CN101668655A - 用于磁悬浮车轮的导轨道岔装置 - Google Patents

Abstract

在分叉区域使用一种道岔，以使车辆转向架跟随导轨中的一条路径或另一条路径。这通过取代以在希望车辆转向架跟随的那侧上的吸引磁性阵列来实现。道岔可工作而无移动构件，从而没有任何惯性会不利地限制工作频率。道岔设计成在没有致动电力或控制信号的情况下可温和地失效。此外，道岔设计成可确保不会发生车辆脱轨或掉落。

Description

用于磁悬浮车轮的导轨道岔装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年12月19日提交的美国专利申请第11/960,628号和2006年12月20日提交的美国临时申请第60/870,884号的优先权，这些申请的全文以参见方式引入本文。

发明背景

本发明涉及运输或交通系统，更具体来说，本发明涉及设计成能以灵活的方式移动大量乘客或包裹的网状导轨交通系统。

基于导轨的运输系统已被用于运输人员或货物。一个例子是“快速客运”(PRT)系统。在PRT系统中，每个车辆仅将一个团队或小组(或有效载荷)从他们的起点直接载带到他们的目的地，且从由团队到达其起点来确定的时间开始。车辆通常由计算机来导引，并沿着带有分叉和合并路径的导轨中间不停站地移动。在起点和目的地进入点(术语称作“入口”)，车轮停在分开的滑动导轨上，从而它们不会阻碍其它车轮继续驶向其它目的地。

然而，使用车轮作为悬挂车辆的主要手段仍然是实施PRT的一个很大的障碍。此外，在典型系统可能使用数千或数万车辆时，伴随着车轮在轨道上的滚动而产生的不可避免的磨损会成为显著的维护方面的问题。此外，使用车轮对车辆造成速度上的限制。廉价的小车轮一般甚至不能适用于自动运行的速度范围。能适用于该速度范围或更高速度的车轮就昂贵且很重，并且它们的潜在故障成为一个严重的安全问题。因此，目前的PRT系统缺乏在低速、紧密的系统或高速、较长距离的系统中载运车辆的经济可靠且轻质的装置。

此外，在PRT系统中，为使路径能分开或合并的导轨件的道岔是最为重要和有价值的技术特征之一。然而，为其所位于其中的网络部分构造可在任何运行速度下改变车辆行进方向的道岔是复杂且成本高昂。在一些PRT系统中，希望使用下悬车辆。然而，传统上设计用于下悬车辆的道岔的固有问题是存在车辆从导轨脱开而实际上从导轨掉落的风险。因此，人们想要构造在任何状况或环境下均能防止车辆脱轨、卡住或掉落的道岔。

发明内容

本发明涉及一种方法和系统，其提供在网状导轨交通系统的导轨上引导移动车辆到希望的路径上的道岔。网状导轨交通系统将永久磁体的悬浮与电动力学稳定和线性电动机的推进相结合。也就是说，网状导轨交通系统使用永久磁体来提供主升力，并使用电动力学排斥来产生大多数运行速度下的对中力，同时集成线性电动机功能和电动力学对中功能。在分叉区域使用该道岔，以致使将车辆联接到导轨的车辆转向架跟随分叉导轨磁体部件的一侧或另一侧。这通过使用希望车辆转向架跟随的那侧上的吸引磁性阵列来实现。

在本发明的一些实施例中，提供一种道岔装置来将网状导轨交通系统中的车辆转向架引导到导轨分叉部分处的希望的路径。该道岔装置包括用于吸引车辆转向架的一侧以将车辆转向架引导到导轨中的特定方向的电磁体部件。该道岔装置还包括用于抬升附连于车辆转向架的车辆的导轨悬浮部件和用于对车辆转向架进行被动对中的电动力学排斥部件。

根据本发明的另一实施例，提供一种利用永久磁体悬浮和电动力学排斥的网状导轨交通系统。所述网状导轨交通系统包括包含一组转向架节段的车辆转向架，每个转向架节段包括用于提供升力的转向架悬浮部件和用于在车辆转向架上提供排斥力的转向架排斥部件。车辆转向架在网状导轨交通系统中支承车辆。网状导轨交通系统包括包含第一部分和第二部分的导轨，每个部分包括一组模块化导轨块。在第一部分中的每个模块化导轨块包括用于抬升车辆的导轨悬浮部件、导轨推进部件以及用于对车辆转向架进行被动对中的电磁排斥部件。在所述第二部分中的每个模块化导轨块包括用于引导车辆转向架的电磁体部件、用于抬升车辆的导轨悬浮部件以及用于对车辆转向架进行被动对中的电动力学排斥部件。

附图说明

结合附图参照下面的详细描述，会更易于赞同并更好地理解本发明的前述方面和许多伴随的优点。

图1A是根据本发明一实施例的网状导轨系统的立体图；

图1B是根据本发明一实施例的示出导轨的模块化导轨块的分解图的网状导轨系统的立体图；

图2A和2B是用于网状导轨系统中的转向架节段的示例性实施例的剖视图；

图3A和3B是根据本发明一实施例的示出车辆转向架的转向架节段的分解图的图1A网状导轨系统的立体图；

图4A和4B是用于网状导轨系统中的模块化导轨块的示例性实施例的剖视图；

图5描绘导轨一部分的示例性实施例的剖视图，示出嵌装在模块化导轨块中的转向架节段；

图6描绘在网状导轨系统中实施EDR对中子系统的示例性方式；以及

图7A-7F是用于网状导轨系统中的转向架节段和模块化导轨块的不同实施例的剖视图；

图8A-8C是根据本发明一实施例的导轨道岔部分的剖视图；以及

图9A-9C是根据本发明另一实施例的导轨道岔部分的剖视图。

具体实施方式

下面的详细描述阐述本发明的示例性实施例。尽管图示了特定的系统构造和流程图，但应予理解的是，所提供的例子并不是穷举的，并不将本发明限制于所揭示的具体形式和实施例。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可实践本发明而无需一些或所有的这些特定细节。在另外的例子中，并未对人们所熟知的工艺步骤进行详细描述，以免不必要地使本发明变得不清楚。

