CN107208382A - 磁悬浮导轨运输系统中的垂直切换 - Google Patents

Abstract

用于磁悬浮运输系统的轨道开关，包括轨道的主干段、轨道的上分支段、轨道的下分支段、以及分岔区域。分岔区域具有从主干段伸出并且分成上轨条和下轨条的共同延伸且间隔开的轨条，上轨条延伸至上分支段，下轨条延伸至下分支段，因此与轨条接合并且在主干段进入开关的车辆被引导并且磁悬浮至上分支段或下分支段中选择的一个。

Description

磁悬浮导轨运输系统中的垂直切换

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年9月5日提交的第62/046843号美国临时申请的优先权，其全文以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明通常涉及车辆在磁悬浮导轨运输系统中的可选路径之间的切换。

背景技术

相比常规的在轨条上的轮子，悬浮可以提供优势。悬浮可以是磁悬浮。磁悬浮通常具有较低的或零机械摩擦，因此在悬浮系统中的部件不会由于接触导致磨损。磁悬浮可以在很大的速度范围上运行，并且在运行中，它产生相对较低的噪声水平。

磁悬浮可以被应用于传统的大型铁路系统架构，以及单轨或个人快速交通（PRT）系统。磁悬浮可以将主动或被动的磁相互作用用于悬浮和定心功能，并且可以将感应或同步的磁相互作用用于推进。例如，网络化的导轨运输系统可以使用永磁体耦合来提供随运动而被动产生的主要升程，并且可以使用电动排斥来产生在大多数运行速度下的定心力，同时将线性运动功能与电动定心功能结合。参见，例如，在2009年7月21日发表的WambleIII 等人的第7562628号美国专利，以及在2012年5月8日发表的Wamble III 等人的第8171858号美国专利，它们以引用的方式并入本文。推进装置既可以与悬浮装置集成，也可以与悬浮装置分离。

例如，在2013年1月3日公开的Wamble III的国际公布WO 2013/003387 A2中描述了与悬浮装置分离的推进装置，其以引用的方式并入本文。车辆悬浮由一个或多个悬浮装置（例如，在WO 2013/003387 A2的图2、3、4、9、10、11A、11B中的410）所支撑，并且每个悬浮装置具有一个或多个细长磁极。当车辆与轨道接合时，每个细长磁极均与轨道的固定导电轨条的平坦垂直面相邻，并且细长磁极以可变角倾斜。当细长磁极沿着轨条移动时，来自细长磁极的磁场包括轨条中的涡电流，在轨条中的涡电流在细长磁极之上产生升力。在一些典型工作条件下，升力通常与倾斜的角度和车辆的速度成比例（参见WO 2013/003387 A2的说明书第[0066]到[0072]段）。

导轨开关是导轨中使得路径的分开或合并成为可能的一块。导轨开关是构造多导轨线路的导轨网络的重要的和有价值的技术特征。通过将车辆从一条线路切换到另一条线路，乘客或货物不需要被转移到在另一条线路上的另一车辆。

附图说明

图1为具有一对共同延伸的间隔开的轨条的轨道的横截面，以及与根据本发明的轨条相接合的车辆的后视图；

图2为处于轨道中的垂直切换分岔区域的图1的轨道的横截面，以及对于图1的车辆通过分岔区域时跟随下可选路径的情况下车辆的后视图；

图3为处于轨道中的垂直切换分岔区域的图1的轨道的横截面，以及对于图1的车辆通过分岔区域时跟随上可选择路径的情况下车辆的后视图；

图4为在图1中介绍的轨道中的轨道开关的透视图；

图5为在图4的轨道开关中的分岔区域的放大图；

图6为车辆的示意图，该车辆包括推进和悬浮装置，以及从车辆的左侧和右侧伸出的滚筒装置；

图7为图6中介绍的其中一个悬浮装置的透视图；

图8为带有推进装置的图7的悬浮装置与将滚筒装置安装至车辆的安装支架的组装件的透视图；

图9为其中一个图6中介绍的滚筒装置和用于将该滚筒装置安装至车辆的安装支架的组装件的透视图；

图10、11和12为在来自主干轨道的车辆进入分岔区域并且继续到开关的下分支时的时间上的连续时刻，处于图5的开关的分岔区域的轨道的侧视图；

图13、14和15为在来自主干轨道的车辆进入分岔区域并且朝向开关的上分支时的时间上的连续时刻，处于图5的开关的分岔区域的轨道的侧视图；

图16展示了来自主干轨道的车辆进入开关的分岔区域被切换到开关的上分支的控制逻辑；

图17展示了图2的变形，其中，线圈被嵌入在用于切换车辆通过开关的分岔区域的路径的轨条中；

图18展示了图3的变形，其中，线圈被嵌入在用于切换车辆通过开关的分岔区域的路径的轨条中；

图19展示了图4的变形，其中，线圈被嵌入在用于切换车辆通过开关的分岔区域的路径的轨条中；

图20为图19的轨道开关的分岔区域的放大图；

图21为轨道网络的顶视图，其中，两条平行的、共面的且相邻的轨道通过在这两条平行轨道的每条轨道中的上跨桥和轨道开关相连接；

图22为图21中介绍的轨道网络的侧视图；

图23为轨道网络的侧视图，其中，两条平行的且相邻的轨道一上一下间隔，并且通过在这两条平行轨道的每条轨道中的斜面和轨道开关向连接；

图24展示了类似于图1的可选结构，不同在于乘客或货物舱是悬挂在轨道上的；

图25展示了类似于图1的可选结构，不同在于货物集装箱被引导在轨道的两根轨条之间的外壳内；

图26展示了由两条平行的、共面的且相邻的轨道通所支撑和引导双宽度车辆的可选结构；

图27展示了图26的双宽度车辆的变形，其中，已经移除了中心的推进和悬浮装置，以致双宽度车辆不会与双平行轨道的中心轨条接合；

图28展示了悬浮装置的可选结构的截面图，该悬浮装置接合在轨条中并且具有与悬浮装置集成在一起的滚筒；

图29展示了图28中介绍的悬浮单元的透视图。

上述各实施例的仅以举例说明的方式提出，不应当被解释为对本发明的范围的限制。因此，许多这样的细节既没有被显示也没有被描述。虽然在前面的描述中已经提出了本发明的许多特点和优点，以及本发明的结构和功能的细节，但是这里的公开仅是为了说明，可以在本发明的原理内在由所附的权利要求中使用的术语的广泛含义所表明的最大程度上对细节，尤其是部件的形状、尺寸和布置，做出改变。因此可以理解的是，可以在所附的权利要求的范围内修改上述实施例。权利要求语言记载的一组中的“至少一个”表明满足权利要求的该组中的一个成员或该组中的多个成员。

