CN103459191A - 磁悬浮装配件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于利用磁承载结构进行运输的方法和系统。在一个方面，提供了一种用于沿磁化结构运送负载的装置。在一个实施例中，该装置包括第三结构，该第三结构与所述磁化结构垂直隔开并且被配置为产生磁通量并与磁化结构相排斥。在一个实施例中，所述装置包括位于接近磁化结构的至少一个末端部分处的至少一个线圈。在一个实施例中，所述装置包括至少一个磁通引导件，该磁通引导件包括磁化材料并配置为集中磁通量。磁通引导件的第一部分比与磁通引导件的第一部分相比放置得更靠近磁化结构的磁通引导件的第二部分细。

Description

磁悬浮装配件

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月3日提交的美国申请No.12/960,336的权益，该美国申请的全部内容通过引用被合并于此。本申请与2010年3月25日提交的美国申请No.12/732,098有关，该美国申请的全部内容通过引用被合并于此。

技术领域

本发明总地涉及一种利用磁承载结构的用于运输的方法和系统。更具体而言，本发明总地应用于负载悬浮以用于运输。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于运送负载的装置。该装置包括第一结构，该第一结构在水平方向上与可磁化结构的第一侧间隔开并且被配置为产生磁通量；以及第二结构，该第二结构在水平方向上与所述可磁化结构的第二侧间隔开并且被配置为产生磁通量。所述第二侧与所述第一侧相对，并且所述第一和第二结构被磁性吸引到所述可磁化结构。所述装置包括第三结构，该第三结构在垂直方向上与所述可磁化结构间隔开并且被配置为产生磁通量。所述第三结构包括具有相反极性的第三上部和第三下部并且其中所述第三下部被放置为与所述可磁化结构的上部磁性相斥。

在另一方面，提供了一种用于运送负载的装置。该装置包括第一结构，该第一结构在水平方向上与可磁化结构的第一侧间隔开并且被配置为产生磁通量；以及第二结构，该第二结构在水平方向上与所述可磁化结构的第二侧间隔开并且被配置为产生磁通量。所述第二侧与所述第一侧相对，并且所述第一和第二结构被磁性吸引到所述可磁化结构。所述装置包括位于所述第一和第二结构的至少一端处的至少一个线圈。

在另一方面，提供了一种用于运送负载的装置。该装置包括第一结构，该第一结构在水平方向上与可磁化结构的第一侧间隔开并且被配置为产生磁通量；以及第二结构，该第二结构在水平方向上与所述可磁化结构的第二侧间隔开并且被配置为产生磁通量。所述第二侧与所述第一侧相对，并且所述第一和第二结构被磁性吸引到所述可磁化结构。所述装置包括至少一个磁通引导件，该磁通引导件包括可磁化材料并被配置为集中由所述第一和第二结构产生的磁通量。所述磁通引导件的第一部分比与磁通引导件的第一部分相比放置得更靠近于可磁化结构的所述磁通引导件的第二部分细。

附图说明

图1是示出了多个磁通量路径的包括接近于轨道被放置的管状磁承载结构的系统的横截面视图。

图2是示出了多个磁通量路径的包括具有磁通量的聚焦源的管状磁承载结构的系统的横截面视图。

图3是示出了多个磁通量路径的具有径向不均匀性的管状磁承载结构的系统的横截面视图。

图4是具有用于保持磁承载结构的水平位置的控制系统的包括图3的管状磁承载结构的系统的前视图。

图5是根据一个实施例的控制系统的功能框图。

图6是示出了向控制线圈提供电流的方法的流程图。

图7是包括具有被耦合到接近于轨道放置的磁承载结构的负载的车辆的系统的透视图。

具体实施方式

下面的详细描述针对于本发明的某些特定的方面。然而，本发明可以用例如权利要求所限定和涵盖的多种不同的方式来实现。应当清楚本文的各个方面可以用各种形式来实现，并且本文所公开的任何特定结构、功能或者结构和功能仅仅是代表性的。基于这里的教导，本领域技术人员应当理解这里所公开的一个方面可以与任何其它方面相独立地被实现并且这些方面中的两个或更多个方面可以按各种方式被组合。例如，一种装置或一种方法可以利用这里所给出的任意个方面被实现或实践。此外，这样的装置或这样的方法可以利用除了这里所给出的方面中的一个或多个方面以外的或者不同于这些方面的其它结构、功能或者结构和功能被实现或实践。类似地，这里所公开的方法可以由被配置为执行从计算机可读存储介质中获取的指令的一个或多个计算机处理器来执行。计算机可读存储介质在一段时间间隙内存储诸如数据或指令之类的信息，以使得所述信息可以在所述时间间隙期间被计算机读取。计算机可读存储介质的示例有诸如随机访问存储器(RAM)之类的存储器和诸如硬盘驱动、光盘、闪存、软盘、磁带、纸带和打孔卡之类的存储设备。

图1是示出了第一磁通量路径190和第二磁通量路径192的包括接近于轨道120被放置的管状磁承载结构100的系统10的横截面视图。磁承载结构100包括在内壳106与外壳102之间的磁通量源104。在一个实施例中，外壳102具有C形横截面并且与内壳106同心地被放置，内壳106具有类似的C形横截面。内壳106和外壳102都可以包括诸如铁或钢之类的磁化材料。壳102和106可以沿磁承载结构100的内外周界引导由磁通量源104产生的磁通量。这可以有助于容纳并集中磁通量源104的磁通量横穿横过磁承载结构100与轨道120之间的空气间隙180。

