[发明专利]永磁电动高速磁悬浮列车系统

说明书

一种永磁电动高速磁悬浮列车系统，山字型长轨道的中线安装多功能长轨道，多功能长轨道将左、右传动长齿条、左、右长导向轨道和长条形制动板集中在一条轨道线上，左、右长高台设置双效应磁悬浮器支撑磁悬浮列车的两边，重心低，安全性高，磁悬浮的间隙距离跟随车速的快慢自动控制，省去复杂的磁悬浮控制系统，多个高速电动齿轮取代昂贵的直线电机驱动系统，左、右导向轮取代复杂的磁悬浮导向系统，高速磁悬浮状态使多个低速电动车轮和多个被动车轮离开路面，避免了电机的磁阻损耗，多个高速电动齿轮与左、右传动长齿条啮合传动跟随转向架上下浮动，不承受列车的重力。

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术，确切的说，是一种永磁电动高速磁悬浮列车系统。

背景技术

目前，中国的中低速磁悬浮列车已经试验成功，并且开始商业运行，实现了中国的磁悬浮列车从研发到应用的全覆盖，成为世界上少数几个掌握该项技术的国家之一，但是中低速磁悬浮列车与现有技术的轮轨式高铁列车相比优点并不突出，成本很高，实用价值比不上技术成熟的高铁列车，但是高铁列车因为受车轮阻力的限制，列车速度无法进一步提高,所以努力实现高速磁悬浮列车才是人们追求的理想目标，现有技术的磁悬浮列车是由磁悬浮系统、导向系统和牵引系统组成，三大系统的技术方案基本上都是利用磁力的作用实现的，磁悬浮列车三大系统全部采用电磁作用的技术方案并非完美，其缺点在于：电磁控制技术复杂、成本高，磁悬浮系统一但停电安全性差，尤其是直线电机的长定子，造价非常高，而且电机效率并不高，因此，实现经济、安全、实用的高速磁悬浮列车是今后磁悬浮列车的发展方向。

发明内容

为了克服现有技术的磁悬浮列车的缺点，本发明公开一种永磁电动高速磁悬浮列车系统，本系统省去了复杂的磁悬浮控制系统，省去了昂贵的直线电机。

所述永磁电动高速磁悬浮列车系统的技术方案包括山字形长轨道、多功能长轨道、传动长齿条、长高台、长铝板、导磁板、永磁条、动力车辆、电源动力车辆、磁悬浮列车、前转向架、后转向架、高速电动齿轮、低速电动车轮、被动车轮、导向轮、制动器、双效应磁悬浮器、永磁电动磁悬浮器、永磁铁芯磁悬浮器、限速传感器、高压变压器、变流器、底盘、车厢、变频调压智能控制器、无刷电机智能控制器和调速器，其特征在于：永磁电动高速磁悬浮列车系统设有山字形长轨道，山字形长轨道的横截面为山字形，山字形长轨道设有混凝土长平台，混凝土长平台是一种沿轨道路线建造的承重平台，混凝土长平台的上面中线设有多功能长轨道，多功能长轨道设有长条形制动板，长条形制动板的左、右端设有左导向轨道和右导向轨道，左、右导向轨道的横截面为L形，左、右导向轨道对称于长条形制动板的左、右端，右导向轨道设有多个上沉头螺丝钉和下沉头螺丝钉，左导向轨道设有多个上螺母孔和下螺母孔，上、下螺丝钉与上、下螺螺母孔对应，多个上、下螺丝钉将左、右导向轨道与长条形制动板紧固为一体，混凝土长平台设有多个左螺丝钉和多个右螺丝钉，左、右导向轨道下端设有多个左螺丝孔和多个右螺丝孔，左、右螺丝钉与左、右螺丝孔对应，多个左、右螺丝帽将左、右导向轨道紧固在混凝土长平台的上面中线，左导向轨道上端设有左传动长齿条，左导向轨道与左传动长齿条整体制造，右导向轨道上端设有右传动长齿条，右导向轨道与右传动长齿条整体制造，左、右传动长齿条对称于长条形制动板的左、右端，多功能长轨道的整