CN107054153A - 用于运输系统的驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种运输系统(100)，其包括至少一个导轨(200)、至少一个悬浮发生器(410，430)、至少一个提升构件(420)、至少一个驱动发生器(512，514)以及至少一个驱动构件(520)。

Description

用于运输系统的驱动系统

本申请是申请日为2012年6月26日、申请号为201280041867.0、发明名称为“用于运输系统的驱动系统”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

母案申请要求2011年6月30日提交的美国临时申请No.61/571,561的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于运输系统的驱动和悬浮系统。

背景技术

磁悬浮系统通常设计为通过使用两个物体之间的吸引或排斥而悬浮的系统。这些磁悬浮系统依赖于两个物体的间距，从而如果两个物体的间距变化，则磁体在每个物体上产生的力变化。此外，在经由轨道实现磁悬浮的系统中，例如在列车上，要求该轨道非常水平。因此，如果因为天气或列车及轨道的重量导致地面随着时间的推移而移动，则必须维修轨道。

附图说明

现在将参考附图仅仅通过实例描述本发明的实施方式，其中：

图1是根据本发明的运输系统的示例性实施例的透视图；

图2是根据本发明的运输系统的示例性实施例的透视图，其中悬浮系统和驱动系统被露出用于说明；

图3是根据示例性实施例的转向架和导轨的透视图；

图4是图3所示转向架及导轨的正视图；

图5是结合到根据图3所示示例性实施例的转向架上的驱动发生器的倒置透视图；

图6是根据示例性实施例的驱动发生器的一部分的透视图，其中示出了示例性的磁通线；

图7是根据本发明的示例性实施例的示例性驱动发生器的一部分和示例性驱动构件的一部分的透视图；

图8是根据示例性实施例的示例性驱动构件内的示例性驱动发生器的一部分的透视图；

图9是图3所示的根据本发明的示例性实施例的示例性驱动发生器、驱动构件、悬浮发生器和悬浮构件的正面剖面图；

图10是位于示例性悬浮发生器内的细长磁极和由细长磁极产生的与示例性悬浮构件相互作用的磁通的说明性实例；

图11A和11B是悬浮发生器和一个或多个细长磁极的说明性实例；

图12是根据示例性实施例的可选悬浮发生器和对应的悬浮构件的另一说明性实例；

图13是图12的悬浮发生器和对应的悬浮构件的示例性实例，其中，第一悬浮发生器经由铰接接头结合到第二悬浮发生器；

图14是示例性布置中的多个磁性元件的示例性布置；以及

图15是可以被包含作为本文提出的一种或多种布置中的磁体的示例性π形磁性布置。

具体实施方式

为了清楚简单地进行说明，在适当情况下，附图标记在不同附图中重复出现来指代对应的或类似的元件。另外，为了全面理解本文所描述的实施方式列举了大量具体细节图。然而，本领域普通技术人员将会理解，没有这些具体细节图也可以实施本文所述的实施方式。在其它实例中，方法、步骤和部件没有被详细描述，以便不混淆所描述的有关联的相关特性。此外，描述不应被认为是限制本文所述的实施方式的范围。

现在将给出适用于本发明全文的几个定义。本文中所使用的术语“悬浮”是指物体相对于另一物体在这些物体之间不存在机械接触的情况下的提升和悬置。另一个术语是“悬浮力”。悬浮力是提供悬浮的力。凭第一感觉，悬浮力作用在竖直方向(与重力方向相反的方向上)，但本领域技术人员将容易地认识到，相同的力可以用来在横向上或在具有竖直和横向分量的一些方向上移动或定位两个物体。概括而言，本文所用的术语“悬浮”和“悬浮力”分别是指在与行使的主方向大致垂直的方向上无接触地定位两个物体和两个物体之间的力。“悬浮发生器”是构造为产生与提升构件相互作用的磁波以使可动物体相对于固定物体悬浮的装置。

“驱动力”是指使一个物体相对于另一物体加速、保持运动或减速所需的力。本文使用的“驱动力”是指与行进的主方向大致成一直线的力，不受两个物体之间机械接触的影响。“驱动发生器”是构造为产生与驱动构件相互作用的磁波以相对于固定物体驱动可动物体的装置。

本文所用的另一个术语是“导轨”。导轨是提供汽车、车辆或转向架可以沿着其移动的路径的装置或结构。汽车指构造成沿着导轨行进的装置。汽车可以是至少部分封闭的、完全封闭的或具有仅仅一个可以放置物体或人的表面。汽车可以结合到转向架上，转向架又结合到导轨上。转向架可以是汽车的一体部件或可以与汽车结合的单独部件。本文所用的转向架并非必须包括轮子，而是构造成与导轨接合。

本文中使用的另一个术语是“结合”。结合可以指两个物体的链接或连接。结合可以是直接的或间接的。间接结合包括通过一个或多个中间物体连接两个物体。结合还可以指电的或机械的连接。结合还可以包括没有物理接触的磁性链接。

本文中使用的另一个术语是“磁源。”磁源是自然地产生磁场或者可以被感应以产生磁场的任何材料。例如，磁源可包括永磁体、电磁体、超导体等。

本发明提出了一种运输系统，其包括本文所介绍的一个或多个部件。运输系统可以包括为汽车提供沿其移动的路径的导轨。运输系统还可以包括构造成提供驱动力的一个或多个驱动发生器。运输系统还可以包括构造成提供悬浮力的一个或多个悬浮发生器。虽然说明书提出了这些部件的系统，但是这些部件的每一个可以与其它系统一起实施或集成到需要仅仅一个这些部件的系统中。例如，本文提出的悬浮发生器可以集成到其它系统中。例如，悬浮发生器可以被实现为磁悬浮列车的、移动人行道的或包括一个或多个移动部件的另一系统的一部分。类似地，驱动发生器可与其它系统一起使用。例如，驱动发生器可利用传统的磁悬浮系统来实现。同样，导轨可以被修改成与仅仅驱动发生器或仅仅悬浮发生器协同作用。因此，本文描述的部件可单独实施或在具有本文提出的一个或多个部件的系统中实施。此外，本文提出的运输设备包括至少一个悬浮发生器、至少一个驱动发生器、至少一个提升构件以及至少一个驱动构件。

