60906磁悬浮动力系统应用研究与模型搭建

磁悬浮动力系统应用研究与模型搭建

 

摘要

 

　　随着物联网的快速发展，交通系统也进入了新的发展阶段——自动驾驶，但是目前的自动驾驶技术仍局限于对单辆车的智能驾驶，无法做到城市车辆整体规划，且各家技术水平参差不齐，进入市场后不易统一规划和管理。除此以外，车辆的增加使得现代城市交通变得越来越拥挤，汽车排放尾气越来越严重，严重的污染了空气。针对上述问题本作品提出一种磁悬浮动力系统，它采用模块化设计，不仅使部件安装和产品维修更加方便，更加节能环保，而且实现了个人快速运输，提高了交通资源的利用率。具体实现以下功能：（1）通过铁芯线圈产生变化高频电磁场，在金属板表面产生涡流，改变磁基高频源的功率使电磁力与重力达到平衡，从而实现悬浮，通过喷气原理实现悬浮推动。（2）通过设计一种磁基、停靠坞、悬浮板分离的交通系统，实现长距离续航。（3）通过太阳能板散列式布置实现最大化集能，与国家电网对接，白天冗余电量可为国家电网输入，从而减少其白天用电压力，晚上若出现交通压力大、磁基储能装置电量不足，可从国家电网输入，减少夜间发电站盈余而产生的浪费。（4）提出一种新的交通资源整合模式，通过对各功能模块的高度系统集成与物联网的模块化整合，实现本系统智能化、优化总体资源分配，交通系统资源充分利用，智能化控制降低入门要求，方便老人、儿童、残疾人等使用。（5）采用模块化设计理念，不仅可以灵活地对功能模块进行拆解和组合以方便搭建与维修，还可以为后续产品功能的开发提供便利。模块化的设计理念既提高了磁悬浮动力系统的拓展能力，也提高了产品质量和可靠性，有利于未来产业化与商业应用。本发明磁悬浮动力系统基于磁悬浮技术实现，不仅可以实现交通资源统一规划管理，有效地缓解了交通压力，而且操作方便，市场广泛。目前该项目已进入模型搭建阶段，已获取3项实用新型专利，1项软件著作权，发表一篇论文，2项发明专利处于实质审查阶段，1项实用新型专利处于受理阶段。

 

　　关键字：磁悬浮；智能交通；太阳能；个人快速运输

 

 

 

第一章 绪论

1.1 研究背景

　　随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论、新型电磁材料和转子动力学的发展，磁悬浮技术也得到了长足的发展。目前我国磁悬浮技术应用广泛，在交通出行方面的作用更是不容忽视。在城市交通事业发展过程中,人们的出行方式逐渐朝着多元化的方向发展, 公共汽车、出租车、地铁、共享单车、私家车、无人驾驶汽车应有尽有，而随着城市汽车数量大增长, 城市交通所暴露出来的问题也越来越多, 资源能源紧张、道路拥挤、道路停车不规范、环境污染、噪声污染等一系列交通问题层出不穷。人们开始追求更高品质高质量的出行方式，磁悬浮交通应运而生。不同于一般的轨道交通，在相同的速度下，悬浮交通具有占地少、适应性强、噪声低、污染小、方便快捷等特点，所以不断地发展和改进该技术，对解决现有的交通问题举足轻重。

 

图1.1 磁悬浮列车

　　图1.1为上海磁悬浮列车，它是上海的一条磁悬浮列车线路，属于上海轨道交通的一个部分，具有交通、展示、旅游观光等多重功能。线路正线全长约30公里，双线上下折返运行，设计最高运行速度为每小时430公里，单线运行时间约8分钟，极大地解决了连接浦东机场和市区的大运量高速交通需求。但上海磁悬浮的盈亏情况、磁悬浮的电磁辐射、噪音等对人体健康的影响均是专家和民众关注和争议的焦点。

 

1.2 研究意义

　　磁悬浮技术的诞生与发展源于人类对交通出行质量的不懈追求。过去几十年以来, 许多科学家对这种不依赖轮轨接触、无直接摩擦力的运输技术应用于交通工程的可能性进行了各方面的研究。通过充分调查研究我国当前交通现状，可以得出不同群体对于交通出行的需求也存在有较大的差异, 这使得公共交通资源难以满足人们的出行需要。相较于公共交通工具来说, 私人汽车具有舒适、私密、灵活方便等优势, 这些特质使得城市里的私人汽车不断增加, 私人汽车占据了大量的交通干道, 尤其是在早晚高峰期间, 一些上班族驾驶小汽车出行, 经常会造成大面积的拥堵, 而且部分城市的道路规划也极不合理, 城市道路系统中提供给非机动出行使用的道路数量在不断的减少，私人汽车每公里人均碳排量是公交车的9.7倍, 人均能耗是公交车的8.3倍。

 

图1.2 交通拥挤

　　而且个人交通工具也是城市交通中对道路空间消耗最大的交通方式, 其对道路空间的利用率额比较低, 私人汽车在停车时占地面积也比较高, 其占地面积高达8㎡, 而普通两轮车的占地面积则仅为1.5㎡。而且在交通高峰期, 汽车数量过多很容易造成交通拥堵, 其载客量也将会大幅度降低, 原本能载1-5名乘客的汽车, 在高峰期往往载客1-2名, 这样也是对资源的一大浪费, 导致社会经济效益产出降低。当前我国已经进入了完全汽车化的进程, 据相关机构的预测, 到2020年我国汽车保有量将会达到8317-13996万台。如何合理有效地缓解这个问题，使得交通出行更加“个人化”，提高交通资源利用率，一种环保，方便快捷的个人快速运输交通工具应运而生。

　　如法国雷诺公司所设计的电动车Twizy, 该车最高时速仅为75公里, 远低于传统汽车, 但是该车的车身灵活小巧, 能够在多数车辆中穿行, 交通运输效果也比较好。

 

图1.3 skyTran系统效果

　　在未来电动汽车设计过程中, “慢车”并不意味着出行时间延长, 出行需求降低, 磁悬浮动力系统在未来新能源交通工具设计将会朝着智能化和个人化的方向发展, 通过与智能交通系统进行连接, 磁悬浮动力系统能够对行驶路线进行更加科学合理的规划, 这样不仅不会延长出行时间, 而且其还将会缩短出行时间, 同时, 相较于传统的汽车来说, 磁悬浮动力系统所使用的都是新型材料, 车辆轻, 续航能力佳, 体积小, 在交通运输中也更加的方便。而且科学的路线规划也能够有效的降低交通事故发生几率。

 

图1.4 磁悬浮动力系统

 

 

1.3 国内外磁悬浮研究现状

　　我国人口众多，尤其是在大中城市交通问题更为显著，对交通出行质量的追求，使中国一直致力于磁悬浮的应用研究。中国在上世纪80年代初开始对低速常导型磁悬浮列车进行研究。1994年10月,西南交通大学建成了首条磁悬浮铁路试验线,并同时开展了磁悬浮列车的载人试验,并于1998年11月通过了铁道部科技成果鉴定,填补了中国在磁悬浮列车技术领域的空白。我国第一辆磁悬浮列车（买自德国）2003年1月开始在上海磁浮线运行。2015年10月中国首条国产磁悬浮线路长沙磁浮线成功试跑。2016年5月6日，中国首条具有完全自主知识产权的中低速磁悬浮商业运营示范线——长沙磁浮快线开通试运营。该线路也是世界上最长的中低速磁浮运营线。现阶段磁悬浮在交通上的广泛应用不仅实现了在城市间的长距离运输,也极大地缓解了国内交通压力。

