本發明涉及軌道交通技術領域，具體涉及磁懸浮列車及軌道的控制系統，尤其是用于直線電機驅動的軌道與列車之間的控制系統。

背景技術：

目前已經投入商業運營的電磁懸浮列車典型的有德國的EMS電磁懸浮系統和日本的EDS超導電動懸浮列車，都是采用同步直線電機牽引驅動技術，控制列車行駛的同步直線電機的控制系統較復雜，存在的明顯問題是在同一驅動區間段的兩輛列車只能由同一個控制系統控制，不可能讓兩輛即將相撞的列車向相反方向避讓行駛，因此對于不同速度的兩列列車相對行駛到同一驅動區間段時難以避免兩車相撞事故。控制列車的行駛的動力系統和控制系統都在軌道上，列車和軌道上需要采集列車與軌道之間相對位移的傳感器，也需要一套非常復雜的算法和計算設備，甚至需要遙控技術來傳遞列車與軌道上的控制系統之間的通訊信號，使得控制系統結構非常復雜，而且控制環節過多而顯得可靠性脆弱，復雜的控制系統制約著磁懸浮列車的發展。

技術實現要素：

本發明旨在克服上述技術中存在的不足之處，提供一種結構簡單、性能可靠、成本低的磁懸浮列車的控制技術。

技術方案

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種磁懸浮列車的隨車控制系統1，其特征是：軌道上固定設置驅動線圈8，驅動線圈8的兩端都連接有兩路固態繼電器3或晶閘管3與軌道兩側的主導線電連接，軌道上設置霍爾傳感器接近開關4，霍爾傳感器接近開關4的輸出端與所述的固態繼電器3或晶閘管3的控制端電連接，列車底部與霍爾傳感器接近開關4對應位置設置隨車永久磁鐵2或車控電磁線圈13作為隨車控制系統，列車上通過控制隨車永久磁鐵2或車控電磁線圈13接近霍爾傳感器接近開關4的磁場方向直接無接觸控制驅動線圈8的接通或斷開和電流方向。

所述的霍爾傳感器接近開關4沿行車方向設置1排或2排及2排以上。

所述的隨車控制系統1由1排或2排及2排以上的隨車永久磁鐵2或車控電磁線圈13組成。

所述的霍爾傳感器接近開關4為極性霍爾傳感器接近開關4，即對磁鐵的N極和S極都可以感應反饋，對外輸出至少兩路控制信號。

所述的霍爾傳感器接近開關4為其他非接觸傳感器開關，包括電容式接近開關、電感式接近開關、舌簧管接近開關。

所述的霍爾傳感器接近開關4為線性的，即霍爾傳感器接近開關4對磁場的N極和S極的強弱也可以反饋，輸出不同的電壓或電流信號，并通過控制電路控制軌道上驅動線圈8通電后的磁場強弱。

所述的隨車永久磁鐵2的對外磁極通過滑移機構變換接近霍爾傳感器接近開關4處磁場的方向。

所述的隨車永久磁鐵2的對外磁極通過翻轉機構變換接近霍爾傳感器接近開關4處磁場的方向。

所述的車控電磁線圈13由可編程控制器來控制車控電磁線圈13的接通或斷開及對外磁場的方向。

所述的驅動線圈8可以是有鐵芯線圈或無鐵芯線圈。

有益效果

本發明的有益效果是：

1、結構簡單。隨車控制系統安裝在列車上，而且隨車永久磁鐵或車控線圈與列車底部的牽引磁鐵的相對位置是可以隨意控制并保持相對固定的，省去了采集列車與軌道之間相對位移的傳感器，也不再需要遙控技術來傳遞列車與軌道上的控制系統之間的通訊信號，省去了復雜的計算方法和計算設備，結構大大簡化，造價降低。

2、沿線不需要控制分電站。德國高速電磁懸浮列車的同步直線電機控制技術需要每隔一百多米設置一個控制分電站，沿途要設置大量的控制分電站。日本的超導電動磁懸浮列車的同步直線電機控制技術需要每隔四百多米設置一個控制分電站，雖然數量減少，但仍需要大量的控制開關和遙控技術來傳遞列車與軌道上的控制系統之間的通訊信號。本發明的控制系統安裝在列車上，不需要沿途設置控制分電站，直接在列車上發出控制信號，直接控制軌道上的驅動線圈工作，驅動列車行駛。

