專利名稱：一種磁阻式磁力懸浮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁懸浮領(lǐng)域，具體涉及一種磁阻式磁力懸浮裝置。
背景技術(shù)：
磁力懸浮技術(shù)在科研、工業(yè)、交通等領(lǐng)域有著十分重要的潛在應(yīng)用，目前常見的懸 浮機構(gòu)有常導電磁懸浮、超導電磁懸浮以及普通永磁懸浮。常導電懸磁浮裝置需要耗電， 控制技術(shù)復(fù)雜，能耗高；超導電磁懸浮裝置需要提供超低溫環(huán)境，能耗高，造價昂貴；普通 永磁懸浮是同極相斥磁懸浮，其回復(fù)力小，造價高、布局復(fù)雜、施工工程量大。海爾貝克陣列是Halbach發(fā)現(xiàn)的一種特殊的磁體排列形式，又叫Halbach陣列，由 磁體方向按一定規(guī)律變化的單元磁塊構(gòu)成，以使磁體一側(cè)磁場得到加強，而另一側(cè)被削弱 幾乎為零。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是磁力懸浮裝置中能耗高、造價昂貴的問題，提供一種能耗低、造 價低、比普通磁體回復(fù)力至少大一個數(shù)量級的磁阻式磁力懸浮裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方法實現(xiàn)的一種磁阻式磁力懸浮裝置，包括磁體架，磁體架內(nèi)相對分別固定磁體，磁體之間是 軛鐵，所述磁體的排列形式是陣列，兩列陣列分別固定在非導磁磁體架內(nèi)兩側(cè)，兩列陣列之 間構(gòu)成磁力線回路；兩列陣列之間是軛鐵I，軛鐵I與兩側(cè)陣列的氣隙相等，軛鐵I由非導 磁的軛鐵架支撐。所述陣列是Halbach陣列。所述Halbach陣列底端分別固定軛鐵II，兩列Halbach陣列上端固定軛鐵III。每列Halbach陣列是3塊、5塊、7塊、9塊磁體組成；分別對應(yīng)是1塊、2塊、3塊、4 塊軛鐵I，相鄰兩個軛鐵I由非導磁材料連接。所述陣列是磁體和凸鐵交替排列的間隔陣列；每列間隔陣列內(nèi)，相鄰磁體的磁化 方向豎直且相反，兩列間隔陣列中，處于平行位置的兩磁體磁化方向相反。每列間隔陣列是2塊、3塊、4塊、5塊磁體組成；分別對應(yīng)是1塊、2塊、3塊、4塊軛 鐵I，相鄰兩個軛鐵I由非導磁材料連接。所述磁體架是條狀槽，所述陣列及軛鐵是與條狀槽相配合的條狀。所述磁體架是環(huán)狀槽，所述陣列及軛鐵是與環(huán)狀槽相配合的環(huán)狀。磁體架和軛鐵架之間、磁體架和軛鐵I之間設(shè)置滑動導靴、滾動導靴之一。磁體架和軛鐵架之間、磁體架和軛鐵I之間設(shè)置滑動導靴、滾動導靴之一。本發(fā)明所提供的磁阻式磁力懸浮裝置，永磁體按照一定形式排列，磁力大；在常溫 下即可工作，磁懸浮裝置在工作中不需要供電，耗能小。


圖1為實施例1剖視示意圖；圖2為實施例1中兩列Halbach陣列的磁力線分布示意圖；圖3為實施例1中軛鐵I在豎直方向受力最小時磁力線分布示意圖；圖4為實施例1中軛鐵I在豎直方向受力最大時磁力線分布示意圖；圖5為實施例1中軛鐵I所受豎直方向的力隨著軛鐵I與Halbach陣列的相對位 