　　与传统的交通出行方式，磁悬浮技术列车在铁轨上方悬浮运行，铁轨与车辆不接触，不但运行速度非常快，可以超过500千米/小时，而且无噪音，无有害的废气，有利于环境保护。除此以外由于无需车轮，不存在轮轨摩擦而产生的轮对磨损，减少了维护工作量和经营成本。它是21世纪理想的超级特别快车，世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。至2012年，中国和日本、德国、英、美等国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过在轨试验，即将进入实用阶段，运行时速可达300千米以上。

　　2014 年以色列开始建造空中磁悬浮列车skyTran，并计划在2015年底投入运行。它的理念也很简单：利用磁浮技术，将地面交通提升到空中，打造一个小型化、个人化的轨道交通运输系统。skyTran 采用磁浮的方式在离地面大约6m的轨道上运行，每辆车可以搭载2人。整个系统由一套复杂的计算机网络控制，乘客通过智能设备预订列车，预定之后，skyTran 会到特定的站点接上乘客并以每小时70km以上的速度将乘客送达目的地。

 　　skyTran 是一种高速的、低成本的、悬空的个人快速运输系统（Personal Rapid Transit，PRT）。skyTran 运输网络由计算机控制，以一种快速、安全、绿色、经济的方式输送乘客。skyTran 很可能对公共交通领 域包括市域内和郊区间的通勤交通方式带来革命性的变化。个人快速运输（PRT）是未来交通的发展方向。

　　本研究利用工业界已有研究成果，结合学术界最近的算法研究，采用模型设计，研制了一种适用于城市交通个人化的磁悬浮动力系统。模块化的设计不仅使部件安装和产品维修更加方便，更加环保节能，而且实现了个人快速运输，提高了交通资源的利用率，有效地缓解了交通压力。

 

图1.5 skyTran系统实际效果

1.4 主要创新点

　　本研究设计并实现一种可将自动驾驶应用于个人交通并实现共享化的磁悬浮动力系统，具体有以下主要创新点：

（1）通过设计一种磁基、停靠坞、悬浮板分离的交通系统，实现长距离续航和个人化交通。

（2）通过太阳能板散列式布置实现最大化集能，与国家电网对接，白天冗余电量可为国家电网输入，从而减少其白天用电压力，晚上若出现交通压力大、磁基储能装置电量不足，可从国家电网输入，减少夜间发电站盈余而产生的浪费。

（3）提出一种新的交通资源整合模式，通过对各功能模块的高度系统集成与物联网的模块化整合，实现本系统智能化、优化总体资源分配，交通系统资源充分利用，智能化控制降低入门要求，方便老人、儿童、残疾人等使用。

（4）提出物流、客运一体化管理，晚上利用储存电量进行物流运输，充分利用系统资源。

（5）采用模块化设计理念，不仅可以灵活地对功能模块进行拆解和组合以方便搭建与维修，还可以为后续产品功能的开发提供便利。模块化的设计理念既提高了磁悬浮动力系统的拓展能力，也提高了产品质量和可靠性，有利于未来产业化与商业应用。

 

 

 

第二章 磁悬浮动力系统设计方案

2.1 功能需求和技术指标

　　现如今交通拥堵状况严重，安全事故频发，且在三四线城市各种不规范的电动车因其入门门槛低、价格低廉等特点，占有较大市场，但是也埋下了安全隐患，没有有系统化的定期检查与维修保障，极易造成因硬件损坏造成的交通事故。自动驾驶仍停留在单车控制阶段，无法做到资源统一规划管理，无法从根本上解决交通问题。现在急需一种资源统一规划、用户入门门槛低的新型交通系统，根据以上需求，提出如下设计要求及功能：

 

图2.1 设计要求

（1）电力系统设计：采用太阳能供能，分级段式存储，上下分离式存储结构，可实现多级充电，实现长距离续航。

（2）悬浮系统设计：采用电力系统，适用于个体化需求分离式结构，且稳定性等各项性能符合一般车辆的通用要求，具有至少单人载重量。

（3）动力系统设计：采用悬浮分离推动前进模式，适用于各级速度调节，可实现基本启动、转向、止停等功能。

（4）控制系统设计：采用中心—结点分散式设计，站点设计为由网络控制实现即用即调设计。

   (5)安全保障系统设计：采用设计保障与检查保障相结合的方式，设计保障各种可能出现的意外提供预防及应急处理措施，自动检查与人工检查相结合，实现电力与网络系统的正常运行。

2.2 系统总体方案设计

　　磁悬浮动力系统总体设计包括悬浮系统设计、动力系统设计、电力系统设计、控制系统设计与安全保障系统设计5个部分。组织结构示意图如下：

 

 

图2.2 组织结构示意图

2.3 技术路线

磁悬浮动力系统总体设计路线如下：

 

 

图2.3 总体设计路线

 

 

 

总体设计结构图如下：

 

图2.4 详细设计图

 

 

 

第三章 磁悬浮动力系统设计与功能实现

　　设针对功能需求和技术指标，本章在现有的技术上，通过对各功能模块已有技术分析，设计了能够符合要求的磁悬浮动力系统。研究内容主要包括悬浮系统设计、动力系统设计、电力系统设计、控制系统设计与安全保障系统设计。

为携带方便，减少模型建造支出，便于后期其他器件固定等操作，磁悬浮动力系统模型以成品木箱为容器主体，进行下面其他模块搭建，木箱的具体规格为54.50cm*34.50cm,厚度为1.20cm，木质为桐木。

3.1 电力系统设计

　　磁悬浮电力系统的电力系统保障了整个系统所有设备的供电和系统正常运行，因此系统的电力系统设计必须要从整体系统考虑，保证整体的安全性和可靠性。

 

 

图3.1 电力系统

　　根据功能需求和技术指标，电力系统采用太阳能供能，分级段式存储，上下分离式存储结构，实现多级充电，实现长距离续航。具体的，电力系统由太阳能集能装置、储能装置、以及悬浮板电池组三部分组成。 

3.1.1 太阳能集能装置

　　太阳能作为一种清洁能源，目前已经有了较为有效的收集和存储技术，随着科技的发展，其技术也日趋成熟，在未来能源革命到来的时候，其发展和应用还会有更广阔的前景。因此本磁悬浮动力系统采用太阳能集能供能。

 

 

图3.2 太阳能电池板

　　太阳能集能装置1包括太阳能电池板11和太阳能电池板柱12，所述太阳能电池板11通过太阳能电池板柱12立在底面上方，根据预先规划的行驶路线，每隔每隔一定距离设定一个太阳能集能装置1，从而实现充分利用清洁能源太阳能。

 

 

图3.3 太阳能集能装置

下面将进行太阳能集能装置模型的搭建：

　　系统的太阳能集能模型采用35.00*25.00cm的太阳能电池板，功率为30W，采用螺丝—螺母将太阳能板固定在木箱本体上盖部分内侧，既不影响其功能实现和美观性，又可节省空间提高模型稳固性。