图1中所示的轨道120一般具有I形横截面。在其它实施例中，其它形状也可以使用。在一个实施例中，轨道120足够窄以配合在外壳102的端区域152与内壳106的端区域156之间的间隙之间。在一个实施例中，轨道120足够窄以在不实体接触磁承载100的情况下配合在端区域152和156之间的间隙之间。轨道120可以具有任意的轴向长度以允许除了悬浮以外还可以推进。

在一个实施例中，轨道120包括诸如钢或铁之类的磁化材料。在另一实施例中，轨道120包括磁性材料。承载100可以“捕获和限制(restrain)”轨道120，因为磁承载结构100的任何垂直运动都被由磁通量源104产生的磁力所阻止了，所述磁力趋向于使磁通量路径190和192的长度最小化。

在一个实施例中，轨道120包括被隔开一定轨距的至少两个基本平行的轨道，每个轨道具有顶部和底部被腹板隔开的通常的I形轮廓。在一个实施例中，轨道120包括标准或国际通用轨距的轨道，例如轨距为大约1,435mm。轨距可以小于或大于1,435mm。在一个实施例中，轨道允许带凸缘的轮子沿轨道的顶部滑行。因此，这里所描述的实施例可以与现有的轨道技术和其它运输车辆兼容。

当磁通量横穿磁承载结构100与轨道120之间的空气间隙180时，在磁承载结构100与轨道120之间存在磁性吸引。由于这种吸引，磁承载结构可以在不接触轨道120的情况下支撑负载。因而，磁承载结构100可以被用于在车辆上提供抵消重力的悬浮力。该悬浮力可以减少车辆沿轨道120移动时的摩擦。

在一个实施例中，磁通量源104包括接触外壳102的外边缘表面142和接触内壳106的内边缘表面146。在一个实施例中，外边缘表面142具有一种极性并且内边缘表面146具有相反的极性。例如，在一个实施例中，磁通量源104可以均匀地在径向上被磁化。

在一个实施例中，磁通量源104包括单个永磁体。永磁体可以包括稀土磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁和钕磁铁。永磁体的使用允许承载100提供不需要电功率源的“始终存在的”悬浮力。在其它实施例中，磁通量源104可以包括一个或多个永磁体和/或一个或多个电磁铁。在一种实现方式中，电磁铁可以被耦合到被配置用于为电磁铁通电的功率源。

在一个实施例中，磁通量源104是粘结磁铁。在一个实施例中，粘结磁铁包括与热塑性树脂混合在一起的磁性粉末以形成注射成形的、压缩或柔性磁铁。磁性粉末可以在树脂为液体的同时在优选的方向上被对齐，并且可以在树脂变硬时被树脂保持在这个优选的方向上。粘结磁铁可以被用于使杂散磁通量最小化，例如投射到磁承载100的所希望的边界外部的磁通量。

在另一实施例中，磁通量源104包括隔开的或邻接的多个磁体。在一个实施例中，所述多个磁铁中的每个磁体被布置以使得一个极性面向外壳102而另一极性面向内壳106。在一个实施例中，诸如玻璃、木头、树脂或空气之类的非磁化物质被置于磁体之间。如果磁通量源104包括多个磁体而不是单个磁体，则磁通量源104可以便宜一些。然而，如果磁体间隔过大，则磁通量可能会通过非磁化材料而不通过轨道120泄漏。磁通量的泄漏可能减小悬浮力。

虽然管状磁承载结构100在图1中被示出，但是可以理解其它横截面形状也可以被使用。例如，在一个实施例中，磁承载结构100可以具有矩形横截面或三角形横截面。如果磁承载结构具有例如矩形横截面，则磁承载结构100可以更容易地被附接到车辆上或者更容易储存。此外，如果磁承载结构100具有一个或多个平的表面，则磁通量源104的制造可以被简化并且可以更容易安装其它硬件。

虽然磁通量路径190和192在图1中仅仅被示出了一半，但是可以理解磁通量源104所产生的磁通量可以相对于垂直轴对称。此外，虽然在图1中仅示出了四个磁通量路径190和192，但是可以理解磁通量源104所产生的磁通量可以是连续的磁场并且更多或更少的磁通量路径190和192可以被用于表示该磁场。

外壳102包括位于轨道120的突出物附近的两个端区域152。内壳106也包括类似地位于轨道120的突出物附近的两个端区域156。在一个实施例中，磁通量源104产生用第一磁通量路径190和第二磁通量路径192表示的磁场。第一磁通量路径190和第二磁通量路径192开始并结束于磁通量源104。外壳102引导磁通量路径190和192沿外壳102到达端区域152中的一个，其中这些磁通量路径横穿在外壳102与轨道120之间的空气间隙180。第一磁通量路径190继续通过轨道120并且通过横穿在轨道120与内壳106的端区域156中的一个端区域之间的空气间隙180而离开轨道120。内壳106引导第一磁通量路径190沿内壳106回到磁通量源104。取决于磁通量源104的极性，这个顺序可以倒过来。

如上所述，当磁通量横穿磁承载结构100与轨道120之间的空气间隙180时，在磁承载结构100与轨道120之间存在磁性吸引。当磁承载结构100以轨道120为中心时，第一磁通量路径190的水平分量可以被相加为近似为零。第一磁通量路径190在轨道120的两侧上的垂直分量的每一个可以对作用于磁承载结构100上的垂直力做出贡献。因而，磁承载结构100可以被用于提供悬浮力，以抵消在诸如车辆之类的负载上的重力。该悬浮力可以减小车辆沿轨道120移动时的摩擦。

