[發明專利]永磁感應懸浮與導向裝置

無效

• 申請號: 01128905.8
• 申請日: 2001-09-28
• 公開（公告）號: CN1339370A
• 公開（公告）日: 2002-03-13
• 發明（設計）人: 劉尚舉
• 申請（專利權）人: 劉尚舉
• 主分類號: B60L13/04
• 分類號: B60L13/04;B60L13/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種磁懸浮與導向裝置，特別是一種利用永磁體使車廂或其它運動物體懸浮起來并導向的磁懸浮裝置。

現階段磁懸浮車主要有超導斥力懸浮和常導吸力懸浮兩種方式。日本對超導斥力懸浮車的研究較多，首期投入約30億美元。在試驗線上時速已達552km，但因可靠性、成本、噪聲等問題實用前景不佳，99年日本政府已停止二期試驗線30億美元的撥款^[1]。常導吸力磁懸浮車德國研究投入較多，修建了總長31.5km，直線段12km的試驗線。在直線段實驗時速達400多公里，上海在修30km這樣的實驗線。但被德國人稱為“具有里程碑意義的柏林——漢堡磁懸浮鐵路”于2000年2月決定停建^[2]。投入幾十億元進行研究為什么停建呢？既懂車輛動力學又懂電機的人一目了然，雙軌直線同步電機驅動雙軌串聯供電，懸浮磁場兼作直線同步電機的勵磁磁場，懸浮磁場是在不斷地調節的，并且兩邊不同步，這使雙軌直線電機功率不斷地變化，給車輛造成動力干擾力矩，諸如此類的方案性的問題使其在工程上無法實用。近年來西南交通大學得到“863”計劃支持將高溫超導用于磁懸浮車取得成功^[3]。但其缺點是要在兩條軌道上布置稀土永磁體，不僅投資高而且給保護維修造成困難，長列車高速運行時稀土永磁體發熱的問題還需妥善解決，稀土永磁體溫升到一百多度會失去磁性。

永磁懸浮的好處是不需要不斷地供給電能，因此受到重視。但是僅用永磁體的吸力或斥力懸浮是不穩定的，多數已將永磁體與電磁鐵結合起來使用，但人們對于稀土永磁體電阻很小影響認識不足。將稀土永磁體與電磁鐵硅鋼片鐵芯串使用，為使懸浮穩定在對電磁鐵電流進行調節時，磁通發生變化。在永磁體中產生渦流生熱，永磁體溫升會失去磁性。若用鐵氧體永磁材料。雖然電阻很大，但磁能積太小。自重太大，也沒有實用價值。本人曾研究出解決辦法，將電磁鐵與永磁體并聯，并用兩個方向的電磁鐵分別控制懸浮高度的變大和變小，以“雙向電磁鐵控制永磁懸浮及導向裝置”為名申請了發明專利，申請號：99117471.2。永磁感應懸浮及導向裝置是利用永磁體懸浮的另一種方式。美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室也利用永磁體進行懸浮研究^[4]。

本發明的目的一是用于磁懸浮車時降低投資及運營費，使其在工程上可行；二是提高穩定性，減小空氣動力干擾引起的波動。

本發明要求保護的技術方案有二點：其一是永磁體采用不同的磁特性與形狀的永磁塊構成的π型陣列；其二是感應軌線圈結構，其線圈導線用橫截面為矩形的漆包線，在水平方向較寬。在鉛垂方向很窄，并且感應軌線圈底面有一銅板或鋁板。

發明與背景技術相比所具有的有益效果，本發明與美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室所采用的懸浮方式其原理都是基于英阻物理學家法拉第在1881年所發現的電磁感應定律。本發明的π型永磁陣列比勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的Halbach陣列產生更強的導向力，對于同一速度的磁懸浮列車可以采用較小的曲線半徑，并且列車從懸浮狀態減速時車輪能夠準確地落在鋼軌上。線圈中的感應磁場多一側向約束，增加線圈上部的磁通，否則磁通大量的從側面閉合而減小了對懸浮與導向有用的磁通。在感應線圈結構方面：線圈由多層矩形短路環組成，矩形環從小到大，從內向外層層相套組成一平面線圈，許多線圈沿軌道長的方向緊密排列組成軌道感應線圈串。矩形短路環用橫截面為矩形的漆包線焊成，漆包線較寬的一邊在水平方向，較窄的一邊在鉛垂方向，其有益的效果是永磁陣列的磁力線分布在懸浮高度方向是不均勻的，懸浮高度因空氣動力影響而波動時在鉛垂直方向穿過線圈導線的磁通就會有變化，磁通的變化感應出渦旋電流阻止懸浮高度波動。在兩側同樣也有防止車體橫向擺動的效果，這就解決了勞倫斯·利弗莫爾實驗室提出的幾個技術問題中的一個：“為了使Inductrack乘坐起來更加舒適，系統必須防止由空氣動力造成的搖動。”當磁懸浮列車運行時永磁陣列在軌道感應線圈串中產生的磁場頻率是較高的，本發明在線圈串底面布置一層銅板或鋁板，對感應磁場有屏蔽作用，使感應磁場不通過線圈底邊閉合，增強懸浮及導向磁場。

說明書附圖中上圖為車箱、軌道橫截面圖，下圖為A--A向剖視圖。圖中：

(1)——車箱。????????????????(2)——π型永磁體陣列。

(3)——軌道感應線圈。????????(4)——感應磁場屏蔽板(銅或鋁)。

(5)——軌道支持結構。????????(6)——π型永磁陣列水平部分剖面。

(7)——軌道感應線圈導線剖面。(8)——永磁體磁力線的分布。