專利名稱：調(diào)翼式永磁懸浮技術(shù)的制作方法
調(diào)翼式永磁懸浮技術(shù)本發(fā)明屬磁技術(shù)及電子控制領(lǐng)域確切地講是一種將車體上的永磁鐵在電子司服系統(tǒng)的控制下，就能實(shí)現(xiàn)相對于車體產(chǎn)生相對位移，進(jìn)而產(chǎn)生平衡恢復(fù)力；并在阻尼線圈的電磁阻尼下完成車體的穩(wěn)定平衡。各種飛行器都需要控制飛行姿態(tài)，飛機(jī)就是微調(diào)機(jī)翼局部完成的；磁懸浮列車屬于軌道類車輛，運(yùn)行時(shí)需要驅(qū)動/懸浮/導(dǎo)向3種模式的姿態(tài)控制；現(xiàn)有技術(shù)磁懸浮車輛的“飛行”姿態(tài)的調(diào)整是通過線圈電流來完成的(目前的永磁鐵懸浮方案也只是承擔(dān)一部分減載功能，也還要通過與軌道的接觸輪來完成的)；因而巨大的電能損耗及大強(qiáng)度電磁控制的巨大硬軟件成本將不可避免！但如果沿著這樣的思路即車體上的永磁鐵相當(dāng)于飛機(jī)的機(jī)翼，與機(jī)翼穿梭在空氣中一樣，車上的永磁體穿梭于軌道永磁體的磁場中，將能發(fā)現(xiàn)磁懸浮列車技術(shù)的低成本低耗能的新方向。
本發(fā)明的目的就在于克服已有技術(shù)的不足之處，采用控翼方案(直接針對車內(nèi)的永磁體進(jìn)行位移，以最為高效率的直線電機(jī)/液壓驅(qū)動)，成倍的減少硬件成本的同時(shí)，極大的減少了控制線圈的電流需求，大大降低了能耗。本發(fā)明的特點(diǎn)在于基于2個(gè)方面；首先是通過安裝在車體里的位移傳送裝置(如液壓/直線電機(jī)等)，將車體內(nèi)的永磁體進(jìn)行位移(含少量旋轉(zhuǎn))，在擾動后使車體有恢復(fù)平衡位置的趨勢；其次是在車體內(nèi)也需要安裝阻尼線圈(也可以兼作驅(qū)動使用)，并輔助兼有助力功能，使車體在離開平衡位置后的恢復(fù)過程中吸收部分能量，在可承受的時(shí)間內(nèi)回到平衡狀態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵就在于懸浮的動態(tài)平衡控制主要是由控制車體懸浮永磁鐵(12)/(13)及車體導(dǎo)向永磁體(23)的相對于車底盤(19)的位移來實(shí)現(xiàn)，其次是對阻尼/導(dǎo)向/驅(qū)動線圈(20)/(21)/
(22)進(jìn)行驅(qū)動及控制。(車廂與車底盤之間也可以加裝液壓阻尼裝置來緩沖平衡)懸浮及動平衡控制要點(diǎn)主要是由車體懸浮永磁體(12)/(13)與軌道懸浮永磁體
(14)/(15)之間的位置關(guān)系決定的，位置關(guān)系的改變是由液壓缸(5)/(6)及(10)/(11)驅(qū)動(懸浮永磁)垂直位移驅(qū)動活塞(1)/(2)及(懸浮永磁)水平位移驅(qū)動活塞(3)/(4)，滑動平臺(10)/(11)提供磁體滑移支撐物。當(dāng)車廂偏移取樣系統(tǒng)(30)(含有位移/速度/加速度等傳感器)檢測車輛偏移超標(biāo)后，然后有計(jì)算機(jī)發(fā)出指令車體懸浮永磁體控制系統(tǒng)
