[發明專利]齒輪牽引高速磁懸浮列車系統

在審

• 申請號: 202010632698.4
• 申請日: 2020-07-04
• 公開（公告）號: CN111703309A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 朱幕松
• 申請（專利權）人: 朱幕松
• 主分類號: B60L13/04
• 分類號: B60L13/04;B60L13/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種齒輪牽引高速磁懸浮列車系統，山字型長軌道的中線安裝多功能長軌道，多功能長軌道將左、右傳動長齒條和長條形制動板集中在一條軌道線上，使齒輪傳動機構和條形板制動機構以及合力磁懸浮器軌道的定位準確，機構穩定、可靠，左、右長高臺設置左、右合力磁懸浮器軌道支撐磁懸浮列車的兩邊，重心低，安全性高，根據列車的載重量自動調整磁懸浮的高度，省去復雜的磁懸浮控制系統，多個高速電動齒輪牽引系統取代昂貴的直線電機驅動系統，多個高速電動齒輪與左、右傳動長齒條嚙合傳動跟隨轉向架上下浮動，不承受列車的重力，牽引效率高。

技術領域

本發明涉及磁懸浮列車技術，確切的說，是一種齒輪牽引高速磁懸浮列車系統。

背景技術

目前，中國的中低速磁懸浮列車已經試驗成功，并且開始商業運行，實現了中國的磁懸浮列車從研發到應用的全覆蓋，成為世界上少數幾個掌握該項技術的國家之一，但是中低速磁懸浮列車與現有技術的輪軌式高鐵列車相比優點并不突出，成本很高，實用價值比不上技術成熟的高鐵列車，但是因為受車輪阻力的限制，高鐵列車的速度無法進一步提高，所以努力實現高速磁懸浮列車才是人們追求的理想目標，目前世界上現有技術的磁懸浮列車方案是由磁懸浮系統、導向系統和牽引系統組成，三大系統的技術方案基本上都是利用磁力的作用實現的，磁懸浮列車的三大系統全部采用電磁技術的方案并非完美，其缺點在于：電磁控制技術復雜、成本高，尤其是直線電機的長定子，造價非常高，工作磁場不封閉，可靠性差，而且電機效率不高，因此，實現經濟、安全、實用的高速磁懸浮列車是今后磁懸浮列車的發展方向。