虽然在本文给出的实施例中提升构件不产生静态磁通，但是其它实施例可以包括构造成产生静态磁通的提升构件。磁通可以由永久磁体或电磁体来产生。

如本文提出的，本发明涉及运输设备、转向架、悬浮发生器、驱动发生器、导轨、运输系统或它们的某种组合。

如本文所述，悬浮发生器可以构造成相对于提升构件提升相结合的车辆。悬浮发生器可包括构造为与提升构件磁性结合的成形构件。成形构件可具有构造成产生用于与所述提升构件的至少一部分相交的提升磁通场的至少一个细长磁极。提升磁通可取决于所述至少一个磁极面在行进方向上的运动和所述至少一个磁极面相对于行进方向的角度。所述至少一个磁极面可包括多个磁源。所产生的提升磁通场可以与所述至少一个悬浮发生器相对于对应的至少一个提升构件的相对位置无关。所述至少一个细长磁极可以被定向为相对于所述至少一个悬浮发生器与所述至少一个提升构件的相对运动方向成一角度，使得在与相对运动方向垂直的方向上产生提升力分量。所述角度可以是基于磁力与法向速度常数K_FN的比值、所述至少一个悬浮发生器和所述至少一个提升构件之间的相对速度，以及所需的提升力的预定角度。所述角度可以是基于磁力与法向速度常数K_FN的比值、所述至少一个悬浮发生器和所述至少一个提升构件之间的相对速度，以及所需的提升力的可变角度。所述提升力可以取决于相对于所述细长磁极的宽度和高度而言的所述至少一个细长磁极的长度，从而当长度与给定宽度和高度相比更大时所述提升力增大。所述提升力可以取决于所述细长磁极相对于所述至少一个提升构件的速度，其中，更高的速度产生更大的升力。所述至少一个细长磁极可包括成行布置的多个磁性元件。所述至少一个细长磁极可包括两个细长磁极，并且所述两个细长磁极的每一个可包括成行布置的多个磁性元件。

另外，本文提出了驱动发生器。该驱动发生器被构造用于驱动相结合的转向架和/或车辆/汽车。所述驱动发生器可包括：至少一个大致圆柱形构件；多个磁体，其设置在所述至少一个大致圆柱形构件的表面上，其中所述多个磁体被布置为形成螺旋；旋转马达，其用于使所述至少一个大致圆柱形构件旋转，使得所述至少一个大致圆柱形构件的旋转在对应的驱动构件中产生螺旋形变磁通，从而使驱动发生器关于对应的驱动构件移动。所述驱动发生器可包括至少一个搁置驱动轮，其构造成当驱动发生器的速度低于预定速度时接触对应的驱动构件。此外，所述驱动发生器可包括至少一个搁置驱动轮，并且在一个实例中，所述至少一个搁置驱动轮可以为三个搁置驱动轮。所述至少一个搁置驱动轮可构造成由部署驱动器(deployment driver)进行控制，以使所述至少一个搁置驱动轮在受驱动状态下与所述圆柱形构件齐平并在低速受驱动或非受驱动状态下延伸到所述圆柱形构件之外。所述至少一个大致圆柱形构件可以是两个大致圆柱形构件。所述两个大致圆柱形构件可利用相同的旋转马达进行旋转，但是在相反的方向上旋转。在至少一个实施例中，还包括附加旋转马达，使得所述旋转马达驱动所述两个大致圆柱形构件中的一个，并且所述附加旋转马达可驱动所述两个大致圆柱形构件中的另一个。所述多个磁体可以布置在多行中。所述多行可以是三行。在另一个实施例中，所述多个磁体可成行布置，使得两个不同磁极布置在相应行的每个部分的外侧。这两个不同的磁极可以间隔开预定距离。这两个不同的磁极可结合到背衬构件上。所述多个磁体可布置在至少一行中并且所述多个磁体安装到背衬构件上，使得所述背衬构件和多个磁体能够从所述圆柱形构件移除。所述驱动构件可以包括电枢，其具有基本螺旋形缠绕的多相电导体。所述电枢可供应有电流用于在所述至少一个驱动发生器中的对应一个上产生旋转力。所述电枢可供应有电流用于在所述至少一个驱动发生器中的对应一个上产生直线力。所述至少一个驱动发生器中的对应一个的旋转产生在电枢内流动的电流。所述至少一个驱动发生器中的对应一个的直线运动能产生在电枢内流动的电流。所述至少一个大致圆柱形构件和对应的驱动构件之间的相对直线运动可使所述至少一个大致圆柱形构件旋转，并且所述至少一个大致圆柱形构件可结合到发电机上，这可使所述发电机旋转并产生电力。所述发电机可以是发电机马达，使得发电机和马达是相同的部件。

此外，提出了导轨。所述导轨可以包括：至少一个提升构件；至少一个驱动构件，其可经由导轨结合构件结合到所述至少一个提升构件上；所述至少一个提升构件可构造成接收由对应的至少一个悬浮发生器产生的悬浮磁通；并且所述至少一个驱动构件可构造成接收由对应的至少一个驱动发生器产生的驱动磁通。所述至少一个提升构件可以包括两个提升构件。所述至少两个提升构件可以是两个轨道，每个轨道具有三侧。每个轨道可包括多个段。两个轨道的每一个的横截面可大致为矩形。所述至少一个驱动构件可以大致为圆柱形的形状。

此外，公开了一种转向架，其构造为与包括至少一个驱动构件和至少一个提升构件的相配导轨协同作用。所述转向架可包括：支撑部分；至少一个驱动发生器，其可结合到所述支撑部分，其中，所述至少一个驱动发生器构造成产生驱动磁通；至少一个悬浮发生器，其可结合到所述支撑部分，使得所述至少一个悬浮发生器可构造成产生悬浮磁通；所述至少一个悬浮发生器可构造成在对应的至少一个提升构件内移动；所述至少一个驱动发生器可构造成在对应的至少一个驱动构件内移动；所述至少一个悬浮发生器可构造成响应来自所述悬浮发生器的悬浮磁通的影响被提升到相对于所述至少一个提升构件的搁置位置(rest position)之上；所述至少一个驱动发生器可构造成被来自所述至少一个驱动发生器的驱动磁通相对于所述至少一个驱动构件驱动。