具体实施方式

可以理解的是，为了说明的简单和清楚起见，在不同的附图中重复合适的附图标记以表明相应的或类似的元素。此外，为了提供对这里所述的实施例的彻底理解，提出了许多具体细节。然而，本领域技术人员可以理解的是，无需这些具体细节也可以实施这里描述的实施例。在另一方面，方法、程序和部件没有被详细描述，以免混淆被描述的相关特征。此外，描述不被认为是对这里所述的实施例的范围的限制。附图不一定是按照比例的，某些部件的比例被夸大，以便更好的说明本发明的细节和特征。

本发明针对车辆在导轨运输系统中的可选路径之间的切换，该系统包括多个轨道段，其中，每个轨道段由一对共同延伸的并且间隔的导轨条组成。在每个段中的导轨条彼此间隔恒定距离，并且通常在水平面或者倾斜面是共面的，或者以类似于传统的铁路轨道方式在曲线上倾斜。本轨道可以由一对共同延伸且间隔的导轨条组成。当设置有两根轨条和两根反应管时，该系统能够高速地运载更重的负载，因为相比于单根轨条和单根反应管，来自负载的重量和惯性力被分散在轨条的更宽广的区域上。此外，相对于与从导轨下通过的高的卡车的碰撞、地平面上导轨所在的车站中的操作、以及可位于地平面上且与导轨在同一水平上的人行道而言，行驶在共同延伸且间隔开的轨条的顶部上的车辆具有行驶稳定性、安全性的优点。

如果以类似于传统的铁路轨道的方式完成轨道的切换，那么处于开关的分岔区域的轨道段将在主干段机械地枢转以可选择地将主干段与第一分支段或第二分支段接合。此外，为了切换高速行驶的车辆，处于分岔区域的轨道段还应当具有柔韧性，这样它会有选择地弯曲一条道或另一条道，以便提供从主干段到选择的分支段的平滑过渡。本发明相对于传统轨道开关提供明显改善。

本发明不需要在轨道中使用移动部件，并且最小化了在开关分岔区域中足够的系统动态行为所需的磁体的量。在分岔区域中的轨条可以在通常垂直于轨道的平面的方向上垂直岔开，从而在分岔区域中没有轨条的交叉。该方向不必准确地垂直于通常是垂直的。例如，轨道可以是曲线形状，轨条可以在与重力正交的方向岔开。在至少一种布置中，网络的主线处于分岔区域之上的水平面，并且通过引导车辆往来主线上方或下方的车辆路径完成切换。

垂直切换与切换通过安装在车辆上的磁体的相互作用被动地磁悬浮的并且与轨条接合的高速车辆相兼容。升力是由于来自轨条中磁感应的一个或多个涡电流的力所致，因此，该力通常随车辆速度而增加，磁体和轨条可以设计为运载至少两倍的车辆在正常的运行速度下的总质量。在这种情况下，每根轨条均可以是分开的，这样轨条的每一半与另一半垂直岔开，通过分岔区域的车辆的总质量将仍然被一对的半轨条所悬浮，而不论通过分岔区域选择的路径。虽然所示实施例公开了水平运动和垂直分岔区域，但是由垂直运动和/或水平分岔区域实现本系统也在本发明的范围内。此外，虽然本发明涉及分岔区域，但是本系统还可以由会聚区域，或其他轨道合并系统（例如，两个或两个以上轨道可以变成单个轨道和/或一个以上轨道可以变成单个轨道）或其任意组合来实现。

图1展示了车辆20和轨道21的具体例子。车辆20包括乘客或货物舱22，以及支撑舱22并且设置在轨道21的两根平行间隔的水平轨条24、25之间的转向架23、轨条24、25通过在转向架23下方的枕木30相互连接。舱22的宽度小于轨条24、25之间的间距，从而在舱22和垂直分岔轨道开关（图4中的70）的上分支轨道（图4中的73）的轨条之间提供足够的间隙。悬浮和定心装置26、27、28和29设置在轨条24、25中，并且安装至转向架23。悬浮和定心装置26、27、28和29可以是被动的永磁体或电磁体，或者它们可以包括主动切换的电磁体。

磁力推进装置31、32也设置在轨道24、25中并且安装至转向架23。例如，每个磁力推进装置31、32均包括永磁体的旋转螺旋阵列，如在2013年1月3日公开的Wamble III的国家公布WO 2013/003387 A2所述，其以引用的方式并入本文。在可选的结构中，传统的电磁推进装置，如三相直线感应电动机驱动器，可以与悬浮和定心装置26、27、28、29集成。

轨条24、25、悬浮和定心装置26、27、28、29和推进装置31、32配置为使得每根轨条24、25均可以分成上半部41、42和下半部43、44，当车辆20以运行速度行驶时，车辆20可以仅由两个上半部41、42或两个下半部43、44磁悬浮。

如图2所示，车辆20由轨条下半部43、44支撑。在这种情况下，车辆20已经驶入轨道开关的分岔区域中，并且车辆已经保持在轨条下半部43、44中。在至少一个实施例中，车辆20可以包含根据行驶的所需方向选择轨条下半部43、44的逻辑。计算机可以包括存储器、包括非易失存储器的控制器、一个或多个处理器、连接至车辆20的至少一个机器构件的至少一个输出装置。

如图3所示，车辆20由轨条上半部41、42支撑。在这种情况下，车辆20已经驶入轨道开关的分岔区域中，并且车辆已经保持在轨条上半部41、42中。在至少一个实施例中，车辆20可以包含根据行驶的所需方向选择轨条上半部41、42的逻辑。计算机可以包括存储器、包括非易失存储器的控制器、一个或多个处理器、连接至车辆20的至少一个机器构件的至少一个输出装置。