体横截面为土字形，混凝土长平台的左边设有左长高台，左长高台上面设有左长铝板，混凝土长平台的右边设有右长高台，右长高台上面设有右长铝板，左、右长铝板的横截面均为L形，左、右长铝板对称于左、右长高台的外端，左长铝板的左端设有左长铁芯，右长铝板的右端设有右长铁芯，左、右长铁芯上均设有多个沉头螺丝钉，左、右长高台上均设有多个螺母孔与多个沉头螺丝钉对应，多个沉头螺丝钉将左长铝板和左长铁芯与左长高台固定为一体，多个沉头螺丝钉将右长铝板和右长铁芯与右长高台固定为一体，左、右长铝板分别位于左长高台和右长高台的上端面，左长铁芯位于左长高台的左端面，右长铁芯位于右长高台的右端面，左、右长高台下端均设有多个排水窗口，混凝土长平台与左、右长高台一体化现浇成型，所述混凝土长平台、多功能长轨道、左、右长高台、左、右长铝板以及左、右长铁芯，它们的边长线之间相互平行，组合的山字型长轨道具有导向、传动、制动和磁悬浮的多种功能；永磁电动高速磁悬浮列车系统设有多个动力车辆，多个动力车辆的构造均相同，单个动力车辆设有底盘，底盘上端设有车厢，底盘前、后端均设有连接挂钩，连接挂钩将多个动力车辆连接成磁悬浮列车，动力车辆的底盘下端设有前动力转向架和后动力转向架，前、后动力转向架的构造完全相同，所述动力转向架设有加强板，加强板的左端设有左水平导磁板，左水平导磁板左端设有左垂直导磁板，加强板的右端设有右水平导磁板，右水平导磁板右端设有右垂直导磁板，左水平导磁板和左垂直导磁板与右水平导磁板和右垂直导磁板对称于加强板的左、右端，加强板的上平面高于左、右水平导磁板的上平面，左、右水平导磁板的长度等于左、右垂直导磁板的长度，二者的长度均大于加强板的长度，加强板下面的左、右端设有左轴架和右轴架，左、右轴架的横截面为L形，左、右轴架对称于加强板的左、右端，加强板、左、右水平导磁板、左、右垂直导磁板、左轴架和右轴架一体化铸造成动力转向架的构架，左水平导磁板的中上端设有左空气弹簧，右水平导磁板的中上端设有右空气弹簧，左、右空气弹簧的上端连接底盘，左水平导磁板下端设有左上永磁条，左垂直导磁板右端设有左下永磁条，右水平导磁板下端设有右上永磁条，右垂直导磁板左端设有右下永磁条，左上永磁条与左长铝板对应平行,左下永磁条与左长铁芯对应平行,右上永磁条与右长铝板对应平行,右下永磁条与右长铁芯对应平行,左、右上永磁条均由多个同样大小的方块永磁体排列组成，方块永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，方块永磁体的极性是径向的，相邻之间的方块永磁体的极性互为相反，多个方块永磁体经过导磁板使永磁条下端的长平面形成多个小磁通回路,永磁条与导磁板之间用AB胶粘连，左、右上永磁条的宽度均小于左、右长铝板的宽度,左、右上永磁条的平面与左、右长铝板的平面互相平行，静止状态下，二者平面之间设有一定的均匀气隙，左、右下永磁条均由多个同样大小的条形永磁体排列组成，条形永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，条形永磁体的极性是径向的，相邻之间的条形永磁体的极性互为相反，多个条形永磁体经过导磁板使永磁条下端的长平面形成多个小磁通回路,永磁条与导磁板之间用AB胶粘连，左、右下永磁条的宽度均等于左、右长铁芯的宽度，左、右下永磁条的平面与左、右长铁芯的平面互相平行，静止状态下，二者平面之间设有较小的均匀气隙，左、右下永磁条的平面