图1示出了本文提出的运输系统100。运输系统100包括导轨200和汽车300。汽车300可以构造成容纳一个或多个人。在其它实施例中，汽车300可以构造成容纳牲畜、动物或物体。汽车300可以构造成容纳1-6个人。汽车300可经由汽车结合杆310结合到转向架(未示出)上。本文描述的运输系统100可包括一个或多个驱动构件和一个或多个悬浮发生器。在其它实施例中，关于不同的悬浮发生器可包括仅仅一种驱动发生器。在另一个实施例中，可以在没有本文所述的驱动发生器的情况下实施所述一个或多个悬浮发生器。

导轨200包括至少一个驱动构件520和至少一个悬浮构件420。如图1所示，呈现了仅仅单一驱动构件520。所示驱动构件520大致为圆柱形的形状。驱动构件520可以具有形成于其中的一个或多个槽。形成于驱动构件520中的所述一个或多个槽允许提升构件从其突出。另外，所述一个或多个槽可以构造为允许构造成穿过驱动构件520的驱动发生器被结合到汽车300上。导轨200、至少一个驱动构件520和至少一个悬浮构件420可以构造为多段。尽管所示实施例不包括多段，但是这些多段可以形成为使得导轨200被组装成包括已经安装于其中的至少一个驱动构件520和至少一个悬浮构件420的各部件的多段。导轨200以及至少一个驱动构件520和至少一个悬浮构件420的多个段可以具有不同的长度。导轨200还可以被安装在另一种结构中。例如，导轨200可以安装在设计成保护导轨200免受天气、化学品、入侵和其它环境因素的影响的壳体内。

图2示出了示例性运输系统100的透视图。运输系统100基本上与图1的相同，但至少一个驱动发生器510和至少一个悬浮发生器410显示到导轨200的外部用于说明。如图所示，具有两个驱动发生器510，具有七个悬浮发生器410、430。两个驱动发生器510包括前驱动发生器512和后驱动发生器514。两个驱动发生器510结合到各自的驱动马达530上，驱动马达530构造成使驱动发生器510旋转来提供驱动磁通。各驱动马达530可通过包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置的控制器进行控制。该控制器可构造成使仅仅一个驱动发生器510旋转，而不使另一个驱动发生器510旋转。例如，可以使前驱动发生器512绕其轴线旋转，而后驱动发生器514可以保持不动。在至少一个实施例中，可使前驱动发生器512和后驱动发生器514沿相反的方向旋转，但前驱动发生器512和后驱动发生器514可以提供相同方向上的动力。驱动发生器510可以经由驱动发生器结合装置540结合到驱动马达530上。驱动发生器结合装置540可以构造为具有当它们旋转时减小阻力的轮廓。在另外的其它实施例中，其中一个实施例显示在本文中，其它部件可以位于驱动发生器510内。驱动马达530可以结合到转向架550。

驱动发生器510可以构造成在驱动构件520内移动。如图所示，具有在单一驱动构件520内移动的两个驱动发生器510。在其它实施例中，当实现多于一个驱动发生器510时，每一个单独的驱动发生器510可以随着相应的驱动构件520移动。前驱动发生器512经由转向架550结合到后驱动发生器514。

转向架550如图所示也可以经由汽车结合杆310结合到汽车300。如图所示，具有两个汽车结合杆310，在其它实施例中可以实现单一汽车结合杆310。在另外的其它实施例中，可以实现两个以上的汽车结合杆310。

转向架550可以进一步结合到所述至少一个悬浮发生器410、430上。如图所示，有外侧磁悬浮发生器410和内侧磁悬浮发生器430。外侧悬浮发生器410和内侧悬浮发生器430可以构造成以类似的方式进行操作。内侧悬浮发生器430与外侧悬浮发生器410相比可以更靠近转向架550的中心线。

悬浮发生器410、430可以构造成产生悬浮磁通。下面将对悬浮磁通进行更详细地说明。可以从悬浮发生器410、430内的一个或多个磁源产生悬浮磁通。悬浮发生器410、430与至少一个提升构件420协同作用，以将悬浮发生器410、430从搁置位置提升到悬浮位置。悬浮位置位于由所述至少一个悬浮发生器410、430产生的悬浮力的方向上。磁源410、430可构造成响应于相对于一个或多个升降构件420的运动而产生提升力。在诸如所示的那个实施例的一个实施例中，可以具有四个外侧悬浮发生器410，即右前外侧悬浮发生器412，左前外侧悬浮发生器(未示出)，右后外侧悬浮发生器416和左后外侧悬浮发生器418。此外，在图示的实施例中，转向架550可以结合到三个内侧悬浮发生器430，即前内侧悬浮发生器432，中内侧悬浮发生器434和后内侧悬浮发生器436。内侧悬浮发生器430可以经由内侧结合器440结合到转向架550上。前内侧悬浮发生器432可经由前内侧结合器442结合到转向架550上。中内侧悬浮发生器434可经由中内侧结合器444结合到转向架550上。后内侧悬浮发生器436可经由后内侧结合器446结合到转向架550上。

当如图所示实现多个悬浮发生器410、430时，悬浮发生器410、430可以构造成由控制器(未示出)进行控制。控制器可以调整由悬浮发生器410、430产生的悬浮磁通引起的提升力。在其它实施例中，悬浮发生器410、430产生的悬浮磁通可以是预定的悬浮磁通。在至少一个实施例中，如将在下面更详细解释的，悬浮发生器410、430可包括一个或多个磁源，每一个磁源产生两个细长磁极。所述一个或多个磁源可以包括多个磁体。

虽然多个悬浮发生器410、430被示出，但是本发明涉及具有单一悬浮发生器410、430的实施方式。单一悬浮发生器410、430可以定位为内侧悬浮发生器430或外侧悬浮发生器410。

