CN109228883A - 一种全悬浮的电动磁悬浮汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全悬浮的电动磁悬浮汽车，该电动磁悬浮汽车包括：车体、磁轮和磁轮驱动电机；所述磁轮安装在所述车体的下部；所述磁轮驱动电机设置在所述磁轮的中部，用于驱动所述磁轮发生转动，使得所述磁轮悬浮于磁浮车道的上方，所述磁浮车道包括路基和铺设于路基上的导体板，并带动车体在所述导体板的延伸方向上运动。通过使用本发明所提供的全悬浮的电动磁悬浮汽车，可以实现整个电动磁悬浮汽车的全悬浮，使得车轮与路面无接触，从而可以有效地减少车轮的磨耗，增加汽车的使用寿命。

Description

一种全悬浮的电动磁悬浮汽车

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术，特别涉及一种全悬浮的电动磁悬浮汽车。

背景技术

在现有技术中，传统的电动汽车(BEV)是以车载电源为动力，通过电机驱动车轮，利用路面及车轮之间的摩擦反作用力实现驱动。因此，传统的电动汽车的动力转向系统主要由转向操纵机构、转向器、转向助力装置、转向传动机构组成，虽然整个动力转向系统是利用左、右转向轮差速行驶实现转向，但上述的转向操作需要基于轮胎与路面之间的直接接触(即车轮与路面的摩擦作用)才能完成。

另外，现有技术中已经存在了一种“磁浮汽车”，该“磁浮汽车”大多是基于前、后轮磁悬浮支撑系统。整个磁悬浮支撑系统包括前、后车轮支撑半轴、调速离合器、前磁轮、后磁轮、电机(包括壳体、定子、转子、磁钢、电磁绕组等组件)等主要结构。现有技术中的上述磁悬浮汽车实现磁悬浮的具体工作原理为：将前、后车轮支撑半轴固定于车架上，将电机嵌套在相应的磁轮中，使用现有技术中成熟的动力磁悬浮电机技术，利用磁力作用将车轮中电机定子悬浮于空中，使电机转子与定子之间没有机械接触。定子与车身连接并保持悬浮状态，支撑车身的整体重量。轴向上通过外绕组和磁钢作用，提供轴向的磁悬浮力，使得车轮轴向固定，但无接触。利用电磁转矩作用驱动车轮旋转，带动车轮沿路面行驶。该“磁浮汽车”的转向操作也是利用传统汽车技术中的车轮差速原理来实现。

另外，现有技术中还提出了一种用于磁悬浮轨道式铁公路的可变轨道的轨道式磁悬浮汽车。在该技术方案中，在汽车的顶部安装可变轨道的磁铁轮组吸住磁悬浮轨道式铁公路，磁悬浮汽车顶部磁铁轮组和铁轨道用磁铁吸式磁悬浮，磁悬浮汽车下方是直线电机连接磁铁轨道用磁浮式磁悬浮。

由上可知，现有技术中的磁悬浮汽车方案虽然涉及相关的磁悬浮技术，但是在驱动和转向时始终需要依靠车轮与地面直接接触产生的摩檫力来实现。因此，对轮胎以及路面条件有一定的要求(需提供足够的摩檫力)；同时，对整个汽车系统的维护以及零件润滑也具有更高要求。另外，现有技术的磁悬浮汽车方案中，需要设计一系列复杂的控制系统以及检测系统，这些系统中包括机电协调控制器、悬浮驱动控制器以及各类传感器。因此，整个系统的设计难度较大，特别是对于控制系统的设计比较复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种全悬浮的电动磁悬浮汽车，从而可以实现整个电动磁悬浮汽车的全悬浮，使得车轮与路面无接触，从而可以有效地减少车轮的磨耗，增加汽车的使用寿命。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种全悬浮的电动磁悬浮汽车，该电动磁悬浮汽车包括：车体、磁轮和磁轮驱动电机；

所述磁轮安装在所述车体的下部；

所述磁轮驱动电机设置在所述磁轮的中部，用于驱动所述磁轮发生转动，使得所述磁轮悬浮于磁浮车道上的上方，所述磁浮车道包括路基和铺设于路基上的导体板，并带动车体在所述导体板的延伸方向上运动。

较佳的，所述磁轮包括：橡胶外轮、永磁体阵列和连接层；

所述永磁体阵列设置在橡胶外轮和连接层之间；

所述连接层设置在所述永磁体阵列和磁轮驱动电机之间，且环绕所述磁轮驱动电机。

较佳的，所述永磁体阵列为环形海尔贝克阵列。

较佳的，所述磁轮驱动电机用于分别控制左、右磁轮的转速。

较佳的，所述导体板为铝板或铜板。

较佳的，设置有两条磁浮车道，且两条磁浮车道之间设置有不导磁绝缘带。

如上可见，本发明所提供的全悬浮的电动磁悬浮汽车，由于使用了磁轮和铺设于路基上的磁浮车道上的导体板，因此可以基于电动磁悬浮原理，并结合Halbach永磁体环形阵列的特性，实现整个电动磁悬浮汽车的全悬浮，使得车轮与路面无接触，从而可以有效地减少车轮的磨耗，增加汽车的使用寿命。

