[發明專利]調翼式永磁懸浮技術

在審

• 申請號: 201110051995.0
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102653247A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 吳小平;周偉裕;羅天珍
• 申請（專利權）人: 吳小平;周偉裕;羅天珍
• 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

本發明屬磁技術及電子控制領域：確切地講是一種將車體上的永磁鐵在電子司服系統的控制下，就能實現相對于車體產生相對位移，進而產生平衡恢復力；并在阻尼線圈的電磁阻尼下完成車體的穩定平衡。

各種飛行器都需要控制飛行姿態，飛機就是微調機翼局部完成的；磁懸浮列車屬于軌道類車輛，運行時需要驅動/懸浮/導向3種模式的姿態控制；現有技術磁懸浮車輛的“飛行”姿態的調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于飛機的機翼，與機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，將能發現磁懸浮列車技術的低成本低耗能的新方向。

本發明的目的就在于克服已有技術的不足之處，采用控翼方案(直接針對車內的永磁體進行位移，以最為高效率的直線電機/液壓驅動)，成倍的減少硬件成本的同時，極大的減少了控制線圈的電流需求，大大降低了能耗。

本發明的特點在于：基于2個方面；首先是通過安裝在車體里的位移傳送裝置(如液壓/直線電機等)，將車體內的永磁體進行位移(含少量旋轉)，在擾動后使車體有恢復平衡位置的趨勢；其次是在車體內也需要安裝阻尼線圈(也可以兼作驅動使用)，并輔助兼有助力功能，使車體在離開平衡位置后的恢復過程中吸收部分能量，在可承受的時間內回到平衡狀態。

本發明的技術關鍵就在于：

懸浮的動態平衡控制：主要是由控制車體懸浮永磁鐵(12)/(13)及車體導向永磁體(23)的相對于車底盤(19)的位移來實現，其次是對阻尼/導向/驅動線圈(20)/(21)/(22)進行驅動及控制。(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：主要是由車體懸浮永磁體(12)/(13)與軌道懸浮永磁體(14)/(15)之間的位置關系決定的，位置關系的改變是由液壓缸(5)/(6)及(10)/(11)驅動(懸浮永磁)垂直位移驅動活塞(1)/(2)及(懸浮永磁)水平位移驅動活塞(3)/(4)，滑動平臺(10)/(11)提供磁體滑移支撐物。當車廂偏移取樣系統(30)(含有位移/速度/加速度等傳感器)檢測車輛偏移超標后，然后有計算機發出指令：車體懸浮永磁體控制系統(31)及車體導向永磁體控制系統(32)將發出指令使車體內的永磁體產生相對與車底盤的位移，位移的數值與車體晃動偏移的大小成正相關關系；方向在多數情況下與晃動偏移的方向相反；線圈阻尼電流生成系統(33)及線圈驅動電流生成系統(34)也將參與調控。車體永磁鐵可以是分段的且可以獨立控制的，以應對車體的復雜偏移運動；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；線圈的輔助調整控制是極其必要的，即阻尼/驅動線圈將參與吸收車體動能，將此轉化為電力回收；由于本技術采用的是永磁體之間的同性相斥的方式，因而當間隙減小之時磁力將增加，自然滿足平衡的恢復原則，遠離時間隙增大磁力將減小，重力將使之有恢復的趨勢；本技術中調節磁鐵的位置將消耗少的多的能量，而獲得相當高效率的敏捷控制，同時獲得較大的磁間隙，有利于高速運動。

導向及導向控制：主要控制車體導向永磁體(23)的位移，其次由阻尼/導向/驅動線圈(20)/(21)/(22)輔助控制。

車輛的驅動：相當于一個‘長轉子’永磁同步電機來完成；(島狀分布)軌道導向永磁體(16)/(17)相當于“長轉子”；驅動線圈(22)相當于電機的定子。由于車輛2側的對稱性，驅動力的(與列車前進方向垂直)水平分力是相互抵消的；因而不會產生(與列車前進方向垂直)的橫向合力，可以獲得平穩的(沿著前進方向)的驅動力。

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：當驅動車體永磁鐵(12)/(13)的沿著垂直方向的運動時，將能改變車體的局部負重(一節車廂中，車體永磁鐵(12)/(13)可分為可以獨立控制的多塊)，以抵消人員在車廂內走動的動態載荷，不至于使車體過分傾斜，控制合理的水平度。

*目前液壓系統及直線電機的閉環響應速度易達到1/100秒數量級；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(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；才能獲得穩定平衡。當偏離非穩定平衡點后；相對微小的偏離就會產生較大的破壞平衡方向的力及力矩，因而需要的外界恢復力及力矩也將是與之在1個數量級。