与左、右长铁芯的平面之间的强大吸力，形成左、右下永磁条向上的合力，使单个动力车辆在空载时的重力处于稳定的磁悬浮状态，左、右上永磁条与左、右长铝板组成一段两边的永磁电动磁悬浮器，左、右下永磁条与左、右长铁芯组成一段两边的永磁铁芯磁悬浮器，二者组成双效应磁悬浮器，为了减少永磁铁芯磁悬浮器在运行中铁芯产生的电磁感应涡流和磁阻，左、右长铁芯均用多片条形硅钢片叠加焊接成型，前动力转向架的左、右双效应磁悬浮器和后动力转向架的左、右双效应磁悬浮器支撑单个动力车辆的前、后端，在4个双效应磁悬浮器的支撑下，使单个动力车辆底盘的4端平衡，在多个双效应磁悬浮器的支撑下，多个动力车辆连接成磁悬浮列车，磁悬浮列车转弯时，山字型长轨道的弯道呈弧线形，包括混凝土长平台弧线、多功能长轨道弧线、左、右长高台弧线以及左、右长铝板弧线的轨迹均为同心弧线，为了确保高速磁悬浮列车转弯时的重心平衡，外圈大弧线的长高台高于内圈小弧线的长高台，使高速磁悬浮列车转弯时的车体向内圈倾斜；动力转向架的中部设有左高速电动齿轮和右高速电动齿轮，所述高速电动齿轮设有外转子4极永磁同步交流电机，外转子4极永磁同步交流电机的中心设有固定轴，固定轴中部设有外转子，外转子外圆固定齿轮圈，固定轴的上端设有上并接螺帽，固定轴的下端设有下并接螺帽，加强板的中部设有上左轴孔和上右轴孔，左轴架的下端设有下左轴孔，右轴架的下端设有下右轴孔，上左轴孔与下左轴孔安装左固定轴，左上并接螺帽紧固加强板左轴孔，左下并接螺帽紧固左轴架下端轴孔，使左高速电动齿轮安装到位，上右轴孔与下右轴孔安装右固定轴，右上并接螺帽紧固在加强板右轴孔，右下并接螺帽紧固在右轴架下端轴孔，使右高速电动齿轮安装到位，左高速电动齿轮和右高速电动齿轮对称于动力转向架的左、右端，左齿轮圈与左传动长齿条啮合，右齿轮圈与右传动长齿条啮合；左轴架的前下端设有左电机孔，左电机孔内安装左低速电动车轮，右轴架的前下端设有右电机孔，右电机孔内安装右低速电动车轮，所述低速电动车轮中部设有一种内转子4极永磁无刷直流电机与行星齿轮减速器一体化的轮毂电机，左、右轮毂电机的外圆均设有橡胶轮圈，内转子4极永磁无刷直流电机作为轮轴安装在电机孔内，行星齿轮减速器作为轮毂安装在橡胶轮圈内；左轴架的后下端设有左台阶轴，右轴架的后下端设有右台阶轴，左、右台阶轴的内端均安装大轴承，左、右台阶轴的外端均安装小轴承，大、小轴承的外圆均设有轮毂圈，左、右轮毂圈的内圆两端均设有大轴承架和小轴承架分别安装大、小轴承,左、右台阶轴的外端均设有螺帽挡，左、右轮毂圈的外圆均设有橡胶轮圈，由台阶轴、大、小轴承、轮毂圈、螺帽挡和橡胶轮圈分别组成左被动车轮和右被动车轮，左低速电动车轮和右低速电动车轮以及左被动车轮和右被动车轮的直径均相等，4个车轮分别滚动在混凝土长平台上的左路面上和右路面上；加强板的前端设有上左轴孔和上右轴孔，左轴架和右轴架的前下端分别设有下左轴孔和下右轴孔，上左轴孔和下左轴孔安装前左轮轴，上右轴孔和下右轴孔安装前右轮轴，加强板后端设有上左轴孔和上右轴孔，左轴架和右轴架的后下端分别设有下左轴孔和下右轴孔，上左轴孔和下左轴孔安装后左轮轴，上右轴孔和下右轴孔安装后右轮轴，4个轮轴的两端均设有上螺帽和下螺帽，4个轮轴的外圆均设有轴套，4个轴套的外圆均设有轴承，4个轴承的外圆均设有导向轮，4个导向轮分别为左前导向轮和右前导向轮，左后导向轮和右后导向轮，左前导向轮和右前导向轮对称于多功能长轨道、位于转向架的前端、分别支撑和滚动