矫正侧向偏离的磁悬浮轨道及矫正系统和矫正方法

摘要

本发明公开了矫正侧向偏离的磁悬浮轨道及矫正系统和矫正方法，其具有矫正导轨与磁体侧向偏离功能，该系统包括轨道梁、矫正装置、距离传感器、控制器、测速定位系统，当距离传感器感应到偏离后，给控制器发送信号，控制器接收测速定位系统提供的发生偏离的位置信息，得到对应位置的矫正装置的编号，控制器控制偏离部位前方两侧的矫正装置伸出，当偏离被矫正后，矫正装置复位。该矫正方法包括设置矫正装置、编码、检测偏移信号、测速定位、矫正和矫正装置复位。本发明实时检测磁悬浮轨道的偏离，固定位置矫正偏离，确保系统的平稳安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种矫正侧向偏离的磁悬浮轨道及矫正系统和矫正方法，属于轨道交通技术领域。

背景技术

英国剑桥大学的恩休首先提出了磁悬浮的概念，并证明了铁磁体不可能仅由另一个永久磁铁支撑而在六个自由度上都保持自由、稳定的悬浮，必须至少有一个自由度被机械或其他方式所约束，且必须根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小才能实现物体的稳定悬浮。永磁悬浮技术是利用永磁体之间的排斥力产生磁悬浮。这种磁悬浮方式是不稳定的，必须至少对一个自由度加以控制或约束。其优点是节能、安全、不易失磁，也不易被磁化。

目前世界上有三种类型的磁悬浮：常导电磁悬浮；超导电磁悬浮；以上两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。中国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支撑。

利用永磁磁悬浮技术的永磁磁悬浮列车，由于被安装在导向结构上的永磁体与导轨必须保持中线位置对齐才能保证悬浮间隙在一定范围和排斥力的合力表现为悬浮力，否则根据永磁体的悬浮力曲线，永磁体与磁轨之间的悬浮力将大幅削减，从而影响永磁悬浮系统的稳定运行。但是永磁悬浮方式是不稳定的悬浮，永磁磁悬浮列车在外界环境的干扰下，永磁体与磁轨可能会发生侧向偏离。此时必须采取措施来矫正发生侧向偏离的永磁体与导轨，以保证悬浮系统的稳定性。

目前用于矫正磁悬浮列车在运行中永磁体与磁轨发生偏离的技术还没有，使得磁悬浮在轨道应用中，容易左右碰壁，应用效果不佳。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种矫正侧向偏离的磁悬浮轨道，其具体技术方案如下：

矫正侧向偏离的磁悬浮轨道，包括轨道梁，所述轨道梁悬挂在悬挂梁下方，所述轨道梁中设置有悬浮转向架，所述悬浮转向架的下方设置有两道与轨道长度方向平行的横梁，两道横梁沿轨道的长度方向的中心轴对称，所述横梁下方设置有永磁铁，每个永磁体的左右两侧均设置绕组线圈，所述轨道梁呈开口向下的凹字形，所述轨道梁开口的两端对称朝向内侧弯曲形成水平段，在该水平段上设置有导轨，所述导轨位于永磁铁的垂直下方；

所述横梁与对应侧轨道梁之间设置有距离传感器，所述距离传感器位于横梁靠近去上部的位置；

所述轨道梁内还设置有位置传感器；

所述导轨梁左右两侧内壁对称置有导磁板，所述导磁板相对的悬浮转向架，所述悬浮转向架的左右两侧设置有导向绕组线圈，所述导向绕组线圈与导磁板等高相对，所述导向绕组线圈的上方和下方均设置有导向调整轮，所述导磁板的上方和下方均设置有侧部轮轨或矫正装置，所述侧部轮轨与对应的导向调整轮或矫正装置等高相对。

所述矫正装置包括液压缸和电动泵站以及顶部轨道托座，所述液压缸和电动泵站固定在轨道梁的侧壁内，所述顶部轨道托座位于液压缸的顶部，能够被液压缸驱动水平伸出，抵触到对应的导向调整轮。