本发明提供一种在网状导轨交通系统内集成磁悬浮技术的方法和系统。使用磁悬浮来替代车轮作为车辆悬挂的主要手段，并因此使自动化的交通系统(例如PRT系统)在商业上和经济上可行。更具体地说，一种方法和系统在网状导轨运输系统中与基于感应的排斥一起使用永久磁体的排斥，其能随着运动被动地悬浮。

一般来说，网状导轨交通系统中的导轨包括导轨开始分成两根分开的导轨的点，即分叉区域，该导轨的这两侧逐渐远离地分开。在分叉区域使用道岔，以使车辆转向架跟随分叉导轨的一侧或另一侧。该道岔可使用电磁体源来替代永久磁体，以可改变磁力来将车辆转向架引导到任一路径。该道岔可使用任何合适的磁源，只要该磁源的磁力能被改变以将车辆转向架引导到任一路径。该道岔可工作而无移动构件，从而几乎没有任何惯性会不利地限制工作频率。该道岔设计成在没有致动电力或控制信号的情况下可温和地失效。此外，该道岔设计成可确保不会发生车辆脱轨或掉落。也就是说，使用垂向吸引磁体或电磁体来偏转铰接的车辆转向架的节段，且不会造成丧失悬挂稳定性或要求任何移动构件或主动位置控制子系统。该道岔可在非常高的车辆速度和变轨频率(即前后两车的车间时距很短)下工作。

磁悬浮

与传统的在轨道上使用的车轮相比，磁悬浮(以下称为“磁浮”)可提供诸多优点。总的来说，磁浮的机械摩擦很低或为零，因此磁浮系统中的构件不会由于接触而产生磨损。它可运行的速度范围很大，且它在运行中产生的噪音水平相对较低。通常，磁浮在应用于传统的大型火车系统结构中时仅提供或多或少地改进的使用性能，即主要是在极限地面速度是可获得且可实行的情况下缩短长路段的交通时间。因为在高速时空气动力损失有很大影响且需要强力推进系统来克服这些损失，所以磁浮可实现的极限地面速度仅对大型火车和大占地面积的导轨来说才是可行的，并且要耗费极大的能源成本才能实现。并且，采用要求设置传感器、位置反馈、主动控制或甚至主动悬浮动力的现有的复杂磁浮系统，这种或多或少的益处要以基础下部建筑的高得多的成本以及增大的技术或运行问题风险来得到。

一般来说，磁浮技术和PRT系统的功能的组合可能已被认为是违反直觉的。这种关系的违反直觉的本质是由于没能认清相应技术的性能潜质。与之对比，在前面描述和提供的实施例中，采用正确形式的磁浮技术来替代车轮作为车轮悬挂的主要手段可使网状导轨交通系统作为移动车辆的方法既可行又可在商业上实现。此外，用于磁浮悬挂的线性电动机推进允许大多数导轨没有和仅有很小的机械接触。这就意味着与传统的磁浮系统相比所产生的磨损更少且灰尘更少，这两个因素都可有助于减少维护并提高可靠性。

导轨交通系统

如下文将更详细地描述的，网状导轨交通系统100包括悬浮、对中和推进部件，利用永久磁体来提供主悬浮并利用电动力学排斥来产生对中力。

参照图1A和1B，其中描绘了根据本发明以下实施例的网状导轨运输系统100的立体图。网状导轨交通系统100一般包括导轨120和匹配的车辆160。导轨120具有合适的几何形状以支承和引导处于与这样的网状导轨交通系统合理地相关联的任何速度下的车辆160。导轨120可包括若干模块化导轨块，这些导轨块是导轨的短直段。如这里所使用的，模块化导轨块指的是导轨的基本单元。如图1B所示，各模块化导轨块可装载在形成导轨结构梁122的壳体内，以承载支承柱115之间的荷载。

在网状导轨交通系统100中，车辆160由与导轨120互锁的车辆转向架(未示出)支承。如下文将详细讨论的，车辆转向架是将车辆联接至导轨的导轨元件。用于网状导轨交通系统的车辆转向架可包括若干转向架节段，每个转向架节段包括悬浮、对中和推进部件。每个转向架节段具有有限的长度以装配在单个模块化导轨块110中。转向架节段的一个非限制性的例子示于图2A和2B。

可注意到，这里所描述的附图并不想要示出准确或相对的大小，或各种部件的位置，而是为了讨论而示出总体构造。

图2A和2B示出根据本发明实施例的转向架节段200的剖视图。转向架节段200包括主永久磁体排斥(PMR)阵列，如转向架抬升磁体单元204，其在车辆转向架上提供向上的力。转向架节段200还包括夹紧磁体，例如转向架夹紧磁体单元206，其在车辆转向架上提供向下或垂向的夹紧力。

