CN107249926B - 用于运输系统的悬浮控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种运输设备，其具有至少一个悬浮发生器和至少一个驱动发生器。该至少一个悬浮发生器配置为产生悬浮磁通量、在相应的至少一个提升构件内移动、以及响应于悬浮磁通量相对于至少一个提升构件提升到静止位置的上方。该至少一个驱动发生器配置为产生驱动磁通量、在相应的至少一个驱动构件内移动、以及响应于驱动磁通量相对于至少一个驱动构件横向地移动。至少一个悬浮发生器的至少一部分相对于至少一个驱动发生器可移动。

Description

用于运输系统的悬浮控制系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年9月8日提交的第62/047624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
本发明涉及一种用于运输系统的悬浮系统，更具体地，涉及一种可以包括驱动系统的、用于运输系统的悬浮系统。
背景技术
磁悬浮系统通常被设计为通过利用两个物体之间的吸引或排斥来进行悬浮的系统。这些磁悬浮系统依赖于两个物体的间隔，从而如果两个物体的间距改变的话，由磁体产生的作用在每个物体上的力也改变。此外，在通过轨道在例如，火车上实现磁悬浮的系统中，需要轨道大致水平。由此，如果由于天气或火车和轨道的重量导致地面随着时间变化的话，将不得不对轨道进行修理。
与轨道上的传统的轮子相比，磁悬浮可以提供优势。通常，磁悬浮具有较低的机械摩擦或零摩擦，因此悬浮系统中的零部件不会由于接触而磨损。磁悬浮具有宽的可以运行的速度范围，并且在运行中，磁悬浮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相对运动被动的主要升程，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Wamble III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)。
附图说明
将参照附图仅以示例的方式对本发明的实施方式进行描述，其中：
图1是根据示例性实施例的包括悬浮发生器和具有接合部的导轨的运输设备的等轴侧视图；
图2是包括有驱动构件和导轨的运输设备的具体示例的截面图；
图3是悬浮发生器和提升构件的示例性实施例的截面图；
图4是根据示例性实施例的悬浮发生器的电磁阵列控制器的示意图；
图5是根据示例性实施例的电磁悬浮发生器的示意图；
图6是电磁悬浮发生器和提升构件的第二个示例性实施例的截面图；
图7是根据示例性实施例的具有可滑动轴的悬浮发生器的示意图，该可滑动车轴配置为改变俯仰；
图8是根据示例性实施例的具有可枢转部分的悬浮发生器的示意图，该可枢转部分配置为改变俯仰；
图9是根据示例性实施例的可枢转地连接至偏摆车轴的悬浮发生器的示意图；
图10是根据示例性实施例的可枢转地连接至俯仰车轴的悬浮发生器的示意图；
图11是根据示例性实施例的具有可枢转的纵倾调整片的悬浮发生器的示意图，其中该悬浮发生器的示意图配置为调节偏摆，从而改变俯仰；
图12是根据示例性实施例的、具有可枢转的纵倾调整片来改变俯仰的悬浮发生器的示意图；
图13是根据示例性实施例的连接至车轴和相应的提升构件的可弯曲的悬浮发生器的示意图；
图14是根据示例性实施例的连接至车轴和相应的提升构件的可枢转的悬浮发生器的示意图；
图15是根据示例性实施例的车轴连接件的等轴侧视图；以及
图16是使用运输设备的方法的流程图。
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
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。
现在将提出适用于整个说明书的若干个定义。本文中所使用的术语“悬浮”指的是在物体之间不存在机械接触的情况下，物体相对于另一个物体的提升和悬置。“悬浮力”是提供悬浮的力。悬浮力可以沿垂直方向(与重力方向相反的方向)作用，但本领域的技术人员将会意识到的是，相同的力可以用于沿横向方向或沿既具有垂直部件也有横向部件的某个方向移动或定位两个物体。归纳而言，本文中所使用的术语“悬浮”和“悬浮力”分别指的是无接触定位和沿与行进的主要方向大致正交的方向上两个物体之间的力。正如本文中进一步使用的，“悬浮磁通量”和“悬浮力”是可互换的并且指的是相同的元件。“悬浮发生器”是配置为产生波与提升构件相互作用以使可移动物体相对于固定物体悬浮的磁波的装置。
