静态磁力完全应用传统的电磁理论，即同性相斥或异性相吸的方法使列车 浮起。也就是说，除了电磁力之外，没有其它能量参与把列车浮起。所以，为 了有足够的电磁力使列车浮起，电磁铁就必须做得很大很重。此外，由于静态 磁力不能保持稳定的悬浮状态，因此，列车两边必须装置强大的电磁感应防护 墙，以免列车左右窜动而发生事故。所以，静态磁力磁浮列车不但消耗能量极 大，同时整个动运系统非常庞大。据国外资料报导，磁浮列车运载每个乘客的 耗能量比飞机多几十倍；建造材料每公里需13,000吨混凝土和3,700吨铜， 人车重量比(不包括两边的防护墙)达到每个乘客一吨。静态磁力磁浮列车存 在的共同缺点是：结构复杂、臃肿，十分笨重；造价昂贵；消耗能量极大；维 修保养费用高；经济效益低。目前，列车行驶的安全性仍然存疑。
由20世纪60年代起，世界上一些先进国家投入大量的人力物力，从事 磁浮列车的研究工作。50多年了，至今仍然处于研究阶段。磁浮列车的关键问 题在于如何使列车浮起来。一直以来，都是采用静态磁力的磁浮原理。德国采 用磁铁异性相吸的方法产生浮力；而日本则采用同性相斥的方法。为了使列车 能够飘浮在理想的位置上，磁浮列车不得不采取许多保护措施来达到这个目的。 这是由于静态磁场的不稳定性所造成的先天性缺点。这也是造成现在的磁浮列 车都是庞然大物和能耗极大的原因。

本发明的目的是提供一种动态式磁浮推进器，原理是：利用外力把分体式 马达的转子反转，藉此在马达的转轴上产生反力矩，这个反力矩的的垂直分力 矩的合力，就是构成磁浮车浮起的浮力。
实现本发明的技术方案是：这种动态式磁浮推进器包括分体式电动马达和 可以使该分体式电动马达反转的外力。
该技术方案还包括：
所述分体式电动马达包括分别设置的定子和转子，其中定子包括带有磁性 的单层平面磁路，转子包括悬臂式电磁铁，该电磁铁分布有两个磁极，其中一 个磁极在悬臂的端部，另一个磁极在接近悬臂的转轴处，该电磁铁在外力的作 用下，以转轴为中心，相对定子作反转运动，由此产生一个相对定子磁力的反 力矩，该反力矩包括磁浮力和磁推力。
所述定子还包括带有磁性的槽钢形路轨或V形路轨或U形路轨或抛物线形 路轨。
所述路轨包括单轨道式或双轨道式或多轨道式，其中所述轨道包括单列式 或双列式或多列式，其中所述槽钢形路轨的设置以槽底为基准面，可以是与水 平面平行或与水平面垂直或与水平面呈一角度。
所述转子包括在转轴的平面上均匀地分布若干个悬臂式电磁铁，以便组成 圆盘形电磁铁。
所述转子包括将多层圆盘形电磁铁复合叠加并相互错开地串接在一起。
所述转子的转轴可以和所述路轨纵向平行，或和所述路轨纵向侧垂直，或 和所述路轨纵向侧呈一角度。
所述外力包括用普通马达带动所述转子反转，其中普通马达的转轴与所述 转子的转轴为同一个转轴。
所述外力包括用普通马达通过传动装置带动所述转子反转。
所述磁浮力和磁推力包括所述转子在外力作用下反转，这时该转子的转轴 就会产生反力矩，该反力矩分解为水平分力矩和垂直分力矩，在消除水平分力 矩后，垂直分力矩的合力既是磁浮力，在消除垂直分力矩后，水平分力矩的合 力既是磁推力。
本发明具有的有益效果：结构简单、体积轻巧、效率高、容易控制、安全 可靠、经济效益高。无论是磁浮车或者是磁路，造价远比静态磁力式磁浮列车 低。本发明适合于发展小型的、其体积近似小型汽车的磁浮车；磁路可以采用 磁轨或平面磁路。新的运输系统对实现全自动控制提供了有利条件。此外，动 态式磁浮车也可以开发成一种新的游乐设施，其娱乐性和经济效益将十分显着。
附图说明