移的變化關(guān)系示意圖；圖6為實施例2剖視示意圖；圖7為實施例2中兩列Halbach陣列的磁力線分布示意圖；圖8為實施例2中軛鐵I在豎直方向受力最小時磁力線分布示意圖；圖9為實施例2中軛鐵I在豎直方向受力最大時磁力線分布示意圖；圖10為每列Halbach陣列的磁體為5組時本發(fā)明的剖視示意圖；圖11為實施例3剖視示意圖；圖12為實施例3中兩列間隔陣列的磁力線分布示意圖；圖13為實施例3中軛鐵I在豎直方向受力最小時磁力線分布示意圖；圖14為實施例3中軛鐵I在豎直方向受力最大時磁力線分布示意圖；圖15為實施例3中軛鐵I所受豎直方向的力隨著軛鐵I與間隔陣列的相對位移 的變化關(guān)系示意圖；圖16為每列間隔陣列的磁體為3組時本發(fā)明的剖視示意圖；圖17為磁體架為條狀槽時本發(fā)明的側(cè)視示意圖；圖18為磁體架為環(huán)狀槽時本發(fā)明剖視示意圖；圖19為圖18的A-A向剖視圖；圖20為帶有定位裝置的條狀磁阻式磁力懸浮裝置的剖視示意圖；圖21為本發(fā)明在磁懸浮列車中應(yīng)用的主視示意圖；圖22為圖21的B-B向剖視示意圖；圖23為本發(fā)明在電梯中應(yīng)用的剖視示意圖；圖24為圖23的C-C向剖視示意圖。圖25為帶有定位裝置的環(huán)狀磁阻式磁力懸浮裝置的剖視示意具體實施例方式實施例1圖1中，磁阻式磁力懸浮裝置包括磁體架1，非導磁的磁體架1內(nèi)兩側(cè)固定兩列以 Halbach陣列形式排列的磁體陣列2，兩列Halbach陣列2平行、等高排列，每列Halbach陣 列2包含三塊磁體，其中一列由上到下三塊磁體的磁化方向如下豎直向上、水平向右、豎 直向下；與之對應(yīng)的另一列中由上到下三塊磁體的磁化方向如下豎直向下、水平向右、豎 直向上，兩列Halbach陣列2之間構(gòu)成磁力線回路；兩列Halbach陣列2之間是導磁的軛鐵 I 3，軛鐵I 3與兩側(cè)Halbach陣列2的氣隙相等，軛鐵I 3由非導磁的軛鐵架4支撐。Halbach陣列是一個特殊的磁體排列形式，陣列的一側(cè)產(chǎn)生很強的磁場，而另一側(cè) 磁場很弱。本發(fā)明中兩列Halbach陣列相互平行且等高，利用兩個陣列所產(chǎn)生的強磁場構(gòu)成磁力線回路，其磁力線分布如圖2所示，兩個Halbach陣列2中心位置磁場路徑最短，上 下兩端磁場路徑最長。由磁路最短原理知道，軛鐵I 3進入或退出這一強磁場時，磁路磁阻 變化產(chǎn)生強大的磁阻力，該磁阻力試圖使磁場路徑向著最短的方向收縮，是一個使運動部 分回歸到磁阻最小位置即平衡位置的回復(fù)力。圖3是軛鐵I中心線與Halbach陣列2中間磁體的中心線重合時磁力線分布示意 圖，磁力線以近似直線形式穿過磁軛，此時磁場路徑最短，軛鐵I 3豎直方向受力最小；圖4 是軛鐵I 3下表面與Halbach陣列2中間磁體的上表面平齊時的磁力線分布示意圖，磁力線 以曲線的形式穿過軛鐵I 3，此時磁場路徑最長，根據(jù)磁路最短原理，軛鐵I 3受到磁體豎直 向下的回復(fù)磁力以使經(jīng)過軛鐵I 3的磁力線最短。同理，軛鐵I 3上表面與Halbach陣列2 中間磁體的下表面平行時，軛鐵I 3受到磁體向下的回復(fù)力以使經(jīng)過軛鐵I 3的磁力線最短。軛鐵I 3受力大小與磁體和軛鐵I豎直位移之間的關(guān)系如圖5所示，所述x軸是 指磁體和軛鐵I之間豎直方向相對位移，所述y軸是軛鐵I 3所受到磁體的豎直方向的磁 力。圖中平衡位置指軛鐵I 3中心線與Halbach陣列2中間磁體的水平中心線重合位置， 當軛鐵I 3向上移動時，軛鐵I 3受到磁體向下的回復(fù)力；反之，當軛鐵I 3向下移動時， 軛鐵I 3受到磁體向上的回復(fù)力，偏離平衡位置越遠，軛鐵I 3所受的回復(fù)力越大。