在左导向轨道和右导向轨道上，左后导向轮和右后导向轮对称于多功能长轨道、位于转向架的后端、分别支撑和滚动在左导向轨道和右导向轨道上，磁悬浮列车转弯时，导向轨道变成曲线形，4个导向轮跟随曲线形导向轨道滚动时，前左、右导向轮的支撑点与后左、右导向轮的支撑点之间产生转向扭力，带动转向架和4个车轮自动转向，左、右双效应磁悬浮器跟随转向架与左、右长高台保持准平行状态；加强板中部设有方孔，方孔内设有制动器，制动器内设有左蹄片和右左蹄片，长条形制动板的上端位于左蹄片和右左蹄片的中间，当多个左、右蹄片同步夹紧长条形制动板时，磁悬浮列车产生制动力；所述前动力转向架和后动力转向架均设有左空气弹簧和右空气弹簧，4个空气弹簧上端连接底盘，空气弹簧的作用在于：转向架转弯时，转向架与底盘之间会产生水平位移，空气弹簧具有柔性连接的特性，使转向架支撑底盘的同时还具有水平方向的弹性伸缩的功能，底盘上端设有车厢，前、后转向架支撑单个动力车辆，单个动力车辆包括4个低速电动车轮、4个高速电动齿轮和两个制动器、4个双效应磁悬浮器，多个动力车辆经过底盘上的前、后挂钩连接成整个磁悬浮列车，使整个磁悬浮列车的驱动力和制动力倍增，磁悬浮列车在空载时处于磁悬浮状态，磁悬浮列车设有车头厢，车头厢是电源动力车辆，电源动力车辆的底盘下端和多个动力车辆的底盘下端均设有左机仓和右机仓，左、右机仓之间的空间是长条形制动板的位置，电源动力车辆的右机仓内设有高压变压器和变流器，左机仓内设有变频调压智能控制器和无刷电机智能控制器，多个动力车辆的右机仓内均设有变频调压智能控制器，左机仓内均设有无刷电机智能控制器，每一个变频调压智能控制器的输出端连接4个高速电动齿轮，每一个无刷电机智能控制器的输出端连接4个低速电动车轮，电源动力车辆的车顶上设有高压绝缘台，高压绝缘台上设有受电弓，受电弓上端连接接触网，接触网输送27KV的单相交流电，电源动力车辆设有驾驶室，驾驶室内设有操作台，操作台上设有调速器，操作台前端设有车速显示器，调速器设有调速杆，调速杆中部设有支点轴，支点轴两端安装在操作台的左、右端，调速杆下端设有上支架和下支架，上、下支架组成等边的直角形，上支架前下端固定上方块永磁体，下支架前下端固定下方块永磁体，上、下方块永磁体的极性互为相反，上、下方块永磁体之间设有调速霍尔元件，调速霍尔元件位于以支点轴为圆心的上、下方块永磁体的弧线轨迹上，调速霍尔元件安装在底座上，调速杆上端设有手柄，手柄向前推进到头，上方块永磁体接近调速霍尔元件，调速霍尔元件输出高电压信号，手柄向后拉退到底，下方块永磁体接近调速霍尔元件，调速霍尔元件输出低电压信号，调速霍尔元件位于上、下方块永磁体的中间，调速霍尔元件输出中电压信号，手柄前后推拉的过程中，调速霍尔元件输出的信号电压是线性变化的高低电压，调速霍尔元件输出端连接多个变频调压智能控制器的调速端和多个无刷电机智能控制器的调速端，多个变频调压智能控制器的输出端分别连接多个左、右高速电动齿轮的电机输出线，多个无刷电机智能控制器的输出端分别连接多个左、右低速电动车轮的电机输出线，在每一节动力车辆中，低速电动车轮的3个换相霍尔传感器的输出线连接无刷电机智能控制器的输入端，变频调压智能控制器和无刷电机智能控制器均设有智能控制的开关控制模块，调速器手柄向前推进时，调速霍尔元件输出的调速信号首先到无刷电机智能控制器，触发开关控制模块，开关控制模块打开左、右低速电动车轮电机的电源，调速信号到无刷电机智能控制器的调速端，控