图4展示了在图1中介绍的轨道中的垂直分岔轨道开关70。轨道包括与轨条24、25接合并且在轨条之间保持恒定间距的枕木30、61。轨道开关70包括主干轨道段71、分岔区域72、上分支轨道段73和下分支轨道段74。分岔区域72将主干轨道段71接合至上分支轨道段73和下分支轨道段74。

在分岔区域72中，轨条24、25逐渐垂直分为相应的上半轨条41、42和下半轨条43、44。在图4的具体例子中，轨条被分开为使得上半部41、42从直的并且水平的下半部43、44逐渐向上弯曲。在机械的转向装置76处分岔区域72结束，而分支轨道段73、74开始，如果从车辆的一侧延伸进入轨道的车辆部件（例如，图6中的连杆或图9中的滚筒226）将接触转向装置76，转向装置76会将行驶的车辆从主干轨道段71转向至上分支轨道段73或下分支轨道段74。转向装置76由上分支轨道段73的下部分和上分支轨道段74的上部分的合并构成。在图4的结构中，在车辆上没有施加用于选择车辆通过分岔区域72的路径的力，车辆将跟随直的并且水平的路径从主干轨道71进入下分支轨道74。

为了当选择进行上分支轨道的路径时将引导车辆进入上分支轨道所需的力最小化，从主干轨道71到上分支轨道73的路径的曲率具有相对大的曲率半径“R”。此外，沿着从主干轨道71到上分支轨道73的路径的曲率逐渐发生变化以减少当车辆转道至上分支轨道时的震动。例如，弯曲是抛物线的或双曲线的，而不是圆弧。

在实践中，曲率半径“R”比图4所示的曲率半径大得多，因此将车辆引导至上分支轨道73所需的力与曲率半径成反比，并且与车辆的速度的平方成正比。特别地，在图4和5中，沿着轨道的长度已经被10到100或更大的系数压缩，从而强调轨道开关70的操作特征。

在至少一个实施例中，如下将参考图6-15所述，在非常低的速度下，车辆70只以三种方式通过开关70。第一种方式是从主干轨道71到下分支轨道74。第二种是从下分支轨道74到主干轨道71。第三种是从上分支轨道73到主干轨道71。在这些情况下，车辆20将在轨条上滑行或滚动。例如，滚筒（例如，图9中的226）被安装至转向架23，并且当磁悬浮力不再支撑车辆20的重量时，这些滚筒与轨条接合和接触。这些滚筒还可以与轨条接合和接触以在车辆将会静止的乘客或货物装载平台支撑车辆的重量。此外，一些额外的轨道或支撑平台结构可以设置在这些区域中，从而允许车辆使用特殊设备来行驶在额外的轨道或支撑平台结构上。此外，额外的支撑结构（如安装至转向架23底部的轮子）可以出现在车辆将大体上或部分地停留在轨道上，或者将从轨道脱离并且停留在乘客或货物装载平台上的区域中。

例如，在图4和5中，当车辆从分支轨道段71进入分岔区域72时，车辆的悬浮装置可以向车辆施加额外的悬浮力来选择上分支路径代替下分支路径。这可以使用电子方式或机械方式完成。例如，通过使用如Wamble III的国际公布WO 2013/003387中所述的悬浮装置，这可以通过使悬浮装置倾斜以增加悬浮装置的倾斜度机械地完成。现在将参照图6到15进行说明。

图6是车辆20的顶视图，其展示了转向架23，以及从车辆的左侧和右侧伸出的推进装置31、32、33、34和悬浮装置201、202、221、222。在至少一个实施例中，推进装置31、32、33、34和悬浮装置201、202、221、222配置为使得它们可以在转向架23内可伸缩。例如，当车辆20在车站中或者乘客上下车或者货物装载或卸载所处的其他地点，推进装置31、32、33、34和悬浮装置201、202、221、222可以缩回。在这种结构中，可以在转向架23内部设置合适的屏蔽以提供增强的安全性能。在其他实施例中，推进装置31、32、33、34和悬浮装置201、202、221、222可以配置为保持在固定位置。在还有的其他实施例中，推进装置31、32、33、34和悬浮装置201、202、221、222可以配置为可变地定位，以允许对轨道结构和/或装载结构的调整。

图6还展示了从车辆20的左侧和右侧伸出的滚筒装置223、224、225、226。滚筒装置223、224、225、226配置为当车辆的速度不足以使得悬浮装置201、202、221、222将车辆悬浮时与轨道接合以支撑和引导车辆20。滚筒装置223、224、225、226还可以提供与轨道接触的点以引导在非正常状态下的车辆20。例如，在车辆以磁悬浮的运行速度行驶的正常状态下，滚筒装置223、224、225、226将不会接触轨条。

图7展示了单独的悬浮装置201。悬浮装置201包括细长的矩形板203、固定在矩形板203上并且从矩形板203的一侧突出来的中心轴208、以及固定至中心轴208的控制臂209。细长的矩形板203具有绕轴208对称布置的两个弧形孔210、211。孔210、211允许支撑杆（图6中的212、213）穿过矩形板203，从而将关联的推进装置（图6中的31）安装至转向架（图6中的23）。

为了提供升力，细长的矩形板203包括多个细长磁极202、203、204、205。例如，每个细长磁极包括一排稀土磁体，并且在每一排中，磁体的北极与板203的一侧对齐，并且磁体的南极与板20的另一侧对齐。相邻行的两极相反。例如，矩形板203由两个平行的铝板构成，并且磁体夹在两个铝板之间。

当车辆（图6中的20）以运行速度从轨道的主干轨道（图4中的71）通过开关的分岔区域（图4中的72）行驶到轨道的上分支段（图4中的73），在悬浮装置（图6中的201、202、221、222）中的细长永磁极的上半部（例如，图7中的204、205）能够通过与分岔区域中共同延伸且间隔开的轨条的上半部（图4中的41、42）磁耦合使车辆悬浮。当车辆（图6中的20）以运行速度从轨道的主干轨道（图4中的71）通过开关的分岔区域（图4中的72）行驶到轨道的下分支段（图4中的74），在悬浮装置（图6中的201、202、221、222）中的细长永磁极的下半部（例如，图7中的206、207）能够通过与分岔区域中共同延伸且间隔开的轨条的下半部（图4中的43、44）磁耦合使车辆悬浮。