(31)及車體導(dǎo)向永磁體控制系統(tǒng)(32)將發(fā)出指令使車體內(nèi)的永磁體產(chǎn)生相對與車底盤的位移，位移的數(shù)值與車體晃動偏移的大小成正相關(guān)關(guān)系；方向在多數(shù)情況下與晃動偏移的方向相反；線圈阻尼電流生成系統(tǒng)(33)及線圈驅(qū)動電流生成系統(tǒng)(34)也將參與調(diào)控。車體永磁鐵可以是分段的且可以獨(dú)立控制的，以應(yīng)對車體的復(fù)雜偏移運(yùn)動；另一方面永磁體之間的力場是保守力場，將無法快速消減車體的晃動；線圈的輔助調(diào)整控制是極其必要的，即阻尼/驅(qū)動線圈將參與吸收車體動能，將此轉(zhuǎn)化為電力回收；由于本技術(shù)采用的是永磁體之間的同性相斥的方式，因而當(dāng)間隙減小之時(shí)磁力將增加，自然滿足平衡的恢復(fù)原則，遠(yuǎn)離時(shí)間隙增大磁力將減小，重力將使之有恢復(fù)的趨勢；本技術(shù)中調(diào)節(jié)磁鐵的位置將消耗少的多的能量，而獲得相當(dāng)高效率的敏捷控制，同時(shí)獲得較大的磁間隙，有利于高速運(yùn)動。
導(dǎo)向及導(dǎo)向控制主要控制車體導(dǎo)向永磁體(23)的位移，其次由阻尼/導(dǎo)向/驅(qū)動線圈(20)/(21)/(22)輔助控制。車輛的驅(qū)動相當(dāng)于一個(gè)‘長轉(zhuǎn)子’永磁同步電機(jī)來完成；(島狀分布)軌道導(dǎo)向永磁體(16)/(17)相當(dāng)于“長轉(zhuǎn)子”;驅(qū)動線圈(22)相當(dāng)于電機(jī)的定子。由于車輛2側(cè)的對稱性，驅(qū)動力的(與列車前進(jìn)方向垂直)水平分力是相互抵消的；因而不會產(chǎn)生(與列車前進(jìn)方向垂直)的橫向合力，可以獲得平穩(wěn)的(沿著前進(jìn)方向)的驅(qū)動力。
車箱體(24)與車底盤(19)之間可以加裝一些液壓減振組件，用以吸收車體的晃動能量。*需要指出當(dāng)驅(qū)動車體永磁鐵(12)/(13)的沿著垂直方向的運(yùn)動時(shí)，將能改變車體的局部負(fù)重(一節(jié)車廂中，車體永磁鐵(12)/(13)可分為可以獨(dú)立控制的多塊)，以抵消人員在車廂內(nèi)走動的動態(tài)載荷，不至于使車體過分傾斜，控制合理的水平度。*目前液壓系統(tǒng)及直線電機(jī)的閉環(huán)響應(yīng)速度易達(dá)到1/100秒數(shù)量級；尤其在厘米行程尺度上已十分成熟。*需要指出任何固定安裝的永磁懸浮系統(tǒng)(無論是吸還是斥懸浮以及吸/斥混合式)都需要一定條件(外來被控力及力矩)的約束；才能獲得穩(wěn)定平衡。當(dāng)偏離非穩(wěn)定平衡點(diǎn)后；相對微小的偏離就會產(chǎn)生較大的破壞平衡方向的力及力矩，因而需要的外界恢復(fù)力及力矩也將是與之在I個(gè)數(shù)量級。其根本特征可以概括為在磁懸浮車輛的動平衡調(diào)整上使用了位移驅(qū)動裝置來驅(qū)動車上永磁體，使永磁體產(chǎn)生位移；車體晃動能量的吸收即可以通過液壓或氣壓再或是彈性材料的阻尼來實(shí)現(xiàn)，也可以是由電磁線圈的電磁阻尼來完成；列車的驅(qū)動即可以是由車內(nèi)線圈驅(qū)動軌道上的金屬長定子來實(shí)現(xiàn)，也可以是通過由車內(nèi)或車外線圈驅(qū)動軌道上或車上的多個(gè)離散永磁體來實(shí)現(xiàn)，再也可以是由磁齒輪驅(qū)動軌道上的多個(gè)離散永磁體來實(shí)現(xiàn)；列車姿態(tài)的控制方式可以是多模式，也可以是單模式。