另外，更进一步的，本发明中还可以利用上述的全悬浮状态，将磁场作为弹性介质，使得上述的电动磁悬浮汽车具备更优良的减振性能，提升汽车的运行平稳性以及乘坐舒适度。

另外，在本发明的技术方案中，还可以将电动磁悬浮系统产生的电磁阻力作为驱动整个汽车前行的驱动力，将“磁阻力”变为前行的“驱动力”，实现对汽车的驱动。

此外，更进一步的，在本发明的技术方案中，还可利用左、右两侧车轮的差速实现两侧车轮的电磁阻力的变化，进而实现转向操作。而且，由于是利用磁场的变化来实现转向，因此转向灵活性高，响应快。

附图说明

图1为本发明实施例中的全悬浮的电动磁悬浮汽车的结构示意图。

图2为本发明实施例中的磁浮车道的设置示意图。

图3为本发明实施例中的磁轮受力分析示意图。

图4为本发明实施例中的磁轮的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例提供了一种全悬浮的电动磁悬浮汽车。

图1为本发明实施例中的全悬浮的电动磁悬浮汽车的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中的全悬浮的电动磁悬浮汽车包括：车体11、磁轮12和磁轮驱动电机15；

所述磁轮12安装在所述车体11的下部；

所述磁轮驱动电机15设置在所述磁轮12的中部，用于驱动所述磁轮12发生转动，使得所述磁轮12悬浮于磁浮车道13的上方，所述磁浮车道包括路基14和铺设于路基上的导体板13，并带动车体11在所述导体板13的延伸方向上运动。

在本发明的技术方案中，上述的磁轮在磁轮驱动电机的驱动之下发生转动时，将产生一个随时间变化的磁场；该磁场将切割磁浮车道上的导体板(例如，铝板或铜板)。根据电磁感应定律，该磁场将在导体板内部产生感应电动势，该导体板本身各部分构成回路，从而在导体板中生成与永磁体(即磁轮)一起运动的内循环电流(即镜像涡流)。而该镜像涡流又将产生一个磁场，该镜像涡流产生的磁场与磁轮的磁场相互作用产生一个竖直向上的悬浮力，该悬浮力可将电动磁悬浮汽车整体向上托起一定的高度，使得整个电动磁悬浮汽车呈现“全悬浮”的状态，电动磁悬浮汽车的车轮(即磁轮)完全脱离磁浮车道上的导体板，悬浮在磁浮车道的上方，与磁浮车道上的导体板无接触。

而在该电动磁悬浮汽车的行驶过程中，上述的镜像涡流场将施加一水平方向的磁阻力于磁轮上。图3为本发明实施例中的磁轮受力分析示意图，根据图3中所示的受力分析可知，上述的磁阻力可为电动磁悬浮汽车的运动(例如，向前行驶或者向后倒退等)提供驱动力，从而驱动整个电动磁悬浮汽车沿着相应的方向发生运动。

另外，在本发明的技术方案中，当该电动磁悬浮汽车转向时，可以通过磁轮驱动电机15分别控制左、右磁轮的转速。当左、右磁轮的转速不同时(差速)，由两车轮旋转而产生的感应磁场的强度不同，而磁场的强度不同又将导致两车轮所受到的磁场作用力也不同，从而使得两个方向上的磁轮出现“偏转”，继而实现转向。

另外，较佳的，如图4所示，在本发明的一个具体实施例中，所述磁轮12包括：橡胶外轮41、永磁体阵列42和连接层43；所述永磁体阵列42设置在橡胶外轮41和连接层43之间；所述连接层43设置在所述永磁体阵列42和磁轮驱动电机15之间，且环绕所述磁轮驱动电机15。

在本发明的技术方案中，上述的连接层可以起到连接作用和缓冲作用；同时，该连接层还可以起到一定的磁屏蔽作用。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述永磁体阵列可以是环形海尔贝克阵列(Halbach Array)。海尔贝克阵列是一种建立在正弦分布磁场的新型永磁体阵列，该阵列可以将磁体组产生的磁场集中于磁体的一侧，而在另一侧磁场将得到最大程度的抵消，从而使得磁体的外磁场能够得到更好的利用(单边特性)。在本发明的技术方案中，由于海尔贝克阵列的磁场分布的特殊性，上述的环形海尔贝克阵列的大部分磁场集中于该环形海尔贝克阵列的外部，内部的磁场非常小，所以该环形海尔贝克阵列与磁轮驱动电机之间的相互影响较小。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述环形海尔贝克阵列中的永磁体的个数以及各个永磁体的充磁方向。例如，如图4所示，图4中的环形海尔贝克阵列中设置有16块永磁体，图4中的各个箭头分别代表环形海尔贝克阵列中的每一块永磁体的充磁方向。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述导体板可以是铝板，也可以是铜板，也可以是其它的适用的金属板，在此不再一一赘述。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述磁浮车道可以与现有技术中的普通汽车车道一起铺设在路基上。例如，图2为本发明实施例中的磁浮车道的设置示意图，如图2所示，两条磁浮车道13铺设在内侧，且两条磁浮车道13之间还设置有不导磁绝缘带22，这两条两条磁浮车道13分别供沿两个相反方向(图2中所示的黑色箭头)行驶的电动磁悬浮汽车行驶。两条普通汽车车道21铺设在两条磁浮车道13的两侧，可供沿两个相反方向(图2中所示的白色箭头)行驶的普通汽车行驶。