图8展示了悬浮装置201和关联的推进装置31的组装件，其带有用于将悬浮装置201和推进装置31安装至车辆的转向架的安装支架214。推进装置31的位置相对于安装支架214是固定的。然而，悬浮装置201的轴208轴颈连接至安装支架214，使得悬浮装置201的位置相对于安装支架沿着轴208是轴向固定，但是悬浮装置201可以绕轴的轴线倾斜。因此，悬浮装置201可以相对于安装支架214倾斜，并且当安装支架214安装至转向架时悬浮装置201还可以相对于转向架倾斜。为了精确控制悬浮装置201的倾斜角度，在控制臂209和安装支架214之间安装有执行器215、216、217、218。

图9展示了滚筒装置225的细节。滚筒装置225包括轴颈连接至轴227的滚筒226，轴227固定至用于将滚筒安装至车辆20的转向架的安装支架228。

图10、11和12展示了在来自主干轨道71的车辆20进入分岔区域72并且继续到下分支段74时的时间上的连续时刻，处于图5的分岔区域处的车辆20和其中一个轨道24的侧视图。在这种情况下，当车辆20进入分叉区域72时，悬浮装置201、221的倾斜没有明显增加。相反，该倾斜被控制来保持车辆20水平移动，以将车辆引导至下分支轨道段74。

图13、14和15展示了在来自主干轨道71的车辆进入分岔区域72并且被引导至上分支轨道段73时的时间上的连续时刻，处于图5的分岔区域72处的车辆20和其中一个轨道24的侧视图。在这种情况下，当车辆20进入分叉区域72时，悬浮装置201、221的倾斜没有明显增加，因此车辆被提升至上分支轨道段73。该倾斜被控制来引导车辆20沿着弯曲路径从主干轨道段71到上分支轨道段73。

图16展示了启用从主干轨道段进入开关的分岔区域的车辆被切换至上分支轨道段的控制逻辑230。除非车辆从主干轨道段进入分叉区域，车辆的驾驶员或系统的管理员已经选择上分支轨道段，上分支轨道段是清洁的，并且车辆以足够速度行驶来提高所需的额外提升，控制逻辑230将不会使悬浮装置向上倾斜以将车辆引导至上分支轨道段，并且车辆平滑地行驶并得到良好的控制。在至少一个实施例中，系统可以为交通避让和/或目的地控制自动切换。速度传感器231检测车辆的速度，第一比较器232将检测到的速度与第一阈值TH1进行比较以确定车辆是否以足够的速度行驶来提供所需的额外提升。振动传感器233检测振动，第二比较器234将检测到的振动与第二阈值TH2进行比较来确定车辆是否平滑地行驶。接近度传感器235检测轨道与车辆的推进装置和悬浮装置之间的间隙，第三比较器236将间隙与第三阈值TH3进行比较来确定是否存在车辆在良好控制下行驶的足够间隙。逻辑与门237将控制输入（车辆进入分岔区域、选择上分支、并且向上分支清洁）与自比较器232、233、234的信号合并，以便当所有的控制输入和比较器具有表明将车辆从主干轨道段引导至上分支轨道段所需的所有条件都满足的逻辑高信号，启用悬浮装置的向上倾斜以将车辆引导至上分支轨道段。

还可以通过改变垂直轨道开关的分岔区域中的轨道的电气特性或机械构造，以电子方式或机械方式实现车辆从主干段进入垂直轨道开关的分岔区域的上分支或下分支选择。例如，如果车辆的悬浮装置已经没有控制升力来选择通过开关的分岔区域的路径的能力，并且运输系统将具有比轨道开关更多的车辆，那么可以改变分岔区域中的轨道的电气特性或机械构造。无需任何移动部件便可以通过改变垂直轨道开关的分岔区域中的轨道的电气特性完成上分支或下分支的选择，因此具有高可靠性和低维护的优点。场效应晶体管（FET）或绝缘栅双极型晶体管（IGFET）等电子开关可以用于改变轨道的电气特性，因此，如果控制电源失效，那么电子开关将恢复到以下状态：车辆将沿着默认路径（如为了安全起见的下方路径）直接穿过开关。

在通过在轨道中产生的电流使车辆悬浮的系统中，可以通过在轨道的轨条中设置电子线圈来改变轨道的电气特性。例如，线圈的导电线跟随在轨道开关的分岔区域中的轨条中产生的涡电流的路径。电子开关启用或禁用轨条中的线圈的回路，以便关闭或开启涡电流，因而禁用或启用轨条提升或接合在轨道开关的分岔区域中的移动车辆。图17到20展示了向图2到5的车辆轨道开关增加电子线圈53、54、55、56、57、58、59和60的例子。

图17展示了当车辆20进入轨道开关的分岔区域时，电子开关45、46、47、48处于开路状态，电子开关49、50、51、52处于闭合状态。例如，电子开关45、46、47、48包括常开增强型FET，开关49、50、51、52包括常关耗尽型FET。每个电子开关45、46、47、48分别断开轨条上半部41、42中各自的电子线圈53、54、55、56的回路，因此上提升和定心装置26、27变成与轨条上半部41、42脱离。每个49、50、51、52分别接通轨条下半部43、44中各自的电子线圈57、58、59、60的回路。线圈的回路的断开消除线圈通过电子电流（该电子电流否则将通过相邻的提升和定心装置的运动在线圈中产生）悬浮和接触相邻的提升和定心装置的能力。

图18展示了当车辆20进入轨道开关的分岔区域时，电子开关45、46、47、48处于闭合状态，电子开关49、50、51、52处于开路状态。每个49、50、51、52分别断开轨条下半部43、44中各自的电子线圈57、58、59、60的回路，因此下提升和定心装置28、29变成与轨条下半部43、44脱离。对于图18的情况，在线圈53、54、55、56中产生的涡电流提升和接合上提升和定心装置26、27，以将车辆引导至轨道开关的上分支。