 

 

图3.4 太阳能集能装置模型

3.1.2 储能装置

　　储能装置，是系统能源的主寄存位置，所述储能装置2包括储能装置壳体21和设置在储能装置壳体21内的高能蓄电电池组22，所述高能蓄电电池组22的电能输入端与太阳能电池板11的电能输出端连接。所述储能装置2设置在地面以下，每个太阳能集能装置1对应至少一个储能装置2，储能装置壳体21上面设置有导线口203o，储能装置2为磁基3和停靠坞5供电。下图为设计示意图：

 

 

图3.5 储能装置模型

下面将进行电力系统和储能装置模型的搭建：

　　电力系统主要分为：充电与储电、储电逆变、磁基供能、悬浮板供能。

　　储能装置主体采用容量9000mAh 12V的铅酸蓄电池，重量为4.00KG，通过控制板控制输入输出电流，输入为DC 220V/50Hz，输出为USB 5.0V/2000mA，DC、AV 12V/1200mA。为了与悬浮板电池实现对接充电，添加逆变板模块。

 

 

图3.6 电力系统设计

 

　　充电与储电，根据系统设计，本模型采用太阳能供电，并将多余电量应用于输入电网和存储。采用磁基与悬浮板电力模块分开的方式，其中悬浮板电力模块为家庭用电，所以需要对磁基电量模块进行逆变升压，其中悬浮板电力模块的充电装置模拟停靠坞充电口。

下图为电力模型图：

 

 

图3.7 电力系统模型3.1.3 停靠坞

　　停靠坞是连接磁基和悬浮板电池组的纽带，通过停靠坞实现对悬浮板电池组的充能和停靠管理。所述停靠坞5顺着磁基2的延伸方向，沿途设置多个，位于磁基2的一侧。一个停靠站内可设置多个并排的停靠坞5。所述停靠坞5包括壳体、控制器、操作面板51、悬浮板限位机构和公供电口54等组成部分。

 

图3.8 悬浮板处于停靠状态时与停靠坞的结构示意图

　　所述控制器包括C单片机52和第三通信模块。所述操作面板51上设有信息输入装置，操作面板51与C单片机52相连，C单片机52通过第三通信模块与总控制系统的后台服务器连接，由后台服务器根据用户输入的信息和预存的信息，判断该用户是否有使用权限。

 

图3.9 公供电口与母充电口分离时的结构示意图

　　所述公供电口54、母充电口45为磁吸设计，所述公供电口54包括公供电口永磁体541、公供电口导电片542、供电导线543；所述母充电口45包括母充电口壳体451、母充电口弹簧452、母充电口永磁体453、母充电口导电片454、充电导线455。所述公供电口54为半球形突出结构，外周为环形公供电口永磁体541，中间为公供电口导电片542，公供电口导电片542与供电导线543相连，供电导线543与高能蓄电电池组22相连。母充电口45为半球形下凹结构，与公供电口形状适配，外周为可上下活动的环形母充电口永磁体453，中间为母充电口导电片454，所述母充电口永磁体453与公供电口永磁体541磁性相吸，大小一致，底部与母充电口弹簧452相连可实现弹动，所述母充电口导电片454与充电导线455相连，所述充电导线455与小型高能电池组47连接。

　　通过悬浮板限位机构，将悬浮板4停放在停靠坞5内的指定位置，公供电口54和母充电口45自动相吸触碰，实现通路，从而实现快速充电。

  

  

       图3.10 公供电口与母充电口充电时的结构示意图

　　所述悬浮板限位机构采用磁力吸附固定的方式锁止悬浮板4，如图3.10所示，停靠坞壳体内设有电磁铁53，悬浮板4的一侧在对应所述电磁铁53的位置设有永磁体或导磁材料制成的锁块46，将悬浮板4靠近停靠坞5的电磁铁53，电磁铁53通电，与所述锁块46相吸附，电磁铁53失电，则悬浮板4被释放，所述电磁铁53的通断电由C单片机52控制。

3.2 悬浮系统设计

　　根据现有技术调查分析，悬浮系统设计有两种方案，方案一：悬浮系统通过磁基的铁芯线圈产生高频电磁场，悬浮金属板表面在变化的磁场中感应产生涡流，形成感生磁场，与原交变磁场方向相反，产生斥力作用，通过改变磁基高频源的功率使电磁力与重力达到平衡，悬浮金属板就可以悬浮在空中。方案二：通过两块永磁磁体相斥实现悬浮，其中上悬浮磁体为可移动的载体，下悬浮磁体为不可移动整体呈轨状的磁基磁体。下面将针对方案一进行系统设计，对方案二进行系统设计与模型搭建。根据方案一，悬浮系统由磁基、悬浮板构成。

3.2.1 磁基

　　为保障安全以及美观性，磁基3设置在地面6以下，位于所述储能装置2的上方，由按照规划行驶路线铺排的多个磁基单元组成，所述磁基单元包括第一磁基单元和第二磁基单元，所述第一磁基单元设置在行驶路线的正下方，所述第二磁基单元设置在停靠坞5的下方。

 

 

图3.11 磁基

　　如图所示，所述第一磁基单元设有磁基壳体31，磁基壳体31的内腔构成了磁基仓32，所述磁基仓32内安装有高频电流发生器、大铁芯线圈33R、大铁芯线圈33L、小铁芯线圈33a、小铁芯线圈33b、小铁芯线圈33c、小铁芯线圈33d、A单片机37和第一通信模块。

　　所述高频电流发生器的输入端与储能装置2连接，将高能蓄电电池组22输出的直流电，经过变频逆变后，输出方波高频电流，在上述大、小铁芯线圈中产生高频磁通，形成高频磁场。所述高频电流发生器内设有三极管和高频变压器34组成的振荡电路，以及高压整流蓄能模块35，高能蓄电电池组22的输出经过振荡电路变为高频高压交流电，再经过高压整流和电容蓄能，用电容的高压储存电荷对线圈放电，可产生很强的磁场。

　　所述磁基仓32的底面设有前后两个相同的线圈卡槽36，每个线圈卡槽36内安装一个大铁芯线圈和两个小铁芯线圈，使四个小铁芯线圈位于磁基仓32的四角，两个大铁芯线圈位于四个小铁芯线圈的中间，六个铁芯线圈以线圈卡槽36的中线为对称中心线，结构对称。 磁基仓32的前后两侧各设有一个A单片机37，每个A单元机37控制一个线圈卡槽36内安装的一组线圈（包括一个大铁芯线圈和两个小铁芯线圈）。

 

 

 

图3.12 磁基结构的示意图

　　两个大铁芯线圈、四个小铁芯线圈分别与所述高频电流发生器连接，且上述铁芯线圈与高频电流发生器的连接电路上设置有电流调节器和开关器件，所述电流调节器、开关器件分别与所述A单片机37连接，电流调节器根据A单片机37发送的控制信号，调节铁芯线圈上的电流，达到调节磁场的目的，电流调节器针对每个铁芯线圈单独配置，即电流调节器与大小铁芯线圈一一匹配，而所述开关器件，与同一个A单盘机37连接的小铁芯线圈可共用一个。所述A单片机37的工作电源由储能装置2或外部电网提供，A单片机37通过第一通信模块与所述总控制系统连接，根据总控制系统发送的信息控制各铁芯线圈电路的通断和对电流大小的调节。