转向架节段200的夹紧磁体是附加静磁场源，一般为强磁场永久磁体，其磁极排列成与导轨上的磁体相排斥。可注意到，夹紧磁体是静磁体，并可位于导轨上或车辆转向架上。在图示的实施例中，转向架夹紧磁体单元206位于车辆转向架上，并利用导轨磁体的底侧来产生排斥。在本实施例中，转向架夹紧磁体单元206可用于对转向架节段200上的总垂向力添加一向下力。可进一步注意到，转向架夹紧磁体单元206的大小和位置可合适地设置，以使转向架夹紧磁体单元206不会显著地减小转向架抬升磁体单元204所提供的悬浮高度，但万一车辆转向架由于荷载扰动而骑跨得过高，则转向架夹紧磁体单元206可迫使转向架比仅有重力作用时更快地回下。这可加强悬挂并有助于保持车辆转向架的垂向位置。而且，在车辆转向架的端部突伸入一段不包含用于抬升的PMR部件的导轨中的情况下，转向架夹紧磁体单元206可防止车辆转向架的突伸端由于压下相反端而翻倒入该未支承段中。

此外，转向架节段200可包括被动对中装置(例如包括电动力学排斥(EDR)对中部件208的装置)，该装置包括可动线圈或导体叠。EDR对中部件208可主要对转向架节段200提供对中力，但也可对转向架节段200提供一些推进力。转向架节段110可包含更多的用于匹配的PMR部件(线性磁性阵列)，诸如转向架推进磁体单元202，各转向架推进磁体单元布置成与导轨中的相应PMR部件(线性磁性阵列)相对。

在一个实施例中，EDR对中部件208还可用作推进部件。如下文将更详细的讨论的，EDR对中部件208的导体阵列(未示出)中的线圈可通电，以通过与布置在导轨中的磁体相互作用而提供向前的推力或回馈的制动。电力可输送到可动线圈、静止线圈或它们的组合。在一些实施例中，在车辆转向架中包括静止和可动线圈两者。在这样的实施例中，静止线圈可向车辆转向架输送主电力，并且该电力可转换成运动的动能，而可动线圈可通过接入该动能来向车辆能量供给装置输送辅助电力。以这种方式，可将电力无接触地从导轨传送到车辆转向架(最终传送到车辆)。静止线圈可组合到模块化导轨块中。可注意到，结合前述实施例描述的转向架节段可包括运输领域人们所熟知的其它部件，但为了图示方便而未示出，这些其它部件诸如对中辊、滑道、向车辆提供驱动源的电动机等等。

图3A描绘网状导轨交通系统的立体图300，并示出转向架节段分解图。如图所示，一个车辆转向架360可包括一组五个转向架节段。在一个较佳实施例中，网状导轨交通系统使用下悬车辆160以便于高速运行。车辆转向架360安装在将下悬车辆160附连到车辆转向架的车辆附连翅片362上。车辆转向架360用于支承下悬车辆160并用于使下悬车辆160与导轨120匹配。如上所示，由模块化导轨块110中的PMR部件的永久磁体与车辆转向架360之间的磁性排斥来产生抬升。图3B描绘网状导轨交通系统的另一立体图300，并示出铰接的转向架节段。每个转向架节段的大小制成使其能嵌装在模块化导轨块110中。为了驶过导轨具有小半径的一些部分，包括导轨的分支点，可将车辆转向架360的转向架节段铰接以在可水平方向上弯曲。也就是说，车辆转向架360的转向架节段可沿着其垂向前和后边缘铰链连接。这种结构可使车辆转向架在节距或垂向尺寸上呈刚性。此外，以这种方式，车辆160的全部质量就沿着转向架节段的全长分布。此外，车辆转向架360的转向架节段可以在没有完全的磁悬浮可用处横过导轨的截面。

此外，可以通过组合电动机推进和EDR对中功能来减小转向架的尺寸(转向架的横截面)。转向架横截面小可减少其空气动力阻力。由此，可将其质量做成最小。可将最大的横向尺寸保持得很小，这有利于良好的道岔设计。应予注意的是，转向架的抗翻滚稳定性并不取决于主抬升PMR部件之间的横向展开范围，而是通过EDR对中部件之间的垂向展开范围来实现的。

在一个实施例中，可将若干模块化导轨块装载到形成导轨结构梁以承载荷载的壳体内。导轨梁的重量大部分是静质量，而非车辆质量。此外，通过使用设计成使导轨梁的静质量、成本和物理尺寸最小，可容易地架设导轨(导轨梁)的支承结构，并可用简单的设备来将模块化导轨块插入。此外，由于导轨部件的模块化性质，它们可在受控的工厂环境中使用批量生产的方法来制造，从而使安装成本最低。

现将更详细地描述网状导轨交通系统的模块化导轨块。在图4A和4B中，描述了根据本发明一实施例的模块化导轨块的剖视图。图5描绘了导轨一部分的剖切视图500，示出根据本发明一实施例的嵌装在模块化导轨块400中的转向架节段360。

模块化导轨块400还包括若干PMR部件，这些PMR部件可以是强磁场永久磁体的线性阵列。一般来说，作为PMR部件，在模块化导轨块400有两个或多个线性静磁性阵列。在一个实施例中，模块化导轨块400包括第一PMR部件，例如导轨抬升磁体单元420，其提供主抬升和垂向夹紧力。如可理解的，主升力由布置成同极线性阵列的第一PMR部件中的静磁体来产生，该阵列的长轴与移动车辆的行进方向对准。模块化导轨块400还包括第二EDR部件，例如导轨推进磁体单元430，其提供主对中力和辅助推进力。在导轨抬升磁体单元420和导轨推进磁体单元430中使用的永久磁体的尺寸可根据轨道位置而变化。