图1-图55包括了本发明的基本原理图和应用示意图，其中1悬臂式电磁 铁、2转轴、3键、4定子的磁力线方向、5平面磁路、6平板、61慢线、62叉 路、63快线、7磁轨、8槽形磁铁、9普通马达、10磁浮车、20NV合成曲线、 30每个电磁铁的NV曲线、40每个电磁碟的NV曲线、50通电区间。

下面结合附图对本发明作进一步说明：
传统马达的转子是以力偶的形式使转子转动，本发明所述的分体式马达的 转子则是以悬臂式电磁铁产生的力矩使转子转动，请参见(图1)。当以外力迫 使分体式马达的转子反转时，在马达的转轴上会产生反力矩(传统马达只会产 生反力偶)。这个反力矩的大小和转子与定子之间的磁感应强度成正比；同时也 与转子的力臂长度(即悬臂电磁铁的长度)成正比。当外力强制性地使转子反 向旋转时，转轴上的反力矩就转换为动能。因为反力矩的垂直分力矩是向上的， 所以转换后在垂直方向的动能就是构成磁浮车浮起的动能；反转的转速越高， 转轴上产生的浮起动能就越大。因此，动态式磁浮推进器的浮力不但与磁感应 强度和转子力臂的长度有关，同时也和外力反转的转速有关。实际上，转子与 定子之间的磁感应力并不是直接浮力，而是外力令转子反转时，转子力臂的端 点使转轴往上翻起的瞬时着力点。令转子反转的外力可以采用价格便宜、结构 轻巧、安全可靠、工作效率高达85％以上的普通马达。马达的输出功率大部分转 化为分体式马达转轴上的反力矩动能。
分体式马达的定子，其作用是动态式磁浮车的“磁路”。定子分为“有轨式” 和“平面磁路”两种。“有轨式”的轨道可以是各种形式截面的路轨，如(图2～ 图5)所示。
I.动态磁浮推进器的工作原理
一.分体式马达基本结构
动态式磁浮推进器是利用外力令分体式马达的转子反转，籍此在转轴上产 生反力矩的方法而获得浮力。因此，分体式马达是本发明的必要和先决条件。
传统的电动马达其转子和定子之间有严格的机械联系，准确地装配在一个 机壳内。转子和定子之间的间隙保持一个恒定的数值，转子只能在定子中间转 动，没有别的自由度。分体式马达则不同，其转子和定子是两个独立的构件， 两者之间没有机械关系，只有电磁场的相互作用力。
(1).分体式马达的转子
如(图1)所示，分体式马达的转子的基本结构是由一个条形电磁铁和一个 转轴构成。转轴穿过电磁铁的一端(S极)，用键联接。定子的电磁场与条形电 磁铁的电磁场相互作用，这个作用力以力矩的形式令转轴转动。
(2).分体式马达的定子
传统马达的定子是固定在机壳内的几个永久磁铁或电磁铁，转子在磁铁 中间转动。分体式马达的定子没有固定的形式，只要能构成磁回路就可以。其 实，分体式马达的定子，就是动态式磁浮推进器的“磁路”。基本上有两种形式： “有轨式”和“平面磁路”式。“磁路”可以是电磁铁，也可以是永久磁铁。
“有轨式”的定子可以是各种截面的路轨，如(图2)所示：槽形路轨(图 2A)，U形路轨(图2B)，V形路轨(图2C)，抛物线路轨(图2D)，工字形路轨 (图2E)等等。路轨的摆放形式也有多种选择，以槽形路轨为例，(图3A)槽 口是水平方向；(图3B)槽口是垂直向上；(图3C)槽口呈一个角度倾斜安置。 此外，也可以把两个或两个以上的路轨并列应用，以加强磁感应强度。例如：(图 4A)是层叠式双列槽形路轨；(图4B)是层叠式三列槽形路轨，(图4C)是并列 式双列槽形路轨，(图4D)是并列式三列槽形路轨。
“平面磁路”定子的表面是一张平板。一种是“整板式平面磁路”，如(图 5A)所示，是一块带有均匀磁场的平面；另一种是“磁轨式平面磁路”如(图 5B)所示，没有路轨，只有图中的阴影部分有磁性，磁浮车顺磁轨运行。