图19展示了了分岔区域72包括用于选择性地引导进入分岔区域72的主干轨道71上的车辆从上分支轨道73或下分支轨道74上离开的线圈54、55。

图20展示了每个线圈54、58由沿着分岔区域72的长度的一系列线圈组成，并且每个电子开关46、50包括用于一系列线圈中的每个线圈54、58的各自的电子开关。通常，在每个线圈中的导电线的布置选择为使得导线跟随涡电流的路径，否则该涡电流已经通过车辆20的悬浮和定心装置的运动在轨条中产生。

图20还展示了用于操作电子开关46、50的控制电路238。控制电路238包括上面参照图16所述的正向路径控制逻辑230，其确定从主干轨道71向前进入轨道开关的车辆是否应当转向至上分支73。控制电路238还包括或门68，和反相器69，用于当被正向路径的与门237启用时，或者当被表明车辆反向行驶在上分支段73中并且即将进入分配区域72的信号（REVERSE_UPPER）启用时，使电子开关46闭合，并且使电子开关50开路，从而选择主干轨道71和上分支73之间路径。

虽然图17到20展示了电子线圈53、54、55、56、57、58、59和60要么处于开路要么处于短路以致线圈没有被有效供电，从而选择穿过分配区域73的路径的例子，但是可以理解的是，在一些情况下，当车辆在分岔区域中时可以向上线圈54或下线圈58施加电力，以便根据车辆增加磁悬浮力。

例如，运输系统包括指定为用于运载人类乘客的客运车辆的车辆，以及指定为不运载人类乘客的货运车辆的车辆。客运车辆的装载受重量的限制，以至于客运车辆的悬浮装置能够悬浮在直的轨道段上以运行速度行驶的满载车辆的两倍重量，因此当客运车辆处于分岔区域72中时不需要向上线圈54或下线圈58施加电力，以便引导客运车辆沿着主干轨道段71和上分支轨道段73或下分支轨道段74之间选择的行驶路径。在这种情况下，可以通过在上线圈54或下线圈58中产生的涡电流提供在分岔区域中所需的悬浮力。然而，货运车辆可以运载更大的装载量，在这种情况下，当货运车辆处于分岔区域72中时，电动势的外部源切换为与上线圈54或下线圈58串联，以向上线圈54或下线圈供电。电动势的外部源使线圈54或58中的电流的量增加超过感应的涡电流的量，从而提供额外的悬浮力来运载货运车辆的增加的负载。电动势的外部源是通过，例如，由电网供电的不间断电源提供的，不间断电源包括处于轨道开关的位置的蓄电池。

图21为轨道网络80的顶视图，其中，两条平行的、共面的和相邻的轨道81、82通过上跨桥83和在每个平行轨道中的相应的垂直引轨条道开关84、85连接。图22为轨道网络80的侧视图，其展示了上跨桥83的垂直支架86、87，还展示了上跨桥和轨道81、82之间的高度“h1”以为沿着轨道81和82行驶的车辆提供足够间隙。

在网络80中，车辆可以沿着轨道81、82中的一条轨道向两个方向行驶，无需通过轨道开关84、85转向。轨道开关84、85可以选择性地使在第二轨道82上从左往右行驶的车辆越过上跨桥83转向至第一轨道81。轨道开关84、85还可以选择性地使在第一轨道81上从右往左行驶的车辆越过上跨桥83转向至第二轨道82。

在图21和22中，来自一条轨道线路的上跨桥83连接另一条轨道线路。这样的上上跨桥还可以用于将主轨道线路连接至分支线路或局部侧线。

图23展示了另一轨道网络90的侧视图，其中，两条平行相邻的轨道91、92一上一下间隔，并且通过倾斜的轨道段93和在每个平行相邻的轨道中的相应的垂直引轨条道开关94、95连接。在图23中，这个侧视图是部分截面图，该截面图沿着沿轨道延伸并且将网络90平分的截面线，以便展示轨道91、92、93的轨条中的槽101、102、103，这些槽为车辆的悬浮、定心和推进装置与车辆的转向架之间的机械连接提供空间和间隙。

图23还展示了连接轨道91、92和93的垂直支架96、97、98。在上轨道91和下轨道92之间存在高度“h2”，从而为沿着下轨道92行驶的车辆提供足够间隙。上轨道具有枕木104、105，但是在倾斜轨道段93或开关94、95上没有枕木，从而为沿着倾斜轨道段93行驶的车辆提供间隙。倾斜轨道段93没有枕木，从而为沿着下轨道92行驶的车辆提供间隙。下轨道92具有固定间隔的枕木106、107、108、109、110、111、112、113、114。

在图23的这个网络中，车辆可以沿着上轨道91、沿着下轨道92从左往右、从右往左行驶。车辆还可以从下轨道92开始从左往右行驶上到倾斜轨道段93进入上轨道91，车辆也可以从上轨道91开始从右往左行驶下到倾斜轨道93进入下轨道92。

图23的网络90可以用于节省越过桥或穿过城市的道路空间。图23的网络还可以用于允许快速、轻载车辆超过更慢、重载的车辆。在这种情况下，更慢、重载的车辆将使用下轨道92，快速、轻载车辆将使用上轨道91作为“快车道”以超过在下轨道上的更慢的车辆。

图24展示了类似于图1的可选结构，不同在于车辆120具有悬挂在轨道122上的乘客或货物舱。车辆120具有类似于图1中所示的转向架23和悬浮、定心和推进装置的转向架123和悬浮、定心和推进装置。轨道122具有类似于图1所示的轨道24和25的一对共同延伸的且间隔的轨道124、125。

舱121的宽度小于轨道124、125之间的间距，从而在舱和垂直分岔轨道开关的下分支轨道的轨条之间提供足够的间隙。在这个例子中，枕木126在轨条的顶部连接轨条122、125。除了在垂直分岔轨道开关向上分支的位置，枕木126可以被延伸以覆盖轨条124、125的长度，从而在槽上提供进入轨条的顶板。这样的好处是防止杂物落入轨条124、125的内腔。在顶板的顶部还可以安装太阳电池板。

如果地下通道而不是上跨桥83连接轨道81和82，那么车辆120可以自由地穿过图21和22所示的这种类似的轨道网络。换句话说，整个网络80将被完全颠倒。若图23中的整个网络90被完全颠倒，那么车辆120也将穿过图23所示的这种类型的轨道网络。