當軛鐵 I 3下表面與Halbach陣列2中間磁體的上表面平行或者軛鐵I 3上表面與Halbach陣列 2中間磁體的下表面平行時，軛鐵I 3受到磁體的回復(fù)力最大。如圖1 5所示的磁阻式磁力懸浮裝置中，所述每列Halbach陣列2中磁體的數(shù) 量可以是5組，每列Halbach陣列2中有五組磁體，兩列Halbach陣列2平行、等高排列，構(gòu) 成磁場回路，對應(yīng)的軛鐵I 3是兩塊，兩個軛鐵I 3之間由非導磁材料連接，如圖10所示。實施例2如圖6所示，在Halbach陣列2底端固定軛鐵II 8，Halbach陣列2和磁體架1之 間固定軛鐵III 9，其它結(jié)構(gòu)同實施例1。如圖7所示，兩列Halbach陣列2上、下兩端分別固定軛鐵II 8和III 9之后，兩列 Halbach陣列2之間的磁力線分布示意圖。兩個Halbach陣列2中心位置磁場路徑最短，上 下兩端磁場路徑最長。同實施例1原理可知，軛鐵I 3水平中心線與Halbach陣列2中中 間磁體的中水平心線重合時，軛鐵I 3受到豎直方向力最小。當軛鐵I 3向上移動時，軛鐵 I 3受到磁體向下的回復(fù)力；反之，當軛鐵I 3向下移動時，軛鐵I 3受到磁體向上的回復(fù) 力，Halbach陣列2中心位置磁場越遠，軛鐵I 3所受的回復(fù)力越大，當軛鐵I 3下表面與 Halbach陣列2中間磁體的上表面平行或者軛鐵I 3上表面與Halbach陣列2中間磁體的 下表面平行時，軛鐵I 3受到磁體的回復(fù)力最大。軛鐵I 3在兩列Halbach陣列2中豎直 方向受力最小時磁力線分布示意圖如圖8所示，受力最大時如圖9所示。同實施例1相比， Halbach陣列2兩端加上軛鐵II 8和軛鐵III 9后，漏磁降低，陣列之間的磁場加強，軛鐵I 3 所受回復(fù)力相應(yīng)增加如圖6 9所示的磁阻式磁力懸浮裝置中，每列Halbach陣列2中磁體的數(shù)量是 可以5組，每列Halbach陣列2中有五組磁體，兩列Halbach陣列2平行、等高排列，構(gòu)成磁 場回路，對應(yīng)的軛鐵I 3是兩塊，兩個軛鐵I 3之間由非導磁材料連接。實施例3如圖11所示，磁體架1內(nèi)兩側(cè)固定兩列以間隔形式排列的磁體陣列11，兩列間隔陣列11之間構(gòu)成磁力線回路，兩列間隔陣列11平行、等高排列，每列間隔陣列11包含兩塊 磁體，兩塊磁體之間設(shè)置凸鐵10 ；兩塊磁體的磁化方向均為豎直方向且磁化方向相反，兩 列間隔陣列11中，處于平行位置的兩磁體磁化方向相反；兩列間隔陣列11之間是導磁的軛 鐵I 3，軛鐵I 3與兩側(cè)間隔陣列11的氣隙相等，軛鐵I 3由非導磁的軛鐵架4支撐。如圖12所示，兩列間隔陣列11之間的磁力線分布示意圖。兩個間隔陣列11中心 位置磁場路徑最短，上下兩端磁場路徑最長。同實施例1原理可知，軛鐵I水平中心線與間 隔陣列11中凸鐵10的中心線重合時，軛鐵I 3受到豎直方向力最小。當軛鐵I 3向上移 動時，軛鐵I 3受到磁體向下的回復(fù)力；反之，當軛鐵I 3向下移動時，軛鐵I 3受到磁體向 上的回復(fù)力，偏離間隔陣列11中心磁場越遠，軛鐵I 3所受的回復(fù)力越大，當軛鐵I 3下表 面與凸鐵10的上表面平行或者軛鐵I上表面與凸鐵10的下表面平行時，軛鐵I 3受到磁 體的回復(fù)力最大。軛鐵I 3在兩列間隔陣列11中豎直方向受力最小時磁力線分布示意圖 如圖13所示，受力最大時如圖14所示。軛鐵I所受豎直方向的力隨著軛鐵I與間隔陣列 的相對位移的變化關(guān)系如圖15所示。