1.1 总体方案概述
新概念磁悬浮汽车设计方案主要包括磁性车轮和磁感应车道。磁浮汽车结构与传统汽车结构无异，其特点在于磁浮汽车使用特殊结构的永磁体轮胎代替原有的橡胶轮胎，通过四个电机独立驱动控制。磁感应车道采用单侧分裂式结构，选用10 mm厚的铝合金材料。 随着磁性车轮转动，车轮底端形成时变的磁场，移动磁场与位于磁轮下方的磁感应车道相互作用。由电磁感应原理可知，感应车道内部会形成涡流场，从而产生感生磁场与磁性车轮相互作用获得电磁力，其垂直方向表现为克服车体自重的悬浮力，水平方向表现为牵引车体前进的驱动力。 本方案突破了传统磁悬浮交通工具需要悬浮、驱动、导向三套系统的结构复杂难题，巧妙的结构将悬浮和驱动合二为一，大大简化了系统结构。本方案实现感应车道的结构优化，提出分裂式独立感应结构，为磁性车轮提供被动的回复力，迫使车体沿车道行驶，实现自主导向。此磁浮汽车将四个磁性车轮分为前、后磁轮轮组，各轮组同步控制。通过调节车轮转向和转速，可实现磁浮汽车悬浮、加速、减速、制动功能。此外，磁悬浮汽车可兼容普通公路交通，磁浮汽车从悬浮状态减速后会转换成接触式行驶模式，
与普通汽车运行无异。整个磁悬浮汽车的结构及原理相对简单，技术要求较低，维修便捷，机动性更高。
图1.1 磁浮汽车示意图
1.2 主要性能指标
序号主要性能指标值备注
1 临界悬浮速度3000 rpm
悬浮高度10~15 mm
最大运行速度m/s
最大悬浮力
驱动力
浮重比
浮阻比
工作温度
极对数
永磁单体数
密度
质量
二、设计原理
任何交通工具主要由三大要素组成，即支撑（悬浮）、驱动和导向。磁浮汽车是利用磁力使车辆在感应车道上，消除车辆和地面之间的摩擦力，从而达到节能、舒适、高速的目的。本方案包含两项创新：1、悬浮驱动系统合二为一；2、简单、高效的导向结构。
三、方案设计内容
3.1悬浮部件
悬浮部件包括磁轮、电机、车架及辅助轮，方案旨在探索磁浮汽车悬浮、驱动可行性，暂不涉及传动、悬架等汽车标准底盘设计要求。
3.1.1磁轮
磁轮是磁浮汽车的核心部件，是悬浮力与驱动力的直接来源。本方案磁轮采用环形Halbach永磁结构，如图3.1所示，四对极，16块磁体。详细参数如下表。
表3.1 永磁磁轮详细参数
参数名称指标
材料NdFeB-N50
外径100 mm
内径68.4 mm
厚度15.8 mm
宽度35 mm
剩磁 1.4-1.44T
矫顽力≧836KA/m
最大磁能积382KJ/m3
工作温度≦80℃
极对数 4
永磁单体数16
密度7500 Kg/m3
质量 1.1 Kg
图3.1 环形永磁结构
为保证磁轮高转速下的稳固，磁轮采用铝合金轮毂内衬。此外，永磁体外侧尼龙材料包裹，进一步提升磁轮运行的安全性。轮毂详细参数详见下表。
表3.2 轮毂详细参数
参数名称指标
材料铝合金-6061
镂空外径60 mm
镂空内径30 mm
辐条数5/22°
电机安装孔径64 mm
电机安装深度29 mm
永磁侧壁保护层 2 mm
尼龙层 2 mm
密度2730 Kg/m3
质量0.15 Kg
图3.2 轮毂三维结构
图3.3 磁轮正面三维结构图3.4 磁轮背面三维结构
3.1.2电机
方案选用无刷外转子直流电机，由深圳鼎玉丰科技提供的N6354滑板专用电机。单个电机最大扭矩可达2 N/m, 最高转速可达9600 rpm，具体参数如表2.3。
图3.5 N6354直流无刷电机
表3.3 N6354电机详细参数
参数名称指标
种类直流无刷
转子类型外转子
霍尔元件无感
外径63 mm
长度54 mm
轴径10 mm
Kv值400 Kv
空载电流0.5-1 A
最大电流120 A
最大功率2000 W
额定电压24 V
最大转速9600 rpm
扭力 1.5-2 N/m
重量0.56 Kg
方案采用电机内嵌磁轮装配，类似于轮毂电机，可有效减少磁轮重量，提升车体空间利用率。装配细节如下图所示。
图3.6 磁轮与电机装配图
3.1.3车架
车架采用铝合金一体化设计，一方面减轻车辆自重，另一方面是车子运行更加稳定、可靠，减少螺钉脱落危险。
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