模块化导轨块400还包括EDR对中部件，如导轨推进线圈442，其对移动的车辆转向架被动地对中。也就是说，模块化导轨块400的EDR对中部件和转向架节段200的EDR磁体构成EDR对中子系统，该对中子系统经由EDR磁体与网状导轨交通系统中的导电元件之间的相互作用来控制移动转向架并对其进行对中。有各种方式可实现EDR对中部件。例如，当车辆转向架停止或以低速(例如低于每秒几米)移动时，模块化导轨块中的EDR对中部件就不起作用。在这种情况下，对中辊或滑道(未示出)将车辆转向架保持横向居中。可注意到，EDR对中子系统的EDR磁体和EDR部件的位置可互换，从而各种实施例可包括任何合适的永久磁体和线圈的布置。实施EDR对中子系统的一个非限制性的例子稍后在图6中描述。

如上文所讨论的，转向架节段和/或模块化导轨块中所包括的PMR部件和EDR对中部件也用作网状导轨交通系统100中的运送装置。也就是说，PMR部件产生的悬浮(升力)具有良好的升力与磁体质量的比并在所有速度下明显较低的阻力，而且能跨过相邻段之间的小间隙。这样，在转向架节段中使用的PMR部件和模块化导轨块可以很紧凑，可比相同载运能力和悬挂刚度的车轮小许多。PMR部件没有转动惯性且比与之相当的车轮系统质量要小。

为了控制PMR部件中可能产生的横向不稳定性并保持抬升磁体(PMR部件)的对准，可在前述的实施例中使用一个或多个EDR对中子系统。EDR对中子系统包括导电元件，例如导轨推进线圈442，它们与磁源(例如推进磁体单元)相对运动。当导体内的磁通变化时，就有感生电流流过。那些电流与磁场的相互作用产生具有阻力和排斥分量的力。如上文所讨论的，EDR对中系统的优点是在大范围的横越位移上产生基本上恒定的力。因此，EDR对中子系统在垂直于行进方向和力方向的方向上有位移时可工作得很好。而且，随着磁体与导体之间的分隔减小，力就增加，使该结构在该轴线上保持稳定。

在一个实施例中，网状导轨交通系统可利用双EDR结构，该结构包括两个磁性阵列，它们面对支托磁性阵列的一组导体，或相反，面对一组联接的导体阵列。恢复力可随着中央元件移离双EDR结构的中央平面而增加。这些有助于使EDR对中子系统对网状导轨交通系统中的PMR部件抬升结构的特性加以补充。

如可理解的，可有许多方式来与网状导轨交通系统一起实现EDR子系统。在图6中描绘了实施EDR子系统的一个非限制性的示例方式。

如图6所示，转向架节段中的永久磁体阵列(EDR磁体)相对于用作被动对中装置的线圈位于中央。诸如导轨推进线圈442之类的线圈横向相对地成对连接，以使在磁体阵列与线圈横向等距时消除运动感生的电压。在本实施例中，如果永久磁体阵列与另一侧相比更靠近这一侧，则每个线圈对内流动的电流和力就趋向于将磁体推回到中央位置。在上文结合图2A、2B、4A和4B所讨论的实施例中具有这两种结构。在这些实施例中，可将电能从导轨传送到转向架车辆或反之。

在任何特定导轨段上所要求的抗翻滚稳定性由若干因素来确定，特别是包括导轨的弯曲形状、行进速度、车辆质量以及车辆位置。可对导轨磁场的一段特定的时间或位置控制这样的因素中的一些因素。例如，在转向架车辆质量推压在导轨外壁上的转弯中，可安装较大的固定磁体，而在内壁上则可使用较小的磁体。以这种方式，对中力可以是偏置的，以参与和补偿所需要的向心转弯力。也可以产生主动横向力的方式来驱动EDR线圈，例如推进线圈208、442(图2A、4A)。该结构也可用于高速转弯，以减小否则会存在的大的被动感生电流所引起的磁阻。一般来说，主动驱动EDR线圈以产生横向力所需要的能量约为通过被动感生产生相同力所需能量的四分之一。

在一个可替代的实施例中，网状导轨交通系统可包括多个线圈的串联，以增加EDR对中子系统的电感，这就会减小总的对中力，但也减小磁阻并减缓阻力转变成对中力的速度。这可用于导轨的较低速段。同样，对电驱动或下沉电路的多个线圈对的串联或并联会影响感生电压的量并可对所希望的运行速度和电源特性进行最优化。

参见图7A-7C，图中描绘了包括模块化导轨块和转向架节段的导轨的一部分的示例性实施例的剖视图。如图7A中所示，示例性实施例710包括EDR部件，这些EDR部件示为导轨中的指向内侧的永久磁体阵列430、转向架上的向外且聚集的永久磁体阵列202以及推进线圈442、208。行进方向上的运动在导轨中的推进线圈442和车辆转向架上的线圈208内感生出电压。在两种情况下，线圈都横向相对地成对连接，以使线圈内运动感生的电压趋向于在车辆转向架位于中央平面上时相对抗。这就可导致线圈内没有电流流动。

当车辆转向架被偏置向导轨的一侧时，该侧上的线圈中的电压上升，而在相对侧的线圈中的电压下降。这导致近侧的线圈中产生正向电流而远侧的线圈中产生反向电流。近侧受到排斥而远侧受到吸引。这趋向于使转向架返回向中央平面。当转向架处于中央平面时没有电流，这导致在该位置磁阻非常低。因为上上下下都有横向约束力，所以转向架可抵抗翻滚。下悬车辆160(图3A)可在其摇摆运动中受到阻尼，且所产生的反作用力被转向架吸收并无机械接触地传递到导轨。在该构造中的上下对中元件两者都可有助于推进。