發明內容

為了克服現有技術的磁懸浮列車的缺點，本發明公開一種齒輪牽引高速磁懸浮列車系統，本發明的磁懸浮控制系統簡單、可靠，還省去了昂貴的直線電機。

所述齒輪牽引高速磁懸浮列車系統的技術方案包括包括長軌道路基，山字形長軌道、多功能長軌道、傳動長齒條、鐵芯長軌道、長鐵芯、短鐵芯、電磁線圈、永磁條、加強板、水平導磁板、水平鐵芯板、軸架、制動器、合力磁懸浮器軌道、永磁鐵芯磁懸浮器、電磁鐵芯磁懸浮器、磁懸浮傳感器、動力車輛、電源動力車輛、磁懸浮列車、前轉向架、后轉向架、高速電動齒輪、外轉子4極永磁無刷直流電機、左機倉、右機倉、高壓變壓器、整流器、底盤、車廂、磁懸浮控制器、無刷電機智能控制器、調速器和蓄電池組，其特征在于：所述齒輪牽引高速磁懸浮列車系統設有長軌道路基，長軌道路基與長高鐵路基一樣，是一種沿軌道路線建造的用石子鋪設的承重長平臺，長軌道路基上面設有山字形長軌道，山字形長軌道的橫截面為山字形，山字形長軌道設有多個鋼筋混凝土橫梁，多個鋼筋混凝土橫梁相隔距離等分、互相平行，整齊排列在長軌道路基上面，多個鋼筋混凝土橫梁的上面中部設有多功能長軌道，多功能長軌道上端設有長條形制動板，多功能長軌道上端設有左傳動長齒條和右傳動長齒條，左、右傳動長齒條和長條形制動板整體制造成多功能長軌道，多功能長軌道的整體橫截面為土字形，多功能長軌道的下端設有底座，多個鋼筋混凝土橫梁中部均設有中雙螺絲釘，多功能長軌道的底座設有多個左螺絲孔和多個右螺絲孔，中雙螺絲釘與左、右螺絲孔對應，多個中雙螺帽將多功能長軌道緊固在多個鋼筋混凝土橫梁的上面中線，多個鋼筋混凝土橫梁的上面左邊設有左鐵芯長軌道，左鐵芯長軌道的上端設有方形長鐵，方形長鐵左、右端設有左長鐵芯和右長鐵芯，左長鐵芯設有多個左螺絲釘，右長鐵芯設有多個右螺絲釘，方形長鐵設有多個螺母孔與多個左、右螺絲釘對應，多個左、右螺絲釘將左、右長鐵芯固定在方形長鐵的左、右端，為了減少鐵芯內的渦流損耗，所述左、右長鐵芯均用多片硅鋼片垂直疊加制造成型，左鐵芯長軌道的整體橫截面為土字形，方形長鐵的上端平面凸出于左、右長鐵芯的上端平面，方形長鐵的凸出部分制造成方波形長邊，左、右長鐵芯的下端平面均凸出于方形長鐵的下端平面，造成左鐵芯長軌道的左永磁工作面和右電磁工作面，多個鋼筋混凝土橫梁左邊均設有左雙螺絲釘，左鐵芯長軌道下端設有多個左螺絲孔和多個右螺絲孔，左雙螺絲釘與左、右螺絲孔對應，多個左雙螺帽將左鐵芯長軌道緊固在多個鋼筋混凝土橫梁的上面左邊，多個鋼筋混凝土橫梁的上面右邊設有右鐵芯長軌道，左、右鐵芯長軌道的結構相同，對稱于多功能長軌道，多個鋼筋混凝土橫梁右邊均設有右雙螺絲釘，右鐵芯長軌道下端設有多個左螺絲孔和多個右螺絲孔，右雙螺絲釘與左、右螺絲孔對應，多個右雙螺帽將右鐵芯長軌道緊固在多個鋼筋混凝土橫梁的上面右邊，所述多功能長軌道、左、右鐵芯長軌道以及左、右長鐵芯，它們的邊長線之間相互平行，山字型長軌道具有導向、定位、傳動、制動和磁懸浮的多種功能；齒輪牽引高速磁懸浮列車系統設有多個動力車輛，多個動力車輛的構造均相同，所述動力車輛設有底盤，底盤上端設有車廂，底盤前、后端均設有連接掛鉤，連接掛鉤將多個動力車輛連接成磁懸浮列車，動力車輛的底盤下端設有前動力轉向架和后動力轉向架，前、后動力轉向架的構造完全相同，所述動力轉向架設有加強板，加強板左端設有左豎板，左豎板下端設有左水平導磁板，加強板右端設有右豎板，右豎板下端設有右水平導磁板，左、右水平導磁板對稱于加強板的左、右端，加強板中部下面設有左軸架和右軸架，左、右軸架的橫截面均為L形，左、右軸架對稱于加強板的中線，左軸架左端設有左水平鐵芯板，右軸架右端設有右水平鐵芯板，左、右水平鐵芯板對稱于加強板的中線，加強板、左豎板、右豎