所述的列車姿態(tài)的控制方式可以是多模式，也可以是單模式指的是單模式是指；單一使用車內(nèi)永磁體的位移，結(jié)合機(jī)械阻尼系統(tǒng)來調(diào)控車輛的動平衡，可以減少線圈的數(shù)量以降低些成本；多摸式指的是除使用車內(nèi)永磁體的位移及結(jié)合機(jī)械阻尼系統(tǒng)外，還需要結(jié)合車內(nèi)線圈的電磁調(diào)空一起來調(diào)控車輛的動平衡，雖然成本高些，但是可以建立強(qiáng)大而穩(wěn)定的動平衡，滿足高速￠00里/小時(shí))磁懸浮狀態(tài)。無論單摸還是多摸方式，永磁體的調(diào)控位移的方向總是朝著車體串動位移相反的方向移動；所謂串動指的是車體的單純沿著水平或垂直方向的平移或升降。以下結(jié)合附圖
就本發(fā)明的基本實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖I控翼式永磁懸浮列車斷面構(gòu)造示意2控翼式永磁懸浮技術(shù)閉環(huán)控制原理方框示說明(1)/(2)(懸浮永磁)垂直位移驅(qū)動活塞(3) / (4)(懸浮永磁)水平位移驅(qū)動活塞(5)/(6)/(7)/(8)液壓缸(9)(導(dǎo)向永磁)驅(qū)動活塞(10)/(11)滑動平臺及液壓缸
(12)/(13)車體懸浮永磁體(14)/(15)軌道懸浮永磁體(16)/(17)(島狀分布)軌道導(dǎo)向永磁體(18)T型軌道體(19)車底盤(20)/(21)阻尼/導(dǎo)向線圈(22)阻尼/導(dǎo)向/驅(qū)動線圈 (23)車體導(dǎo)向永磁體(24)車廂體(30)車廂偏移取樣系統(tǒng)(31)車體懸浮永磁體控制系統(tǒng)(32)車體導(dǎo)向永磁體控制系統(tǒng)(33)線圈阻尼電流生成系統(tǒng)(34)線圈驅(qū)動電流生成系統(tǒng)(35)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)如圖I所示主體結(jié)構(gòu)是由T型軌道體(18)承載著車廂體(24)，車底盤(19)，在T型軌道體
(18)上安裝有軌道懸浮永磁體(14)/(15)及(島狀分布)軌道導(dǎo)向永磁體(16)/(17);在車底盤(19)上安裝有車體懸浮永磁體(12)/(13)及車體導(dǎo)向永磁體(23)，他們與在T型軌道體(18)上的對應(yīng)永磁體之間是斥力關(guān)系(排斥的磁力懸浮及排斥的磁力導(dǎo)向)；車體懸浮永磁體(12)/(13)被滑動平臺及液壓缸(10)/(11)約束著；懸浮永磁體(12)/(13)固定在滑動平臺及液壓缸(10)/(11)上，在(懸浮永磁)水平位移驅(qū)動活塞(3)/(4)的驅(qū)動下，永磁體(12)/(13)可以沿著與車體行駛方向垂直的(水平)方向位移；在同樣作為液壓缸(10)/(11)的驅(qū)動下，永磁體(12)/(13)可以沿著與車體行駛方向垂直的(鉛垂)方向位移((懸浮永磁)垂直位移驅(qū)動活塞(1)/(2)的I端固定在車體底盤上，因而整個(gè)滑動平臺及液壓缸(10)/(11)可以承載著永磁體(12)/(13) —起鉛垂位移)；液壓缸(5)/(6)/