图25展示了类似于图1的可选结构，不同在于车辆130没有乘客或货物舱，而是车辆的转向架131用作货物集装箱。车辆130的转向架131和悬浮、定心和推进装置类似于图1所示的转向架23和悬浮、定心和推进装置。在这个例子中，枕木132、133连接轨条134、135的顶部和底部。枕木132、133可以沿着轨条延伸，从而提供车辆130行驶所穿过的封闭的运输管。轨道网络中的分支轨道、斜面或上跨桥也可以通过这种方式封闭。这将防止杂物进入运输管，并且将防止在管中的车辆与管外的其他车辆或人之间的碰撞。

包含了垂直分岔轨道开关的轨道网络可以设计为使得网络中的一些或全部可以运输如图1、24和25所示的不同类型的车辆。车辆130是最适应的，其可以自由穿过容纳图1中的车辆20或图24中的车辆120的网络的任意部分。此外，轨道网络可以设计为通过移除枕木并且在可能的情况下用车辆20和120的乘客或货物舱可以自由穿过的拱门替代它们，从而容纳所有的图1、24和25的车辆。

图26展示了由两条平行的、共面的且相邻的轨道通141、142所支撑和引导双宽度车辆140的可选结构。车辆140具有与第一轨道141的两根轨条接合的第一转向架143、与第二轨道142的两根轨条接合的第二转向架144、以及安装至第一转向架143和第二转向架144的舱145。两个轨道141、142通过枕木146连接。包含了垂直分岔轨道开关的轨道网络可以被设计为使得网络将容纳双宽度车辆140以及单宽度车辆20、120和130。例如，这样的网络可以包括连接至轨道141或142的垂直分岔轨道开关，其中，轨道141或142将包括主干轨道段和轨道开关的上分支轨道段。在这种情况下，单宽度车辆可以从连接的轨道141、142向下转向，同时双宽度车辆将不会从连接的轨道141、142向下转向。

在类似的方式中，双宽度车辆可以构成为类似于车辆140，但是乘客或货物舱145将悬挂在枕木143、144上。换句话说，这种双宽度车辆的图可以通过颠倒图26得到。在这种情况下，包括垂直分岔轨道开关的轨道网络可以设计为通过将单宽度车辆从连接的轨道向上转向，同时双宽度车辆将不会从连接的轨道向上转向，使得该网络将容纳双宽度车辆140以及单宽度车辆20、120和130。

图27展示了双宽度车辆150的可选结构，其由两条平行的、共面的、相邻的且连接的轨道141、142的外轨条161、164而不是内轨条162、163支撑。这种可选结构150可以用在将包括顶层的双宽度轨道的网络中。在这种情况下，双宽度车辆150而非单宽度车辆可以从图27的双轨道141、142通过将顶层的双宽度轨道的轨条连接至图27所述的外轨条161和164的分岔区域转向至顶层的双宽度轨道。

图28展示了滚筒304、305与悬浮装置302集成在一起的可选结构。在这个例子中，悬浮装置302与推进装置301分开，并且悬浮装置和推进装置设置在轨条303中。通过穿过悬浮装置302的至少一个支撑杆315将推进装置301安装至车辆（未图示）。通过以如图7和8所示的方式的控制轴300将悬浮装置302安装至车辆。

在图28的例子中，悬浮装置30包括两个细长矩形金属板306、307，以至于滚筒304、305被部分地夹在这两个板之间。滚筒304、305通过各自的轴308、309和轴承310、311安装。如果磁悬浮不足以支撑车辆的重量，那么下滚筒305将支撑车辆的一部分重量。在这种情况下，下滚筒305将接触轨条303的内部下表面313。如果磁悬浮力超过车辆的重量，那么上滚筒304将接触轨条303的内部上表面312。因此，滚筒304。305提供限制止动，在由于车辆的转向架相对于轨条303太高或太低而导致悬浮装置302未能提供足够间隙的情况下，防止轨条303与推进装置301、悬浮装置302和包括控制轴300和支撑杆315的支撑结构之间的滑动接触。

在控制轴300上下和细长矩形板306、307的端部之间可以安装一对滚筒304、305。然而，如图29所示，一对后部滚筒304、305被安装在悬浮装置302的后端，一对类似的前部滚筒314、315被安装在悬浮装置302的前端。滚筒304、305、314、315占据一些空间，否则这些空间将被用于夹在金属板306、307之间的细长磁极326、317、318、319的磁体占据。在这种情况下，在悬浮装置302的每一端的滚筒都可以接触滚筒303的内部上表面312和内部下表面313，以提供对悬浮装置302的倾斜的限制止动。这样的限制止动可以实现引导车辆沿着行驶路径穿过在主干轨道段71和上分支段73之间的图4所示的垂直轨道开关70的正常过程。

据此，已经描述了用于具有由共同延伸且间隔开的轨条组成的轨道的系统的垂直引轨条道开关。该垂直引轨条道开关有很多性能优点，包括：减少或消除移动部件、降低控制系统的复杂度、降低动态行为的复杂度、减少磁体量、允许顶部行驶结构和底部行驶结构、提供地面导轨和与导轨在同一水平上的人行道、允许车辆低于悬浮速度行驶的自由滚动状态、以及在单一系统中能够兼容不同类型的车辆。

Claims (37)

1.用于悬浮运输系统的轨道开关，包括：

轨道的主干段，其配置为接收一个或多个悬浮发生器；

轨道的上分支段，其配置为选择性地接收所述一个或多个悬浮发生器；

轨道的下分支段，其配置为选择性地接收所述一个或多个悬浮发生器；以及

分岔区域，其将所述主干段机械连接至所述上分支和所述下分支，所述分岔区域具有从所述主干段伸出的共同延伸且间隔开的轨条，所述轨条分成延伸至所述上分支的上轨条，和延伸至所述下分支段的下轨条；

其中，所述下轨条和所述上轨条中的每一个均配置为容纳所述一个或多个悬浮发生器中的至少一个，并且与相应的一个或多个悬浮发生器配合以在所述悬浮运输系统的车辆上产生悬浮力，使得所述一个或多个悬浮发生器不会接触所述上分支或所述下分支。