板、左軸架、右軸架、左、右水平導磁板以及左、右水平鐵芯板一體化鑄造成動力轉向架的構架，加強板的左上端中部設有左空氣彈簧，加強板的右上端中部設有右空氣彈簧，左、右空氣彈簧的上端連接底盤，動力轉向架的左、右端設有左合力磁懸浮器軌道和右合力磁懸浮器軌道，左、右合力磁懸浮器軌道均由永磁鐵芯磁懸浮器和電磁鐵芯磁懸浮器組成，左永磁鐵芯磁懸浮器的左水平導磁板上端設有左永磁條，左永磁條上端面與左鐵芯長軌道的左永磁工作面對應平行，右永磁鐵芯磁懸浮器的右水平導磁板上端設有右永磁條，右永磁條上端面與右鐵芯長軌道的右永磁工作面對應平行，左、右永磁條均由多個同樣大小的方塊永磁體排列組成，方塊永磁體是用釹鐵硼材料制造的強磁體，方塊永磁體的極性是徑向的，相鄰之間的方塊永磁體的極性互為相反，永磁條與水平導磁板之間用AB膠粘連，左、右永磁條的寬度均等于左、右永磁工作面的寬度，多個方塊永磁體的磁力線經過導磁板導磁，使永磁條的長平面形成多個小磁通回路，左、右永磁條的平面與左、右永磁工作面之間均保持一定的均勻氣隙，多個小磁通回路形成多個閉路磁通，使左、右永磁條的平面與左、右永磁工作面之間均產生強大的磁場吸引力來支撐動力車輛的重力，同時左、右永磁條的平面寬度與左、右永磁工作面的寬度一致，二者之間的磁場吸引力產生使二者自動對齊的作用力來穩定動力車輛左、右端的位置，左電磁鐵芯磁懸浮器的左水平鐵芯板上端設有左短鐵芯，左短鐵芯上端設有多個齒牙，多個齒牙之間形成齒槽，每個齒牙上均繞制一個電磁線圈，相鄰之間的電磁線圈繞向互為相反，多個電磁線圈互相串聯為左電磁線圈組，右水平鐵芯板上端設有右短鐵芯，右短鐵芯上端設有多個齒牙，多個齒牙之間形成齒槽，每個齒牙上均繞制一個電磁線圈，相鄰之間的電磁線圈繞向互為相反，多個電磁線圈互相串聯為右電磁線圈組，為了減少運動中的鐵芯內的渦流損耗，所述左、右短鐵芯均采用多片硅鋼片疊加成型，左、右短鐵芯與左、右水平鐵芯板之間均用焊接方式連接，左、右電磁線圈組通電后，多個齒牙在左、右短鐵芯的長平面形成多個小磁通回路，左、右短鐵芯的寬度均等于左、右電磁工作面的寬度，左、右短鐵芯的平面與左、右電磁工作面之間均保持一定的均勻氣隙，多個小磁通回路形成多個閉路磁通，使左、右短鐵芯的平面與左、右電磁工作面之間均產生強大的磁場吸引力來支撐動力車輛的重力，同時左、右短鐵芯的平面寬度與左、右電磁工作面的寬度一致，二者磁場吸引力產生二者自動對齊的作用力來穩定動力車輛左、右端的位置，因此，左、右永磁鐵芯磁懸浮器的永磁合力加上左、右電磁鐵芯磁懸浮器的電磁合力等于左、右合力磁懸浮器軌道強大的合力，強大的合力既能支撐動力車輛的重力，又能穩定動力車輛左、右端的位置，前動力轉向架的左、右合力磁懸浮器軌道支撐動力車輛的前端，后動力轉向架的左、右合力磁懸浮器軌道支撐動力車輛的后端，4個合力磁懸浮器軌道使動力車輛底盤的4端平衡，前動力轉向架和后動力轉向架均設有磁懸浮傳感器，在磁懸浮傳感器的控制下，保持動力車輛的重力和磁力的平衡，磁懸浮傳感器由長鐵芯、紅外發射頭和紅外接收頭組成，左、右鐵芯長軌道的上端均設有方波形長邊,左軸架上端設有左發射孔，左發射孔內設有左紅外發射頭，左紅外發射頭右端設有左發射連接線，右軸架上端設有右發射孔，右發射孔內設有右紅外發射頭，右紅外發射頭左端設有右發射連接線，左豎板上端設有接收孔，接收孔內設有左紅外接收頭，左紅外接收頭上端設有左接收連接線，左紅外接收頭與左紅外發射頭對應，右豎板上端設有接收孔，右接收孔內設有右紅外接收頭，右紅外接收頭上端設有右接收連接線，右紅外接收頭與右紅外發射頭對應，左、右紅外發射頭均發射紅外光束到達左、右紅外接收頭，根據紅外光束的狀態，使左、右紅外接收頭均有3種輸出狀態，當左、右長鐵