二.外力
原则上任何可以令分体式马达的转子反转的动力，都可以用作外力。外力 的最佳选择是电动马达。无论是交流电动机或是直流电动机都合适。因为电动 马达的效率高、性能可靠、价格便宜。
分体式马达转子的“电磁碟”可以直接套接在电动马达的主轴上，如(图 25A)所示。如果把电动马达的主轴加长，使主轴从马达的前后两边伸出，每一 边各装一个“电磁碟”，那么作用在马达主轴的反力矩就加倍增强。电动马达也 可以通过传动装置以及变速箱和分体式马达的转子联结。
三.工作原理
传统马达，无论是交流电动机或是直流电动机，转子是以力偶的形式转动； 而分体式马达的转子则以力矩的形式转动。把分体式马达的转子放在磁路上， 为了方便分析，在这里选用槽形磁铁作为分体式马达的定子，如(图6)所示。 磁铁的N极在下面，S极在上面。
在数学中，一个平面分为四个象限，如(图7)所示：
第I象限0°～90°(或0～1/2π)
第II象限90°～180°(或1/2～π)
第III象限180°～270°(或π～3/2π)
第IV象限270°～0°(或3/2π～0)
在槽形磁铁中的分体式马达的转子，当力臂中有电流通过时，磁感应力令 力臂以O点为中心从270°的位置以顺时针方向转向90°的位置，如(图8)所 不。
假设定子内任何位置的磁感应强度都相同，则在转动过程中力臂所受到的 磁感应力为一个恒定的数值f。
力臂从270°的位置以顺时针方向转过一个角度α时，f对于O点所产生的 力矩M，等于作用力f在力臂上的垂直分力f0和力臂的长度l的乘积如(图9) 所示：
M＝-f0·l    即M＝-f·l Sinα
式中的“-”表示M的方向是顺时针的。
当力臂在270°或90°的位置时，Sinα＝0，即M＝0
当力臂180°的位置时，Sinα＝1，即M＝f·l
可见，力臂以O点为中心由270°转到90°时，力矩M的大小是以正弦Sin α的形式分布的，如(图10)所示。因为力矩只发生在第II和第III象限，所以 M的曲线在座标的下方。
把转子的转动轴在水平面上转过一个角度如(图11)所示，不会影响转子 力臂的受力状态。
即便把转子的转动轴在水平面上转过90°，如(图12)所示，也不会影响 转子力臂的受力状态。
把分体式马达的转子的力臂安装在普通马达m0的主轴上，如(图13)所示。
当马达m0带着力臂以逆时针方向由90°转向270°时，在马达m0的转轴上 就会产生反力矩M0，M0的大小与力矩M相同，方向相反。
M0＝-M
＝f·l Sinα
即M0是逆时针方向的。
实际上，M0是普通马达m0的主轴逆时针方向的转动时，以电磁铁的端点O1 为瞬时支点所产生的反力矩，如(图14)所示。
相对于力矩M来讲，反力矩M0导前90°。即反力矩M0是以正弦曲线的形式 发生在第I和第II象限线如(图15)所示。
反力矩M0和力矩一样，其方向和大小随力臂(即电磁铁)的位置(即α角) 变化。任何位置的反力矩M0可以分解为水平分力矩MH和垂直分力矩MV，如(图 16)所示。
水平分力矩MH＝M0 Cosα
垂直分力矩MV＝M0 Sinα
因为M0＝f·l Sinα
所以MH＝f·l SinαCosα
MV＝f·l Sin2α
从上面的公式可以算出：
当α＝0°时，MH＝0；MV＝0
α＝45°时MH＝1/2M0；MV＝1/2M0
α＝90°时MH＝0；MV＝0
α＝135°时MH＝-1/2M0；MV＝1/2M0
α＝180°时MH＝0；MV＝0