如图7B所示，示例性实施例720包括PMR部件和与上述示例性实施例710相似的上横向对中元件以及修改的EDR子系统。如同示例性实施例710，上横向对中元件可用作示例性实施例720中的主电动机。示例性实施例720可包括下对中元件，其具有使用一叠平面导电元件290或所谓梯线来替代线圈的EDR结构。平面导电元件290叠是被动导体阵列。导轨的PMR部件，诸如导轨推进磁体单元430，向内聚集到该导体阵列上。随着车辆转向架的移动，在导体内感生出电压。因为诸如导轨推进磁体单元430的导轨磁体布置成它们的横向磁通指向相反，所以在横向位置下横向磁通密度有很陡的梯度，且横向磁通密度在中央平面处趋向于为零。感生电压极大地取决于横向磁通分量，所以在中央平面处会产生最小的电压。

如在前述实施例中那样，电压在导体内产生电流，并且这些电流和磁通分量之间的相互作用趋向于将导体叠(并因而将转向架)回推向中央平面。因为上上下下都有侧向约束力，所以转向架可抵抗翻滚，并且下悬车辆160(图3A)可在其摇摆运动中受到阻尼。所产生的反作用力被转向架吸收并可无机械接触地传递到导轨。示例性实施例720的优点在于，与电动机线圈相比，导体阵列的构造更简单，且对于相同的磁性阵列尺寸对中力更强大。实际上，示例性实施例720对于给定尺寸的对中元件可产生最强的对中力，且其在靠近枢转点处产生这些强的对中力，而在枢转点处，这些力在控制车辆横向位移方面是最为有效的。

如图7C所示，示例性实施例730以与示例性实施例710相似的方式包括若干永久磁体部件和上横向对中元件。本实施例730中的下对中元件也与上对中元件相同，包括导轨推进线圈442和永久磁体部件202以产生磁通。该示例性实施例730的优点是可利用源自导轨的电力从电动机线圈产生附加的推进动力。同样，显然的是，该实施例730在导轨中使用少得多的磁体质量，这可在建造中显著降低成本。

现参见图7D-7F，图中描绘了更多示例性实施例。如图所示，这些实施例的转向架节段不包括用于提供垂向夹紧力的夹紧磁体206(图2)。替代地，示例性实施例740、750、760包括两个EDR对中子系统。上子系统包括线性电动机，其带有转向架推进磁体阵列202、位于导轨上的驱动模块449以及导轨推进线圈442。沿行进方向的运动在导轨推进线圈442内感生出电压。这些线圈横向相对地成对连接，以使线圈内的运动感生电压在转向架位于中央平面上时相对抗。这就可导致线圈内没有电流流动。当将转向架偏置向导轨的一侧时，该侧线圈中的电压上升，而相对侧线圈中的电压下降。这导致近侧的线圈中产生正向电流而远侧的线圈中产生反向电流。近侧受到排斥而远侧受到吸引。这就会使转向架返回向中央平面。当转向架处于中央平面时没有电流，这就导致在该位置磁阻非常低。

下EDR对中子系统包括一对EDR部件，诸如图示的基于导轨的平面导体叠290。为电动机提供磁通并在上子系统中对中相同磁体202为下子系统提供磁通。在这种情况下，磁体位于导体上方，但交叠导体高度的一小部分。磁体阵列的横穿磁通感生在基于导轨的平面导体叠290中流动的电流。电流的量随着磁通密度和磁体与导体之间的交叠程度而变化。磁体越靠近一侧，则磁通密度并因而感生的电流就越大。交叠越大，则感生的电流也越大。导体叠中的导电路径图案使得感生的电流流过垂向定向的路径，并集中在导体叠的上下边缘。磁场的纵向分量与流过垂向导体的电流的相互作用产生趋向于将导体推离磁体的力。因为该力的量取决于电流的量，所以磁体越靠近导体，则它们之间的排斥力就越大。电流取决于磁体与导体之间的接近、以及导体处的磁通密度的量(其也随着距离的减小而增大)。因此，这可以形成横向稳定的结构。

磁场横穿分量与集中在导体叠上边缘中的电流的相互作用产生趋向于抵抗磁体和导体垂向交叠的力，其效果是将磁体向上回推出导体叠之间的空间。在所述的实施例中，转向架的运动所产生的升力减小或消除了对来自同极永久磁体阵列的直接磁性排斥的需要。

用于网状导轨系统的道岔

一般来说，网状导轨交通系统100的导轨120包括分叉区域，在该分叉区域，导轨的两侧逐渐远离地分开。如上所示，在分叉区域使用道岔，以使车辆转向架跟随分叉导轨的一侧或另一侧。

在一些实施例中，道岔(导轨的道岔区域)可包括电磁体，从而可改变磁力来将车辆转向架引导到任一路径。在这样的实施例中，即便没有电力供应到系统而无法使电磁体通电，死区也会很短而不会导致完全丧失升力。替代地，车辆转向架会用四个或五个处于完全PMR悬浮的节段来行进过该段，而无需利用电磁阵列所提供的横向引导。在没有工作的电磁体的情况下，车辆转向架的路径就由被动EDR对中部件和惯性来确定。