3、可靠性高。由于結構大大簡化，也省去了復雜的中間傳遞控制環節，因而可靠性大大提高。

4、更適合高速控制。由于控制系統是在列車上直接控制軌道上的霍爾傳感器接近開關來控制驅動線圈的工作，不需要采集列車與軌道之間相對位置的傳感器，也不需要遙控技術來傳遞列車與軌道上的控制系統之間的通訊信號，省去了中間傳遞環節和復雜的計算時間，可以用最短時間進行即時控制，本發明的隨車控制系統不僅適合中低速列車的控制，更適合時速500公里到3000公里的超高速列車的控制。

5、操控自如。即使在同一區間段的軌道上的列車，可以和目前的常規輪軌高鐵一樣可以隨意控制列車的速度和行駛方向，也可以相互避讓行駛，還可以相互靠近連掛成一列列車，行車中出現任何問題都可以自行控制解決。

6、實現節能控制。列車上的控制系統采用永久磁鐵做控制元件，控制指令發出后，永久磁鐵可以保持不耗電的狀態控制驅動線圈工作，節約控制能源。軌道上的主導線的通電方向始終保持不變，只改變驅動線圈的電流方向，減少了主導線電流換向的反復沖擊，比目前的采用軌道上分電站來控制每條主導線的可變交流電流的方向要更加節能，并延長電器元件的使用壽命。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的單排隨車控制系統單元的工作原理示意圖。

圖2是本發明的單排隨車控制系統實施例的側視結構示意圖。

圖3是本發明的單排隨車控制系統實施例的立體結構示意圖。

圖4是本發明的雙排隨車控制系統單元的工作原理示意圖。

圖5是本發明的雙排隨車控制系統實施例的立體結構示意圖。

圖6是本發明的隨車控制系統的滑移機構的仰視圖。

圖中1-隨車控制系統，2-隨車永久磁鐵，3-晶閘管或固態繼電器，4-霍爾傳感器接近開關，5-線路導線，6-列車的牽引永久磁鐵，7-鐵芯，8-驅動線圈，9-主導線，10-軌枕，11-絕緣盒，12-路基或箱梁，13-車控電磁線圈，14-車控基座，15-列車，16-列車彎臂，17-懸浮板，18-滑移機構及滑道，19-鋼軌。

具體實施方式

現結合附圖對本發明作進一步詳細介紹。

如圖1所示，公開了本發明的隨車控制系統1的工作原理，軌道兩側設置有主導線9，一側主導線9為電源的正極，一側主導線為電源的負極。軌道上設置有固定的驅動線圈8，驅動線圈8的底部距離一定間隙設置牽引永久磁鐵6，牽引永久磁鐵6固定連接在列車的底部，固定驅動線圈8與牽引永久磁鐵6構成直線電機。每組驅動線圈8由若干個子線圈構成，相互串聯成一組驅動線圈8，每組驅動線圈8的兩端都連接有兩路固態繼電器3與軌道兩側的主導線9電連接，固態繼電器3也可是晶閘管3，軌道上設置一排霍爾傳感器接近開關4。霍爾傳感器接近開關4是分極性的，即可以感應磁鐵的N極和S極，分別有OUT1和OUT2輸出信號。在高速列車15底部的車控基座14與霍爾傳感器接近開關4對應位置設置隨車永久磁鐵2，共同構成隨車控制系統1。當列車15底部的隨車永久磁鐵2的S極朝向霍爾傳感器接近開關4時，霍爾傳感器接近開關4上感應S極的輸出端OUT1輸出控制信號，控制對 應的一對固態繼電器3(圖1中A和C處)導通，軌道上的驅動線圈8正向通電，傳遞給列車底部的牽引永久磁鐵6，產生需要的牽引力。列車移動一段距離后，列車15底部的牽引永久磁鐵6在下一組驅動線圈8的方向發生改變，列車底部的隨車永久磁鐵2的N極接近霍爾傳感器接近開關4，霍爾傳感器接近開關4上感應N極的輸出端OUT2輸出控制信號，控制對應的另一對固態繼電器3(圖1中B和D處)導通，軌道上的驅動線圈8反向通電，傳遞給列車上的牽引永久磁鐵6同方向的牽引力。這樣如此循環往復，連續按需要的行車方向行駛。軌道上的驅動線圈8由列車底部的隨車永久磁鐵2控制接通或斷開，實現列車15對軌道上驅動線圈8的直接控制。只要控制列車底部的隨車永久磁鐵2的對外磁極的方向和通斷狀態的排列位置，就可以通過軌道上的霍爾傳感器接近開關3實現無接觸控制驅動線圈8的牽引力的方向。