所述顶部轨道托座的规格不小于导向调整轮的规格，顶部轨道托座伸出后，能够完全抵压住导向调整轮。

永磁磁悬浮轨道的矫正控制系统，包括矫正装置、距离传感器、控制器、测速定位系统和寄存器，

所述矫正装置设置在轨道梁的内壁，正对着导向调整轮，所述矫正装置依次编号，矫正装置用于在悬浮转向架发生偏移时，伸出，将悬浮转向架推送到轨道梁的中心；

所述距离传感器在轨道梁的长度方向上等距设置有若干个，也依次编号，距离感应器用于即时监测悬浮转向架是否偏离；

所述测速定位系统用于即时监测到偏离处的位置，并给控制器发出定位信息；

所述控制器用于控制矫正装置工作；

所述寄存器用于存储矫正装置和距离传感器的编号信息；

当距离传感器感应到偏离后，给控制器发送信号，控制器接收测速定位系统提供的发生偏离的位置信息，寄存器给控制器发送对应位置的矫正装置的编号，控制器控制偏离部位前方的矫正装置伸出，偏离部位经过的伸出的矫正装置复位，当偏离被矫正后，矫正装置不动作。

矫正侧向偏离的磁悬浮轨道的矫正方法，包括以下操作步骤：

步骤1：设置矫正装置：在轨道梁的内壁设置若干个组相对的矫正装置，矫正装置正对着对应的导向调整轮，在轨道梁的长度方向上，相邻的矫正装置之间设置有至少一个侧部轮轨，所述侧部轮轨正对着的对应的导向调整轮，导向调整轮设置在悬浮装向架的左右两侧；

步骤2：编码：给每个矫正装置分别安装有磁条信息标识码，给每个距离传感器编号；

步骤3：检测偏移信号：距离传感器用于检测其与轨道梁之间的距离，通过此距离能够判断永磁体中心位置是否偏离导轨中心位置，根据悬浮转向架下方永磁体数量的不同，采用不同数量的距离传感器，其被安装在与导轨相对应的悬浮转向架的位置上，其中检测距离为Dn，n为距离传感器的编号，定义当永磁体中心位置与导轨中心位置不发生偏离的情况下，距离传感器的检测距离为D，通过D-Dn的差值即可判断悬浮转向架前中后导向调整轮的左右偏移情况，其中D-Dn的数字为偏移量，正负值代表永磁体中心位置相对导轨中心位置的偏移方向，距离传感器实时检测偏移信号，并将该检测偏移信号实时传递给控制器；

步骤4：测速定位：通过沿轨道梁按预定编码规律铺设交叉感应线，实时获取导向调整轮的位置和悬浮转向架的速度信息，其中测速定位系统实时将速度位置信息传递给控制器；

步骤4：矫正：当距离传感器检测到永磁体中心位置与导轨中心位置的偏离信号，控制器根据测速定位到的导向调整轮的位置信号判断此时悬浮转向架的导向调整轮所在的位置是否与矫正装置的位置重合，如果重合，控制器将根据悬浮转向架的前进方向控制紧邻该导向调整轮的下一位置的矫正装置弹出，如果不重合，悬浮转向架的导向调整轮下一位置的矫正装置直接弹出，进而通过矫正装置作用于悬浮转向架导向调整轮，矫正永磁体与导轨的偏离；

步骤5：矫正装置复位：测速定位到导向调整轮已经经过的矫正装置复位。

所述轨道梁的顶部设置有电机，电机的定子与顶部固定，电机的动子固定在与悬浮转向架顶部的斜凹槽中。

本发明的工作原理是：

本发明悬浮转向架两侧安装有若干个导向调整轮，每个导向调整轮上安装有水平导向轮组弹簧，可以在悬浮转向架上的永磁体与导轨发生偏离的时候，避免悬浮转向架与轨道梁发生直接相撞，保证安全。悬浮转向架左右两侧的两组导向调整轮是本发明的作用对象，在悬浮转向架发生偏离的情况下，轨道侧部轮轨上代替部分轮轨的电动液压矫正装置可被控制弹出，矫正这种偏离，使悬浮转向架上的永磁体中心位置复位到导轨中心位置。

电动液压矫正装置被安装在轨道的侧部轮轨3位置上，能够代替部分侧部轮轨3，其数量依据轨道长度和悬浮转向架沿轨道距离的长度以及悬浮转向架上永磁体悬浮系统和导向结构的个数与长度定制,从而可以确定其在轨道上的间隔排列距离。 电动液压矫正装置的长度等于导向调整轮整体沿轨道距离的长度，利用帕斯卡原理，推动悬浮转向架的导向调整轮复位到偏离之前的位置上。其中一个电动液压矫正装置的弹出宽度正好等于悬浮转向架上的导向调整轮与轨道侧部轮轨之间的间隙，安装有电动液压矫正装置的轨道侧部轮轨部位被电动液压矫正装置代替。电动液压矫正装置根据不同的轨道长度有不同的个数被安装在轨道侧部轮轨上，根据电磁感应式无源信标定位技术，每个电动液压矫正装置上都被安装有磁条信息标识码，通过此标识码控制器能够判断出电动液压矫正装置在轨道侧部轮轨上的具体位置。