在一示例性实施例中，可在道岔中添加新的电磁体阵列，其位于转向架抬升磁体单元(用于抬升的主PMR部件)上方。这两个垂向相对吸引的导轨阵列施加在相同方向上组合的横向力，且这些横向力产生作用以使第一侧上的车辆转向架中的PMR部件正确地垂向对准。

应予注意的是，并不将车辆转向架推到导轨的外壁，而是推到车辆转向架中的PMR部件与处于吸引模式的电磁体阵列(在道岔中)垂向对准的位置。结果，道岔致使转向架的一侧就会跟随导轨的设有双吸引结构的那侧。在这样的情况下，车辆转向架的另一侧(第二侧)仍受到升力和将车辆从中央推开的横向力。道岔还包括以排斥模式工作的电磁体阵列，这允许车辆转向架的第二侧至少在车辆转向架和电磁体阵列接近时受到垂向夹紧和横向推压。不过，因为导轨分叉与导轨阵列的各侧是远离地分开的，所以车辆转向架的前缘沿着带有以吸引模式工作的电磁体阵列的一侧移动，并远离带有以排斥模式工作的电磁体阵列的另一侧。在一些点处，分叉足够大，以具有足够用于完整的两套导轨磁体阵列的空间。此时，模块化导轨块中的所有磁体的定向都返回到排斥模式。

现将结合图8A-8C更详细地描述该道岔，这些图示出根据本发明一实施例的导轨的道岔部分的剖视图。在图8A-8C中，每个剖视图描绘了在变轨操作过程中三个不同点810、820、830处的导轨的一部分，例如紧接在分叉之前的道岔部分810、在分叉过程中的道岔部分820以及紧接在分叉之后的道岔部分830。

如图所示，在第一道岔部分810中，由上对中/推进元件420、202和下对中/推进元件430、208横向俘获转向架节段。升力仍由在两侧上作用在转向架磁体阵列204上的导轨永久磁体阵列420来提供。由上下对中/推进元件来提供推进(如果工作的话)。

在第二道岔部分820中，转向架节段正在通过导轨120中导轨外壁已分叉的部分，该导轨的分叉在内部留出比正常宽的空间。导轨中的永久磁体抬升阵列被该部分内的垂向极化的变轨同极电磁阵列725、726所替代。由导轨电子模块449内的电源来沿两个方向中的一方向对该部分内的电磁阵列725、726通电。也就是说，对两侧的电磁阵列以相反极性通电。在导轨的第一侧，以与转向架升力磁体204相同的极性对电磁阵列725通电，以使保持垂向和横向两者的那些元件之间产生吸引。因为有来自上下电磁体阵列的向上和向下两个方向的吸引，所以可使净垂向力最小。横向吸引力相加，产生对于转向架升力磁体的强的净横向吸引。这趋向于将转向架节段的受吸引侧拉动成与第一侧上的电磁体阵列对准。

在第二道岔部分820，在导轨的第二侧上，以与转向架永久磁体204相反的极性对电磁阵列726通电。结果，在电磁体与转向架上的PMR部件之间产生排斥，上述转向架上的PMR部件例如转向架抬升磁体单元(PMR部件)204、转向架夹紧磁体单元(PMR部件)204等。这样的排斥致使转向架磁体横向移动出第二侧上的电磁阵列之间。第一侧725上的拉入与第二侧726上的推出的最终结果是致使转向架节段朝向带有吸引的电磁体阵列的那侧移动。由于通过简单地反向流过电磁体的电流就可以颠倒电磁体阵列的极性，所以通过选择电流的方向就可以转换转向架的移动方向。可注意到，吸引转向架节段的力迫使转向架抬升磁体单元204与工作的导轨电磁体垂向对准。而且，在整个通过过程中，横向排斥(EDR)元件在导轨的吸引侧上仍是工作的，进一步防止转向架节段与模块化导轨块的壁发生碰撞。较佳的是，无论何时都有五个中的一个转向架节段在分叉轨道段内，从而其余的转向架节段继续提供用于整个转向架的升力和稳定性。分叉轨道长度短也使转向架在机械上不可能向下冲过导轨的底部。

如第三道岔部分830中所示，转向架节段已通过导轨的分叉段并与通常结构的完全功能的模块化导轨块配合。当转向架的前节段已通过分叉段时，转向架就在两端被很好的抓住并且是非常稳定的。导轨已成为能够自由地跟随分岔路径的两根分开的全功能导轨。

现请参见图9A-9C，图中根据本发明的另一实施例描绘了包括嵌装在模块化导轨块中的转向架节段的导轨的道岔部分的剖视图。在第一道岔部分910中，仍由上对中/推进元件420、202和下对中/推进元件430、208横向俘获转向架节段。仍由转向架节段中的PMR部件来提供升力，该PMR部件例如为在两侧作用的诸如转向架抬升单元204之类的PMR部件上的导轨抬升磁体单元420。

在第二道岔部分920中，转向架节段正在通过导轨120中导轨外壁已分叉的部分，该导轨的分叉在导轨内部留出比正常宽的空间。如上所讨论的，导轨中的导轨抬升磁体单元被该部分内的垂向极化的变轨同极电磁阵列725、726所替代。由导轨电子模块449内的电源来沿两个方向中的一方向对导轨内的这些电磁体阵列通电。对两侧的电磁阵列以相反极性通电。如果对电磁阵列725的一侧以与转向架升力磁体204的极性相同的极性通电，则可提供朝向主转向架升力磁体204和转向架夹紧磁体206两者的吸引。这样的吸引既是垂向的又是横向的。因为有来自上下电磁体阵列的向上和向下两个方向的吸引，所以可使净垂向力最小。但横向吸引力相加，产生对于所载带的升力磁体和所载带的夹紧磁体的强净横向吸引。这趋向于将转向架节段的受吸引侧拉动成与那侧上的电磁体阵列对准。如果对电磁阵列726的另一侧以与转向架升力磁体204的极性相反的极性通电，则可提供朝向主转向架升力磁体204和转向架夹紧磁体206两者的排斥。这样的排斥致使转向架节段横向移动出那侧上的电磁阵列之间。第一侧725上的拉入(吸引)与另一侧726上的推出(排斥)的结果是致使转向架节段朝向带有吸引的电磁体阵列的那侧移动。