如上面所指出的，悬浮发生器可以构造成提供与重力相反的方向上的悬浮力。在一个实例中，一个或多个悬浮发生器410、430可实现为一个或多个转向发生器610。在图示实例中，包括四个转向发生器610，即右前转向发生器612，左前转向发生器(未示出)，右后转向发生器616和左后转向发生器618。转向发生器610与悬浮发生器410、430类似地工作，除了磁通的方向基本上处于/取向为与由悬浮发生器410、430所产生的磁通成直角。转向发生器610构造成产生穿过转向构件620的转向磁通。转向构件620与转向发生器610以同悬浮发生器410与提升构件420相互作用的类似的方式协同作用，但旋转90度。当悬浮发生器410、430和转向发生器610都被使用时，可以利用转向发生器610控制转向架550和汽车300的位置。当导轨200随着时间的推移移位或当导轨200具有转向架550必须通过的曲线时，这导致改进的处理和跟踪特性。

虽然图示实施例实现为七个悬浮发生器410、430，两个驱动发生器510和四个转向发生器610，但是其它实施例可以实现为只有一个悬浮发生器410、430，驱动发生器510或转向发生器610。在其它实施例中，可以实现一个或多个悬浮发生器410、430，驱动发生器510和/或转向发生器610的组合。另外，根据本文所提出的本公开的其余部分，其它实施例可以实现一个或多个悬浮发生器410、430，驱动发生器510和/或转向发生器610。

图3和图4示出转向架700、至少一个悬浮发生器410、至少一个提升构件420、至少一个驱动发生器510、至少一个驱动构件520和导轨200的可选布置。转向架700和其结合部件的行进的方向被示出。如图所示，具有四个提升构件420。在其它实施例中，提升构件的数目可以基于悬浮发生器410的位置发生变化。如图所示，具有左外提升构件422，左内提升构件424，右内提升构件426和右外提升构件428。左外提升构件422和左内提升构件424可以形成轨道。同样，右内提升构件426和右外提升构件428可以形成另一轨道。因此，如图所示，提升构件420形成两个轨道。虽然示出了两个轨道，但是轨道的数目可以是一个或多个。例如，当实现为一个轨道时，轨道的位置可以相对于导轨200居中。另外，可以形成诸如三个轨道的其它轨道。另外，尽管如图所示的轨道由两个提升构件420形成，但是这些轨道可以由单一提升构件420形成。轨道可以形成为多个段，使得轨道由顺序布置的多个提升构件420形成。

所述至少一个悬浮发生器410可通过悬浮发生器结合器740结合到转向架700上。虽然示出了两个悬浮发生器结合器740，但是在至少一个实施例中可以实现单一悬浮发生器结合器740。悬浮发生器结合器740包括允许将悬浮发生器410可变定位在悬浮发生器结合器740上的安装点750。如图所示，悬浮发生器结合器740可以构造成使得具有两个悬浮发生器结合器740用于每个悬浮发生器410。在其它实施例中，单一悬浮发生器结合器740可以将悬浮发生器410结合到转向架700上。在其它实施例中，可以实现两个以上的悬浮发生器结合器740来将悬浮发生器410结合到转向架700上。例如，可以实现三个或四个悬浮发生器结合器740。当一个以上的悬浮发生器结合器740被实现用于每个悬浮发生器410时，悬浮发生器410的角度能相对于行进方向被改变。在至少一个实施例中，可以经由包括至少一个处理器和/或存储器的控制器控制悬浮发生器410的角度。可以远程地或者基于汽车的负载特性或包括导轨上的拥塞的期望速度来控制该控制器。

在图4所示的实施例中，可以实现其它角度调整机构770来控制悬浮发生器410的角度。如图所示，具有四个角度调整机构770，即右前角度调整机构778，左前角度调整机构776，右后角度调整机构774和左后角度调整机构772。每个角度调整机构770在一个部分780结合到转向架700上，并且在另一部分782结合到悬浮发生器410中的一个上。角度调整机构770可以是带螺纹的结合器，例如螺钉、机器螺纹式结合器等。在至少一个实施例中，角度调整机构770可以由控制器和伺服马达控制。也可以实现其它控制机构。在其它实施例中，角度调整机构770可以为悬浮发生器410保持预设角度。下面将说明悬浮发生器410的角度和与其相关联的特性。可从至少一个能量存储装置800给控制机构供电。

如图所示，转向架700包括至少一个能量存储装置800。如图所示，具有两个能量存储装置800，即，右能量存储装置810和左能量存储装置812。能量存储装置800可以呈电池、电容器或类似的存储装置的形式。能量存储装置800可用于在转向架700和外部能量供应器之间的电连接暂时不可用的情况下存储转向架700上的能量。能量存储装置800的其它构造也在本文中被考虑。例如，每个悬浮发生器410可以具有其自身单独的能量存储装置800。作为选择，单一能量存储装置800可以设置在转向架700上。在另外其它的实施例中，转向架700上可以不设置能量存储装置800。

驱动发生器510可以结合到转向架700。驱动发生器510可以经由驱动发生器结合器760结合到转向架700。转向架700具有与驱动发生器510相反的顶面710。能量存储装置800可安装在顶面710上。此外，顶面710包括支撑件720、730，其设计成在驱动发生器结合器760周围的区域加强和加固顶面。此外，这些支撑件可以构造为允许安装驱动发生器结合器760。

当转向架700运行在低速下时，由悬浮发生器410所产生的悬浮力可能太小而不能从导轨200提升转向架700。一个或多个轮子450可以被实现为防止转向架700的悬浮发生器410和驱动发生器510与导轨200相接触。如图所示，在悬浮力不足以提升轮子450避免其接触导轨200的一部分的情况下，至少一个轮子450接触导轨200的一部分。如图3和4所示，实现了八个轮子450。八个轮子450的每一个构造成接触相应一个提升构件420的一部分。在其它实施例中，所述至少一个轮子450可以包括至少两个轮子。在另一实施例中，所述至少一个轮子可以包括至少四个轮子。如图所示，所述至少一个轮子450结合到至少一个悬浮发生器410上。