可见，当普通马达m0把力臂从90°以逆时针方向转向270°时，垂直分力 矩MV在座标上的曲线是以α角的双倍正弦曲线分布的如(图17)所示。力臂每 转过45°角就会产生一次MV的峰值MV max。垂直分力矩MV的方向始终是向上的。 而水平分力矩MH则一半向右，另一半向左，数值相等而方向相反，互相抵销。 垂直分力矩的合力矩就是动态式磁浮推进器的浮力。
普通马达m0主轴旋转时，垂直分力矩MV所作的功为PV
PV＝∫fl Sin2αdα
因为普通马达m0的主轴只在第II和第III象限(参见图7)才产生反力矩， 所以上式的定积分式应写成：
$\mathrm{PV}={\int }_{-1/2\pi }^{1/2\pi }\mathrm{fl}{\mathrm{Sin}}^2\mathrm{\alpha d\alpha }$
$=1/2\mathrm{fl}$
假设马达m0的转速是每分钟n转，则普通马达m0在垂直分力矩上的输出功 率为：
$\mathrm{Nv}=\frac{1}{2}\times \frac{n}{60}\mathrm{fl}$
或 $\mathrm{Nv}=\frac{1}{75}\times \frac{n}{120}\mathrm{fl}$ (马力Hp)
式中f是分体式马达转子和定子之间的磁感应力，单位是Kg
l是分体式马达转子的电磁铁长度，单位是米
n是马达m0的转速，单位是转/分
以上所述是普通马达m0的主轴只安装了一个悬臂电磁铁的情况。当马达m0 的主轴转一圈时，Nv在主轴上就产生两次断断续续的震动，如(图18)所示。
在普通马达m0的主轴上对称地装上两个电磁铁，如(图19)所示。Nv在主 轴上产生的震动就变成连续在一起了，如(图20)所示。
把普通马达m0主轴上的电磁铁增加到四个，如(图21)所示。主轴上垂直 分力矩的输出功率Nv的震动频率增加了，而震幅则相应减轻；合成的Nv在数 值上成倍的增强，如(图22)所示。
把普通马达m0主轴上的电磁铁增加到8个，如(图23)所示。Nv在主轴上 造成的震动频率进一步增加，而震幅变得更小；合成的Nv加倍增强，如(图24) 所示。
把安装了8个电磁铁的组件称为“电磁碟”。
把若干个“电磁碟”交错地安装在普通马达m0的主轴上，如(图25A)所 示，共安装了9个“电磁碟”。普通马达m0在垂直方向的输出总功率Nv大大增 强。Nv的功率曲线变成近似一条直线，如(图25B)所示。
如前所述，对于每一个电磁铁，普通马达m0在垂直方向的输出功率为：
$\mathrm{Nv}=\frac{1}{75}\times \frac{n}{120}\mathrm{fl}$ (马力Hp)
设“电磁碟”上有k1个电磁铁，在普通马达m0的主轴上共安装了k2个“电 磁碟”，则马达m0在垂直方向的总输出功率为： $\mathrm{Nv}=k_1·k_2·\frac{1}{75}\times \frac{1}{120}\mathrm{fl}$ (马 力Hp)
普通马达m0和若干个“电磁碟”构成的组件称为“动态式磁浮推进器”，简 称“推进器”。
II.动态式磁浮推进器的应用
按“动态式磁浮推进器”的主要功能，分为“浮力推进器”和“移动推进 器”。前者专责用于浮起磁浮车，后者专责用于移动磁浮车。
按“浮力推进器”主轴的摆放形式，又可以分为“横轴式”和“纵轴式”。
作为定子的“磁路”，按形式可分为“路轨式”和“平面磁路”式。
一.路轨式
1.横轴式
“浮力推进器”的轴与磁浮车的前进方向垂直，称为“横轴式”如(图26) 所示，箭头为磁浮车的前进方向，侧面为浮力推进器。