　　所述磁基仓32的底面设有导线口203o，所述导线口203o用于高能蓄电电池组22与高频电流发生器的连接。

　　所述第一磁基单元中，大铁芯线圈用于产生托起悬浮板4的主要磁力，小铁芯线圈主要用于对悬浮板4平衡和转向的调节，所述第二磁基单元仅需要保持悬浮板4的悬浮状态即可，故可以省略电流调节器和小铁芯线圈。本设计方案中，所述第二磁基单元与第一磁基单元结构采用相同的结构，在第一磁基单元的结构基础上，第二磁基单元顶面增设了用于高能蓄电电池组22与停靠坞5供电连接的导线口。

　　下面是模型搭建：

　　磁基主要由线圈、永磁磁体、控制电路三部分构成。

　　下面是磁基模型用到的元件：

　　表3.1 磁基元件

标号	名称	规格	数量	备注
LED1 - LED8	贴片发光二极管	0805 白色	8
X1 X2 Y1 Y2	电磁铁线圈	12*19mm 0.3mm线径	8
DL1 DL2 DL3	单排弯针	2P	6
	短路帽	2P	6
L1 L2	单排直针	2P	4
J3	单排直针	5P	4
J2	单排直针	3P	2
R1	0805贴片电阻	560Ω	2
U1 U2 U3	线性霍尔传感器	49E	6
C1 C5	铝电解电容	100uF	4
C2 C6	瓷片电容	104	4
C3 C4	独石电容	564	4
D1 – D8	二极管	1N4148	16

 

标号	名称			规格		数量		备注
R1 R6	色环电阻			5.1K		4		色环：绿棕黑棕棕
R13 R15 R22 R23	色环电阻			3.3K		8		色环：橙橙黑棕棕
R14 R16	色环电阻			1K		4		色环：棕黑黑棕棕
R10 R12	色环电阻			75K		4		色环：紫绿黑红棕
R5	色环电阻			20K		2		色环：红黑黑红棕
R4	色环电阻			24K		2		色环：红黄黑红棕
R20 R8 R17 R2 R24 R9 R11 R7 R21	色环电阻			10K		18		色环：棕黑黑红棕
R3	色环电阻			100K		2		色环：棕黑黑橙棕
R18 R19 R25 R26	色环电阻			51		8		色环：绿棕黑金棕
RP1 RP2	精密可调电阻			10K		4		3296封装
Q3 Q5 Q7 Q9	三极管			B772		8		TO-126封装 PNP
Q2 Q4 Q6 Q8	三极管			D882		8		TO-126封装 NPN
Q1	场效应管			IRF530		2		TO-220封装 N沟道
U2 U3	集成运放			LM324		4		直插 DIP14
U1	集成稳压器			78L05		2		直插 TO-92
L1 L2	单排母座			2P		4
RL	色环功率电阻			1Ω 1W		2		色环：棕黑金金
J2	单排母座			3P		2
J3	单排母座			5P		2
J1	电源座			DC-005		2		5.5*2.1mm
	IC座			14P		4
		螺丝	M3*6		6
		螺丝	M4		8
		带孔磁铁			48
		浮子			1
		螺母	M5		8

 

下图是线圈的电路图：

图3.13 线圈电路图

 

 

 

下图是控制电路图：

 

图3.14  控制电路图

 

为了保护该模块在上方覆盖有磨砂塑料片，最终形成下图所示模型图：

图3.15 磁基模型

3.2.1 悬浮板

　　悬浮板悬浮模块以悬浮金属（如铜或铝）板为中心，实现整个模块的功能，悬浮板4包括踩踏板43、操作面板41、悬浮板控制器42、喷气系统48、小型高能电池组47、悬浮金属板44和母充电口45等组成部分。

 

图3.16 悬浮板的右视结构示意图

　　所述小型高能电池组47为可充电高能电池组，通过母充电口42与停靠坞5实现连接充电，为悬浮板4的各个耗电元器件供电。悬浮金属板44设在悬浮板4最下面，所述踩踏板43设在悬浮板4最上面。所述喷气系统48由发动机483、加热装置485、反推机构488等构成。

 

 

图3.17 悬浮板的左视结构示意图

　　所述操作面板41通过导线与悬浮板控制器42连接，用于信息的输入与显示。所述小型高能电池组为操作面板41、悬浮板控制器42供能。所述悬浮板控制器42包括陀螺仪、重力感应模块、速度传感器、B单片机、定位模块和第二通信模块等组成部分，B单片机通过第二通信模块与总控制系统进行信息的传递，所述重力感应模块用于采集悬浮板承载的重力信息以及重力在悬浮板上的分布状况（例如重心是否平稳，重心产生了怎样的偏移），所述陀螺仪用于采集悬浮板的姿态信息，所述速度传感器用于采集悬浮板的行驶速度信息，B单片机将上述信息发送给总控制系统，总控制系统再向对应的第一磁基单元内的A单片机37发出控制指令，调整磁力大小和磁场分布，以实现对悬浮板4整体的平稳控制；所述定位模块与B单片机连接，用于采集悬浮板4在行驶路线上的位置信息，总控制系统根据所述定位模块反馈的信息，控制悬浮板4前方的第一磁基单元启动，而路过的第一磁基单元断电或处于待机（低能耗）的状态，以避免能源的浪费。

3.3 动力系统设计

　　为降低系统成本，提高动力系统稳定性，动力系统采用喷气式推动，为在悬浮板内部的喷气系统。喷气系统48设有左右两个喷气单元，下面以右侧喷气单元为例进行结构的详细说明：

 

图3.18 悬浮板的俯视结构示意图

　　如图3.18所示，悬浮板4的前端下部设有右进气口48RA，悬浮板4后端设有右出气口48RB，所述右进气口48RA与右出气口48RB通过导气通道487连通，右侧喷气单元安装在所述导气通道487内。如图3.19所示，右侧喷气单元设有安装壳体481，所述安装壳体内安装有右喷气式发动机4832，所述加热装置485设置在发动机扇叶484的前端，固定在所述安装壳体481内。

　　左侧喷气单元与右侧喷气单元结构对称，发动机设置左右两个，即左喷气式发动机4831和右喷气式发动机4832，是为了实现更好地控制转向。经过左右两个导气通道487的连接，悬浮板从左进气口48LA和48RA进气，从48LB和48RB出气。所述悬浮板控制器42与左右两个喷气器发动机以及加热装置连接，控制发动机的输出功率和加热装置的启闭。

 

 

图3.19 喷气系统的发动机结构示意图

　　所述加热装置485，主体由电阻片构成，当悬浮板的速度需要再提高或需要更大动力时，可通过加热吸入的空气，使空气体积膨胀，被排出的气体体积变大，从而实现更大推力和更大速度。

　　所述反推机构由上折门反推器轴48801、下折门反推器轴48802、上折门反推器48811、下折门反推器48812、上反推器仓48821、下反推器仓48822、上反推器伸缩挡板48831、下反推器伸缩挡板48832、上伸缩挡板口48841、下伸缩挡板口48842、上锁板48851、下锁板48852、上反推器导气槽48861、下反推器导气槽48862、上安全锁板48871、下安全锁板48872、上安全锁板轴48881、下安全锁板轴48882等构成。