距离传感器用于检测其与轨道梁之间的距离，通过此距离能够判断永磁体中心位置是否偏离导轨中心位置。根据悬浮转向架下方永磁体数量的不同，采用不同数量的距离传感器，其被安装在与导轨相对应的悬浮转向架的位置上。其中检测距离分别为D1-Dn（n为距离传感器的个数）。定义当永磁体中心位置与导轨中心位置不发生偏离的情况下，距离传感器的检测距离为D。通过D-Dn的差值即可判断悬浮转向架前中后导向调整轮的左右偏移情况，其中D-Dn的数字为偏移量，正负值代表永磁体中心位置相对导轨中心位置的偏移方向，距离传感器实时检测偏移信号，并将这一信号信息实时传递给控制器。

测速定位系统采用较为先进地载波交叉感应回线测速定位技术，沿轨道按预定编码规律铺设交叉感应线，实时获取悬浮转向架导向调整轮的位置和悬浮转向架的速度信息，实现毫米级的精确定位，其中测速定位系统实时将速度位置信息传递给控制器。

当距离传感器检测到永磁体中心位置与导轨中心位置的偏离信号，控制器可以根据测速定位系统定位到的悬浮转向架导向调整轮的位置信号判断此时悬浮转向架调整轮所在的位置是否与轨道侧部轮轨上电动液压矫正装置的位置重合，如果重合，控制器将根据悬浮转向架的前进方向控制紧邻悬浮转向架调整轮的下一位置的电动液压矫正装置弹出，如果不重合，悬浮转向架调整轮下一位置的电动液压矫正装置直接弹出。进而通过电动液压矫正装置作用悬浮转向架调整轮，达到矫正永磁体与导轨偏离的目的。

本发明的有益效果是：

本发明能够在悬浮转向架上的永磁体中心位置偏离导轨中心位置的时候，实时检测偏离程度和偏离方向，但在固定位置弹出其矫正装置，作用于悬浮转向架上的导向调整轮，从而矫正这种偏离，进一步保证永磁悬浮系统的平稳安全运行。

附图说明

图1是本发明永磁磁悬浮系统的天梁及转向架截面图，

图2是本发明悬浮转向架导向调整轮未偏离轨道中心位置的轨道及悬浮转向架的俯视图，

图3是本发明悬浮转向架前后导向调整轮组整体向右偏离轨道中心位置示意图，

图4是本发明紧邻悬浮转向架前后调整轮组的液压矫正装置的弹出示意图，

图5是本发明悬浮转向架前进到被弹出的电动液压矫正装置位置时被矫正示意图，

图6是本发明矫正偏离过后的悬浮转向架与未复位的电动液压矫正装置示意图，

图7是本发明矫正偏离控制流程图，

附图标记列表：1—悬挂梁，2—轨道梁，3—侧部轮轨，4—导磁板，5—导向绕组线圈，6—导向调整轮，7—悬浮转向架，8—底座，9—导轨，10—永磁体，11—绕组线圈，12—距离传感器，13—斜凹槽，14—交叉感应回线，15—动子，16—定子， 17—导向结构，18—三角形悬挂构架，19—轿厢吊挂接扣，20—球绞结构，21—横梁，22—悬浮点，23—矫正装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本矫正侧向偏离的磁悬浮轨道，包括轨道梁2，所述轨道梁2悬挂在悬挂梁1下方，使用时，悬挂梁1通过立柱支撑悬于空中，立柱站立在地面上，实现空中轨道，轿厢悬挂在轨道梁2下方。

所述轨道梁2中设置有悬浮转向架7，悬浮转向架7的上方设置有电机，所述电机的定子16固定在轨道梁2的内侧顶部，电机的动子15位于定子16的垂直下方，所述动子15置于斜凹槽13的中心，所述斜凹槽13沿轨道延伸方向的两侧对称设置有朝向中心倾斜的斜面，所述斜凹槽13设置于悬浮转向架7的上方。电机给本发明提供驱动动力。