根据配置，可能不是所有的磁通量路径190和192都横穿从轨道120到磁承载结构100的空气间隙180。第一磁通量路径190可能横穿空气间隙180两次，当从磁承载结构100流向轨道120时第一次横穿空气间隙180并且当从轨道120横穿到磁承载结构100时第二次横穿空气间隙180。第二磁通量路径192可能不横穿空气间隙180两次。第二磁通量路径192可能开始于磁通量源104中远离空气间隙180的部分处。与第一磁通量路径190一样，第二磁通量路径192可以被外壳102引导至外壳102的端区域152中的一个端区域，横穿外壳102与轨道之间的空气间隙180，并继续通过轨道120。然而，与第一磁通量路径190不同，第二磁通量路径192可能不横穿空气间隙180到达内壳106的端区域156中的一个端区域，而是可能“短路”到达内壳106中远离端区域156的部分。

第二磁通量路径192可能不像第一磁通量路径190那样符合期望，因为第二磁通量路径192可能不会两次横穿空气间隙180，并且与两次横穿空气间隙180的第一磁通量路径190相比可能产生的悬浮力较小。第二磁通量路径192可能不像第一磁通量路径190那样符合期望，因为第二磁通量路径192中从轨道120到内壳106的部分的垂直分量可能产生向下的力，减小由磁承载结构100产生的悬浮力的量。

图2是系统20的横截面视图，该系统包括示出了第一磁通量路径290、第二磁通量路径292和第三磁通量路径295的具有磁通量的聚焦源205的管状磁承载结构200。系统20与针对图1所描述的实施例的不同之处在于该系统还包括位于内壳106与轨道120之间的磁通量的聚焦源205。在其他方面，系统20的其余结构可以与上述图1的系统10相同或相似。

在一个实施例中，磁通量的聚焦源205包括单个永磁体。在其它实施例中，磁通量的聚焦源205可以包括一个或多个永磁体和/或一个或多个电磁铁。在一种实现方式中，电磁铁可以被耦合到被配置用于为电磁铁通电的功率源。在一个实施例中，磁通量的聚焦源205是粘结磁铁。在另一实施例中，磁通量的聚焦源205包括隔开或邻接的多个磁铁。

在一个实施例中，磁通量的聚焦源205包括稀土磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁和钕磁铁中的至少一个。在一个实施例中，磁通量的聚焦源205的径向厚度(如图2中所示)是磁通量源104的径向厚度的大约五分之一。在一个实施例中，磁通量的聚焦源205的长度是磁通量源104的长度的大约一半。

在一个实施例中，磁通量的聚焦源205包括接触内壳106的外边缘表面145。在一个实施例中，磁通量的聚焦源205的外边缘表面145具有与磁通量源104的内边缘表面146相同的极性。

磁通量的聚焦源205可以改变起始于磁通量源104的磁通量路径290和292。第一磁通量路径290可能横穿空气间隙180两次，当从磁承载结构100流向轨道120时第一次横穿空气间隙180并且当从轨道120横穿到磁承载结构100时第二次横穿空气间隙180。第二磁通量路径292可能不横穿空气间隙180两次。第三磁通量路径295可以开始并结束于磁通量的聚焦源205。

磁通量的聚焦源205可以增加第一磁通量路径290的数目并减少第二磁通量路径292的数目。在概念上，第三磁通量路径295可以至少排斥第二磁通量路径292。如上所述，第二磁通量路径292可能不像第一磁通量路径290那样符合期望，因为第二磁通量路径292可能不会两次横穿空气间隙180，并且与两次横穿空气间隙180的第一磁通量路径290相比可能产生的悬浮力较小。第二磁通量路径292可能不像第一磁通量路径290那样符合期望，因为第二磁通量路径292中从轨道120到内壳206的部分的垂直分量可能产生向下的力，减小由磁承载结构200产生的悬浮力的量。因而，因为磁通量的聚焦源205可以增加第一磁通量路径290的数目并减少第二磁通量路径292的数目，所以磁通量的聚焦源205可以增大由磁承载结构200产生的净悬浮力。具体而言，与没有磁通量的聚焦源情况下磁承载结构所产生的净悬浮力相比，磁通量的聚焦源205可以将由磁承载结构200产生的净悬浮力增大至少百分之十。

在图2中可以看出，磁通量路径290和292在外壳102和内壳106内的密度在径向上可能是不均匀的。具体而言，外壳102和内壳106中更靠近空气间隙180的部分与外壳102和内壳106中更远离空气间隙180的部分相比，可以引导更多的磁通量。因而，外壳102和内壳106中更远离空气间隙180的部分就所引导的磁通量而言可能不必太厚。这可能给磁承载结构200增加额外的不必要的重量，并且可能减小净悬浮力。

图3是系统30的横截面视图，该系统包括示出了多个磁通量路径390的具有径向不均匀性的管状磁承载结构300。系统30与针对图2所描述的实施例的不同之处在于外壳302、磁通量源304和内壳306具有不均匀的径向厚度。具体而言，外壳302、磁通量源304和内壳306可以具有变化的厚度。在一个实施例中，外壳302、磁通量源304和内壳306中更靠近空气间隙180的部分分别比外壳302、磁通量源304和内壳306中更远离空气间隙180的部分更厚。在一个实施例中，外壳302被成形以使得外壳302的径向厚度从末端部分152到外壳312的中间递减。在一个实施例中，内壳306被成形以使得内壳306的径向厚度从末端部分156到内壳316的中间递减。在一个实施例中，外壳302和内壳306中的至少一个的径向厚度以近似线性的方式从端部分152和156到壳312和316的中间递减。在另一实施例中，外壳302和内壳306中的至少一个的径向厚度以非线性的方式从端部分152和156到壳312和316的中间递减。在一个实施例中，外壳302和内壳306被成形以使得每个壳302和306内的磁通量密度在径向上基本是均匀的。