在其它实施例中，诸如图5所示的实施例，轮子452可以结合到转向架700上并接触导轨200的另一部分。例如，轮子452可以构造成接触导轨200的驱动构件支架250(参照图3)。除了上述轮子450之外或代替轮子450，可以实现这些轮子452。虽然本文已经描述了轮子，但是其它构造可以使用设计为允许两个部件相对于彼此移动同时减少它们之间的摩擦力的其它机构。例如，这可以包括特殊涂层的表面、轴承面、滚动构件等。

每个所述至少一个驱动发生器的马达(未示出)可结合到所述至少一个能量存储装置800中的一个上。如上所述，本文所述的悬浮发生器可以不需要电力地进行操作；然而在至少一个实施例中，每个所述至少一个悬浮发生器可以结合到所述至少一个能量存储装置800中的一个上。当悬浮发生器结合到能量存储装置812上时，悬浮发生器可以构造成当悬浮发生器不相对于提升构件移动时提供提升力。当悬浮发生器静止或以一速度(低于该速度时所产生的提升力不够大)移动时产生悬浮力的这种能力的增加可以允许本文描述的驱动支撑轮的稳固性的消除或至少减少。在至少一个实施例中，悬浮发生器可以构造为当转向架的速度低于预定值时接收电力，使得可以在低速下产生辅助悬浮力，从而防止转向架接触导轨。

图5是结合到根据示例性实施例的转向架700上的驱动发生器510的倒置透视图(从转向架700的底部)。驱动发生器510可以经由驱动结合器511结合到转向架700上。如图所示，驱动发生器510包括至少一个大致圆柱形的构件572。多个磁体910被设置在所述至少一个大致圆柱形的构件572的表面上。在所示实施例中，所述多个磁体910被布置为形成螺旋。在所示实施例中，所述多个磁体910被布置在多个行920、922、924中，其中在行920、922、924的每一侧上具有一个磁极912、914。例如，在第一圆柱形构件572上，具有三行磁体920、922、924，即第一行920、第二行922和第三行924。同样，第二圆柱形构件574包括布置在三行930、932、934即第一行930、第二行932和第三行934中的多个磁体910。两个不同的磁极可以间隔开预定距离。两个不同的磁极可结合到背衬构件上。例如，参见如图14所示的磁极和背衬构件的布置。在至少一个实施例中，所述多个磁体910布置在至少一行中并且所述多个磁体910安装到背衬构件上，使得背衬构件和多个磁体910可以从圆柱形构件572移除。第一圆柱形构件具有长度571，并且第二圆柱形构件具有长度573。在所示实施例中，长度571和573基本上相同。

当驱动发生器510由马达530供电并且引起转向架700运动时，驱动发生器510在驱动构件520内居中定位。然而，在低速下，在静止的条件下，当驱动发生器510启动或停止运动时，产生的驱动磁通可小于驱动发生器510在驱动构件520内居中定位所需的磁通。为了防止在驱动磁通低于使驱动发生器510居中所必需的磁通的情况下损坏系统，特别是损坏驱动发生器510，驱动发生器510还可以包括自定心机构580。自定心机构580允许驱动发生器510在驱动构件(未示出)内居中。自定心机构580可以包括一个或多个搁置驱动轮(resting drive wheel)582，其经由轮子结合器584结合到驱动发生器510上。此外，搁置驱动轮582突出到圆柱体572、574的外表面之外的距离可以由轮子调整机构586调整。通过搁置驱动轮582延伸刚好超出圆柱体572、574的外表面，驱动发生器510可以在驱动构件520内移动，而搁置驱动轮582不会过多地接触驱动构件520。自定心机构580防止圆柱体572、574在低速下和在驱动发生器可能设置得太靠近驱动构件520的条件下接触驱动构件520。如图所示，具有三个搁置驱动轮582。在至少一个实施例中，至少一个搁置驱动轮582构造成当驱动发生器510的速度低于预定速度时接触对应的驱动构件520。在至少一个实施例中，所述至少一个搁置驱动轮582构造成由部署驱动器进行控制，以使所述至少一个搁置驱动轮582在受驱动状态下与圆柱形构件572、574齐平并在低速受驱动或非受驱动状态下延伸到圆柱形构件572、574之外。在至少一个实施例中，搁置驱动轮582是非供电轮子，使得它们被构造为仅仅滚动。在另外的其它实施例中，这些驱动轮可以被供电，以当驱动发生器510运行在低速或从停止启动时提供一些帮助。

图6是根据示例性实施例的驱动发生器510的一部分的透视图。多个磁体910被如图5所示布置，但为清楚起见已省略了标记。如图6所示，示出了示例性磁通线1002。如图所示，旋转马达530用于使所述至少一个大致圆柱形构件572、574旋转，使得所述至少一个大致圆柱形构件572、574的旋转1042、1044在对应的驱动构件520中产生螺旋形变磁通，从而使驱动发生器510关于对应的驱动构件520移动。当两个大致圆柱形构件572、574如图6所示设置时，每个大致圆柱形构件572、574可以结合到各自的旋转马达530上，从而使大致圆柱形构件572、574旋转。在另一个实施例，可以利用同一旋转马达使两个大致圆柱形构件572、574旋转。在所示实例中，两个大致圆柱形构件572、574中的每一个在与另一个相反的方向上旋转。在其它实施例中，两个大致圆柱形构件可以在相同方向上旋转。图8中示出了驱动发生器510相对于驱动构件520的运动。

驱动发生器510还可以构造成减慢运动。在至少一个实施例中，驱动发生器510的所述至少一个大致圆柱形构件572、574和对应的驱动构件520之间的相对的大致直线运动可导致所述至少一个大致圆柱形构件572、574旋转。如上面所指出的，所述至少一个大致圆柱形构件572、574的旋转可导致驱动发生器510相对于驱动构件520的大致直线运动。马达530可以导致所述至少一个大致圆柱形构件572、574旋转。在至少一个实施例中，所述至少一个大致圆柱形构件572、574可结合到发电机上。发电机旋转并产生电力，以减慢所述至少一个大致圆柱形构件572、574相对于驱动构件520的大致直线运动。在至少一个实施例中，马达530也可以构造为发电机，使得马达530被供电时产生施加在驱动发生器510上的旋转力，并且当没有电力供应给马达530时作为发电机工作。

