一种永磁电动悬浮式载运装置的制作方法

1.本实用新型涉及永磁电动悬浮运载技术领域，具体而言，涉及一种永磁电动悬浮式载运装置。


背景技术：

2.目前铁路货车在运输过程中，由于载重量大、重心高，货车的一些零部件会发生磨耗、松弛、变形、裂纹、折损等现象，并且铁路货运机车一般采用电力机车和内燃机车，但大部分货车尤其重载货车仍采用内燃机车，不仅成本高，碳排放量也很高，与目前提倡的“碳达峰”、“碳中和”理念相悖；其次常导磁浮制式需要通电产生电磁力，其断电后的制动问题和安全保障措施仍需增加额外的系统和设备；悬浮高度较低，对线路平整度、路基下沉量及道岔结构方面要求较高，施工和维护成本增加，系统整体结构也更复杂。目前中低速常导磁浮制式最大运行速度为100km/h，其速度正在朝着160km/h发展，但运输效率仍较低。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种永磁电动悬浮式载运装置，以改善上述问题。为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
4.本技术提供了一种工字型轨道，所述工字型轨道固定设置在载运车道上；穿梭板，所述穿梭板可拆卸式设置在悬浮装置的上方且用于载运待运输物；悬浮装置，所述悬浮装置设置在所述载运车道与所述穿梭板之间；当载运装置运行时，依靠所述悬浮装置实现悬浮和导向作用，所述悬浮装置包括按照halbach阵列周期性排列的良导体。
5.现有技术是铁路货车在运输过程中，由于载重量大、重心高，货车的一些零部件会发生磨耗、松弛、变形、裂纹、折损等现象；铁路货车目前运行速度也基本不超过120km/h，运输效率较低，劳动生产率低；铁路货车由于载重量大，对车辆和道路磨耗磨损都较高，使车辆和道路的维护频率增加、成本升高，并且长途运输时事故发生率很高；而目前的常导磁浮制式需要通电产生电磁力，其断电后的制动问题和安全保障措施仍需增加额外的系统和设备；并且现目前的常导磁浮制式悬浮高度较低，对线路平整度、路基下沉量及道岔结构方面要求较高，施工和维护成本增加；常导磁浮制式对控制精度要求较高，所需电气设备成本较高，系统整体结构也更复杂。
6.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述悬浮装置还包括感应器和定子线圈，所述感应器设置在所述穿梭板底部，所述定子线圈设置在所述载运车道的上方；当位于所述载运车道上的所述定子线圈通电后，与所述感应器相互作用产生牵引力，使得所述穿梭板在牵引力的作用下从静止开始启动并加速前进。
7.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述感应器包括感应板或感应线圈。
8.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述穿梭板的底部还嵌设有轮对，所述轮对与所述工字型轨道相互配合用于实现支撑传动和导向功能，使穿梭板在
牵引力的作用下前进。
9.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述永磁体由永磁体模块组成，采用halbach阵列规律充磁，形成轮形，所述永磁体模块均按照充磁方向排列，且遵循以下规律：磁盘上所有所述永磁体模块的充磁方向在轨面上的投影成 halbach阵列规律排布；且永磁磁盘上所有所述永磁体模块的充磁方向在所述磁盘的圆周面上的投影也成halbach阵列规律排布。
10.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述永磁体由至少一块钕铁硼永磁体拼接而成，各个磁体磁化方向按照halbach阵列周期性排列，磁化角范围为30
°‑
90
°
。
11.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述良导体内嵌有导向材料，所述导向材料用于在整个运动过程中为整个永磁电动悬浮式载运装置提供导向力。
12.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述穿梭板前部配置有控制箱，后部设有用于容纳所述待运输物的空间。
13.综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述待运输物的两侧分别设置有止挡装置。