对具有不均匀径向厚度的外壳302、磁通量源304或内壳306的使用可以减少磁承载结构300的重量。减少磁承载结构300的重量可以增大由磁承载结构300产生的净悬浮力，因为在磁承载结构300的重量上的任何节省将等价于可被添加到负载上的附加重量。

系统30与针对图2所描述的实施例的不同之处还在于磁通量源304可以具有不均匀的径向强度。在一个实施例中，磁通量源304中更靠近于空气间隙180的部分比磁通量源304中更远离空气间隙180的部分更强。

在图2中可以看出，与第一磁通量路径290起始于的磁通量源104中的部分相比，第二磁通量路径292往往起始于磁通量源104中更远离空气间隙180的部分。对具有径向上不均匀的强度的磁通量源304的使用可以减少不两次横穿空气间隙180的磁通量路径的数目。如上所述，这种磁通量路径可能是不希望的并且减小由磁承载结构300产生的净悬浮力。因而，对具有径向上不均匀的强度的磁通量源304的使用可以增大由磁承载结构300产生的净悬浮力。

除了上述径向不均匀性以外，系统30的其余结构可以与如上所述的图2的系统20相同或相似。

如上所述，当磁承载结构300以轨道120为中心时，在轨道120两侧的横穿空气间隙180的磁通量路径390的水平分量可以相加为近似为零。然而，这可能是不稳定的位置。

图4是系统40的前视图，该系统包括具有用于保持磁承载结构400的水平位置的控制系统410的图3的管状磁承载结构。系统40与针对图3所描述的实施例的不同之处在于磁承载结构400包括用于保持磁承载结构的水平位置的控制系统410。在其他方面，系统40的其余结构可以与上述图3的系统30相同或相似。

控制系统410可以包括控制器412、一个或多个传感器414a和414b以及一个或多个线圈416a和416b。在一个实施例中，控制器412在轨道120与磁通量的聚焦源205之间被附接于磁通量的聚焦源205。虽然控制器412在图4中被图示为在磁承载结构内，但是可以理解控制器412可以位于任何其它地方。例如，可能想要将控制器412放置在距离磁通量源304足够远的位置处以最小化或消除对控制器412内的电子器件的干扰或者以消除或减小维修控制器412中的困难。虽然控制器可以位于由磁承载结构400限定的内部空间内(如图4中所示)，但是控制器412也可以完全位于磁承载结构400所限定的内部空间的外部，例如在要被磁承载结构400运送的车辆的负载内。控制器412也可以位于分别接近于相应的轨道放置的两个磁承载结构之间的中途位置，例如下述图7的磁承载结构710和712的中途位置。

一个或多个传感器414a和414b可以被附接于磁通量源304并且定位在轨道120与磁通量源304之间的磁通量源304的末端处。一个或多个线圈416a和416b中的每个线圈可以围绕外壳302的两个端区域152中的一个端区域或者内壳306的一个或两个端区域156来缠绕。在一个实施例中，端区域152和156的长度近似等于端区域152和156的厚度。传感器414a和414b以及线圈416a和416b可以通过一个或多个无线或有线连接耦合到控制器412。

控制系统410可以控制经过线圈416a和416b的电流的大小和方向，以在水平方向上使磁承载结构400以轨道120为中心。在一个实施例中，控制系统410通过平衡磁通量源304与轨道120之间的水平吸引力使磁通量源304与轨道120之间的空气间隙180保持基本固定的大小。空气间隙180的大小可以被定义为磁承载结构400的末端152和156与轨道120之间的最小距离。在一个实施例中，空气间隙的大小大约为最接近端区域152和156的磁通量源304的径向厚度的五分之一。在一个实施例中，控制系统410操作用于使轨道120两侧的磁通量相等。在一个实施例中，控制系统410保持在轨道两侧上的空气间隙180基本相等。

一个或多个传感器414a和414b可以被用于确定磁承载结构400的水平位置并将该信息提供给控制器412。传感器414a和414b可以产生传感器数据，所述传感器数据指示从传感器414a和414b中的至少一个传感器到轨道120、到另一对象或者到预定的参考点的距离。传感器414a和414b可以包括但不局限于电感式接近传感器、电容式位移传感器或激光测距仪。在一个实施例中，传感器414a和414b向轨道120发射光或声音信号并测量轨道120所反射的光或声音信号中的变化。在另一实施例中，传感器414a和414b可以生成传感器数据，所述传感器数据指示从传感器414a和414b中的至少一个传感器到轨道120、到另一对象或者到预定的参考点的距离的变化速率。传感器414a和414b可以包括基于多普勒的传感器。在一个实施例中，传感器414a和414b向轨道120发射光或声音信号并测量轨道120所反射的光或声音信号的波长的变化。