(7)/(8)是與車底盤(19)固定安裝在一起的。車體導(dǎo)向永磁體(23)可被(導(dǎo)向永磁)驅(qū)動活塞(9)驅(qū)動,沿著鉛垂方向運(yùn)動。阻尼/導(dǎo)向線圈(20)/(21)的主要作用之I是輔助導(dǎo)向作用；必要時(shí)參與輔助懸浮及吸收晃動能量(減震)；與此類似阻尼/導(dǎo)向/驅(qū)動線圈(22)的最為主要的作用是與(島狀分布)軌道導(dǎo)向永磁體(16)/(17)配合，形成列車的前進(jìn)驅(qū)動力，可以必要時(shí)使用其一部分線圈，配合完成姿態(tài)控制。如圖2所示閉環(huán)控制系統(tǒng)控制過程如下車廂偏移取樣系統(tǒng)(30)通過安裝在車體軌道上的(位移/速度/加速度)傳感器，測得數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)(35)的計(jì)算下，指揮車體懸浮永磁體控制系統(tǒng)(31)及車體導(dǎo)向永磁體控制系統(tǒng)(32)使得車內(nèi)的永磁體產(chǎn)生位移；位移的方向?qū)⑹鞘怪T力對車體的合力提供繼續(xù)抵抗重力的支持力及彎道行駛所需要的向心力。合力矩則是車廂體轉(zhuǎn)回應(yīng)有的方位。但是永磁體無法吸收車體晃動的動能，能量的吸收需要車底盤與車體之間的液壓減震裝置；另一個(gè)吸收能量的渠道是通過線圈阻尼電流生成系統(tǒng)(33)及線圈驅(qū)動電流生成系統(tǒng)(34)，參與能量 的存儲與調(diào)控。
權(quán)利要求
1.調(diào)翼式永磁懸浮技術(shù)；其主體結(jié)構(gòu)是由T型軌道體(18)承載著車廂體(24)，車底盤(19)，在T型軌道體(18)上安裝有軌道懸浮永磁體(14)/(15)及島狀分布的軌道導(dǎo)向永磁體(16)/(17);在車底盤(19)上安裝有車體懸浮永磁體(12)/(13)及車體導(dǎo)向永磁體(23)，他們與在T型軌道體(18)上的對應(yīng)永磁體之間是斥力關(guān)系，即排斥的磁力懸浮及排斥的磁力導(dǎo)向；車體懸浮永磁體(12)/(13)被滑動平臺及液壓缸(10)/(11)約束著；懸浮永磁體(12)/(13)固定在滑動平臺及液壓缸(10)/(11)上，在水平位移驅(qū)動活塞(3)/(4)的驅(qū)動下，永磁體(12)/(13)可以沿著與車體行駛方向垂直的(水平)方向位移；在同樣作為液壓缸(10)/(11)的驅(qū)動下，永磁體(12)/(13)可以沿著與車體行駛方向垂直的(鉛垂)方向位移；垂直位移驅(qū)動活塞(1)/(2)的I端固定在車體底盤上，因而整個(gè)滑動平臺及液壓缸(10)/(11)可以承載著永磁體(12)/(13) 一起鉛垂位移；液壓缸(5)/(6)/(7)/(8)是與車底盤(19)固定安裝在一起的。車體導(dǎo)向永磁體(23)可被(導(dǎo)向永磁)驅(qū)動活塞(9)驅(qū)動，沿著鉛垂方向運(yùn)動；阻尼/導(dǎo)向線圈(20)/(21)的主要作用之I是輔助導(dǎo)向作用；必要時(shí)參與輔助懸浮及吸收晃動能量(減震)；與此類似阻尼/導(dǎo)向/驅(qū)動線圈(22)的最為主要的作用是與島狀分布的軌道導(dǎo)向永磁體(16)/(17)配合，形成列車的前進(jìn)驅(qū)動力，可以必要時(shí)使用其一部分線圈，配合完成姿態(tài)控制；閉環(huán)控制系統(tǒng)控制過程如下車廂偏移取樣系統(tǒng)(30)通過安裝在車體軌道上的位移/速度/加速度傳感器，測得數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)(35)的計(jì)算下，指揮車體懸浮永磁體控制系統(tǒng)(31)及車體導(dǎo)向永磁體控制系統(tǒng)(32)使得車內(nèi)的永磁體產(chǎn)生位移；位移的方向?qū)⑹鞘怪T力對車體的合力提供繼續(xù)抵抗重力的支持力及彎道行駛所需要的向心力。