如圖13 15所述磁阻式磁力懸浮裝置中，每列間隔陣列11中磁體的數(shù)量可以是 3組，對應(yīng)凸鐵10是兩塊；磁體和凸鐵10交替排列，相鄰磁體的磁化方向相反；兩列間隔陣 列11中，處于平行位置的兩磁體磁化方向相反；對應(yīng)的軛鐵I 3是兩塊，兩個軛鐵I 3之間 由非導磁材料連接，如圖16所示。如圖17所示，本發(fā)明所述的磁阻式磁力懸浮裝置中，磁體架1是條狀槽，Halbach 陣列2或者間隔陣列11、軛鐵I、軛鐵II、軛鐵III、凸鐵是與條狀槽相配合的條狀。如圖20 所示，磁體架和軛鐵架之間、磁體架和軛鐵I (3)之間設(shè)置滑動導靴(5)。所述滑動導靴可 以用滾動導靴替換。如圖18和19所示，本發(fā)明所述的磁阻式磁力懸浮裝置中，磁體架1是環(huán)狀槽， Halbach陣列2或者間隔陣列11、軛鐵I、軛鐵II、軛鐵III、凸鐵是與環(huán)狀槽相配合的環(huán)狀。 如圖25所示，磁體架和軛鐵架之間設(shè)置滑動導靴(5)。所述滑動導靴可以用滾動導靴替換。本發(fā)明磁阻式磁力懸浮裝置在磁懸浮列車中的應(yīng)用如圖21和圖22所示磁懸浮 列車包括車體和軌道，車體和路基之間設(shè)置動力裝置，車體和軌道之間設(shè)置帶有定位輪的 磁阻式磁力磁懸浮裝置，其中磁體架1固定在車體上，軛鐵架4固定在軌道上。當磁阻式磁 力磁懸浮裝置中軛鐵I處于磁場中心時，磁體受到軛鐵I豎直方向的力最小，處于磁力平 衡位置；當車體向下移動時，磁體受到軛鐵I豎直向上的回復(fù)力，隨著偏離平衡位置距離的 增加，回復(fù)力逐漸達到最大值。隨后，隨著偏離距離的進一步增大，回復(fù)力逐漸減小，限位輪 與軛鐵I上端面接觸，限制偏移距離的增大，將列車維持在一個安全運行狀態(tài)。當車體向上 移動時，磁體受到軛鐵I豎直向下的回復(fù)力，利用這個回復(fù)拉力，可以有效防止列車脫軌。本發(fā)明磁阻式磁力懸浮裝置在電梯中的應(yīng)用如圖23和圖24所示常規(guī)的無繩電 梯采用雙邊型永磁直線電機做動力源，由于永磁直線電機的初次級之間存在5 10倍于正 常提升力的較大的固有法向吸引力，現(xiàn)在轎廂架7和固定梁6之間固定工作氣隙相同、面對 面布置的雙邊型永磁直線電機，以便抵消彼此之間的法向吸引力，減輕轎廂側(cè)傾正壓力，減 小運動摩擦阻力，增加有效載荷。但電機和軌道的加工、布置不平整帶來的雙邊型直線電機 兩邊的工作氣隙不一樣，使轎廂承受很大的側(cè)向正壓力而向一側(cè)側(cè)斜，氣隙變化越大，側(cè)斜 正壓力越大。在轎廂架和磁體之間設(shè)置本發(fā)明的磁阻式磁力懸浮裝置，磁體架1固定在轎廂架上，軛鐵架固定在軌道內(nèi)側(cè)，軛鐵I 3處于磁場中心。當轎廂承受因直線電機工作氣隙 變化帶來的不平衡壓力而向一側(cè)偏移時，磁力平衡機構(gòu)中產(chǎn)生阻礙轎廂偏移的斥力。磁力 平衡機構(gòu)中產(chǎn)生的阻力動態(tài)平衡和消除轎廂承受的因直線電機工作氣隙變化帶來的不平 衡壓力，有利于轎廂在軌道中間定位，保證轎廂在軌道中間平穩(wěn)運行；減小了車廂和軌道之 間的摩擦阻力，增加了轎廂的有效載荷。
權(quán)利要求