每个线圈416a和416b可以运送电流，该电流进而在线圈416a和416b内产生磁通量。因此，每个线圈416a和416b可以操作为响应于控制器412所提供的电流产生磁通量的电磁铁。“右手规则”可以被用于确定由流经线圈416a和416b中的一个线圈的电流产生的磁通量的方向。右手规则通常代表如下命题：当一个人的右手的手指按电流流动的方向(顺时针或者逆时针)握拳时，此人的拇指指向所产生的磁通量的方向。所产生的磁通量可以偏离由磁通量源304产生的磁通量并且可以通过差分通量控制向磁承载结构400提供净水平力。具体而言，横穿轨道120的任一侧的空气间隙180的磁通量的量可以通过将由线圈416a和416b产生的偏置磁通量与由磁通量源304产生的磁通量相加而被差分调制。

在一个实施例中，线圈416a和416b包括四个线圈，每个线圈围绕外壳302的两个端区域152中的一个端区域或者内壳306的一个或两个端区域156缠绕。具体而言，线圈416a和416b可以围绕在端区域152和156处的突出物缠绕。在轨道120的A侧的两个线圈416a可以被串联或并联连接以在期望方向上产生净水平力。类似地，在轨道120的B侧的两个线圈416b可以被串联或并联连接以在期望方向上产生净水平力。在一个实施例中，四个线圈416a和416b被串联连接以产生相同方向上的净水平力。在另一实施例中，轨道120的A侧的两个线圈416a和轨道的B侧的两个线圈416b是独立可控的。独立地控制在轨道的相对侧的线圈416a和416b允许控制器412不仅控制差分磁通量，并且还控制总磁通量。调制线圈416a和416b所产生的总磁通量可以调制磁承载结构400所产生的净悬浮力。

控制器412可以调制净悬浮力以提供对垂直运动的主动阻尼。例如，一个或多个传感器414a和414b可以被用于确定磁承载结构400的垂直位置并将该信息提供给控制器412。传感器414a和414b可以生成指示从传感器414a和414b中的至少一个传感器到地面、到另一对象或者到预定的参考点的距离的传感器数据。在一个实施例中，如果磁承载结构400的垂直位置高于预定的位置，则控制器412可以通过减小线圈416a和416b内的电流来减小净悬浮力。如果磁承载结构400的垂直位置低于预定的位置，则控制器412可以通过增大线圈416a和416b内的电流来增大净悬浮力。

线圈416a和416b接近于轨道放置可能是特别有利的，因为由线圈416a和416b产生的磁通量更可能横穿空气间隙180到达轨道120。线圈416a和416b接近于轨道放置可以减小控制磁承载结构400的水平位置所需要的功率量。

控制器412可以是被配置为从传感器414a和414b中的至少一个传感器接收指示磁承载结构400的水平位置的信息并基于所接收的信息在线圈416a和416b中的一个或多个线圈中产生电流的处理器或其它电路。

在一个实施例中，控制系统410基于由传感器414a和414b确定的磁承载结构400相对于轨道120的水平位置而产生电流。在一个实施例中，电流的强度与传感器414a和414b所指示的距离呈正比或反比。例如，在一个实施例中，磁通量源304可以被极化以使得磁通量被从外壳302引导通过其端区域152(例如在A侧)，经过轨道120，并且通过在同一侧(例如在A侧)的内壳的端区域156回到内壳306。在一个实施例中，轨道120的A侧上的一个线圈416a可以围绕内壳306的端区域156缠绕，以使得电流围绕内壳306顺时针流动(从轨道120面向端区域156的视角来看)。轨道的A侧上的另一线圈416a可以围绕外壳302的端区域152缠绕，以使得电流围绕外壳302逆时针流动(从轨道120面向端区域152的视角来看)。当控制系统410所产生的电流按上述方向(围绕内壳306的端区域156顺时针并且围绕外壳302的端区域152逆时针)流经线圈416a时，电流可以产生偏置磁通量，该偏置磁通量增大横穿轨道120的A侧的空气间隙180的磁通量的量。横穿轨道120的A侧的空气间隙180的磁通量的量的增大将增大在轨道120的A侧上轨道120与端区域152和156之间的磁性吸引。当控制系统410所产生的电流按相反方向流经线圈416a时，电流可以产生偏置磁通量，该偏置磁通量减小横穿轨道120的A侧的空气间隙180的磁通量的量。横穿轨道120的A侧的空气间隙180的磁通量的量的减小将减小轨道120与轨道120的A侧的端区域152和156之间的磁性吸引。

类似地，在一个实施例中，轨道120的B侧上的一个线圈416b可以围绕内壳306的端区域156缠绕，以使得电流围绕内壳306逆时针流动(从轨道120面向端区域156的视角来看)。轨道的B侧上的另一线圈416b可以围绕外壳302的端区域152缠绕，以使得电流围绕外壳302顺时针流动(从轨道120面向端区域152的视角来看)。当控制系统410所产生的电流按上述方向(围绕内壳306的端区域156逆时针并且围绕外壳302的端区域152顺时针)流经线圈416b时，电流可以产生偏置磁通量，该偏置磁通量减小横穿轨道120的B侧的空气间隙180的磁通量的量。横穿轨道120的B侧的空气间隙180的磁通量的量的减小将减小轨道120与轨道120的B侧的端区域152和156之间的磁性吸引。当控制系统410所产生的电流按相反方向流经线圈416b时，电流可以产生偏置磁通量，该偏置磁通量增大横穿轨道120的B侧的空气间隙180的磁通量的量。横穿轨道120的B侧的空气间隙180的磁通量的量的增大将增大轨道120与轨道120的B侧的端区域152和156之间的磁性吸引。