現結合附圖進一步說明隨車控制系統在高速軌道交通中的典型應用。

為便于觀看和理解本發明的隨車控制系統的工作原理，圖3省去了遮擋控制系統的列車車體、鋼軌和機械連接結構。如圖2和圖3所示，路基12兩側由絕緣體固定設置有主導線9，一側主導線為電源的正極，一側主導線為電源的負極。軌道上設置有固定的驅動線圈8，驅動線圈8的底部距離一定間隙設置牽引永久磁鐵6，牽引永久磁鐵6固定連接在列車15底部的懸浮板17上，驅動線圈8與底部距離一定間隙的牽引永久磁鐵6構成永磁直線電機。每組驅動線圈由若干個子線圈構成，兩側軌道的驅動線圈8可相互串聯成一組驅動線圈8，每組驅動線圈8的兩端都連接有兩路固態繼電器3，再與軌道路基12兩側的主導線9電連接。軌道中央設置一排霍爾傳感器接近開關4。霍爾傳感器接近開關4是可以分辯磁場極性的，即可以感應磁場的N極和S極，分別有OUT1和OUT2輸出信號。在高速列車15的底部與霍爾傳感器接近開關4對應位置設置隨車永久磁鐵2，一起構成隨車控制系統1。當列車15底部的隨車永久磁鐵2的S極接近霍爾傳感器接近開關4時，霍爾傳感器接近開關4上感應S極的輸出端OUT1輸出控制信號，控制對應的一對固態繼電器3導通，軌道上的驅動線圈8正向通電，傳遞給列車底部的牽引永久磁鐵6，產生行車方向的牽引力。列車移動一段距離后，列車15底部的牽引永久磁鐵6在下一組驅動線圈8的方向發生改變，列車15底部的隨車永久磁鐵2的N極接近霍爾傳感器接近開關4，霍爾傳感器接近開關4上感應N極的輸出端OUT2輸出控制信號，控制對應的另一對固態繼電器3導通，軌道上的驅動線圈8反向通電，傳遞給列車底部的牽引永久磁鐵6同方向的牽引力。這樣如此循環往復，連續按需要的行車方向行駛。軌道上的驅動線圈8由列車底部的隨車永久磁鐵2控制接通或斷開，實現列車15對軌道上驅動線圈8的直接控制。只要控制列車底部的隨車永久磁鐵2的對外磁極的方向和通斷狀態的排列位置，就可以通過霍爾傳感器接近開關3實現無接觸控制驅動線圈8的牽引力的方向，從而實現列車加速、減速，還可以實現列車的再生發電制動。

由于隨車永久磁鐵2與列車上的牽引永久磁鐵6構成的隨車控制系統的相對位置保持著 同步，按照永磁同步直線電機的控制方式牽引列車行駛。

如圖3所示，所述的隨車永久磁鐵2可以是車控電磁線圈13，車控電磁線圈13是帶有鐵芯的電磁線圈，安裝在列車底部的車控基座14上，與軌枕10上的霍爾傳感器接近開關4位置對應。車控電磁線圈13可以由列車上的可編程控制器控制。可編程控制器可以方便控制車控電磁線圈13的接通或斷開，還可以通過控制電路控制車控電磁線圈13通電后的對外磁場的NS磁場方向。霍爾傳感器接近開關4是極性霍爾開關，可以感應車控電磁線圈13對外磁場的N極或S極，分別輸出兩路輸出控制信號，控制軌道上的固態繼電器3實現對軌道上的驅動線圈8相對牽引永久磁鐵6的磁場的NS極性。只要控制車控電磁線圈13的對外磁場NS極性就可以控制軌道上驅動線圈的對外磁場的NS極性，從而控制列車的牽引動力及行車方向。