在磁浮车左右两侧安装了4个“浮力推进器”D-1、D-2、D-3和D-4。在磁 浮车的下面安装4个“移动推进器”D-5、D-6、D-7和D-8。如(图27)所示。
磁浮车的路轨采用混合式，如(图28)所示；左右两侧的槽口水平放置， 下面两个槽向上。槽口的磁力线方向如图中的箭头所示。
工作原理：
(1).浮力
以磁浮车左侧的“浮力推进器”D-1和D-2为例，D-1是顺时针方向旋转的 而D-2则是逆时针方向旋转，如(图29)所示。
D-1通电区间在第IV象限，反力矩M产生在第I象限。反力矩M的垂直的分 力矩Mv向上，水平分力矩MH向右，如(图30)所示。
D-2通电区间在第III象限，反力矩M产生在第II象限。反力矩M的垂直分力 矩Mv向上，水平分力矩MH向左，如(图31)所示。
D-1和D-2的垂直分力矩Mv构成磁浮车的浮力，而水平分力矩MH则互相抵 销。
D-3和D-4的受力状况完全相同，其功用都是构成浮力。
(2).推进力
以磁浮车后下方的2个“移动推进器”D-5和D-6为例，D-5是顺时针方向 旋转的而D-6则是逆时针方向旋转的，如(图32)所示。
D-5通电区间在第IV象限，反力矩M产生在第I象限。反力矩M的轴向分力 矩MS向前，横向分力矩MA向右，如(图33)所示。
D-6通电区间在第III象限，反力矩M产生在第II象限。反力矩M的轴向分力 矩MS向前，横向分力矩MA向左，如(图34)所示。
D-5和D-6的轴向分力矩MS构成磁浮车向前的推进力，而横向分力矩MA，当 左右相等时，互相抵销。当两者不相等时，例如D-6的横向力大于D-5的横向 力，则磁浮车就会向左靠拢，结果造成D-5与路轨N极的间隙变小，作用在D-5 上的磁感应力就会增强，反力矩M随即加强。另一方面，D-6与磁轨N极的间隙 增大，作用在D-6上的磁感应力降低了，反力矩M随着降低。D-5和D-6的反力 矩一增一减，促使磁浮车移回右边，直到平衡为止。
“动态式磁浮推进器”的自动半衡特性，突显了本发明相对于静态磁力磁 浮列车具有极大的优越性。
D-7和D-8的受力状况完全相同，其功用都是推进力。
2.纵轴式
“浮力推进器”的轴与磁浮车的前进方向一致，称为“纵轴式”，如(图35) 所示。
在磁浮车前后安装了4个“浮力推进器”D-1、D-2、D-3和D 4。在磁浮车 的下面安装2个“移动推进器”D-5和D-6。如(图36)所示。
磁浮车的路轨采用倾斜槽口的轨道，如(图37)所示。槽口的磁力线方向 如图中箭头所示。
工作原理：
(1).浮力
以磁浮车车后的2个“浮力推进器”D-1和D-2为例，D-1是逆时针方向旋 转的而D-2则是顺时针方向旋转，如(图38)所示。
D-1通电区间在第III象限，反力矩M产生在第II象限。反力矩M的垂直分力 矩MV向上，水平分力矩MH向左，如(图39)所示。D-2通电区间在第IV象限， 反力矩M产生在第I象限。反力矩M的垂直分力矩MV向上，水平分力矩MH向右， 如(图40)所示。
D-1和D-2的垂直分力矩MV构成磁浮车的浮力，而水平分力矩MH则互相抵 销。当左右两边的水平分力矩不相等时，推进器具有自动平衡的特性。
D-3和D-4的受力状况完全相同，其功用都是构成浮力。
(2).推进力
磁浮车下方的2个推进器D-5和D-6为“移动推进器”。D-5是顺时针方向 旋转的，而D-6则是逆时针方向旋转的，如(图41)所示。
D-5通电区间在第II象限，反力矩M产生在第I象限。反力矩M的轴向分力 矩MS向前，垂直分力矩MV向上，如(图42)所示。