控制系统410可以通过控制线圈416a和416b中流过的电流的大小和方向来调制横穿空气间隙180的磁通量。控制系统410可以通过增大轨道120的一侧上的磁通量同时减小相对侧上的磁通量来调制横向力。控制系统410可以通过同时增大轨道120两侧的磁通量来增大悬浮力。控制系统410可以通过同时减小轨道120两侧的磁通量来减小悬浮力。

在一个实施例中，由控制系统410产生的流经轨道120的A侧的线圈416a的电流的强度可以与轨道120和轨道120的A侧的传感器414a之间的距离成正比。在一个实施例中，由控制系统410产生的流经轨道120的A侧的线圈416a的电流的强度可以与轨道120和轨道120的B侧的传感器414b之间的距离成反比。

在一个实施例中，电流的强度与传感器414a和414b所指示的距离的平方成正比或反比。在另一实施例中，电流与在轨道120的相对侧的传感器414a和414b所指示的距离的差值线性或非线性地成比例。因为电流至少部分地基于来自传感器414a和414b的测量结果，该测量结果至少部分地基于所提供的电流，所以控制系统410可以包括伺服驱动器以在这种反馈的情况下高效地工作。总地来说，伺服驱动器接收来自控制系统的命令信号，放大该信号，并传送电流以产生与命令信号成比例的运动。

图5是根据一个实施例的控制系统410的功能框图。控制系统410可以包括被耦合到存储器419的控制器412、一个或多个传感器414和被耦合到一个或多个线圈416a和416b的功率源418。控制器412从一个或多个传感器414接收信号并控制功率源418以在线圈416中的一个或多个线圈中产生电流，如以上针对图4所描述的那样。

控制器412可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分散的门或晶体管逻辑元件、分散的硬件组件或者被设计为执行这里所描述的功能的以上组件的任何合适的组合。控制器412还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核或者任何其它这样的配置。

控制器412可以通过一个或多个总线耦合以从存储器419中读取信息或者向存储器419写入信息。额外地或者替换地，控制器412可以包含存储器，例如处理器寄存器。存储器419可以包括处理器缓存，包括多层级分级式缓存，其中不同的层级具有不同的容量和访问速度。存储器419还可以包括随机访问存储器(RAM)、其它易失性存储设备或非易失性存储设备。在一个实施例中，存储器419存储用于基于从传感器416接收到的信号确定合适的电流的算法。

图6是示出了向控制线圈提供电流的方法600的流程图。方法600可以例如由图5的控制系统410执行。方法600开始于框610，接收指示水平位置的传感器数据。在一个实施例中，传感器数据指示从传感器到轨道、另一对象或预定的参考点的距离。在一个实施例中，传感器数据指示从传感器到轨道、另一对象或预定的参考点的距离的变化速率。在另一实施例中，传感器数据包括来自多个传感器的数据，每个数据指示距离或距离的变化速率。

接下来，在框620中，判定传感器数据是否指示距离或速度大于预定阈值。该判定可以例如由图5的控制器412执行。在一个实施例中，预定阈值可以为零。如果距离或速度小于预定阈值，则方法600进行到框630，其中方法600暂停预定的时间量。通过包括框620和630，方法600不执行连续的调节，这种连续的调节可能是低量效的或者可能导致过多的抖动。

如果判定传感器数据指示距离或速度大于了预定阈值，则方法600进行到框640，其中与所接收的传感器数据相对应的电流被确定。该判定可以例如由图5的控制器412执行。在一个实施例中，电流按以上针对图4所描述的方式确定。例如，在一个实施例中，电流与传感器所指示的距离成线性正比。在另一实施例中，电流与传感器所指示的距离成反比。在另一实施例中，电流与传感器所指示的距离的平方成正比或反比。在另一实施例中，电流与在轨道的相对侧上的两个传感器所指示的距离的差值线性或非线性地成比例。在另一实施例中，电流基于查找表确定。这样的查找表可以存储在例如图5的存储器419中。在一个实施例中，电流被确定为与传感器所指示的速度成比例。在另一实施例中，电流基于传感器所指示的距离和速度而确定。

继续进行到框650，所确定的电流被提供给一个或多个控制线圈。电流可以例如由图5的控制器412控制地那样由功率源418提供。被提供给控制线圈的电流可以在控制线圈内产生磁通量并且从而按以上针对图4所描述的方式偏置磁场，以提供水平力并且水平地使所述承载件以轨道为中心。可以理解在一些实施例中，所确定的电流可以为零。例如，当磁承载件在没有外力的情况下就以轨道为中心时所确定的电流可以为零。

在框650之后，方法600返回到框610并重复。因而，方法600基于传感器数据连续地提供电流。在一个实施例中，控制系统410连续不断地使磁承载件以轨道为中心。

图7是包括车辆730的系统70的透视图，所述车辆730具有被耦合到接近于轨道120a和120b放置的磁承载结构710、712、714和716的负载760。在两个分开的轨道120a和120b而非单个轨道上使用两个磁承载结构可以有利地抑制磁承载结构相对于它们相应的轨道120a和120b的旋转。此外，在两个分开的轨道120a和120b而非单个轨道上使用两个磁承载结构可以有利地抑制车辆730的旋转。因而，在一个实施例中，车辆730包括在两个或更多个轨道120a和120b上的两个或更多个磁承载结构。

在另一实施例中，车辆730只包括在单个轨道上的一个磁承载结构或多个磁承载结构，并且通过其它方式抑制旋转。例如，车辆730可以包括两个或多个轮子，这些轮子物理地接触地面或者在磁承载结构的相对侧上的其它轨道并且抵抗车辆730的旋转。