合力矩則是車廂體轉(zhuǎn)回應(yīng)有的方位。但是永磁體無法吸收車體晃動的動能，能量的吸收需要車底盤與車體之間的液壓減震裝置；另一個(gè)吸收能量的渠道是通過線圈阻尼電流生成系統(tǒng)(33)及線圈驅(qū)動電流生成系統(tǒng)(34)，參與能量的存儲與調(diào)控；懸浮的動態(tài)平衡控制主要是由控制車體懸浮永磁鐵(12)/(13)及車體導(dǎo)向永磁體(23)的相對于車底盤(19)的位移來實(shí)現(xiàn)，其次是對阻尼/導(dǎo)向/驅(qū)動線圈(20)/(21)/(22)進(jìn)行驅(qū)動及控制，車廂與車底盤之間也可以加裝液壓阻尼裝置來緩沖平衡；懸浮及動平衡控制要點(diǎn)主要是由車體懸浮永磁體(12)/(13)與軌道懸浮永磁體(14)/(15)之間的位置關(guān)系決定的，位置關(guān)系的改變是由液壓缸(5)/(6)及(10)/(11)驅(qū)動垂直位移驅(qū)動活塞(1)/(2)及懸浮永磁水平位移驅(qū)動活塞(3)/(4)，滑動平臺(10)/(11)提供磁體滑移支撐物。當(dāng)車廂偏移取樣系統(tǒng)(30)含有位移/速度/加速度等傳感器檢測車輛偏移超標(biāo)后，然后有計(jì)算機(jī)發(fā)出指令車體懸浮永磁體控制系統(tǒng)(31)及車體導(dǎo)向永磁體控制系統(tǒng)(32)將發(fā)出指令使車體內(nèi)的永磁體產(chǎn)生相對與車底盤的位移，位移的數(shù)值與車體晃動偏移的大小成正相關(guān)關(guān)系；方向在多數(shù)情況下與晃動偏移的方向相反；線圈阻尼電流生成系統(tǒng)(33)及線圈驅(qū)動電流生成系統(tǒng)(34)也將參與調(diào)控。車體永磁鐵可以是分段的且可以獨(dú)立控制的，以應(yīng)對車體的復(fù)雜偏移運(yùn)動；另一方面永磁體之間的力場是保守力場，將無法快速消減車體的晃動；線圈的輔助調(diào)整控制是極其必要的，即阻尼/驅(qū)動線圈將參與吸收車體動能，將此轉(zhuǎn)化為電力回收；由于本技術(shù)采用的是永磁體之間的同性相斥的方式，因而當(dāng)間隙減小之時(shí)磁力將增加，自然滿足平衡的恢復(fù)原則，遠(yuǎn)離時(shí)間隙增大磁力將減小、重力將使之 有恢復(fù)的趨勢；本技術(shù)中調(diào)節(jié)磁鐵的位置將消耗少的多的能量，而獲得相當(dāng)高效率的敏捷控制，同時(shí)獲得較大的磁間隙，有利于高速運(yùn)動；導(dǎo)向及導(dǎo)向控制主要控制車體導(dǎo)向永磁體(23)的位移，其次由阻尼/導(dǎo)向/驅(qū)動線圈(20)/(21)/(22)輔助控制；車輛的驅(qū)動相當(dāng)于一個(gè)‘長轉(zhuǎn)子’永磁同步電機(jī)來完成；軌道導(dǎo)向永磁體(16)/(17)相當(dāng)于“長轉(zhuǎn)子”;驅(qū)動線圈(22)相當(dāng)于電機(jī)的定子。