“驱动力”指的是一个物体相对于另一个物体加速、保持运动或减速所需要的力。如本文中所使用的，“驱动力”意味着与行进的主要方向大致一致的力，不会受到两个物体之间的机械接触的影响。如本文中进一步使用的，“驱动磁通量”和“驱动力”是可互换的并且指相同的元素。“驱动发生器”是配置为产生与驱动构件相互作用以相对于固定物体驱动可移动物体的磁波的装置。
“导轨”是提供用于汽车、车辆、转向架、运输设备能沿着其移动的路径的装置或结构。如本文中所使用的，术语导轨和轨道是可互换的并且指的是相同的元素。汽车指的是配置为可沿着导轨行进的装置。汽车可以至少部分地封闭，完全封闭或具有能安置物体或人员于其上的表面。汽车可以与转向架相连接，转向架依次与导轨相连接。转向架可以是汽车的整体部件或者是能与汽车相连接的分离部件。本文中所使用的转向架不必包括轮子，而是配置为与导轨相接合。
“连接”指的是两个物体的链接或连接。连接可以是直接的或间接的。间接的连接包括通过一个或多个中间物体将两个物体进行连接。连接还可以指电连接或机械连接。连接还可以包括没有物理接触的磁链接。“大致”指的是元素基本上符合具体的尺寸、形状或其他大致改变的词语，从而成分不需要是精确的。例如，大致圆柱形的意味着物体类似于圆柱体，但可以与圆柱体有一个或多个偏差。术语“包括”意味着“包括但不必限制于”，它特别地表明开放式的包含或所描述的组合、组、系列等的成员。“磁源”是天然地产生磁场或能感应以产生磁场的任何材料。例如，磁源可以包括永磁体、电磁体、超导体或产生磁场或能感应以产生磁场的任何其他材料。术语“俯仰”定义为相对于水平轴线迎角的增加或减小。术语“偏摆”定义为绕垂直轴线的扭曲或摆动。
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。例如，A、B和C中的至少一个表明组分可以是仅有A、仅有B、仅有C、A和B、A和C、B和C、或A、B和C。
导轨开关是使路径分开或合并成为可能的导轨工件。导轨开关是构造多个导轨线路的导轨网络的重要的且有价值的技术特征。通过将车辆从一条线路切换至另一条线路，乘客或货物不需要被转移到在另一条线路上的另一车辆。
本发明涉及在相应的提升构件内调节悬浮发生器的方向。悬浮发生器的方向可以有助于车辆在导轨运输系统中的可选择路径之间的切换，导轨运输系统包括轨道段，其中，每个轨道段包括一对共同延伸且间隔的导向轨条。悬浮发生器的方向可以通过调节升力和/或调节转向(如在导轨运输系统中转弯)的车辆行进的方向，帮助切换路径。在至少一个实施例中，实现了包括多个轨道段的导轨运输系统，每个轨道段包括一对共同延伸且间隔的导向轨条。导向轨条可以是通过接合部相互连接的导向轨条网络的一部分。导向轨条可以具有分成额外的导向轨条的主线路。例如，主线路可以是网络的中央干道并具有向外分支以形成网络的分岔轨条。
在每个段中的导向轨条彼此间隔开恒定距离，并且通常在水平面或倾斜面是共面的，或者以类似于传统的铁路轨道方式在曲线上倾斜。与单轨铁路相比，这样的轨道包括一对共同延伸的相间隔的导向轨条，这对共同延伸的相间隔的导向轨条可以在高速下运载更重的负载，因为来自负载的重量和惯性力被分布在导轨的更宽的区域上。此外，对于与从轨道下通过的高的卡车的碰撞，轨道位于地平面上的车站的运营，以及可以位于地平面上并且与导轨在同一水平上的人行道，行驶在共同延伸的间隔的轨条上的车辆具有行驶稳定性、安全性的优点。
在分岔区域中的轨条可以垂直地岔开，其是沿着通常垂直于轨道的平面的方向，从而在分岔区域中没有交叉的轨条。虽然本发明提及的是分岔区域，但本发明还包括与分岔区域相对的合并区域。分岔区域可以包括分成上轨条组和下轨条组的轨条。该方向不必准确地垂直于通常是垂直的。例如，轨道可以是曲线的形状，并且轨条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。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。。
本文中所描述的运输设备可以包括至少一个悬浮发生器和至少一个驱动发生器。所述至少一个悬浮发生器可以配置为产生悬浮磁通量、在相应的至少一个提升构件内移动、并且响应于悬浮磁通量相对于至少一个提升构件提高到静止位置的上方。至少一个驱动发生器可以配置为产生驱动磁通量、在相应的至少一个驱动构件内移动、以及响应于驱动磁通量相对于至少一个驱动构件横向移动。至少一个悬浮发生器中的至少一部分相对于至少一个驱动发生器是可移动的。