在图7中所示的实施例中，车辆730包括接近第一轨道120a放置的第一承载件710和接近第二轨道120b放置的第二承载件712。车辆730还可以包括接近第一轨道120a放置的第三承载件714和接近第二轨道120b放置的第四承载件716。承载件710、712、714和716提供抵消作用在车辆730和负载760上的重力的悬挂或悬浮力，从而减小沿轨道的摩擦。承载件710、712、714和716通过一个或多个支撑结构762附接到负载760。这些承载件可以通过焊接、螺丝固定或者其它附接技术附接。每个承载件710、712、714和716可以在结构上与以上针对图1-4所描述的磁承载结构中的一个相同。在一个实施例中，承载件710、712、714和716中的至少一个包括磁通量的聚焦源205。在一个实施例中，承载件710、712、714和716中的至少一个包括外壳302、磁通量源304或者具有径向上不均匀的厚度和/或强度的内壳306。在一个实施例中，承载件710、712、714和716中的至少一个包括位于承载件710、712、714和716的末端处的至少一个控制线圈。

包括一个或多个位置传感器和一个或多个控制线圈的控制系统(未示出)可以控制车辆730的水平位置。例如，控制系统可以保持承载件710、712、714和716在水平方向上被置于中心以使得承载件710、712、714和716不接触轨道120a和120b。这种不接触可以减少摩擦。在一个实施例中，所述一个或多个控制线圈被配置为分别运送一个或多个电流以提供水平力，如以上针对图4所描述的。

在一个实施例中，系统可以使用如美国专利申请No.12/048,062中所描述的不对称空气间隙，该美国专利申请的全部内容通过引用合并于此。在一个实施例中，承载件710、712、714和716与轨道120a和120b之间的内部间隙180a具有与承载件710、712、714和716与轨道120a和120b之间的外部间隙180b不同的大小。因而，如果车辆730被水平移位，例如由于控制系统的故障或“关闭”状态，则承载件中只有一个会接触轨道。

使车辆730脱离这种接触状态可以通过由控制系统在接近于车辆接触轨道的地方放置的线圈中产生大电流而实现。也可以利用机械抬离系统使车辆730脱离这种接触状态，所述机械抬离系统提供抵消磁性吸引的水平力。在一个实施例中，车辆730包括可部署的接触部(未示出)，所属接触部通过物理地接触轨道来防止车辆的水平运动。有利地，一旦控制系统工作并且在车辆沿轨道移动之前，可部署的接触部可以缩回以防止可部署的接触部与轨道之间出现摩擦。

控制系统可以被配置为独立地产生围绕每个承载件710、712、714和716缠绕的控制线圈中的电流，以控制车辆730的水平位置、垂直位置、颠簸(pitch)、偏航和滚动。车辆730还可以包括在轨道120a和120b的方向上提供推进力的引擎。因此，车辆730可以被提供六个自由度。在一个实施例中，所述引擎包括传统的轮式机车引擎。在另一实施例中，所述引擎包括如美国专利申请No.12/048,062或美国专利No.7,617,779中所描述的线性发动机，所述美国专利申请和美国专利的全部内容通过引用合并于此。

虽然在图7中只示出了四个承载件710、712、714和716，但是可以理解在各种不同的配置中，车辆或系统可以包含附加的独立承载件。例如，承载件可以大致被放置在车辆的四个角上。又例如，具有与车辆的轴向长度类似的大致的轴向长度的承载件可以被置于车辆的每一侧。在这样的实施例中，承载件可以包括接近于承载件的每个轴向末端放置的独立控制的控制线圈以控制颠簸。在一个实施例中，具有承载件的多个车辆可以由一个或多个轮式或悬浮引擎拉动或推动。

除了其他好处以外，与轮式车相对的悬浮平台(例如图7的车辆730)的好处有减少对机械部件的磨损、减少所产生的额外的热量以及减少噪声等等。由于摩擦的减少，混合悬浮系统具有比传统的系统更节省能源的潜力。本发明的一个实施例包括具有一个或多个磁承载件的Maglev系统。

虽然以上的描述已经指出了应用于各种实施例的本发明的新的特征，但是本领域技术人员将理解，可以对所示出的设备或过程的形式和细节的做出各种省略、替换和改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (28)

1.一种用于运送负载的装置，所述装置包括：

第一结构，所述第一结构与可磁化结构的第一侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量；

第二结构，所述第二结构与所述可磁化结构的第二侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第二侧与所述第一侧相对，并且其中所述第一结构和第二结构被磁性吸引到所述可磁化结构；以及

第三结构，所述第三结构与所述可磁化结构垂直地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第三结构包括相反极性的上部和下部并且其中所述下部定位为与所述可磁化结构的上部磁性相斥。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三结构被定位以提高由所述装置产生的悬浮力。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三结构包括永磁体和电磁铁中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三结构包括稀土磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁和钕磁铁中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三结构的厚度大约是所述磁通量源的厚度的五分之一，并且所述第三结构的长度大约是所述磁通量源的长度的一半。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括被放置在所述第一结构和第二结构中的至少一个的内表面与所述第三结构的外表面之间的磁通引导件，其中所述磁通引导件包括可磁化材料。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括被配置为控制所述第一和第二结构相对于所述可磁化结构的位置的控制器。

8.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制器包括：

一个或多个控制线圈，所述控制线圈被配置为携带电流以偏置由所述第一结构和第二结构产生的所述磁通量；

一个或多个传感器，所述传感器被配置为生成指示所述结构中的至少一个结构相对于所述可磁化结构的水平位置的传感器数据；以及

被配置为基于所述传感器数据提供所述电流的电路。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括被配置为提供沿所述可磁化结构的推进力的引擎。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括：