2.根据权利要求1所述的轨道开关，其特征在于，所述下轨条相对于所述主干段形成小于五度的角。

3.根据权利要求1所述的轨道开关，其特征在于，所述轨条在所述分岔区域中被分成两半。

4.根据权利要求1所述的轨道开关，其特征在于，所述分岔区域还包括机械的转向器，所述转向器用于当所述车辆接触所述转向器时，使从所述主干段驶入的车辆转向至所述上分支段或所述下分支段。

5.根据权利要求1所述的轨道开关，其特征在于，所述分岔区域包括安装至所述轨条的电导线线圈，以及电连接至所述线圈的电子开关，所述电子开关用于选择所述车辆在所述主干段和所述上分支段或所述下分支段之间的行驶路径。

6.根据权利要求5所述的轨道开关，其特征在于，所述电子线圈包括安装至所述上轨条的第一组线圈，以及安装至所述下轨条的第二组线圈。

7.根据权利要求6所述的轨道开关，其特征在于，所述电子开关包括第一组开关和第二组开关，所述第一组开关电连接至所述第一组线圈，以使所述第一组线圈短路，从而选择在所述主干段和所述上分支段之间的行驶，所述第二组开关电连接至所述第二组线圈，以使所述第二组线圈短路，从而选择在所述主干段和所述下分支段之间的行驶。

8.根据权利要求5所述的轨道开关，其特征在于，在缺乏用于控制所述电子开关的电源的情况下，所述第一组开关具有开路状态，而在缺乏用于控制所述电子开关的电源的情况下，所述第二组开关具有闭合状态。

9.根据权利要求1所述的轨道开关，其特征在于，所述上轨条或所述下轨条中的至少一个在所述分岔区域中具有一弯曲度。

10.根据权利要求1所述的轨道开关，其特征在于，还包括开关控制器和第一比较器，所述开关控制器用于选择所述上分支段和所述下分支段中的一个，所述开关控制器包括用于在所述主干段检测进入所述轨道开关的车辆的速度的车辆速度传感器，所述第一比较器电连接至所述速度传感器，用于将检测到的车辆的速度与第一阈值进行比较，并且当检测到的速度没有超过所述第一阈值时，选择所述下分支段。

11.根据权利要求10所述的轨道开关，其特征在于，所述开关控制器还包括控制逻辑，所述控制逻辑用于为在上分支段进入所述轨道开关的车辆选择所述上分支段。

12.根据权利要求10所述的轨道开关，其特征在于，所述开关控制器还包括振动传感器和第二比较器，所述振动传感器用于在所述主干段检测进入所述轨道开关的车辆的振动，所述第二比较器电连接至所述振动传感器，用于将检测到的车辆的振动与第二阈值进行比较，并且当检测到的振动超过所述第二阈值时，选择所述下分支段。

13.根据权利要求10所述的轨道开关，其特征在于，所述开关控制器还包括接近度传感器和第三比较器，所述接近度传感器用于在所述主干段检测所述轨道开关的所述轨道和进入所述轨道开关的所述车辆之间的间隙，所述第三比较器电连接至所述接近度传感器，用于将检测到的间隙与第三阈值进行比较，并且当检测到的间隙没有超过所述第三阈值时，选择所述下分支段。

14.用于磁悬浮运输系统的轨道开关，所述轨道开关包括：

轨道的主干段；

轨道的上分支段；

轨道的下分支段；以及

分岔区域，其将所述主干段机械连接至所述上分支和所述下分支，所述分岔区域具有从所述主干段伸出的、共同延伸且间隔开的轨条，所述轨条分成延伸至所述上分支的上轨条，和延伸至所述下分支段的下轨条，以便当与所述轨条接合的车辆从所述上分支段行驶至所述主干段、从所述下分支段行驶至所述主干段、以及从所述主干段行驶至选自所述上分支段和所述下分支段中的一个时，使得该车辆被引导和被磁悬浮。

15.根据权利要求14所述的轨道开关，其特征在于，所述轨条在所述分岔区域中被分成两半。

16.根据权利要求14所述的轨道开关，其特征在于，所述分岔区域还包括机械的转向器，所述转向器用于当所述车辆接触所述转向器时，使得从所述主干段驶入的车辆转向至所述上分支段或所述下分支段。

17.根据权利要求14所述的轨道开关，其特征在于，所述分岔区域包括安装至所述轨条的电导线线圈，以及电连接至所述线圈的电子开关，所述电子开关用于选择所述车辆在所述主干段与所述上分支段或所述下分支段之间的行驶路径。

18.根据权利要求17所述的轨道开关，其特征在于，所述电子线圈包括安装至所述上轨条的第一组线圈，以及安装至所述下轨条的第二组线圈。

19.根据权利要求18所述的轨道开关，其特征在于，所述电子开关包括第一组开关和第二组开关，所述第一组开关电连接至所述第一组线圈，以使所述第一组线圈短路，从而选择在所述主干段和所述上分支段之间的行驶，所述第二组开关电连接至所述第二组线圈，以使所述第二组线圈短路，从而选择在所述主干段和所述下分支段之间的行驶。

20.根据权利要求17所述的轨道开关，其特征在于，在缺乏用于控制所述电子开关的电源的情况下，所述第一组开关具有开路状态，而在缺乏用于控制所述电子开关的电源的情况下，所述第二组开关具有闭合状态。

21.根据权利要求14所述的轨道开关，其特征在于，所述上轨条或所述下轨条中的至少一个在所述分岔区域中具有一弯曲度。

22.根据权利要求14所述的轨道开关，其特征在于，还包括开关控制器和第一比较器，所述开关控制器用于选择所述上分支段和所述下分支段中的一个，所述开关控制器包括用于在所述主干段检测进入所述轨道开关的车辆的速度的车辆速度传感器，所述第一比较器电连接至所述速度传感器，用于将检测到的车辆的速度与第一阈值进行比较，并且当检测到的速度没有超过所述第一阈值时，选择所述下分支段。