轨道梁2沿轨道延伸方向的顶部内侧铺设有交叉感应回线14，交叉感应回线14为了定位测速使用。

所述悬浮转向架7的下方设置有两道与轨道长度方向平行的横梁21，两道横梁21沿轨道的长度方向的中心轴对称，所述横梁21下方设置有永磁铁，每个永磁体10的左右两侧均设置绕组线圈11，所述轨道梁2呈开口向下的凹字形，所述轨道梁2开口的两端对称朝向内侧弯曲形成水平段，在该水平段上设置有导轨9，导轨9与水平段之间设置有底座8，所述导轨9位于永磁铁的垂直下方；导轨9和永磁铁之间形成电磁力，让悬浮转向架7能够悬浮起来。导轨9和永磁铁之间形成悬浮点22。

所述导轨9梁左右两侧内壁对称置有导磁板4，所述导磁板4相对的悬浮转向架7，所述悬浮转向架7的左右两侧设置有导向绕组线圈115，所述导向绕组线圈115与导磁板4等高相对，所述导向绕组线圈115的上方和下方均设置有导向调整轮6，所述导磁板4的上方和下方均设置有侧部轮轨3或矫正装置23，所述侧部轮轨3与对应的导向调整轮6或矫正装置23等高相对。侧部轮轨3正对着导向调整轮6，用于调整悬浮转向架7在轨道梁2中的位置，防止与轨道梁2内壁碰撞，导向绕组线圈115正对着导磁板4，构成导向结构17。

所述横梁21与对应侧轨道梁2之间设置有距离传感器12，所述距离传感器12位于横梁21靠近去上部的位置；所述轨道梁2内还设置有位置传感器；距离传感器12用于感应横梁21与轨道梁2内壁之间的距离，根据此距离判断永磁体10在导轨9上是否有偏离。

图1是本发明永磁磁悬浮系统的天梁及转向架截面图，整个结构由轨道梁2围成，在轨道梁2的底部是由箱型梁支撑的导轨9，此部分相对轨道梁2固定，导轨9上方是永磁体10，其固定在悬浮转向架7的横梁21下部，悬浮转向架7是由制动装置，导向调整轮6，悬挂平衡梁，车厢吊杆组成的一个整体，具有悬浮、牵引、过弯、制动的功能。其中永磁体10相对导轨9的位置决定悬浮转向架7相对永磁磁悬浮轨道的位置，如果永磁体10偏离导轨9中心位置，则悬浮转向架7一定偏离其中心位置，表现为导向调整轮6向左或向右靠近或远离轨道侧部轮轨3。其辅助导向结构17适用于机械式导向和电磁式导向两种结构。一种是机械导向结构17；系统设置了防护脚轮与托臂轨道配合。防护轮安装空气弹簧，防止悬浮结构直接与轨道梁2之间高强度冲击。即导向调整轮6与轨道侧部轮轨3。另一种是电磁式导向系统；在悬浮转向架7左右两侧安装悬浮电磁导向结构17，通过电磁绕组通电产生磁力，与侧壁托臂轨道构成闭合磁路，控制绕组电流或者磁通等变量控制导向力，实现悬浮转向架7的左右稳定。在沿轨道两侧一定间隔铺设矫正悬浮转向架7调整模块（该模块可包含两种形式：纯机械装置和电磁调整结构）。

图2是悬浮转向架7导向调整轮6未偏离轨道中心位置的轨道及悬浮转向架7的俯视图, 悬浮转向架7由六个导向调整轮6组成，分为前中后三个导向调整轮6组，但是本实施细节中只有悬浮转向架7前后导向轮组的位置下方有两组永磁体10，即四个悬浮点22，分别位于悬浮转向架7的横梁21下端，其中宽度为150mm。系统整体运行时是通过永磁体10与导轨9之间排斥力的合力产生悬浮力，使悬浮转向架7整体悬浮3-5mm，并在直线电机的牵引与辅助机械式导向和电磁式导向的共同作用下，使系统整体平稳沿着轨道运行。

导向机械结构包括一组或两组三角形悬挂构,18，当为一组三角形悬挂构架18时，三角形悬挂构架18沿轨道延伸方向布置，三角形悬挂构架的每个顶点均设置有球绞结构20，在三角形悬挂构架18的两端设置有与轨道延伸方向垂直的横梁，所述三角形悬挂构架通过与横梁的中心或者两侧连接，每个横梁的两端均位于悬浮点上方。