芯遮擋紅外光束時，左、右紅外接收頭輸出正調壓信號，當左、右長鐵芯不遮擋紅外光束時，左、右紅外接收頭輸出負調壓信號，磁懸浮列車在運行中，當方波形長邊遮擋紅外光束時，到達左、右紅外接收頭的是脈沖式紅外光束，使左、右紅外接收頭輸出自保持信號，所述加強板設有左穿線孔和右穿線孔，所述左、右軸架均設有穿線孔，左電磁線圈組的輸出線經過左軸架的穿線孔與左發射連接線合并后從左穿線孔引出，右電磁線圈組的輸出線經過右軸架的穿線孔與右發射連接線合并后從右穿線孔引出；前動力轉向架和后動力轉向架的中部均設有左高速電動齒輪和右高速電動齒輪，所述高速電動齒輪中部設有外轉子4極永磁無刷直流電機，外轉子4極永磁無刷直流電機的中心設有固定軸，固定軸中部設有外轉子，外轉子外圓固定齒輪圈，齒輪圈選用耐磨的金屬材料制造，固定軸的上端設有上并接螺帽，固定軸的下端設有下并接螺帽，加強板的中部設有上左軸孔和上右軸孔，左軸架的下端設有下左軸孔，右軸架的下端設有下右軸孔，上左軸孔與下左軸孔安裝左固定軸，左上并接螺帽緊固加強板左軸孔，左下并接螺帽緊固左軸架下端軸孔，使左高速電動齒輪安裝到位，上右軸孔與下右軸孔安裝右固定軸，右上并接螺帽緊固在加強板右軸孔，右下并接螺帽緊固在右軸架下端軸孔，使右高速電動齒輪安裝到位，左高速電動齒輪和右高速電動齒輪對稱于動力轉向架的中線，左、右合力磁懸浮器軌道的自動定位功能，使左齒輪圈與左傳動長齒條之間無壓力嚙合，右齒輪圈與右傳動長齒條之間無壓力嚙合；磁懸浮列車轉彎時，山字型長軌道的彎道呈弧線形，包括多功能長軌道弧線、左、右鐵芯長軌道以及左、右長鐵芯的弧線均為同心的弧線軌跡，為了確保高速磁懸浮列車轉彎時的重心平衡，外圈大弧線的鐵芯長軌道高于內圈小弧線的鐵芯長軌道，使高速磁懸浮列車轉彎時的車體向內圈傾斜，左、右合力磁懸浮器軌道具有自動轉向功能，磁懸浮列車轉彎時，左、右電磁工作面和左、右永磁工作面變成曲線形，磁懸浮列車的轉彎半徑大，左、右短鐵芯和左、右永磁條的長度短，與其對應的左、右電磁工作面和左、右永磁工作面的弧長近似于直線，在左、右合力磁懸浮器軌道的自動定位作用下，使左、右合力磁懸浮器軌道與左、右鐵芯長軌道保持平行，使左、右合力磁懸浮器軌道的前、后端產生轉向扭力，帶動轉向架跟隨左、右長鐵芯的曲線軌跡自動轉向；前動力轉向架和后動力轉向架均設有制動器，加強板中部設有方孔，方孔內設有制動器，制動器內設有左蹄片和右左蹄片，長條形制動板的上端位于左蹄片和右左蹄片的中間，當多個左、右蹄片同步夾緊長條形制動板時，磁懸浮列車產生制動力；前動力轉向架和后動力轉向架均設有左空氣彈簧和右空氣彈簧，4個空氣彈簧上端連接底盤，空氣彈簧的作用在于：動力轉向架轉彎時，動力轉向架與底盤之間會產生水平位移，空氣彈簧具有柔性連接的特性，使動力轉向架支撐底盤的同時還具有水平方向的彈性伸縮作用，底盤上端設有車廂，前、后動力轉向架支撐一節動力車輛，一節動力車輛包括前左、右高速電動齒輪和后左、右高速電動齒輪、前左、右合力磁懸浮器軌道和后左、右合力磁懸浮器軌道以及前制動器和后制動器，多節動力車輛經過底盤上的前、后掛鉤連接成整個磁懸浮器列車，使磁懸浮器列車的牽引力、磁懸浮力和制動力倍增，磁懸浮器列車設有車頭廂，車頭廂是電源動力車輛，電源動力車輛的底盤下端和多個動力車輛的底盤下端均設有左機倉和右機倉，左、右機倉之間的空間是長條形制動板的位置，電源動力車輛的左機倉內設有高壓變壓器、整流器和蓄電池組，右機倉內設有前磁懸浮控制器、后磁懸浮控制器和前無刷電機智能控制器、后無刷電機智能控制器，多個動力車輛的左、右機倉內均設有前磁懸浮控制器和后磁懸浮控制器以及前無刷電機智能控制器和后無刷電機智能控制器，在每一節動力車輛中，前無刷電機智能控制器的輸出