一種磁阻式磁力懸浮裝置，包括磁體架，磁體架內(nèi)相對分別固定磁體，磁體之間是軛鐵，其特征在于所述磁體的排列形式是陣列，兩列陣列分別固定在非導磁磁體架(1)內(nèi)兩側(cè)，兩列陣列之間構(gòu)成磁力線回路；兩列陣列之間是軛鐵Ⅰ(3)，軛鐵Ⅰ(3)與兩側(cè)陣列的氣隙相等，軛鐵Ⅰ(3)由非導磁的軛鐵架(4)支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于所述陣列是Halbach陣 列⑵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于所述Halbach陣列(2)底 端分別固定軛鐵II (8)，兩列Halbach陣列(2)上端固定軛鐵III (9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于每列Halbach陣列⑵ 是3塊、5塊、7塊、9塊磁體組成；分別對應(yīng)是1塊、2塊、3塊、4塊軛鐵I (3)，相鄰兩個軛 鐵I (3)由非導磁材料連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于所述陣列是磁體和凸鐵 (10)交替排列的間隔陣列(11)；每列間隔陣列(11)內(nèi)，相鄰磁體的磁化方向豎直且相反， 兩列間隔陣列(11)中，處于平行位置的兩磁體磁化方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于每列間隔陣列(11)是 2塊、3塊、4塊、5塊磁體組成；分別對應(yīng)是1塊、2塊、3塊、4塊軛鐵I (3)，相鄰兩個軛鐵 I (3)由非導磁材料連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6之一所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于所述磁體架是 條狀槽，所述陣列及軛鐵是與條狀槽相配合的條狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6之一所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于所述磁體架是 環(huán)狀槽，所述陣列及軛鐵是與環(huán)狀槽相配合的環(huán)狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于磁體架和軛鐵架之間、磁 體架和軛鐵I (3)之間設(shè)置滑動導靴、滾動導靴之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁阻式磁力懸浮裝置，其特征在于磁體架和軛鐵架之間、 磁體架和軛鐵I (3)之間設(shè)置滑動導靴、滾動導靴之一。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磁阻式磁力懸浮裝置，涉及磁懸浮領(lǐng)域。所述磁阻式磁力懸浮裝置包括磁體架，磁體架內(nèi)相對分別固定磁體，磁體之間是軛鐵，所述磁體的排列形式是陣列，兩列陣列分別固定在非導磁磁體架內(nèi)兩側(cè)，兩列陣列之間構(gòu)成磁力線回路；兩列陣列之間是軛鐵Ⅰ，軛鐵Ⅰ與兩側(cè)陣列的氣隙相等，軛鐵Ⅰ由非導磁的軛鐵架支撐。本發(fā)明所提供的磁阻式磁力懸浮裝置，永磁體按照一定形式排列，磁力大；在常溫下即可工作，磁懸浮裝置在工作中不需要供電，耗能小。
文檔編號H02N15/00GK101877563SQ20091006474
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者上官璇峰, 司紀凱, 封海潮, 杜寶玉, 汪旭東, 王旭強, 袁世鷹, 許孝卓 申請人:河南理工大學