作为选择，所述至少一个驱动发生器510可以包括如下部分，其具有被弯曲以便形成螺旋的磁极。磁极可以形成在驱动发生器510的外部，使得它形成所述至少一个驱动发生器510中的一个的外部的一部分。所述至少一个驱动发生器510可以构造成相对于所述至少一个驱动构件520的相应一个旋转。所述至少一个驱动发生器510的所述部分的旋转在所述至少一个驱动构件520的相应一个中引起涡流。

图7是根据本发明的示例性实施例的示例性驱动发生器510的一部分和示例性驱动构件521的一部分的透视图。在所示实例中，驱动构件521可以包括电枢523，其具有基本螺旋形缠绕的多相电导体525。电枢523可供应有电流用于在所述至少一个驱动发生器510中的对应一个上产生旋转力。电枢523可供应有电流用于在所述至少一个驱动发生器510中的对应一个上产生直线力。所述至少一个驱动发生器510中的对应一个的旋转产生在电枢523内流动的电流。所述至少一个驱动发生器510中的对应一个的直线运动产生在电枢523内流动的电流。

图8示出设置在驱动构件520内的驱动构件510。如图所示，驱动构件从左侧移动到右侧(参见箭头891)。驱动构件510相对于驱动构件520的运动是由驱动构件510在箭头893所示的方向上的旋转引起的。驱动发生器510的旋转可以响应于驱动马达(未示出)施加的运动。

图9是根据本发明的示例性实施例的示例性驱动发生器510、驱动构件520、悬浮发生器410和悬浮构件420的正面剖面图。

驱动发生器510在驱动构件520内示出。驱动发生器510可以结合到上述自定心机构580上。自动定心机构580可以包括一个或多个搁置驱动轮582。如图所示，具有三个搁置驱动轮582。搁置驱动轮582允许在包括低速和高速的操作过程中保护驱动发生器510不触碰驱动构件520的内侧。虽然本文已经描述了轮子，但是其它构造可以使用设计为允许两个部件相对于彼此移动同时减少它们之间的摩擦力的其它机构。例如，这可以包括特殊涂层的表面、轴承面、滚动构件等。驱动发生器510可以经由驱动发生器结合器760结合到转向架(未示出)上。

驱动构件520可以结合到驱动构件支架240上。在至少一个实施例中，驱动构件520可以浮在驱动构件支架240上，以便允许驱动构件520在轴向上扩大来防止应力积聚。驱动构件支撑240又可以结合到导轨支架250上。导轨支架250又可以经由导轨支架结合器423结合到一个或多个提升构件420上。

如图所示，悬浮发生器410显示于图9的左手侧。悬浮发生器410定位在悬浮发生器结合器740之间。悬浮发生器结合器740经由结合装置741结合至悬浮发生器410。如图所示，结合装置741是延伸穿过悬浮发生器结合器740和悬浮发生器410的螺栓。此外，两个轮子450被示出。两个轮子450构造成接触两个提升构件420的顶部。如上所述，当例如在低速下没有足够的提升力被供应时，两个轮子450接触两个提升构件420的顶部。如图所示，两个轮子450结合到悬浮发生器410上。在至少一个实施例中，可以实现单一轮子。此外，如图所示的构造可以对于每个悬浮发生器410而言是相同的，或者构造可以不同。

如图所示，显示了两个提升构件420。这两个提升构件420构造成允许悬浮发生器410的至少一部分穿过。此外，底部件421可以设置成桥接两个提升构件420之间的空间。如图所示，悬浮发生器410在两个提升构件420内横向居中，使得悬浮发生器410和提升构件420分开距离1110。在操作期间，悬浮发生器410的左侧和右侧的距离1110可以根据需要在一定程度上改变。如图所示，两个提升构件420形成轨道。该轨道可以视为具有大致矩形的横截面。如图所示，该轨道具有三侧(由外右提升构件422、内右提升构件424和底部件421形成)，使得顶侧露出，以允许悬浮发生器410穿过。虽然图9示出了仅仅一个轨道，但是任意数量的轨道可以具有相同的横截面构造。例如，当具有如图3所示的两个轨道时，两个轨道的每一个可以具有相似的横截面。在其它实施例中，该轨道可以由单一提升构件形成。

如图所示，悬浮发生器410包括至少一个细长磁极1102、1104。如图所示，具有两个细长磁极1102、1104。在其它实施例中，也可以实现两个以上的细长磁极1102、1104。下面提供了细长磁极1102、1104的其它实施例。

图10是位于示例性悬浮发生器410内的磁极1102、1104和由磁极1102、1104产生的与示例性悬浮构件420相互作用的磁通1160的说明性实例。如图所示，具有两个细长磁源1102、1104。上细长磁源1102已经被贴上标签来注明此处使用的尺寸。上细长磁源1102具有作为其最大尺寸的长度1130。上细长磁源1102还具有宽度1140和高度1150。如图所示，细长磁源1102所具有的长度显著大于高度1150或宽度1140的任一者。在如图所示的至少一个实施例中，上细长磁源1102可以具有位于左侧的北极1103和位于右侧的南极1105(线1101表示两个磁极的分隔)。下细长磁源1104可以具有位于左侧的南极1113和位于右侧的北极1115(线1111表示两个磁极的分隔)。当磁极如上所述取向时，由磁源1102、1104生成磁通线1160。在其它实施例中，只有单一磁源可以存在。在另外的其它实施例中，磁极方向可以关于上述磁极方向颠倒。

另外如图所示，所述至少一个悬浮发生器410具有至少一个磁极面1102、1104。所述至少一个磁极面1102、1104产生提升磁通场1160，并且提升构件420的至少一部分与来自悬浮发生器410的磁通场1160相交。在所述至少一个悬浮发生器410相对于所述至少一个提升构件420移动的情况下，悬浮发生器410可使电涡流形成于提升构件420的至少一部分内。在至少一个实施例中，提升力可取决于相对于细长磁极1102、1104的宽度1140和高度1150而言的所述至少一个细长磁极1102、1104的长度1130，其中，当长度1130与宽度1140和高度1150相比更大时提升力增大。因此，当对于给定的宽度1140和高度1150增大细长磁极1102、1104的长度时，提升力增大。在至少一个实施例中，相对于给定长度减小宽度1140和高度1150并不会导致增大的提升力。