D-6通电区间在第IV象限，反力矩M产生在第I象限。反力矩M的轴向分力 矩MS向前，垂直分力矩MV向上，如(图43)所示。
D-5和D-6的轴向分力矩MS构成磁浮车的推进力，而垂直分力矩MV构成磁 浮车的辅助浮力。
二.平面磁路式
1.磁浮车的结构
磁浮车的前后安装了4个“浮力推进器”，D-1、D-2、D-3和D-4。两侧各 安装2个“移动推进器”，D-5、D-6、D-7和D-8。另外在磁浮车的腹部安装了4 个“着陆轮”W1～W4，用于支承停用时的磁浮车。如(图44)所示。
2.工作原理
(1).浮力
以磁浮车车后的2个“浮力推进器”D-1和D-2为例，D-1是逆时针方向旋 转的而D-2则是顺时针方向旋转，如(图45)所示。
D-1通电区间在第III象限，反力矩M产生生在第II象限。反力矩M的垂直分 矩MV向上，水平分力矩MH向左，如(图46)所示。D-2通电区间在第IV象限， 反力矩M产生在第I象限。反力矩M的垂直分力矩MV向上，水平分力矩MH向右， 如(图47)所示。
D-1和D-2的垂直分力矩MV构成磁浮车的浮力，而水平分力矩MH则互相抵 销。
D-3和D-4的受力状况完全相同，其功用都是构成浮力。
通过控制和调整“浮力推进器”磁碟上的电流强度，从而控制各个推进器 的水平分力矩的大小，使磁浮车飘浮在预定的位置上。
(2).推进力
①.向前移动
以磁浮车左侧的2个“移动推进器”D-5和D-6为例，两个推进器都是逆时 针方向旋转，如(图48)所示。
D-5和D-6通电区间在第III象限，反力矩M产生在第II象限。反力矩M的垂 直分力矩MV向上，水平分力矩MS向前，如(图49)所示。
D-5和D-6的垂直分力矩MV构成磁浮车的辅助浮力，而水平分力矩Ms则合 成为向前的推进力。
D-7和D-8的受力状况完全相同，其功用都是构成推进力。
②.向后移动
a.慢速后移：4个“移动推进器”保持逆时针旋转，把通电区间改到第II区 间。由于推进器上的“电磁碟”通电区离磁路(即定子)的距离增大了，反力 矩M减弱了，磁浮车就会慢速后移。如(图50)所示。
b.快速后移：把4个“移动推进器”改为顺时针旋转，通电区间改到第IV 区间，磁浮车将快速后移。如(图51)所示。
(3).转弯
改变磁浮车上4个“移动推进器”D-5～D-8(图52)中的任何一个或几个 推进器的任何一项技术数据(转速、转向、通电区间和通电电流)，都会改变该 推进器的反力矩，从而改变磁浮车的移动状态。例如，减低D-5的反力矩，磁 浮车向左转弯。如果同时减低D-8的反力矩，磁浮车就会向左急转弯。
(4).侧向移动
改变磁浮车上4个“浮力推进器”D-1～D-4(图52)中的同一侧的两个推 进器的任何一项技术数据(转速、通电区间和通电电流)，磁浮车就会侧向移动。 例如，减低左侧D-1和D-3的反力矩，磁浮车向左侧移；反之，向右侧移。
3.平面磁路的形式：
平面磁路的磁场可以是永久磁铁或电磁铁。按平面磁路上磁场的分布情况， 分为“整板式平面磁路”和“磁轨式平面磁路”。
(1).整板式平面磁路：由一整块带有均匀磁场的磁板构成的磁路，如(图53) 所示。磁浮车可以在磁路上前后左右或原地旋转，十分灵活。
(2).磁轨式平面磁路：其结构相当于在含磁性的路轨上铺一张平板，磁力线 穿透平板，使“动态式磁浮推进器”产生动力。如(图54)所示，平面磁路由 双轨双线的磁轨组成，左边两条磁轨是慢线，右边两条磁轨是快线。磁浮车可 以通过叉路换线。磁浮车沿磁轨运行，如前所述，磁浮车在轨道磁场的影响下 具有自动平衡特性，所以运行平稳安全。图55是图54的局部放大图。