端連接前左、右高速電動齒輪的電機線，后無刷電機智能控制器的輸出端連接后左、右高速電動齒輪的電機線，前磁懸浮控制器和后磁懸浮控制器的輸出端分別連接前左、右電磁線圈和后左、右電磁線圈，每一個磁懸浮控制器的輸入端分別連接左接收連接線和右接收連接線，左發射連接線和右發射連接線分別連接磁懸浮控制器的紅外輸出端；電源動力車輛的車頂上設有絕緣架，絕緣架上端設有受電弓，受電弓上端連接接觸網，接觸網輸送27KV的單相交流電，受電弓將接觸網的27KV單相交流電傳輸到高壓變壓器，高壓變壓器輸出低壓單相交流電傳輸到整流器，整流器輸出2000V的直流電源到多個無刷電機智能控制器的電源端，整流器輸出低壓直流電源給蓄電池組充電，蓄電池組給多個磁懸浮控制器供電，一但接觸網停電，蓄電池組確保磁懸浮控制器的供電，當磁懸浮列車載重下降時，左、右長鐵芯遮擋紅外光束，左、右紅外接收頭輸出正調壓信號到磁懸浮控制器的輸入端，磁懸浮控制器輸出逐步升壓的直流電壓到左電磁線圈和右電磁線圈，使左、右電磁鐵芯磁懸浮器的磁力增強，產生向上的左、右磁懸浮合力，當磁懸浮列車上升到左、右長鐵芯不遮擋紅外光束時，左、右紅外接收頭輸出負調壓信號到磁懸浮控制器的輸入端，磁懸浮控制器輸出逐步降壓的直流電壓到左電磁線圈和右電磁線圈，使磁懸浮列車下降，磁懸浮列車行駛中，當左、右方波形長邊鐵芯遮擋紅外光束時，左、右紅外接收頭輸出自保持信號到磁懸浮控制器的輸入端，磁懸浮控制器輸出自保持的直流電壓到左電磁線圈和右電磁線圈，使磁懸浮列車的磁懸浮狀態穩定；電源動力車輛設有駕駛室，駕駛室內設有操作臺，操作臺上設有調速器，操作臺前端設有車速顯示器，調速器設有調速桿，調速桿中部設有支點軸，支點軸兩端安裝在操作臺的左、右端，調速桿下端設有上支架和下支架，上、下支架組成等邊的直角形，上支架前下端固定上方塊永磁體，下支架前下端固定下方塊永磁體，上、下方塊永磁體的極性互為相反，上、下方塊永磁體之間設有調速霍爾元件，調速霍爾元件位于以支點軸為圓心的上、下方塊永磁體的弧線軌跡上，調速霍爾元件安裝在底座上，調速桿上端設有手柄，手柄向前推進到頭，上方塊永磁體接近調速霍爾元件，調速霍爾元件輸出高電壓信號，手柄向后拉退到底，下方塊永磁體接近調速霍爾元件，調速霍爾元件輸出低電壓信號，調速霍爾元件位于上、下方塊永磁體的中間，調速霍爾元件輸出中電壓信號，手柄前后推拉的過程中，調速霍爾元件輸出的信號電壓是線性變化的高低電壓，調速霍爾元件輸出端連接多個無刷電機智能控制器的調速端，多個無刷電機智能控制器的輸出端分別連接多個左、右高速電動齒輪的電機輸出線，外轉子4極永磁無刷直流電機的3個換相霍爾傳感器的輸出線連接無刷電機智能控制器的輸入端，外轉子4極永磁無刷直流電機轉動時輸出換相脈沖信號，換相脈沖信號的頻率與的車速成正比，無刷電機智能控制器對換相脈沖信號進行車速換算，換算成車速信號輸出到車速顯示器，車速顯示器實時顯示磁懸浮列車的行駛速度，無刷電機智能控制器調速端信號電壓的高低，與控制器輸出的驅動電壓的高低成正比，調速器手柄向前推進時，無刷電機智能控制器輸出從低到高變化的驅動電壓到左、右高速電動齒輪，從而控制磁懸浮列車的車速，左高速電動齒輪與右高速電動齒輪的轉速相等，轉向互為相反，二者齒輪同步驅動左傳動長齒條和右傳動長齒條，牽引磁懸浮列車從低車速到高車速大范圍區間內的運行，磁懸浮列車的最高車速在500公里/小時左右，左、右高速電動齒輪在高車速區間運行的牽引效率高，在低車速區間運行時的牽引扭力小、效率低，因為左、右高速電動齒輪的功率足夠大，所以左、右高速電動齒輪能夠滿足磁懸浮列車從起步到低車速區間運行的扭力要求，低車速區間運行時雖然電機效率低，會造成一定損耗，但是運行時間短，影響不大。