 

 

图3.20 反推装置关闭状态的示意图

　　下面以右侧喷气单元的反推机构488为例进行进一步说明，反推机构488设置在右喷气式发动机4832后方的导气通道内。

　　导气通道487上方的悬浮板壳体内设有上反推器仓48821和与上反推器导气槽48861，导气通道487下方的悬浮板壳体内设有下反推器仓48822和下反推器导气槽48861。

　　所述上反推器导气槽朝着悬浮板4行进的方向倾斜，且内外贯通，其内端口与导气通道487连通，且内端口的一侧设有上伸缩挡板口48841、下伸缩挡板口48842。所述的上、下反推器仓内分别用于收纳上折门反推器48811和下折门反推器48812，上反推器仓48821的底部与上反推器导气槽48861的底部连通相接，下反推器仓48822的上部与下反推器导气槽48861的上部连通相接，所述上折门反推器48811通过上折门反推器轴48801安装在上反推器仓48821的内(下)端口的后侧，下折门反推器48812通过下折门反推器轴48802安装在下反推器仓48822的内（上）端口的后侧，上折门反推器48811和下折门反推器48812向导气通道487内侧翻转到极限位置时可将导气通道487封闭，向上翻转，则导气通道487打开，其往复的翻转动作可通过摆动气缸（未图示）等旋转驱动机构实现；所述上锁板48851、下锁板48852安装在对应的反推器导气槽的壁面上，在直线驱动机构控制下（例如直线气缸或丝杠机构）沿着反推器导气槽的壁面前后移动，用于锁止处于翻转状态的折门反推器。上、下折门反推器在其远离对应的折门反推器轴的一端，设有与上、下锁板配合的锁板卡舌。

 

 

图3.21 反推装置关闭启动的示意图

　　所述上反推器伸缩挡板48831、下反推器伸缩挡板48832设置在上、下反推器导气槽的内端口处，在直线驱动机构（未图示）控制下，通过前后方向的直线往复运动控制上、下反推器导气槽内端口的打开与封闭，上反推器伸缩挡板48831、下反推器伸缩挡板48832可通过上伸缩挡板口48841、下伸缩挡板口48842收纳在悬浮板壳体内。所述上安全锁板48871通过上安全锁板轴48881安装在上反推器导气槽48861外端口的后侧，下安全锁板48872通过下安全锁板轴48882安装在下反推器导气槽48862外端口的后侧，且所述上安全锁板轴48881、下安全锁板轴48882上安装有用于控制上、下安全锁板复位的扭簧（未图示）。上述的旋转驱动机构、直线驱动机构安装在悬浮板壳体内，由B单片机控制运行。

　　动力系统模型搭建：

　　动力系统以11叶风扇螺旋桨飞机航模发动机为中心，按照下图方式连接电子调速器、接收器和电池组，以实现无线控制。

 

 

图3.22 推进系统连接模型

下图为本模型采用的发动机规格：

 

图3.23 发动机规格

下图为推进系统模型图：

 

图3.24 推进系统模型图

3.4 控制系统设计

　　磁动力控制系统控制系统用于检测，使用者权限，帮助系统快速判断站台是否有人上下车，节约了能源和乘客的时间，保证了乘车体验。主体部分为出入检测系统。

出入检测系统，包括站牌本体，站牌本体顶端安装有太阳能光伏板，站牌本体前端上侧安装有多个第一显示器，第一显示器右端设置有第二显示器，第二显示器右端设有信号显示灯，站牌本体前端中部安装有控制按钮，站牌本体上端内部从左往右依次设置有距离传感器、中央控制器和第一信号处理器，站牌本体右侧上端安装有红外线信号发射感应区，悬浮板本体的车头部分设置有第三显示器、第二站牌控制区和红外线接收器，悬浮板本体的车尾部分设置有第一站牌控制区，悬浮板本体中部设有扬声器A。

 

图3.25出入检测系统站牌本体的结构示意图

　　所述站牌本体1中部下端设有广告区投放区5，所述站牌本体1顶端安装有太阳能光伏板2，站牌本体1前端上侧安装有多个第一显示器3，所述第一显示器3上设有站点显示区17，第一显示器3右端设置有第二显示器8，第二显示器8右端设有信号显示灯9。

所述站牌本体1前端中部安装有控制按钮4，站牌本体1底端左侧安装有蓄电池组储放区6，设有蓄电池组储放区6，可采用太阳能充电和外在电流充电，站牌本体1底端右侧安装有维修工具存放区19，设有维修工具存放区19用于存放工具。

 

 

图3.26 出入检测系统站牌本体的剖面示意图

 

 

图3.27 第一显示器的结构示意图

　　所述站牌本体1上端内部从左往右依次设置有距离传感器22、中央控制器21和第一信号处理器20，所述中央控制器21电性连接有第二信号处理器23，所述站牌本体1右侧上端安装有红外线信号发射感应区7，站牌本体1右侧下端设有扬声器B18，扬声器B18用于播报悬浮板到站路线，为了保证悬浮板稳定工作。

图3.28 站牌本体的局部内部结构示意图

 

 

图3.29 中央控制器的连接结构示意图

 

　　所述悬浮板检测模块的车头部分设置有第三显示器10、第二站牌控制区14和红外线接收器13，所述悬浮板检测模块的车尾部分设置有第一站牌控制区12，所述悬浮板本体中部设有扬声器。

　　悬浮板本体车头部分设有悬浮板前门15，悬浮板本体车尾部分设有悬浮板后门16。悬浮板站牌本体1设有220V交流电流，需要通过桥式整流器转化为直流电，同时太阳能光伏板2产生电流可直接连接到蓄电池C1，其中R1对太阳能光伏板2和桥式整流器起到保护作用，防止桥式整流器烧坏。

　　并联设置中央控制器IC1和距离传感器IC2，将电容器C和电阻器R2组成耦合电路，对信号起耦合作用；距离传感器22上串联连接有电阻器R3对距离传感器22起到保护作用；电路中设有多个发光二极管VD和多个控制开关S和对应悬浮板显示器，设置五个悬浮板站牌并联连接；通过信号发射器IRM将信号传输出去，对应悬浮板本体上设有红外信号接收器IRM2 ,并联设置有控制芯片IC3，在IC芯片上串联设有扬声器BY，控制芯片IC3对应设置有电容器C2和电阻器R4起到耦合作用；并联设置有第一站牌控制区12和第二站牌控制区14，还设有第三显示器10。

 

 

图3.30 站牌本体的内部电路连接结构示意图

 

 

图3.31 中公交车本体的内部电路连接结构示意图

　　工作原理是：所述第一显示器3用于具体显示悬浮板站点显示区；乘客可在该悬浮板站牌通过第二显示屏8提前选择所乘悬浮板路线；第一显示屏3可设置多个并联显示屏与第二显示屏8的悬浮板路线对应，旁边信号显示灯9用于显示所乘路线是否启动，当红灯亮起时代表该路车未被乘客选择，当绿灯亮起时代表该路悬浮板线路被选择，所述控制按钮4设置在较低位置，方便乘客选择乘车路线，当按压控制按钮4上对应乘车路线时，上方对应悬浮板路线信号显示灯9亮起，然后通过红外发射感应区7将信号发射出去，对应悬浮板上红外信号接收器13接收到相应信号，并通过悬浮板上相应第三显示器10显示该悬浮板站有乘客候车，则悬浮板系统在相应站牌需停下接乘客。

