 103中心线与Halbach阵列102中间磁体的水平中心线重 合位置，当轭铁I 103向上移动时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力；反之，当轭铁I 103 向下移动时，轭铁I 3受到磁体向上的回复力，偏离平衡位置越远，轭铁I 103所受的回复 力越大。当轭铁I 103下表面与Halbach阵列102中间磁体的上表面平行或者轭铁I 103 上表面与Halbach阵列102中间磁体的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体的回复力最大。如图6 10所示的磁阻式磁力悬浮装置中，所述每列Halbach阵列102中磁体的 数量可以是5组，每列Halbach阵列102中有五组磁体，两列Halbach阵列102平行、等高 排列，构成磁场回路，对应的轭铁I 103是两块，两个轭铁I 103之间由非导磁材料连接，如 图15所示。磁阻式磁力悬浮装置实施例B如图11所示，在Halbach阵列102底端固定轭铁II 108，Halbach阵列102和磁体 架101之间固定轭铁III 109，其它结构同实施例A。如图12所示，两列Halbach阵列102上、下两端分别固定轭铁II 108和III 109之 后，两列Halbach阵列102之间的磁力线分布示意图。两个Halbach阵列102中心位置磁场 路径最短，上下两端磁场路径最长。同实施例A原理可知，轭铁I 103水平中心线与Halbach 阵列102中间磁体的中水平心线重合时，轭铁I 103受到竖直方向力最小。当轭铁I 103向 上移动时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力；反之，当轭铁I 103向下移动时，轭铁I 103 受到磁体向上的回复力，Halbach阵列102中心位置磁场越远，轭铁I 103所受的回复力越 大，当轭铁I 103下表面与Halbach阵列102中间磁体的上表面平行或者轭铁I 103上表 面与Halbach阵列102中间磁体的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体的回复力最大。轭 铁I 103在两列Halbach阵列102中竖直方向受力最小时磁力线分布示意图如图13所示， 受力最大时如图14所示。同实施例A相比，Halbach阵列102两端加上轭铁II 108和轭铁 III 109后，漏磁降低，阵列之间的磁场加强，轭铁I 103所受回复力相应增加。如图11 14和图23、24所示的磁阻式磁力悬浮装置中，每列Halbach阵列102 中磁体的数量可以是5组，每列Halbach阵列102中有五组磁体，两列Halbach阵列102平 行、等高排列，构成磁场回路，对应的轭铁I 103是两块，两个轭铁I 103之间由非导磁材料 连接。磁阻式磁力悬浮装置实施例C如图16所示，磁体架101内两侧固定两列以间隔形式排列的磁体阵列111，两列间 隔阵列111之间构成磁力线回路，两列间隔阵列111平行、等高排列，每列间隔阵列111包 含两块磁体，两块磁体之间设置凸铁110 ；两块磁体的磁化方向均为竖直方向且磁化方向 相反，两列间隔阵列111中，处于平行位置的两磁体磁化方向相反；两列间隔阵列111之间 是导磁的轭铁I 103，轭铁I 103与两侧间隔阵列111的气隙相等，轭铁I 103由非导磁的 轭铁架104支撑。如图17所示，两列间隔阵列111之间的磁力线分布示意图。两个间隔阵列111 中心位置磁场路径最短，上下两端磁场路径最长。同实施例A原理可知，轭铁I水平中心 线与间隔阵列111中凸铁110的中心线重合时，轭铁I 103受到竖直方向力最小。当轭铁 I 103向上移动时，轭铁I 103受到磁体向下的回复力；反之，当轭铁I 103向下移动时，轭铁I 103受到磁体向上的回复力，偏离间隔阵列111中心磁场越远，轭铁I 103所受的回复 力越大，当轭铁I 103下表面与凸铁110的上表面平行或者轭铁I 103上表面与凸铁110 的下表面平行时，轭铁I 103受到磁体的回复力最大。轭铁I 103在两列间隔阵列111中 竖直方向受力最小时磁力线分布示意图如图18所示，受力最大时如图19所示。