23.根据权利要求22所述的轨道开关，其特征在于，所述开关控制器还包括控制逻辑，所述控制逻辑用于为在上分支段进入所述轨道开关的车辆选择所述上分支段。

24.根据权利要求22所述的轨道开关，其特征在于，所述开关控制器还包括振动传感器和第二比较器，所述振动传感器用于在所述主干段检测进入所述轨道开关的车辆的振动，所述第二比较器电连接至所述振动传感器，用于将检测到的车辆的振动与第二阈值进行比较，并且当检测到的振动超过所述第二阈值时，选择所述下分支段。

25.根据权利要求22所述的轨道开关，其特征在于，所述开关控制器还包括接近度传感器和第三比较器，所述接近度传感器用于在所述主干段检测所述轨道开关的所述轨道和进入所述轨道开关的所述车辆之间的间隙，所述第三比较器电连接至所述接近度传感器，用于将检测到的间隙与第三阈值进行比较，并且当检测到的间隙没有超过所述第三阈值时，选择所述下分支段。

26.磁悬浮运输系统，包括至少一个车辆、多个轨道段、以及连接所述多个轨道段的至少一个轨道开关，每个轨道段包括共同延伸且间隔开的轨条，所述轨条用于与所述车辆接合以引导和磁悬浮所述车辆，所述至少一个轨道开关包括轨道的主干段、轨道的上分支段、轨道的下分支段、以及将所述主干段机械地连接至所述上分支段和所述下分支段的分岔区域，并且所述至少一个轨道开关具有从所述主干段伸出并且分成上轨条和下轨条的、共同延伸且间隔开的轨条，所述上轨条延伸至所述上分支段，所述下轨条延伸至所述下分支段，以至于当车辆从所述上分支段行驶至所述主干段、从所述下分支段行驶至所述主干段、以及从所述主干段行驶至选自所述上分支段和所述下分支段中的一个时，使得所述车辆与所述轨条接合并且被引导和被磁悬浮。

27.根据权利要求26所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述车辆包括设置在所述共同延伸且间隔开的轨条之间的转向架，以及安装至所述转向架的舱，所述舱的宽度小于所述轨条之间的间距，以在所述舱和位于所述上分支段和所述下分支段中的至少一个中的所述轨条之间提供间隙。

28.根据权利要求26所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述主干段和所述下分支段是轨道的主线路的一部分，所述上分支段倾斜和延伸至轨道的上跨桥。

29.根据权利要求26所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述分岔区域还包括机械的转向器，所述转向器用于当所述车辆从所述主干段行驶至所述上分支段或所述下分支段，并且所述车辆接触所述转向器时，使所述车辆转向。

30.根据权利要求26所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述分岔区域包括安装至所述轨条的电导线线圈，以及电连接至所述线圈的电子开关，所述电子开关用于选择所述车辆在所述主干段和所述上分支段或所述下分支段之间的行驶。

31.根据权利要求26所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，还包括开关控制器和第一比较器，所述开关控制器用于选择所述上分支段和所述下分支段中被选择的一个，所述开关控制器包括用于在所述主干段检测当所述车辆进入所述轨道开关时所述车辆的速度的车辆速度传感器，所述第一比较器电连接至所述速度传感器，用于将检测到的车辆的速度与阈值进行比较，并且当检测到的速度没有超过所述阈值时，选择所述下分支段。

32.根据权利要求26所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述至少一个车辆包括滚筒，所述滚筒安装至所述至少一个车辆，当所述至少一个车辆没有被磁悬浮时，所述滚筒接触所述轨条并且支撑所述至少一个车辆。

33.根据权利要求26所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述至少一个车辆包括磁悬浮装置，每个磁悬浮装置具有用于悬浮所述至少一个车辆的细长永磁极，当所述至少一个车辆以运行速度从轨道的所述主干段穿过所述分岔区域至轨道的所述上分支段时，所述细长永磁极的上半部能够通过该细长永磁极的上半部与所述分岔区域中的所述共同延伸且间隔开的轨条的上半部之间的磁耦合使所述至少一个车辆悬浮，而当所述至少一个车辆以运行速度从轨道的所述主干段穿过所述分岔区域行驶至轨道的所述下分支段时，所述细长永磁极的下半部能够通过该细长永磁极的下半部与所述分岔区域中的所述共同延伸且间隔开的轨条的下半部之间的磁耦合使所述至少一个车辆悬浮。

34.根据权利要求33所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述磁悬浮装置包括滚筒，所述滚筒安装至所述磁悬浮装置，当所述至少一个车辆没有被磁悬浮时，所述滚筒接触所述轨条并且支撑所述至少一个车辆。

35.根据权利要求33所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，每个悬浮装置均安装至所述至少一个车辆，以便使得所述每个悬浮装置相对于所述至少一个车辆具有可变的倾斜，所述至少一个车辆包括在所述每个悬浮装置和所述至少一个车辆之间机械连接的执行器，所述执行器用于改变所述每个悬浮装置相对于所述至少一个车辆的倾斜，从而当所述至少一个车辆进入位于轨道的所述主干段处的至少一个轨道开关时，选择从所述主干段到所述上分支段的行驶路径，或从所述主干段到所述下分支段的行驶路径。

36.根据权利要求35所述的磁悬浮运输系统，其特征在于，所述每个悬浮装置包括安装至所述每个悬浮装置的前上下滚筒对和后上下滚筒对，其用于接触所述轨条的内部上表面和内部下表面，从而为所述每个悬浮装置的倾斜提供限位止动。

37.用于悬浮运输系统的轨道开关，包括：

轨道的主干段，其配置为接收一个或多个悬浮发生器；

轨道的上分支段，其配置为选择性地接收所述一个或多个悬浮发生器；

轨道的下分支段，其配置为选择性地接收所述一个或多个悬浮发生器；以及

合并区域，其将所述上分支和所述下分支机械连接至所述主干段，所述分岔区域具有共同延伸且间隔开的轨条，包括从所述上分支段延伸至所述主干段的上轨条，以及从所述下分支段延伸至所述主干段的下轨条；

其中，所述下轨条和所述上轨条中的每一个均配置为容纳所述一个或多个悬浮发生器中的至少一个，并且与相应的一个或多个悬浮发生器配合以在所述悬浮运输系统的车辆上产生悬浮力，使得所述一个或多个悬浮发生器不会接触所述上分支或所述下分支。