悬浮发生器410如图10所示可以成形为长方体构件。在其它实施例中，悬浮发生器410可以呈其它形状，使得它是不规则的形状，但具有长度比宽度或高度大的尺寸。在所示实施例中，长方体构件可以构造为与提升构件420磁性地结合。此外，长方体构件可具有构造成产生用于与提升构件420的至少一部分相交的提升磁通场1160的至少一个磁极1102、1104。

当细长磁极1102、1104相对于提升构件420移动时，由细长磁极1102、1104所产生的提升磁通场1160穿过提升构件420并延伸到提升构件420之外，如图所示。提升磁通场1160取决于将在下文关于图11A和11B进行说明的多种因素。

图11A和11B是悬浮发生器410和一个或多个细长磁极1102、1104的说明性实例。在图11A中，示出了具有两个细长磁极1102，1104的悬浮发生器410。如图所示，具有上细长磁极1102和下细长磁极1104。上细长磁极1102和下细长磁极1104包括多个磁性元件1161。所述多个磁性元件1161布置为形成所述细长磁极。如图所示，所述多个磁性元件1161成行布置。在其它实施例中，磁性元件1161可以布置成曲线阵列或其它形状。

为了提供更清晰的图，图11B被提供来显示单一细长磁极1102，但细长磁极1102、1104两者将以类似的方式起作用。当悬浮发生器410相对于提升构件420移动时，悬浮发生器410(在图11A示出)可使电涡流形成于至少一个提升构件420的至少一部分内。悬浮发生器410的相对运动可以利用本文描述的驱动发生器510(图5中示出)和驱动构件520(在图5中示出)而产生。电涡流可取决于表示所述至少一个悬浮发生器410相对于所述至少一个提升构件420的运动方向的方向速度矢量V_TRAVEL和悬浮发生器410的至少一个磁极1102的轴线1220之间的角度(α)。悬浮发生器410产生取决于悬浮发生器410和对应的提升构件420之间的相对速度的提升力(F_L)。在至少一个实施例中，所产生的提升力(F_L)可以与悬浮发生器410相对于提升构件420的相对位置无关。例如，当悬浮发生器410相对于提升构件420上升时，提升力(F_L)可以保持不变。在另一个实例中，当悬浮发生器410横向靠近提升构件420时，提升力(F_L)可保持不变。

如图11B所示，细长磁极1102与提升构件420相关地被示出。如图所示，细长磁极1102以速度(V_TRAVEL)在行进方向上移动。可以由：V_N＝sin(α)*V_TRAVEL计算细长磁极1102的法向速度(V_N)，其中α是行进方向和细长磁极1102的长轴1220之间形成的角度。对于给定构造的细长磁极1102，可以推导出法向速度常数K_FN和峰值速度V_PEAK。一旦知道K_FN和V_PEAK的值，可以使用下列公式F_N＝K_FN*(V_N*V_PEAK)/(V_N^2+V_PEAK^2)确定法向力(F_N)。一旦计算出法向力(F_N)，可以用下面的公式：F_L＝cos(α)*F_N；F_D＝sin(α)*F_N来确定提升力(F_L)和阻力(F_D)。在一些典型的操作条件下，角度α的值较小，所以F_L接近F_N，而F_D是F_N的一小部分。此外，在一些典型的操作条件下，V_N的值比V_PEAK的值小得多，所以F_N大约为K_FN*V_N，F_L大约为cos(α)*sin(α)*K_FN*V_TRAVEL，F_D大约为sin(α)*sin(α)*K_FN*V_TRAVEL。因此，可以理解的是，较小的迎角(α)增大了升阻比。

鉴于前述公式，可以应用下面的陈述。当细长磁极1102、1104相对于相对运动的方向被定向在一角度处时，在与相对运动的方向垂直的方向上产生法向力分量。该法向力F_N具有在提升方向F_L上以及在阻力方向F_D上的分量。F_L为cos(α)*F_N，并且在α的典型的较低值下非常接近于F_N。F_D为sin(α)*F_N，并且通常是F_N的一小部分。另外，角度(α)可以是基于磁力与法向速度常数K_FN的比值、悬浮发生器410和提升构件420之间的相对速度，以及所需的提升力的预定角度。在另一实施例中，该角度是基于磁力与法向速度常数K_FN的比值、至少一个悬浮发生器410和至少一个提升构件420之间的相对速度，以及所需的提升力的可变角度。提升力可取决于细长磁极1102、1104相对于所述至少一个提升构件420的速度(V_TRAVEL)，其中，更高的速度(V_TRAVEL)产生更大的提升力(F_L)。

图12是根据示例性实施例的可选悬浮发生器1310和对应的悬浮构件420的另一说明性实例。悬浮发生器1310与上述悬浮发生器的不同之处在于，与上述为外凸型(male)构造的悬浮发生器相比，悬浮发生器1310相对于提升构件420构造成内凹型(female)布置。在内凹型悬浮发生器1310中，提升构件420构造成插在悬浮发生器1310的两侧之间。悬浮发生器1310可以具有以与上述磁极类似的方式操作的两个细长磁极1312。在内凹型构造中，悬浮发生器1310通过使磁通穿过提升构件420到达悬浮发生器1310的其它部分而产生力。与外凸型悬浮发生器相比，实施内凹型悬浮发生器1310可以导致更高水平的磁通密度穿过提升构件和增大的悬浮力。

如图所示，内凹型悬浮发生器1310在行进方向1320上移动。与上述外凸型悬浮发生器一样，内凹型悬浮发生器1310可以定向在角度(β)处，以按上述类似的方式产生提升力。如图所示，角度(β)形成在内凹型悬浮发生器1310的轴线和行进方向1320之间。