 

 

 

 

 

第四章 安全保障系统设计

4.1 设计保障

　　考虑到太阳能电池板产能不足或产生故障的情况，可将外部电网作为备用电源，即高能蓄电电池组22设有与外部电网连接的充电端口，即可以实现磁悬浮动力系统与外部电网电力互补，当白天使用过度或发生意外时，外部电网可为系统供电。

 

 

图4.1 优化后电力系统

4.2 检查保障

　　针对磁基可能会漏电等问题，本磁动力系统提供了一种检查策略—近电可声光报警的操作杆和和应对策略—电线桥接器，主要从发现问题、解决问题两个保障系统电路安全。

4.2.1 检查策略

　　检查策略是以近电可声光报警的操作杆为中心，铁尖1、绝缘杆2、近电声光报警器3、防雨罩4和多功能工作头5；

　　近电可声光报警的操作杆包括铁尖1、绝缘杆2、近电声光 报警器3、防雨罩4和多功能工作头5；铁尖1头部尖锐插入地下，绝缘杆2与铁尖1相连，近电可声光报警器3与绝缘杆2相连，防雨罩4设置在近电声光报警器3的外部，多功能工作头5与近电声光报警器3相连。

　　近电声光报警器3包括蓄电池31、感应天线32、集成线路板33、本体34和外盖35；蓄电池31与感应天线32、集成线路板33、本体34相连，给感应天线32、集成线路板33和本体34提供电能，外盖35罩在外侧；当感应天线32感应到工频交流电时，给集成线路板33一触发信号，集成线路板33同时给本体34一信号，本体34同时发出声音警示信息和视觉警示信息。

 

 

图4.2 近电可声光报警的操作杆

　　近电声光报警器由本体34、声光报警器33和外盖35组成，本体两端丝扣，一公一母，便于快速连接，上端丝扣下带锥度(E处带由锥度)，与防雨罩锥度紧密配合，确保雨水不渗透到近电声光报警器里。近电声光报警器3将常规市场报警器改进，将纽扣电池改为蓄电池，增加LED闪光灯。外盖35和本体34开若个透声孔，本体34和外盖35均由透明绝缘材料制作，便于LED闪光灯传出。报警器由感应天线、电池、蜂鸣器、LED闪光灯以及线路板等组成，报警器固定于本体上，外盖上开有小孔、档位调节装置槽和开关槽，小孔便于感应天线伸出。蜂鸣器发出声音警示信息，LED闪光灯发出视觉警示信息。

　　多功能工作头具有挑线、推线、拉线以及临时固定线等功能。具有挑线功能；B具 有拉线功能；C具有搁线功能；D具有临时电线杆架电线的功能。

　　根据需要绝缘杆底部把手位置可以套几只防雨罩，可以避免把手位置绝缘杆受潮，大大提高野外作业的安全性。 所有部件拆下来，装入工具箱中，类似与常用工具箱，便于携带，可为外出施工检察人员提供安全有效的检查策略。

4.2.2 维修策略

　　为便于维修系统电线因意外折断，以及解决模型搭建中部分电线连接问题，磁动力系统设计方案提供一种电线桥接器。用于解决电线裸露连接，潮湿环境导电等问题。

　　电线桥接器100包括一桥接器本体1、一导电芯2以及一对保险帽盖3。

　　桥接器本体1呈套管状，桥接器本体1的内部设置有接线空腔11、两端部上分别设 置有与此接线空腔11相通的公口12。接线空腔11可供两根待接电线的线芯同时接入其中。

 

 

图4.3 电线桥接器

 　　为了确保两根待接电线的线芯在接入接线空腔内11内对外的绝缘性和阻燃性，桥 接器本体1最好选用阻燃绝缘材料制成。

　　导电芯2设置在接线空腔11内，导电芯2由导电性材料制成，可选用导电性良好的 金属材料，也可选用石墨材料。在本实施例中，导电芯2最好为空心的管状结构，且导电芯2 与桥接器本体1的接线空腔11的内壁面间隙配合。这是为了避免导电芯2在接线空腔11内产 生轴向窜动，避免两根待接电线在接入接线空腔11内时，与此导电芯2出现接触不良的情况。

 

 

图4.4 电线桥接器剖面图

 　　由于导电芯2的空心管结构，其强度不高，因此，在导电芯2的两端部分别设置有沿周向延伸的加强筋21。并且导电芯2的外壁面沿周向设置有压痕22，实际操作过程中，可借助卡钳一类的工具沿着压痕22将导电芯2与两股待接电线的线芯压紧接触在一起，增加两待接电线导电接触的可靠性。

　　当然，在其他实施例中，导电芯也可是实心结构，类似于导电棒状结构，其两端可 延伸至桥接器本体的公口处，确保两根电线在接入桥接器的接线空腔内时与导电芯导电接触。

　　为了便于观察接线空腔11内两根待接电线的接线情况，桥接器本体1的中间管状 部分最好呈透明状。

 　　一对保险帽盖3分别安装在桥接器本体1的两端部上，各个保险帽盖3的内部设置 有供各个待接电线穿过且与接线空腔11相通的贯通部31，各个保险帽盖3的一端部上设置 有与公口12相匹配的母口32、另一端部上设置有供各个待接电线的绝缘层接入贯通部31的 接入口33。在本实施例中，为了便于将该对保险帽盖3紧固在桥接器本体1的两端部上，桥接 器本体1的公口12上设置有外螺纹121，各个保险帽盖3的母口32上设置有与此外螺纹121相配合的内螺纹321。当然，在其他实施例中，也可将桥接器本体的公口和保险帽盖的母口设 置成卡扣的连接结构。

 　　此外，为了避免两根待接电线在受到轴向上的外力拉扯而出现两根待接电线的线 芯从接线空腔11内被带出的情况，在保险帽盖3的接入口33处设置有朝导电芯2所在方向延 伸且用于锁紧待接电线的绝缘层的倒齿331。另外，当本案的电线桥接器用于潮湿的环境中时，倒齿331的设置还可将水分隔绝在桥接器本体1之外。

　　本案的电线桥接器的工作原理如下：将两根待接电线预先剥去一定长度的绝缘 层，并将待接电线的线芯裸露出来，然后将这两根待接电线同时从各个保险帽盖的接入口 33接入并穿过贯通部31，最后送入位于接线空腔11内的导电芯2的内部，可借助一卡钳或直 接用手将导电芯2沿压痕22将两根待接电线的线芯与导电芯2压紧接触在一起。其中，各个待接电线的线芯部分的长度大致为导电芯2长度的1/2，各个待接电线的绝缘层部分位于保险帽盖3的贯通部31内并通过倒齿331将其锁紧。

 

 