轭铁I所 受竖直方向的力随着轭铁I与间隔阵列的相对位移的变化关系如图20所示。如图16 20所述磁阻式磁力悬浮装置中，每列间隔阵列11中磁体的数量可以是 3组，对应凸铁110是两块；磁体和凸铁110交替排列，相邻磁体的磁化方向相反；两列间 隔阵列111中，处于平行位置的两磁体磁化方向相反；对应的轭铁I 103是两块，两个轭铁 I 103之间由非导磁材料连接，如图21所示。如图22所示，磁体架和轭铁架之间、磁体架和轭铁I 103之间设置滑动导靴105。当磁阻式磁力磁悬浮装置中轭铁I 103的处于磁场中心时，磁体受到轭铁I竖直 方向的力最小，处于磁力平衡位置；当车体向下移动时，磁体受到轭铁I竖直向上的回复 力，随着偏离平衡位置距离的增加，回复力逐渐达到最大值。随后，随着偏离距离的进一步 增大，回复力逐渐减小，滑动导靴与轭铁I上端面接触，限制偏移距离的增大，将列车维持 在一个安全运行状态。当车体向上移动时，磁体受到轭铁I竖直向下的回复力，利用这个回 复拉力，可以有效防止列车脱轨。
权利要求
一种磁悬浮车，包括车体(1)和轨道，车体与路基之间设置的磁悬浮装置和动力源，其特征在于磁悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置(3)。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮车，其特征在于所述磁阻式磁力悬浮装置的轭铁 I (7)和轭铁架(6)构成轨道，磁体和磁体架(10)固定在车体底部。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮车，其特征在于车体和路基之间至少设置一列磁阻 式磁力悬浮装置(3)。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮车，其特征在于所述动力源是直线电机。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮车，其特征在于所述直线电机为直线感应电机(5)， 直线感应电机(5)的初级固定在车体底部，次级固定在路基上。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮车，其特征在于所述直线电机为永磁直线电机(12)， 永磁直线电机是倒挂设置，车体底部固定L型支架(8)，路基上固定与L型支架对应的倒L 型支架(9)，L型支架⑶和倒L型支架(9)之间设置永磁直线电机(12)。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮车，其特征在于永磁直线电机的次级固定在L型支 架上端，初级固定在倒L型支架下端。
8.根据权利要求7所述的磁悬浮车，其特征在于所述倒挂设置的永磁直线电机固定 在车底中部。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮车，其特征在于所述倒挂设置的永磁直线电机固定 在车体两侧。
10.根据权利要求4所述的磁悬浮车，其特征在于所述直线电机为直线感应电机(5)， 直线感应电机(5)的两个初级平行固定在电机架(14)内侧，两个初级之间设置轨道，所述 轨道是直线感应电机(5)的次级，沿轨道方向，所述电机架(14)和磁体架(10)间隔排列、 固定在车体底面。
全文摘要
本发明公开一种磁悬浮车，属于交通工具领域。所述磁悬浮车包括车体和轨道，车体与路基之间设置的磁悬浮装置和动力源，磁悬浮装置是磁阻式磁力悬浮装置。所述磁阻式磁力悬浮装置的轭铁Ⅰ和轭铁架构成轨道，磁体和磁体架固定在车体底部。本发明采用直线电机驱动，所用的磁悬浮装置中的磁体是阵列式排列，结构简单，磁悬浮装置磁力大，在常温下即可以工作；所用轨道包括轭铁和轭铁架，造价低；磁悬浮装置在工作中不需要供电，耗能小。
文档编号B60L13/10GK101875318SQ20091006474
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者上官璇峰, 司纪凯, 封海潮, 张志华, 杜宝玉, 汪旭东, 袁世鹰, 许孝卓 申请人:河南理工大学