由于車輛2側(cè)的對稱性，驅(qū)動力的(與列車前進(jìn)方向垂直)水平分力是相互抵消的；因而不會產(chǎn)生與列車前進(jìn)方向垂直的橫向合力，可以獲得平穩(wěn)的沿著前進(jìn)方向的驅(qū)動力；車箱體(24)與車底盤(19)之間可以加裝一些液壓減振組件，用以吸收車體的晃動能量；*需要指出當(dāng)驅(qū)動車體永磁鐵(12)/(13)的沿著垂直方向的運(yùn)動時(shí)，將能改變車體的局部負(fù)重；一節(jié)車廂中，車體永磁鐵(12)/(13)可分為可以獨(dú)立控制的多塊，以抵消人員在車廂內(nèi)走動的動態(tài)載荷，不至于使車體過分傾斜，控制合理的水平度；目前液壓系統(tǒng)及直線電機(jī)的閉環(huán)響應(yīng)速度易達(dá)到1/100秒數(shù)量級；尤其在厘米行程尺度上已十分成熟；*需要指出任何固定安裝的永磁懸浮系統(tǒng)，無論是吸還是斥懸浮以及吸/斥混合式，都需要一定條件，外來被控；才能獲得穩(wěn)定平衡。當(dāng)偏離非穩(wěn)定平衡點(diǎn)后；相對微小的偏離就會產(chǎn)生較大的破壞平衡方向的力及力矩，因而需要的外界恢復(fù)力及力矩也將是與之在I個(gè)數(shù)量級；其特征就在于在磁懸浮車輛的動平衡調(diào)整上使用了位移驅(qū)動裝置來驅(qū)動車上永磁體，使永磁體產(chǎn)生位移；車體晃動能量的吸收即可以通過液壓或氣壓再或是彈性材料的阻尼來實(shí)現(xiàn)，也可以是由電磁線圈的電磁阻尼來完成；列車的驅(qū)動即可以是 由車內(nèi)線圈驅(qū)動軌道上的金屬長定子來實(shí)現(xiàn)，也可以是通過由車內(nèi)或車外線圈驅(qū)動軌道上 或車上的多個(gè)離散永磁體來實(shí)現(xiàn)，再也可以是由磁齒輪驅(qū)動軌道上的多個(gè)離散永磁體來實(shí)現(xiàn)；列車姿態(tài)的控制方式可以是多模式，也可以是單模式。
2.如權(quán)利要求I調(diào)翼式永磁懸浮技術(shù)所述的列車姿態(tài)的控制方式可以是多模式，也可以是單模式指的是單模式是指；單一使用車內(nèi)永磁體的位移，結(jié)合機(jī)械阻尼系統(tǒng)來調(diào)控車輛的動平衡；多摸式指的是除使用車內(nèi)永磁體的位移及結(jié)合機(jī)械阻尼系統(tǒng)外，還需要結(jié)合車內(nèi)線圈的電磁調(diào)空一起來調(diào)控車輛的動平衡；無論單摸還是多摸方式，永磁體的調(diào)控位移的方向總是朝著車體串動位移相反的方向移動。
全文摘要
調(diào)翼式永磁懸浮技術(shù)屬磁技術(shù)及電子控制領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)磁懸浮車輛的“飛行”姿態(tài)的調(diào)整主要是通過線圈電流來完成的(目前的永磁鐵懸浮方案也只是承擔(dān)一部分減載功能，也還要通過與軌道的接觸輪來完成的)；本技術(shù)是將車體上的永磁鐵在電子司服系統(tǒng)的控制下，就能實(shí)現(xiàn)相對于車體產(chǎn)生相對位移，進(jìn)而產(chǎn)生平衡恢復(fù)力；并在阻尼線圈的電磁阻尼下完成車體的穩(wěn)定平衡，將能實(shí)現(xiàn)磁懸浮列車技術(shù)的低成本低耗能的新方向，可被廣泛應(yīng)用于磁懸浮交通車輛中。
文檔編號B60L13/04GK102653247SQ20111005199
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者吳小平, 周偉裕, 羅天珍 申請人:吳小平, 周偉裕, 羅天珍