第五章 系统流程设计

5.1 用户使用流程

（1）用户通过停靠坞5上的操作面板51输入用户身份验证信息，由停靠坞控制器将用户信息和本停靠坞的位置信息传递给总控制系统，在总控制系统的后台服务器中完成对用户身份的验证，并向该停靠坞5的控制器发送验证结果，若用户无权限使用，则拒绝使用，操作面板51发出提示或警告；若用户有权使用，则通过C单片机52给该停靠坞5的电磁铁53断电，解锁悬浮板4，用户可从停靠坞5中将悬浮板4移出，与此同时，总控制系统向该停靠坞附近的多个第一磁基单元发送信息，使附近的多个第一磁基单元通电产磁，通过磁性斥力，使位于第二磁基单元上方的悬浮板以悬浮的状态直接挪移到最近的第一磁基单元上方。

（2）用户通过悬浮板4的操作面板41输入目标停靠坞5地址，甚至于所需要的行驶速度。为了便于用户在行驶的悬浮板4上保持稳定，可在所述悬浮板上增设扶手，并将操作面板设置于扶手上。

（3）在悬浮板的启动过程中，可以直接采用喷气系统48启动悬浮板4。或者，用户可通过脚蹬地面的方式辅助启动，在悬浮板具有一定速度后，通过悬浮板控制器启动喷气系统48提速。根据速度传感器对B单片机42的反馈，当悬浮板达到用户期待的行驶速度后，B单片机42通过对喷气系统48发动机功率的调节，使悬浮板保持均速。在行驶过程中，悬浮板控制器42通过第二通信模块向总控制系统实时发送自己的在轨道上定位信息和速度信息，由总控制系统判断何时开启前方的哪些第一磁基单元，何时关闭或待机后方的哪些第一磁基单元。

（4）当接近目的地时，喷气系统48的反推机构488启动，产生反向推力，实现停止运行。

（5）用户将悬浮板6推到目标停靠坞5中，根据悬浮板6反馈的位置信息，总控制系统向对应的停靠坞控制器52发送信息，控制其电磁铁53通电，将悬浮板锁定，与此同时，悬浮板母充电口45与停靠坞公供电口54接触相吸，悬浮板4充电，充电完毕后，悬浮板控制器控制断电，准备投入下一次使用。

 

 

5.2 悬浮板推进流程

 

 

图5.1 悬浮板的受力分析示意图               

如图所示，设701D对应的位置为用户的出发地，喷气系统48通电，产生一个向702D方向的水平推动力，因为悬浮板4悬浮在空中，受到的阻力较小，在有了一个初速度后，将实现向702D方向运行，若需要向702D方向加速运行，可以将喷气式发动机483的功率调节到最大，若发动机功率已是最大，可通过开启加热装置485实现对吸入的气体加热，气体经加热后体积膨胀，从而产生更大推力，实现进一步加速。

 

 

图5.2 交通系统的说明路径方向示意图

若要实现向711D（右侧）方向转向，由A单片机37控制适当增大第一磁基单元左侧两个小铁芯线圈33c、33d的磁力F22和F32，减小右侧两个小铁芯线圈33b、33a的磁力F21和F31，悬浮板控制器42增大左发动机4831的功率，降低右发动机4832功率，从而实现增大左出气口48LB的排气量，减少右出气口48RB的排气量，利用悬浮板的左右速度差实现向711D方向的转向。即转向由两部分同时进行，一是磁基3产生左高右低的的斥力，悬浮板受力不平衡，悬浮板4向内侧略倾斜；二是给悬浮板4一个左快右慢的速度差，产生一个朝向转向方向的向心力.若是向左侧方向转向，则斥力左低右高，悬浮板速度左慢右快。

 

 

图5.3 偏移悬浮板的俯视示意图

　　结合图5.3，对本发明的悬浮板4防止从磁基3轨道上滑离的设计进行说明，假设因外部原因，如强风、人为碰撞等，悬浮板4在702D处发生向左倾斜的情况，此时悬浮板4上的悬浮板控制器42通过陀螺仪感应到悬浮板姿态的变化，悬浮板控制器42将左发动机4831的功率增大，左进气口48LA进气增多，左出气口48LB出气增多，悬浮板4左面受到的推力增大，悬浮板4将向右略转，回到正常姿态后，悬浮板控制器42的控制模块将左发动机4831和右发+动机4832功率调成一致，悬浮板4将继续向703D方向前行。为了进一步避免悬浮板4意外从磁基上脱离，在磁基的上方的位置可设置凹槽式的导轨，使悬浮板4在导轨内有一定的左右活动空间，但无法从磁基磁场中脱离，所述导轨仅在对应停靠坞5的位置设置开口，使悬浮板4可以平移到停靠坞5中，导轨凹槽的深度应使悬浮状态的悬浮板4上表面与地面6保持基本齐平。

5.3 悬浮板止停流程

　　悬浮板4正常运行时，喷气系统48的反推机构处于图3.21所示的状态，上折门反推器48811在上反推器仓48821内，下折门反推器48812在下反推器仓48822内，上反推器伸缩挡板48831和下反推器伸缩挡板48832均处于从伸缩挡板口伸出，挡住反推器导气槽内端口的状态，上安全锁板48871和下安全锁板48872均处于闭合挡住反推器到其槽外端口状态，上锁板48851和下锁板48852均处于收缩状态，气流从导气通道487的出气口通过，产生正向推力；

 

 

图5.4  反推装置关闭启动的示意图

　　接近目的地时，如图5.4所示，喷气系统48的反推机构488启动，上反推器伸缩挡板48831收缩，打开上反推器导气槽48861的内端口，下反推器伸缩挡板48832收缩，打开上+下反推器导气槽48862的内端口；上折门反推器48811绕上折门反推器轴48801逆时针旋转45度，下折门反推器48812绕下折门反推器轴48802顺时针旋转45度，上折门反推器48811和下折门反推器48812将喷气系统导气通道487锁住，上锁板48851伸出将上折门反推器48811锁住，下锁板48852伸出将下折门反推器48812锁住，流入导气通道487末端的气流从上反推器导气槽48861和下反推器导气槽48622出气，在气流冲击下，上安全锁板48871 绕上安全锁板轴48881顺时针旋转打开，下安全锁板48872绕下安全锁板轴48882逆时针旋转打开，产生反向推力，实现减速及停止，当悬浮板停止后，B单片机控制喷气系统48关闭，上、下安全锁板在扭簧作用下复位。

5.4 信息控制流程

所述磁基3、悬浮板4与停靠坞5与总控制系统的通信连接为远距离通信，可采用GPRS网络通信技术。

本磁悬浮电力系统中，所述第一、第二、第三通信模块还包括设有近距离通信设备，如蓝牙，悬浮板4与磁基3、停靠坞5之间通过所述近距离通信设备建立连接，磁基3、停靠坞5可直接检测到悬浮板4，并接收悬浮板4发送的信息。

假设本磁悬浮动力系统中，蓝牙设备的有效通信距离为10米，则在悬浮板10米范围以内的磁基单元与停靠坞5在接收到悬浮板4的发射信号后，均从断电或待机状态转变为启动状态，开始工作运行，当磁基单元与停靠坞5检测不到悬浮板的蓝牙发射信号后，断电或处于低能耗的待机状态。

悬浮板在运行过程中的姿态信息及重力感应模块采集的信息，也可直接发送到与其建立连接的第一磁基单元中，控制相应的第一磁基单元根据悬浮板的姿态信息、重力信息对磁场作出实时的调整，使悬浮板迅速达到平衡状态。