如第三道岔部分930中所示，转向架节段已通过导轨的分叉区域，并且当驶出分叉区域时，转向架节段与所希望的路径的模块化导轨块932配合。当转向架的前节段已通过分叉区域时，转向架就在两端被很好的抓住并且是非常稳定的。

下面将更加详细地讨论道岔和网状导轨系统的故障保险行为。在当道岔是对称的分叉区域时，且在每侧以相同的曲率并在横向相邻位置弯曲离开的情况下，对那里的电磁体通电以将车辆转向架引到到任一曲线。如果使用不对称的分叉区域，其中一侧继续笔直向前而另一侧弯曲离开，则仅需为了跟随弯曲侧而对电磁体通电。因此，即便电力或控制失效，进入该分叉区域的车辆转向架将继续跟随笔直路径，该直线路径因而成为默认路径(惯性路径)。

在实现了完全分叉且单个导轨变成两根导轨的位置处，直至该点还是笔直的现有路径弯曲离开，但对抬升和对中部件有完全的支承。该延续路径还具有超出完全分叉点的完全抬升和对中部件。在该结构中，仅有一个需要磁性横向拉动的地方，即在延续路径的起始处。在其它位置，车辆转向架由被动排斥力和惯性引导，或在以非常低速运行的情况下，由辅助辊或滑道导向。

如上文所详细讨论的，网状导轨系统包括永久磁体排斥(PMR)部件，其包括静磁场磁源，且磁极布置成它们的磁场彼此相对并产生排斥力。当车辆转向架和车辆移动通过时，将在网状导轨系统的各种构件上采用各种量的横向加速度。有利的是，在尽可能短的行进距离上实现分叉，以使在任何时候车辆转向架在分叉上的部分都最小。在各个单独转向架节段上的横向加速度随着导轨节段的弯曲半径和转向架/车辆的速度而变。

可以考虑使左右悬浮磁体之间的跨距最小以减少所要求的横向间隔。在一个实施例中，该间隔控制成发生在相当于五个转向架节段构成的组中的一个节段的轨道长度中。在本实施例中，过大的横向加速度会使下悬车辆横向摆动。在这样一个位置，下悬车辆不是立即经受车辆转向架的横向加速度，而是首先单向地稍稍摆动以适应车辆转向架的快速移动，然后回到中央线。重要的是可注意到，最高横向加速度一次仅施加在车辆转向架的一个节段上，从而极大地减小执行该操作所需要的力的量。一旦前转向架节段已横穿其仅由导轨的一侧配合的分叉区域后，电磁体的性能对于执行操作来说就不那么关键了。在车辆转向架前缘已重新配合被动对中和悬浮部件的完套装备(full complement)的点处，电磁体可停止工作且操作将仍接着进行，尽管比最优性能要差一些。实际上，在其前缘上的横向加速度的第一时刻之后，飞快地移动的车辆转向架穿越分叉区域以重新配合远处的全导轨。

如前面所讨论的，吸引磁体结构的自对中性能可不需为了良好的操作而在大多数情况下进行横向位置感测。可注意到，在极限行进速度(例如，100英里/小时(160公里/时))的情况下，转向架节段上的极限横向加速度在初始的弯曲中要求有附加的直接电磁吸引。在该情况下，可能需要位置感测以防止车辆转向架与导轨壁接触。

分叉的相反操作是会聚，其中两条路径合并成一条。该操作由相似的装置来完成，尽管一般来说，其执行起来要比分叉操作更容易。如果道岔的电磁阵列以布置成处于垂向吸引位置的永久磁体阵列来替代，则整个构造相对于行进方向倒转，然后靠近该设备的车辆转向架将突然地进入其前节段在一侧被磁性俘获而另一侧悬伸的区域。当两条路径会聚时，前转向架节段将最终跨在两组吸引磁体阵列上，并被横向俘获在通常的被动EDR对中部件之间。那时，磁体定向回复到排斥，消除了额外的阵列并且两根导轨已合并成一根。可注意到，该构造根本无需主动部件就可实施。如可理解的，重要的是保持单侧轨道段沿行进方向尽可能短。

在一特殊情况下，如果仅其一侧的磁性阵列处于吸引模式，而另一侧仍处于排斥，则会聚区域可用作闭锁装置。当车辆转向架沿会聚方向横穿该道岔时，它就会差不多像标准的会聚区域那样工作。但是，如果车辆转向架反向横穿该构造，则就会总是跟随一条路径，即带有吸引磁体的那条路径。这种类型的道岔在特别的情况下是有用的，例如用于将车辆停放在低速通过路径旁边的停车场中时。

尽管已图示和描述了说明性的实施例，但应予理解的是，其中可作出各种改变而不背离本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.一种用于在网状导轨交通系统中导轨的分叉部分处引导车辆转向架的道岔装置，所述道岔包括：