图13是图12的悬浮发生器1310和对应提升构件420的示例性实例，其中，第一悬浮发生器1310经由铰接接头1340结合到第二悬浮发生器1330。在至少一个实施例中，所述多个悬浮发生器1310、1330的至少一部分可经由至少一个铰接接头1340结合到彼此上。如上所述，在所述至少一个悬浮发生器1310相对于所述至少一个提升构件420移动的情况下，悬浮发生器1310使电涡流形成于提升构件420的至少一部分内。电涡流可取决于表示所述悬浮发生器1310相对于所述提升构件420的运动方向的方向矢量1320和悬浮发生器1310的至少一个磁极面的轴线1312之间的角度(β)。涡流还取决于铰接接头1340的铰接度。虽然关于内凹型悬浮发生器1310示出了铰接接头1340，但是可以利用包括外凸型悬浮发生器的上述任一种悬浮发生器实现铰接接头1340。此外，虽然示出了仅仅单一内凹型悬浮发生器1310，但是在至少一个实施例中可以实现多个内凹型悬浮发生器1310。在另外的其它实施例中，一个或多个内凹型悬浮发生器1310可以与一个或多个外凸型悬浮发生器410一起实施。如图所示，第一悬浮发生器1310和第二悬浮发生器1330的两个端部相邻表面之间形成有角度(θ)。可以通过所述至少一个铰接接头1340允许第一悬浮发生器1310相对于第二悬浮发生器1330运动的量来控制角度(θ)。

图14是块1400中的多个磁性元件1420的示例性布置。虽然图14中示出了块1400，但是可以关于磁性元件的上述布置中的任何一个来实现磁性元件1420的布置。如图所示，具有磁性元件的两行1422、1424。磁性元件的两行1422、1424中的每一行可以布置成使得一行中的每个磁性元件1420具有相同的磁极露出在外表面上。在至少一个实施例中，磁性元件1420可以布置在背衬构件1410上。背衬构件1410可以由与磁性元件不同的材料制成。在至少一个实施例中，背衬构件1410允许磁通穿过。此外，可以设置磁惰性间隔物1440来将第一行与第二行隔开。磁通线1430被示出用于说明目的，并且可以呈其它形状。

图15是用于与本文提出的其中一个驱动发生器510(图5中示出)协同作用的示例性π形磁性布置。π形磁性元件1520设计为配合在形成于块1500中的槽1510内。槽1510可以成形为允许移除π形(pi)磁性元件1520。π形磁性元件1520具有两个突出构件1522和1524，每个突出构件1522、1524可以具有与其相配的不同磁极。图15提出的π形磁性元件布置可以利用需要磁性元件的上述布置的任一种来实现。

如本文所指出，本发明考虑控制器的使用。该控制器可以实现一个或多个能执行存储在介质中的指令的处理器。本发明的范围内的实例还可以包括有形的和/或非临时性的计算机可读存储介质，用于承载或具有存储在其上的计算机可执行指令或数据结构。这种非临时性计算机可读存储介质可以是能够由通用或专用计算机访问的任何可用介质，包括上述任何专用处理器的功能设计。举例说明，而非限制性地，这种非临时性计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或者可以用于承载或存储呈计算机可执行指令、数据结构或处理器芯片设计的形式的所需程序代码工具的任何其它介质。当信息通过网络或另一通信连接(硬连线、无线或其组合)传输或提供到计算机时，计算机将该连接适当地视为计算机可读介质。因此，任何这种连接被适当地称为计算机可读介质。上述组合也应包括在计算机可读介质的范围之内。

例如，计算机可执行指令包括使通用计算机、专用计算机、或专用处理设备执行某一功能或功能组的指令和数据。计算机可执行指令还包括由处于单机或网络环境中的计算机执行的程序模块。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、组件、数据结构、对象和专用处理器的设计中固有的函数等。计算机可执行指令、相关数据结构和程序模块代表用于执行本文所公开的方法的步骤的程序代码工具的实例。这种可执行指令或相关数据结构的特定序列代表用于在这些步骤中实现所述功能的对应行为的实例。

上述各种实施例由仅举例说明的方式提供，不应该被解释为限制本发明的范围。例如，本文的原理不仅适用于运输系统，而且可以与其它系统一起实施该技术的一个或多个部件。本领域的技术人员将容易地认识到，在不遵循本文举例说明和描述的示例性实施例和应用的情况下，且在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本文所述的原理进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种悬浮发生器，其构造成关于导轨的提升构件提升相结合的车辆，所述悬浮发生器包括：

长度大于宽度或高度的构件，所述构件具有构造成产生用于与所述提升构件的至少一部分相交的提升磁通场的至少一个细长磁极；并且

所述至少一个细长磁极被定向为相对于所述至少一个悬浮发生器与所述至少一个提升构件的相对运动方向成一角度，使得在与相对运动方向垂直的方向上产生提升力分量。

2.根据权利要求1所述的悬浮发生器，其中，所述悬浮发生器包括多个磁源。

3.根据权利要求1或2所述的悬浮发生器，其中，所产生的提升磁通场与所述至少一个悬浮发生器相对于对应的至少一个提升构件的相对位置无关。

4.根据权利要求1或2所述的悬浮发生器，其中，所述提升力取决于相对于所述细长磁极的给定宽度和给定高度而言的所述至少一个细长磁极的长度，其中，当长度与给定宽度和高度相比更大时所述提升力增大。

5.根据权利要求1或2所述的悬浮发生器，其中，所述至少一个细长磁极包括成行布置的多个磁性元件。

6.一种导轨，包括：

至少一个提升构件；

所述至少一个提升构件构造成接收由对应的至少一个悬浮发生器产生的悬浮磁通，其中所述悬浮磁通取决于所述至少一个悬浮发生器相对于所述至少一个提升构件的速度和角度而改变。

7.一种运输设备，包括：

至少一个悬浮发生器，其构造成产生悬浮磁通；

至少一个提升构件，其中所述至少一个悬浮发生器中的一个悬浮发生器构造成相对于对应的至少一个提升构件移动；

所述至少一个悬浮发生器产生取决于所述至少一个悬浮发生器和对应的至少一个提升构件之间的相对速度的提升力；

所述悬浮发生器和所述提升构件相对于彼此被定向和分开。

8.根据权利要求7所述的运输设备，其中，所述至少一个悬浮发生器中的一个悬浮发生器能在角度上相对于对应的至少一个提升构件改变。

9.根据权利要求8所述的运输设备，其中，所述角度能取决于所述相对速度而改变，以产生均匀的提升。