制器输出的驱动电压到左、右低速电动车轮，调速端的信号电压的高低与控制器输出的驱动电压的高低成正比，左、右低速电动车轮同步同方向转动,带动动车组起步和加速，左、右高速电动齿轮在长传动齿条的带动下空载转动，左、右高速电动齿轮的电机是永磁同步交流电机，转动时输出交流信号到变频调压智能控制器的输入端，交流信号的频率与动车组的车速成正比，左、右低速电动车轮的内转子4极永磁无刷直流电机转动时输出换相脉冲信号，换相脉冲信号的频率与磁悬浮列车的车速成正比，无刷电机智能控制器对换相脉冲信号进行车速换算，当换相脉冲的频率达到低车速阶段加速的上限值时，无刷电机智能控制器触发开关控制模块，关断低速电动车轮的电源，此时转速很高的内转子4极永磁无刷直流电机立即停止，同时变频调压智能控制器对交流信号进行车速换算，当交流信号的频率达到车速设定值时，变频调压智能控制器触发开关控制模块，打开左、右高速牵引电机的电源，此时调速器的调速信号经过调速端控制变频调压智能控制器的输出电源，调速端信号电压的高低与控制器输出的驱动电压的高低成正比，调整输出电源的3相交流电的电压和频率，即调整左、右高速电动齿轮的转速，从而控制磁悬浮列车的车速，左高速电动齿轮的转向与右高速电动齿轮的转向互为相反，二者同步驱动左传动长齿条和右传动长齿条，牵引磁悬浮列车高速向前行驶；磁悬浮列车载重时，磁悬浮状态失去平衡，磁悬浮列车下沉，多个车轮触地，多个低速电动车轮驱动列车低速向前行驶，左永磁条和右永磁条在左长铝板和右长铝板上面平行向前运动，左、右永磁条下端平面的多个小磁通回路形成两排多个上小磁场，左、右长铝板相当于两排多个紧密排列的短路线圈，多个上小磁场的磁力线切割多个短路线圈，左、右长铝板产生两排多个反电动势的涡流，多个反电动势涡流产生多个下小磁场，多个上小磁场与多个下小磁场对应，上、下小磁场的极性相同，两排多个上小磁场与两排多个下小磁场之间产生相斥力，因此左、右永磁条产生向上的磁悬浮力，当多个高速电动齿轮牵引磁悬浮列车高速向前行驶时，左、右长铝板上的感应电流增大，磁场增强，磁悬浮力增大，加上永磁铁芯磁悬浮器的升力，使磁悬浮列车又恢复本来的磁悬浮状态，永磁电动磁悬浮器的特性是：左、右永磁条产生向上的磁悬浮力的同时，也产生电磁阻力，磁悬浮列低速阶段行驶时，磁悬浮的间隙距离小，磁阻大，磁悬浮列车高速阶段行驶时，磁悬浮的间隙距离大，磁阻小，磁悬浮的间隙距离与磁悬浮列车的车速成正比，当左、右电动车轮离开左、右路面，避免了内转子4极永磁无刷直流电机的磁阻损耗，也避免了左、右被动车轮的阻力损耗，磁悬浮列车高速阶段行驶时，稳定在磁悬浮状态，除了一定的磁阻损耗外，不存在其他的阻力损耗，4极永磁同步交流电机转动时输出的交流信号换算成车速信号到车速显示器，实时显示磁悬浮列车的行驶速度，操作调速器，限制和稳定磁悬浮列车的车速在500公里/小时左右，双效应磁悬浮器与电磁控制的磁悬浮系统相比的优点在于控制机构简单可靠，缺点是存在磁阻损耗；所述低速电动车轮的电源是1000V的直流电源，高速电动齿轮的电源是2000V的3相交流电源，二者电源是接触网的27KV单相交流电转换获取的，受电弓接触架空的接触网将接触网的27KV单相交流电传输到高压变压器，高压变压器输出低压单相交流电传输到变流器，变流器内设有整流器模块和逆变器模块，整流器模块输出1000V的直流电源到无刷电机智能控制器的电源端，逆变器模块输出2000V的3相交流电源到变频调压智能控制器的电源端。