14.本实用新型的有益效果为：载运工具可通过增加永磁体体积以提高悬浮重量，承载重量可得以提升；采用直线电机实现驱动功能，可实现无人驾驶高速运行，并且极大地减少了碳排放量；由于采用专用车道，并增设隔离防护栏，基于直线电机的牵引性能，该新型载具最高速度可达300km/h，打破目前限速瓶颈，提高运输能力；可以直接将货物、车辆装载至该专门的载运工具上，通过车路协同控制保证载具正常行驶，不用驾驶员自己操作便能保证高速行驶，安全性得以提升，事故率降低；除启动和制动阶段，其余行驶过程均为无接触式行驶，无机械摩擦，噪音小，污染低，损耗小，易于维护；利用辅助轮和辅助轨道能实现支撑、传动和导向功能；在现有高速公路上进行改装，与普通车道兼容，无需占用额外土地面积；设立载运工具调度控制系统，合理控制各路段车流量，最大限度提升通行效率。可利用现有高速服务区实现两种交通方式的转换，可作为上下车点和中转站；现有高速公路的应急道也可作为该载运工具的应急道、救援道和检修道，可利用目前现成的公路配套设施。
15.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1为本实用新型实施例提供的整体结构主视图。
18.图2为本实用新型实施例提供的整体结构侧视图。
19.图3为本实用新型实施例提供的整体结构俯视图。
20.图4为本实用新型实施例提供的车路协同示意图。
21.图5为本实用新型实施例提供的永磁电动悬浮系统示意图。
22.图6为本实用新型实施例提供的直线电机示意图。
23.图中标记：1、防护栏；2、轮对；3、工字型轨道；4、永磁体；5、良导体；6、待运输物；7、穿梭板；8、止挡装置；9、感应线圈；10、定子线圈；11、载运车道；12、控制箱；13、普通车道；14、导向材料。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.实施例：
27.如图1-图6所示，本实施例提供了一种工字型轨道3，工字型轨道3固定设置在载运车道11上；穿梭板7，穿梭板7可拆卸式设置在悬浮装置的上方且用于载运待运输物6；悬浮装置，悬浮装置设置在载运车道11与穿梭板7之间；当载运装置运行时，依靠悬浮装置实现悬浮和导向作用，悬浮装置包括按照halbach阵列周期性排列的良导体5。
28.其中载运车道11分为普通车道13和位于普通车道13旁的专用车道。
29.在一些可选的实施方案中,悬浮装置包括永磁体4和良导体5，所述永磁体4设在所述穿梭板7的底部，所述良导体5 设置在所述载运车道11上且与所述永磁体4相对设置，当所述穿梭板7在行驶过程中，所述永磁体4产生的磁场与铺设在所述载运车道11上的所述良导体5相互作用。
30.需要说明的是，悬浮装置包括永磁体和良导体板，其中永磁体安装在穿梭板底部，良导体板铺设于载运车道上，当穿梭板在行驶过程中，永磁体自身磁场的磁力线将切割导体板，在导体内部产生感应电动势和感应电流，从而生成感应磁场，该感应磁场与永磁体自身磁场相互作用，产生的电磁力在竖直方向上表现为克服车体重力的悬浮力，在水平方向表现为阻碍车体前进的磁阻力。
31.在一些可选的实施方案中，悬浮装置还包括感应器和定子线圈10，感应器设置在穿梭板7底部，定子线圈10设置在载运车道11的上方；当位于载运车道11上的定子线圈10通电后，与感应器相互作用产生牵引力，使得穿梭板7在牵引力的作用下从静止开始启动并加速前进。
32.在一些可选的实施方案中，感应器包括感应板或感应线圈 9，当其为感应板时，作
为感应电机，可采用铝、铁、铜等金属材料或铝铁、铜铁、铝铁铜等复合材料；当其为感应线圈9时，作为同步电机牵引驱动；弱磁性良导体5板可采用铝、铜、银等材料。
33.在一些可选的实施方案中，穿梭板7的底部还嵌设有轮对 2，轮对2与工字型轨道3相互配合用于实现支撑传动和导向功能，使穿梭板7在牵引力的作用下前进。
34.在一些可选的实施方案中，永磁体4由永磁体4模块组成，采用halbach阵列规律充磁，形成轮形，永磁体4模块均按照充磁方向排列，且遵循以下规律：磁盘上所有永磁体4模块的充磁方向在轨面上的投影成halbach阵列规律排布；且永磁磁盘上所有永磁体4模块的充磁方向在磁盘的圆周面上的投影也成halbach阵列规律排布。
35.在一些可选的实施方案中，永磁体4由至少一块钕铁硼永磁体4拼接而成，各个磁体磁化方向按照halbach阵列周期性排列，磁化角范围为30
°‑
90
°
。
36.在一些可选的实施方案中，良导体内嵌有导向材料14，导向材料14用于在整个运动过程中为整个永磁电动悬浮式载运装置提供导向力。
37.在一些可选的实施方案中，穿梭板7前部配置有控制箱12，后部设有用于容纳待运输物6的空间。
38.在一些可选的实施方案中，待运输物6的两侧分别设置有止挡装置8，防止待运输物6在运输过程中发生滑动，其中待运输物6可为客车、货车或直接是货物集装箱等。整个穿梭板 7将在载运专用车道上行驶，并在车道两边设立隔离防护栏1。