当三角形悬挂构架有两组时，参见图2-6，三角形悬挂构架18的一个短边相对布置，且沿轨道延伸方向布置，三角形悬挂构架的每个顶点均设置有球绞结构20，在三角形悬挂构架18的两端设置有与轨道延伸方向垂直的水平布置的横梁，三角形悬挂构架18相对布置的短边公用一个横梁，所述三角形悬挂构架通过与横梁的中心或者两侧连接，每个横梁的两端均位于悬浮点22上方。

图3是悬浮转向架7前后导向调整轮6组整体向右偏离轨道中心位置示意图，由于无论两个导向调整轮6组是否同时向左或向右偏离轨道中心位置，还是一个导向调整轮6组向左，而另一个导向调整轮6组向右偏离轨道中心位置的情况发生，都必须令轨道两侧相对应的两组电动液压矫正装置23弹出，才能保证能将整个悬浮转向架7调整到轨道中心位置，以至于不产生矫正过大。此悬浮转向架7结构由永磁磁悬浮系统的结构决定，当前后两组永磁体10中心位置整体向右偏离导轨9中心位置的时候，悬浮转向架7整体向右靠近永磁磁悬浮轨道，其他偏离情况同理。

如图1所示，当悬挂式永磁磁悬浮列车的悬浮转向架7整体沿着轨道运行时，混合悬浮结构里面的永磁体10与导轨9之间排斥力的合力提供主要的悬浮力，即在正常载客情况下的轿厢完全由永磁体10提供悬浮力；电磁调节装置负责增加阻尼、消除震动，保证悬浮间隙的稳定，其中悬浮间隙设置为3-5mm的安全间隙。

在具体实施中，永磁磁悬浮是不稳定的悬浮，必须采取相关措施对其中一个自由度加以控制，所以采用了混合悬浮结构。但是为了验证本专利的发明能够矫正永磁体10与导轨9之间的偏离，通过关闭混合悬浮结构中的电磁调节装置，仅靠永磁体10与导轨9之间的排斥力悬浮，一定会出现永磁体10偏离导轨9中心位置的情况。所以当关闭悬浮转向架7前后两组永磁体10的右侧电磁调节装置，则永磁体10相对导轨9中心位置向右偏离，表现为悬浮转向架7向右靠近永磁磁悬浮轨道，如图3所示。

悬浮系统在运行时，当永磁体10与导轨9中心位置未发生偏离时，悬浮转向架7前后距离传感器12检测其本身到轨道梁2的距离D1=D2=250mm。距离传感器12将测得的距离信号实时传递给控制器。当悬浮转向架7前后左侧两个距离传感器12检测到向右偏离的信号，即D1=275mm，D2=278mm，控制器根据先进地载波交叉感应回线14测速定位技术对悬浮转向架7前后导向调整轮6组相对轨道的位置实现毫米级的精确定位信息，将悬浮转向架7前后导向调整轮6组的位置信号与电动液压矫正装置23在轨道侧部轮轨3的位置信号作对比，即控制器能够根据悬浮转向架7前后导向轮组相对轨道的位置判断出此轨道侧部轮轨3位置是否有电动液压矫正装置23，其中电动液压矫正装置23相对轨道侧部轮轨3的位置由轨道的设计被提前编码存入控制器寄存器，可以随时被程序调用。具体实施中轨道总长度有60m，其中悬浮转向架7沿轨道距离总体长度为3000mm，导向调整轮6整体沿轨道距离长度为200mm，所以沿轨道侧部轮轨3总共装备18个长度为250mm的电动液压矫正装置23代替对应位置轮轨，按照3050mm的距离等间隔排列。如果悬浮转向架7前后调整导向轮组所在的位置有电动液压矫正装置23，控制器则控制与悬浮转向架7前后导向轮组位置紧邻的和在悬浮转向架7前进方向上的以及在轨道侧部轮轨3两侧的两组电动液压矫正装置23弹出，如图4所示，其中弹出距离为悬浮转向架7两侧导向轮组与轨道侧部轮轨3间隙之间的距离，此实施中的距离为15。

当距离传感器12检测到其本身与轨道梁2之间距离再次为D1=D2=250mm时，被弹出的电动液压矫正装置23回归原位，悬浮转向架7位于轨道的中心位置。此时，永磁体10与导轨9之间的偏离被矫正。

为了具体阐述该专利的具体实施方式，以上零部件及设备存在较为详细地描述，但并不代表本产品的具体化。上述包括：测速定位系统、距离传感器12，控制器以及控制算法和悬浮转向架7的具体构造以及轨道型号的选用等，等均可根据具体营运环境、场合等选取较为合理地具体方案。

上述是依据本发明的理想实例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。