用于将车辆转向架引导到所述导轨中希望的方向的电磁体部件；

用于抬升附连于所述车辆转向架的车辆的导轨悬浮部件；以及

用于对所述车辆转向架进行被动对中的电动力学排斥部件。

2.如权利要求1所述的道岔装置，其特征在于，所述车辆转向架通过所述电磁体部件的极性来引导到所述希望的方向。

3.如权利要求2所述的道岔装置，其特征在于，通过反向流过所述电磁体部件的电流来改变所述电磁体部件的极性。

4.如权利要求3所述的道岔装置，其特征在于，所述电磁体部件包括第一电磁体阵列和第二电磁体阵列，所述第一电磁阵列和第二电磁阵列是垂向极化的同极电磁阵列。

5.如权利要求4所述的道岔装置，其特征在于，所述第一电磁体阵列和第二电磁体阵列彼此横向相对地布置。

6.如权利要求4所述的道岔装置，其特征在于，沿吸引所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第一电磁体阵列通电。

7.如权利要求6所述的道岔装置，其特征在于，沿推斥所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第二电磁体阵列通电。

8.如权利要求1所述的道岔装置，其特征在于，所述分叉部分是所述导轨开始分成两根分开的导轨处的所述导轨的部分。

9.一种利用永久磁体悬浮和电动力学排斥的网状导轨交通系统，所述网状导轨系统包括：

包括一组转向架节段的车辆转向架，每个转向架节段包括用于提供抬升力的转向架悬浮部件和用于在所述车辆转向架上提供推进力的转向架推进部件，其中，所述车辆转向架将车辆支承在所述网状导轨交通系统中；

以及

包括第一部分和第二部分的导轨，每个部分包括一组模块化导轨块，其中，在所述第一部分中的每个模块化导轨块包括用于抬升所述车辆的导轨悬浮部件、用于移动所述车辆转向架的导轨推进部件以及用于对所述车辆转向架进行对中的电磁排斥部件，在所述第二部分中的每个模块化导轨块包括用于引导所述车辆转向架的电磁体部件、用于抬升所述车辆的导轨悬浮部件以及用于对所述车辆转向架进行对中的电动力学排斥部件。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，基于所述车辆转向架的所述希望的方向来反向所述电磁体部件的极性。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，通过改变流过所述电磁体部件的电流来反向所述电磁部件的极性。

12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述转向架悬浮部件包括用于提供抬升所述车辆的力的第一永久磁体和用于提供夹紧所述车辆的力的第二永久磁体。

13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述转向架节段组嵌装在所述模块化导轨块组中。

14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二部分是所述导轨的分叉部分，在所述分叉部分中，所述导轨的两侧逐渐远离。

15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一部分是所述导轨的未分叉部分。

16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电动力学排斥部件包括导轨推进线圈，所述转向架推进磁体部件相对于所述导轨推进线圈位于中央。

17.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述转向架悬浮部件包括放置成线性结构的第一永久磁体部件和第二永久磁体部件，所述第一永久磁体部件提供用于抬升所述车辆的力，第二永久磁体提供用于夹紧所述车辆的力。

18.一种用于实施用于在网状导轨交通系统中在导轨的分叉部分处引导车辆转向架的道岔装置的方法，其中所述道岔包括：用于将车辆转向架引导到所述导轨中希望的方向的电磁体部件，所述电磁部件包括第一电磁体阵列和第二电磁体阵列；用于抬升附连于所述车辆转向架的车辆的导轨悬浮部件；以及用于对所述车辆转向架进行被动对中的电动力学排斥部件，所述方法包括：

确定所述车辆转向架希望的方向；

确定与所述希望的方向对应的所述第一电磁体阵列；

沿吸引所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第一电磁体阵列通电；以及

沿推斥所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第二电磁体阵列通电。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，以与所述车辆转向架的永久磁体部件相同的极性对所述第一电磁体阵列通电，而以与所述车辆转向架的永久磁体部件相反的极性对所述第二电磁体阵列通电。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过反向流过所述电磁部件的电流来改变所述第一电磁体阵列的极性和所述第二电磁体阵列的极性。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一电磁体阵列和所述第二电磁体阵列布置成彼此横向相对。

22.一种用于在网状导轨交通系统中沿着会聚成单条路径的两条导轨路径中的任一条运送车辆转向架的方法，其中所述导轨包括：用于抬升附连于所述车辆转向架的车辆的导轨悬浮部件；用于对所述车辆转向架进行被动对中的电动力学排斥部件；以及用于沿着车辆转向架的进入路径引导到所述车辆转向架直至所述两条路径合并成一条的电磁体导向部件，所述电磁导向部件包括第一电磁体阵列和第二电磁体阵列，所述方法包括：

探测靠近导轨的分叉部分的车辆；以及

沿吸引所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第一电磁体阵列通电，并沿推斥所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第二电磁体阵列通电。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一电磁体阵列和所述第二电磁体阵列被与所述车辆转向架的永久磁体部件极性相同的永久磁体阵列替代。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：

探测沿向后方向移动的所述车辆转向架；

确定所述车辆转向架所要跟随的路径；以及

沿吸引所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第一电磁体阵列通电，并沿推斥所述车辆转向架的永久磁体部件的方向对所述第二电磁体阵列通电，

其中，所述第一电磁体阵列对应于所想要的导轨路径。

25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述第一永久磁体阵列与所述车辆转向架的永久磁体部件具有相同的极性，所述第二永久磁体阵列与所述车辆转向架的永久磁体部件具有相反的极性，从而沿向后方向移动的所述车辆转向架是跟随所述确定的路径。

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