第四结构，所述第四结构与第二可磁化结构的第一侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量；

第五结构，所述第五结构与所述第二可磁化结构的第二侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第二可磁化结构的所述第二侧与所述第二可磁化结构的所述第一侧相对，并且其中所述第四结构和第五结构被磁性吸引到所述第二可磁化结构；以及

第六结构，所述第六结构与所述第二可磁化结构垂直地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第六结构包括相反极性的第二上部和第二下部并且其中所述第二下部被定位为与所述第二可磁化结构的上部磁性相斥。

11.根据权利要求7所述的装置，还包括耦合到所述第一、第二和第三结构以及第四、第五和第六结构的负载以使得所述结构限制所述负载的旋转。

12.一种用于运送负载的装置，所述装置包括：

第一结构，所述第一结构与可磁化结构的第一侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量；

第二结构，所述第二结构与所述可磁化结构的第二侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第二侧与所述第一侧相对，并且其中所述第一结构和第二结构被磁性吸引到所述可磁化结构；以及

被定位于所述第一结构和第二结构的至少一个端区域处的至少一个线圈。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一结构和第二结构中的至少一个包括磁通引导件，所述磁通引导件包括可磁化材料并被附接于所述结构的内表面或外表面，其中所述线圈中的至少一个线圈围绕所述磁通引导件定位。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述端区域的长度近似等于所述端区域的厚度。

15.根据权利要求12所述的装置，其中所述端区域与所述可磁化结构的隔开的距离大约是所述第一结构和第二结构的厚度的五分之一。

16.根据权利要求12所述的装置，其中所述至少一个线圈包括位于所述第一结构的内端区域处的第一线圈、位于所述第一结构的外端区域处的第二线圈、位于所述第二结构的内端区域处的第三线圈以及位于所述第二结构的外端区域处的第四线圈。

17.根据权利要求16所述的装置，还包括控制器，所述控制器被配置为向所述线圈中的至少一个线圈提供电流，以控制所述第一结构和第二结构相对于所述可磁化结构的位置。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述控制器独立于所述第三和第四线圈地控制所述第一和第二线圈。

19.一种用于运送负载的装置，所述装置包括：

第一结构，所述第一结构与可磁化结构的第一侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量；

第二结构，所述第二结构与所述可磁化结构的第二侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第二侧与所述第一侧相对，并且其中所述第一结构和第二结构被磁性吸引到所述可磁化结构；以及

磁通引导件，所述磁通引导件包括可磁化材料并被配置为集中由所述第一结构和第二结构产生的磁通量，其中所述磁通引导件的第一部分比所述磁通引导件的第二部分更薄，所述磁通引导件的第二部分位于比所述磁通引导件处的所述第一部分更靠近于所述可磁化结构。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述磁通引导件包括被附接于所述第一结构和第二结构的内表面的内部磁通引导件以及被附接于所述第一结构和第二结构的外表面的外部磁通引导件。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述内部磁通引导件的第一部分比与所述内部磁通引导件的所述第一部分相比位于更靠近于所述可磁化结构处的所述内部磁通引导件的第二部分更薄，并且所述外部磁通引导件的第一部分比与所述外部磁通引导件的所述第一部分相比位于更靠近于所述可磁化结构处的所述外部磁通引导件的第二部分更薄。

22.根据权利要求19所述的装置，其中所述磁通引导件的厚度从所述磁通引导件的末端部分到中间以近似线性的方式减小。

23.根据权利要求19所述的装置，其中所述磁通引导件被成形以使得所述磁通引导件内的磁通量密度在径向上基本一致。

24.根据权利要求19所述的装置，还包括被配置为控制所述第一结构和第二结构相对于所述可磁化结构的位置的控制器。

25.根据权利要求24所述的装置，其中所述控制器包括：

一个或多个控制线圈，所述控制线圈被配置为携带电流以偏置由所述第一结构和第二结构产生的所述磁通量；

一个或多个传感器，所述传感器被配置为生成指示所述结构中的至少一个结构相对于所述可磁化结构的水平位置的传感器数据；以及

被配置为基于所述传感器数据提供所述电流的电路。

26.根据权利要求19所述的装置，还包括：

第三结构，所述第三结构与所述可磁化结构垂直地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第三结构包括相反极性的上部和下部并且其中所述下部被定位为与所述可磁化结构的上部磁性相斥；以及

定位于所述至少一个磁通引导件的至少一端处的至少一个线圈。

27.根据权利要求19所述的装置，还包括：

第三结构，所述第三结构与第二可磁化结构的第一侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量；

第四结构，所述第四结构与所述第二可磁化结构的第二侧水平地隔开并且被配置为产生磁通量，其中所述第二可磁化结构的所述第二侧与所述第二可磁化结构的所述第一侧相对，并且其中所述第三结构和第四结构被磁性吸引到所述第二可磁化结构；以及

第二磁通引导件，所述第二磁通引导件包括可磁化材料并被配置为集中由所述第三结构和第四结构产生的磁通量，其中所述第二磁通引导件的第一部分比与所述第二磁通引导件的所述第一部分相比位于更靠近于所述第二可磁化结构的所述第二磁通引导件的第二部分更薄。

28.根据权利要求26所述的装置，还包括耦合到所述第一、第二、第三和第四结构的负载以使得所述结构限制所述负载的旋转。

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