為更容易理解本發明的工作原理，本發明提供一種雙排控制系統的工作原理圖。

如圖4和圖5所示，在路基或箱梁12的頂部設置軌枕11，軌枕11兩側用緊固件固定設置鋼軌19，軌道上行駛列車15。軌道兩側設置有主導線9，一側主導線為電源的正極，一側主導線為電源的負極。軌道上固定設置驅動線圈8，每組驅動線圈由若干個子線圈構成，相互串聯成一組驅動線圈8，每組驅動線圈8的一端連接有兩路晶閘管3與主導線的正極電連接，每組驅動線圈8的另一端也連接有兩路晶閘管3與主導線的負極電連接。晶閘管3也可以是其他類型的可控硅。軌道上設置兩排霍爾傳感器接近開關4，對應的隨車永久磁鐵2設置兩排。在高速列車15的底部設置隨車永久磁鐵2作為隨車控制系統，隨車永久磁鐵2與霍爾傳感器接近開關4位置對應，霍爾傳感器接近開關4感應到列車底部的隨車永久磁鐵2而接通對應的晶閘管3，使相應的驅動線圈8通電。當列車15底部的隨車永久磁鐵2一側的磁極(如S極)接近霍爾傳感器接近開關4時，霍爾傳感器接近開關4上感應S極的輸出端輸出控制信號，控制對應的一對晶閘管3導通，軌道上的驅動線圈8正向通電，傳遞給列車需要的牽引力。列車移動一段距離后，列車15底部的牽引永久磁鐵6的位置發生改變，列車15底部另一側的隨車永久磁鐵2的磁極(如N極)接近霍爾傳感器接近開關4時，霍爾傳感器接近開關4上感應N極的輸出端輸出控制信號，控制對應的另一對晶閘管3導通，軌道上的驅動線圈8反向通電，傳遞給列車需要的同向牽引力。這樣如此循環往復，連續按需要的行車方向行駛。軌道上的驅動線圈8由列車底部的隨車永久磁鐵2感應霍爾傳感器接近開關3控制接通或斷開，實現列車15對軌道上驅動線圈8的直接控制。

軌道上設置兩排霍爾傳感器接近開關4時，霍爾傳感器接近開關4可以采用其他簡單的非接觸傳感器開關，例如包括電容式接近開關、電感式接近開關、舌簧管接近開關。

前面所述的霍爾傳感器接近開關4還可以采用線性霍爾傳感器接近開關4，即霍爾傳感器接近開關4對磁鐵的N極和S極的強弱也可以感應反饋，輸出不同的電壓或電流信號，并 通過控制電路控制軌道上驅動線圈8通電后的磁場強弱。

如圖6所示，所述的隨車永久磁鐵2的對外磁極通過滑移方式實現對應霍爾傳感器接近開關4處磁極的方向的變換。在列車底部的車控基座14上設置滑道18，隨車永久磁鐵2可以沿滑道移動，由滑移牽引機構控制隨車永久磁鐵2的滑移。當隨車永久磁鐵2的S極滑到接近霍爾傳感器接近開關4時，驅動線圈8正向接通；當隨車永久磁鐵2的N極滑到接近霍爾傳感器接近開關4時，驅動線圈8反向接通；當隨車永久磁鐵2的N極和S極都滑到遠離霍爾傳感器接近開關4時，驅動線圈8與主導線9斷開。

所述的隨車永久磁鐵2的對外磁極還可以通過翻轉機構實現對外變換磁極的方向。

所述的驅動線圈8可以是內部設置有鐵芯7。鐵芯7及驅動線圈8的底部相距一定距離設置牽引永久磁鐵6，牽引永久磁鐵6固定在列車底部，鐵芯7及驅動線圈8與底部相距一定磁力間隙的牽引永久磁鐵6構成有鐵芯永磁直線電機，對外牽引力會更大。

對于牽引力不需要很大的場所，所述的驅動線圈8也可以是無鐵芯線圈，與牽引永久磁鐵6構成無鐵芯永磁直線電機。

所述的驅動線圈8可以是環形線圈，也可以是蛇形線圈。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。