本发明中的电动磁悬浮汽车在悬浮车道13上的导体板上行驶时，不会偏离车道。另外，由于不导磁绝缘带22具有磁屏蔽作用，因而在行驶过程中两条磁浮车道之间也不存在相互干扰。

另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置相应的参数，以调整或调节悬浮力的大小，使得整个电动磁悬浮汽车呈现比较合适的“全悬浮”的状态。

例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，可以预先设置磁轮驱动电机的转速(转速越高，则所产生的悬浮力也将越大，电动磁悬浮汽车与磁浮车道上的导体板之间的间隙越高)、车道感应板(即磁浮车道上的导体板)的厚度(一般情况下，所产生的悬浮力随着导体板的厚度的增加而增加，但是综合考虑悬浮系统性能、散热及建设成本，导体板的厚度也不宜过厚)、环形海尔贝克阵列的极对数(随着极对数的增加，磁轮每一对极与导体板接触的面积将随之减小，从而导致所产生的悬浮力也随之减小)。

在实际运行过程中，由于磁轮的转速可影响悬浮力以及磁阻力的大小，因此，一般可以通过控制磁轮驱动电机的转速来调节整车的悬浮高度以及速度。此外，在本发明的其它具体实施例中，还可以预先设置其他的参数，例如，磁轮外径、磁体厚度等，以调节所产生的悬浮力的大小。具体设置方式在此不再一一赘述。

综上可知，在本发明中的全悬浮的电动磁悬浮汽车，由于使用了磁轮和铺设于路基上的导体板，因此可以基于电动磁悬浮原理，并结合Halbach永磁体环形阵列的特性，实现整个电动磁悬浮汽车的全悬浮，使得车轮与路面无接触，从而可以有效地减少车轮的磨耗，增加汽车的使用寿命，而且也可以大大减小汽车的行车阻力(因为在全悬浮状态下，车轮与路面无接触，因此无摩擦阻力)。

另外，更进一步的，本发明中还可以利用上述的全悬浮状态，将磁场作为弹性介质，使得上述的电动磁悬浮汽车具备更优良的减振性能，提升汽车的运行平稳性以及乘坐舒适度。

另外，在本发明的技术方案中，还可以将电动磁悬浮系统产生的电磁阻力(即上述的磁阻力)作为驱动整个汽车前行的驱动力，将“磁阻力”变为前行的“驱动力”，实现对汽车的驱动。

此外，更进一步的，在本发明的技术方案中，还可利用左、右两侧车轮的差速实现两侧车轮的电磁阻力的变化，进而实现转向操作。而且，由于是利用磁场的变化来实现转向，因此转向灵活性高，响应快。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种全悬浮的电动磁悬浮汽车，其特征在于，该电动磁悬浮汽车包括：车体、磁轮和磁轮驱动电机；

所述磁轮安装在所述车体的下部；

所述磁轮驱动电机设置在所述磁轮的中部，用于驱动所述磁轮发生转动，使得所述磁轮悬浮于磁浮车道的上方，所述磁浮车道包括路基和铺设于路基上的导体板，并带动车体在所述导体板的延伸方向上运动。

2.根据权利要求1所述的电动磁悬浮汽车，其特征在于，所述磁轮包括：橡胶外轮、永磁体阵列和连接层；

所述永磁体阵列设置在橡胶外轮和连接层之间；

所述连接层设置在所述永磁体阵列和磁轮驱动电机之间，且环绕所述磁轮驱动电机。

3.根据权利要求1或2所述的电动磁悬浮汽车，其特征在于：

所述永磁体阵列为环形海尔贝克阵列。

4.根据权利要求1所述的电动磁悬浮汽车，其特征在于：

所述磁轮驱动电机用于分别控制左、右磁轮的转速。

5.根据权利要求1所述的电动磁悬浮汽车，其特征在于：

所述导体板为铝板或铜板。

6.根据权利要求1所述的电动磁悬浮汽车，其特征在于：

设置有两条磁浮车道，且两条磁浮车道之间设置有不导磁绝缘带。