39.需要说明的是，本实用新型为永磁电动悬浮式载运装置的工作原理分析如下：基于电磁感应定律，当以halbach阵列排列的永磁体4以一定速度水平运动时，与弱磁性良导体5轨道间以一定工作间隙发生相对位移，永磁体4自身磁场的磁力线将切割良导体，在导体内部产生感应电动势和感应电流，从而生成感应磁场，该感应磁场与永磁体4自身磁场相互作用，产生的电磁力在竖直方向上表现为克服车体重力的悬浮力，在水平方向表现为阻碍车体前进的磁阻力。并且悬浮力值随永磁体 4体积的增加而增加，可通过提高永磁体4体积来增加悬浮力以悬浮质量更重的物体。
40.当向定子线圈10内通入三相交流电后，在线圈与感应板或感应线圈9的气隙间将会产生一个平稳的行波磁场，该磁场沿着前进方向以正弦规律分布切割感应板或感应线圈9，将在感应板或感应线圈9内产生感应电动势和感应电流，与行波磁场相互作用后产生的切向电磁力，便作为牵引力推动感应板向前运动。并且可通过提高输入电流值来增大该牵引力。
41.综上所述，本实用新型的工作过程如下：永磁电动悬浮式新型载运工具所需轨道是基于目前高速公路车道改造的专用车道，其在原有车道基础上添设防护栏1，将专用车道和普通车道13隔开，并在路面铺设实现该新型载具悬浮及驱动功能所需要的定子线圈10、辅助轨道、弱磁性良导体5板等结构，构成车路协同系统，如图4所示，表示的是新型载运工具在专用车道上的行驶状态，普通车辆在普通车道13上的行驶状态，二者互不干扰，协同作用。
42.需要说明的是，永磁电动悬浮式新型载运工具的主要工作过程分为以下几个阶段：
43.a.装货及固定
44.在载运工具正式启动前，需要先将运输的货物装载至穿梭板7的载物区内，考虑载
荷平衡合理放置，并利用止挡装置8 固定。
45.b.启动加速阶段
46.启动时，向定子线圈10内通入三相交流电，其产生的行波磁场将与载具上的感应板或感应线圈9相互作用，产生牵引力，并依靠辅助轮对2与辅助轨道进行支撑、传动和导向，推动载具向前加速行驶。
47.c.悬浮加速阶段
48.在载具行驶过程中，设置于载具上的永磁体4产生的磁场将与铺设在轨道上的弱磁性良导体5板相互作用，在导板内产生感应电流，从而形成镜像磁场，其与永磁体4自身磁场作用产生电磁力，在竖直方向表现为悬浮力，在水平方向表现为磁阻力。悬浮力随着速度的增加先增加后趋于稳定，当加速到一定速度后，悬浮力增加到足以克服整个载运工具的重力，便能实现悬浮；磁阻力随着速度的增加先增加后减小，由直线电机产生的推进力克服磁阻力牵引载具继续加速运行。
49.d.平稳运行阶段
50.当加速到目标运行速度后，电机产生的推进力刚好克服永磁体4产生的磁阻力，此时载具加速度为0，以目标速度保持匀速运行。
51.e.制动减速阶段
52.当载运工具即将到达目的地时，通过直线电机电流换相产生制动力，与磁阻力相互叠加，使载运工具实现制动减速，同时慢慢退出悬浮状态，依靠轮轨支撑传动，逐渐进入稳定静止状态。
53.f.卸货
54.待载运工具完全停稳后，再将所运输的货物卸下。
55.综上所述，与现有技术相比，本实用新型的优点为：
56.1、新型载具可通过增加永磁体4体积以提高悬浮重量，承载重量可得以提升；
57.2、采用直线电机实现驱动功能，可实现无人驾驶高速运行，并且极大地减少了碳排放量；
58.3、由于采用专用车道，并增设隔离防护栏1，基于直线电机的牵引性能，该新型载具最高速度可达300km/h，打破目前限速瓶颈，提高运输能力；
59.4、直接将货物、车辆装载至该专门的载运工具上，通过车路协同控制保证载具正常行驶，不用驾驶员自己操作便能保证高速行驶，安全性得以提升，事故率降低；
60.5、除启动和制动阶段，其余行驶过程均为无接触式行驶，无机械摩擦，噪音小，污染低，损耗小，易于维护；
61.6、利用辅助轮和辅助轨道能实现支撑、传动和导向功能；
62.7、在现有高速公路上进行改装，与普通车道13兼容，无需占用额外土地面积；
63.8、设立载运工具调度控制系统，合理控制各路段车流量，最大限度提升通行效率。
64.9、可利用现有高速服务区实现两种交通方式的转换，可作为上下车点和中转站。
65.10、现有高速公路的应急道也可作为该载运工具的应急道、救援道和检修道，可利用目前现成的公路配套设施。
66.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者
是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
67.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
68.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
69.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。