本系统设计的控制过程的远程控制过程（即悬浮板发送信息给总控制系统，总控制系统再给对应的第一磁基单元、停靠坞发出指令）可同时采用，使磁基单元与停靠坞无论是收到总控制系统的控制信号，还是收到悬浮板发送的信息，均执行动作，以保障磁悬浮动力系统的安全运行，防止远距离通信单元或近距离通信单元某一方信号不佳或出现故障。

 

 

第六章 总结与展望

6.1 总结

在互联网信息时代的大背景下，新型交通系统将是未来的发展趋势。目前的交通系统私有化严重，而智能交通仍然局限于单个车辆的自动驾驶，不仅会形成资源的浪费，而且有极大的安全隐患。 同时，随着全球城市的高速发展，尤其是化石能源消耗量加大，对环境造成了极大的损害，未来绿色能源将是发展方向，现在的绿色交通方向还仅局限于电动汽车，而大量的私有汽车必然会引起拥挤。

针对这一系列问题，本设计实现了一种磁悬浮动力系统，它通过铁芯线圈产生变化高频电磁场，在金属板表面产生涡流，改变磁基高频源的功率使电磁力与重力达到平衡，从而实现悬浮，通过喷气原理实现悬浮推动。模块化的设计不仅使部件安装和产品维修更加方便，而且实现了个人快速运输，提高了交通资源的利用率。本产品具有以下技术特性：

（1）通过研究国内外大量磁悬浮技术的应用实例，分析磁悬浮的应用现状，对比各种磁悬浮产品的优缺点，在此基础上设计了一种磁悬浮动力系统，它包括悬浮系统设计、动力系统设计、电力系统设计、控制系统设计与安全保障系统设计。

（2）本设计采用了模块化的设计理念，通过设计一种磁基、停靠坞、悬浮板分离的交通系统，实现长距离续航提高了续航能力，不仅可以灵活地对功能模块进行拆解和组合以方便搭建与维修，还可以为后续产品功能的开发提供便利。模块化的设计理念既提高了磁悬浮动力系统的拓展能力，也提高了产品质量和可靠性，有利于未来产业化与商业应用。

（3）实现“个人快速运输”是本设计的一大亮点。本设计提出一种新的交通资源整合模式，通过对各功能模块的高度系统集成与物联网的模块化整合，实现本系统智能化、优化总体资源分配，交通系统资源充分利用，智能化控制降低入门要求，方便老人、儿童、残疾人等使用。

（4）本设计通过太阳能板散列式布置实现最大化集能，与国家电网对接，白天冗余电量可为国家电网输入，从而减少其白天用电压力，晚上若出现交通压力大、磁基储能装置电量不足，可从国家电网输入，减少夜间发电站盈余而产生的浪费。

6.2 研发方向

6.2.1 硬件方向

　　目前本系统仍处模型构建阶段，后期将通过不断实验，找到合适的悬浮金属板材料，以实现电能最大转化率，提高有效能量占比。方案与优化中的永磁体方案也需要进一步实验与改进以提高系统的稳定性。对比最终电磁方案还是永磁方案，还是两者并存，最终实现进一步硬件优化。动力方面，将尝试研究其他推动方式，以减少其负荷，提高有效负荷占比。电池方向，目前模型仍局限于锂电池，未来将与国内电池研发公司合作，共同研发以降低成本，提高电池效率。以及逐步实现物流、客运一体化管理，晚上利用储存电量进行物流运输，充分利用系统资源。

6.2.2 软件方向

　　系统软件方向主要分以下几个方面：操作友好优化、控制系统优化、线路算法优化、传输系统优化和提高安全保障。操作友好优化，具体指完善前端设计，以更加适合各个群体的使用习惯。控制系统优化，控制系统的平衡和稳定，通过不断测试和优化以适应各种不稳定的应用场景，保障使用者安全。线路算法优化，小组目前正在研究一种适应线路求最优解的算法，以前的算法都是针对单个车辆的最短路径，本算法要适应高并发的群体路线最优解。传输系统完善与优化，传输系统的速度和安全性有待进一步完善，与未来5G配合使用，以提高运输效率，提高安全保障。

 

 

6.3 展望

　　基于实地实践考察和理论分析，本团队提出了一种新模式，一种客运物流同道而行，立足于整个交通系统，而不是单个车辆。与现在的人工智能和新能源都能紧密契合，适应时代的发展，具有广阔的应用前景。本团队、本项目仍处于初期阶段，后期还会有新的伙伴加入，未来通过不断完善和优化，一定能应用到实际的生产生活中，届时会对现实生活又是一番改造。

 

 

 

参考文献

[1]     史筱红,潘冬花.磁悬浮列车的发展及现状[J].黑龙江科技信息,2011(23):28.

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附录

附录1：

 

 

附录2：

 

 

 

附录3：

 

 

 

 

附录4：

 

 

 

附录5：

 

 

 

附录6：

 

 

附录7： 

 

附录8：

 

附录9：

 

评语:该项目设计了一种磁悬浮动力系统，提出一种新的交通资源整合模式，通过对各功能模块的高度系统集成与物联网的模块化整合，试图实现本系统智能化、优化交通系统资源；作者思路开阔，“六磁子交通系统”是其设计核心；据称实现“个人快速运输”是本设计的一大亮点。该设计提出的悬浮、动力、优化等内容基本属于概念性设计。提供的录像资料应有说名词。 但用个人“轨道”快速运输，试图解决城市堵塞问题值得商榷，对其可行性再行研究；如可，建议对各模块逐一实施工程设计。 评语:主要不足：即便是仅立足于模型装置，所提供的材料也说明了项目的诸多不可实现性。1、关于悬浮系统设计，涡流感生磁场与产生涡流的原磁场两者磁场强度相差甚远，如果让涡流感生磁场产生斥力，原磁场需要多大？涡流使金属板发热情况？能量来源及耗能平衡情况？等等问题，作者材料中均未计算涉及。2、作者提出用电容的高压储存电荷对线圈放电，可产生很强的磁场，殊不知电容高压放电是非稳态，即便实现了，产生的磁场也是瞬时的、非稳态的，如何利用？3、磁浮是大耗能的，在交通工具上，太阳能供电管用吗？4、作者自述“本作品是实际样品的缩小版本，可使磁铁悬浮至少0.50cm”，未见任何实物动作、检测报告等材料。 评语:设计研制了一种磁悬浮动力系统，它通过铁芯线圈产生变化高频电磁场，在金属板表面产生涡流，改变磁基高频源的功率使电磁力与重力达到平衡，从而实现悬浮，通过喷气原理实现悬浮推动。模块化的设计不仅使部件安装和产品维修更加方便，而且实现了个人快速运输，提高了交通资源的利用率。 获得3项实用新型专利授权，2项发明专利已进入实质审查阶段，1项实用新型专利正在审查。 评语:项目设计研制了一种磁悬浮动力系统，它通过铁芯线圈产生变化高频电磁场，在金属板表面产生涡流，改变磁基高频源的功率使电磁力与重力达到平衡，从而实现悬浮，通过喷气原理实现悬浮推动。模块化的设计不仅使部件安装和产品维修更加方便，而且实现了个人快速运输，提高了交通资源的利用率。获得3件实用新型专利授权，申请2件发明专利，有较好的技术支撑性和成长性

 

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