如本文中所描述的，悬浮发生器可以配置为提升与提升构件有关的连接的车辆。悬浮发生器可以包括：成型构件，其配置为与提升构件磁连接。成型构件可以具有至少一个细长磁极，该至少一个细长磁极配置为产生用于与提升构件的至少一部分相交的提升通量场。提升通量可取决于沿着行进方向的至少一个磁极表面的运动以及至少一个磁极表面相对于行进方向的角度。该至少一个磁极表面可以包括多个磁源。产生的提升通量场可独立于至少一个悬浮发生器相对于相应的至少一个提升构件的相对位置。至少一个细长磁极可以定向在与至少一个悬浮发生器相对于至少一个提升构件的运动方向有关的角度处，从而在与相对运动正交的方向上产生提升力分量。该角度可以是基于磁力对正常速度常量KFN、至少一个悬浮发生器和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。该角度可以是基于磁力对正常速度常量KFN、至少一个悬浮发生器和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的角度。提升力可以取决于至少一个细长磁极的长度，该长度是相对于该细长磁极的宽度和高度而言的，从而当长度与宽度和高度相比更大时，提升力增加。提升力可以取决于细长磁极相对于至少一个提升构件的速度，其中，越高的速度产生更大的提升。该至少一个细长磁极可以包括排成一行的多个磁元件。该至少一个细长磁极可以包括两个细长磁极，并且两个细长磁极中的每个细长磁极均包括排成一行的多个磁元件。悬浮构件可以包括电磁体、永磁体或其组合。本发明关注于对悬浮发生器的控制，因此提升可以是已知的，并且可以根据需要改变。获知提升的能力可以源自传感器或者与悬浮发生器相互影响的系统的已知输入。此外，描述了提供改变悬浮发生器的提升特性的不同的实施例。这些实施例是单独描述的，但是本发明考虑了在至少一个实施例中，可以将两个或两个以上实施例相结合以实现更大的利益。单独对实施例进行描述是为了说明和讨论与具体实施例有关的原理。
此外，提出了一种导轨。该导轨可以包括：至少一个提升构件；至少一个驱动构件，其可以通过导轨连接构件连接至至少一个提升构件；该至少一个提升构件可以配置为接收由相应的至少一个悬浮发生器产生的悬浮磁通量；该至少一个驱动构件可以配置为接收由相应的至少一个驱动发生器产生的驱动磁通量。该至少一个提升构件可以包括两个提升构件。该至少两个提升构件可以是两个轨道，每个轨道具有三个侧面。每个轨道可以包括多个段。两个轨道中的每个轨道的截面可以是大致矩形。该至少一个驱动构件可以是大致圆柱形。
图1示出了具有轨道的运输设备，该轨道具有容纳于其中的悬浮发生器106。运输设备100可以包括驱动发生器(未图示)和能够容纳在导轨104内的悬浮发生器106。驱动发生器配置为产生引起运输设备100的横向运动的驱动磁通量。在图2中，驱动发生器被示出在悬浮发生器的外部。本发明的悬浮发生器106可以被实现为驱动发生器位于悬浮发生器106的外部或内部。此外，本发明的悬浮发生器106可以配置为例如，在升降机中的大致或至少部分垂直的结构。虽然本文中所描述的原理通常是相对于行进的通常水平方向提出的，但是本技术可以能应用于其他方向的行进。
导轨104可以包括一个或多个提升构件108。悬浮发生器106配置为在提升构件108内移动并且产生悬浮磁通量，将提升构件提升至静止位置的上方。悬浮发生器106和相应的提升构件108通过间隙166分隔开(参见图3)。在至少一个实施例中，悬浮发生器106可以是大致矩形的本体，其与运输设备100连接并配置为在提升构件108内移动。在其他实施例中，悬浮发生器106可以是配置为在相应的提升构件108内移动并产生悬浮磁通量的任何形状。
为了理解提升构件108相对于悬浮发生器的放置，图6说明了悬浮发生器106和提升构件108的截面。悬浮发生器106可以包括一个或多个磁元件110，该一个或多个磁元件110配置为随着悬浮发生器106在相应的提升构件108内的移动产生悬浮磁通量。磁元件110可以是一个或多个磁体。在至少一个实施例中，磁元件110可以是电磁体。在其他实施例中，磁元件110可以包括电磁体、永磁体或其组合。
再次参照图1，导轨104包括提升构件108，在两个提升构件108之间形成接合部112。悬浮发生器106至少部分地容纳在提升构件108内。接合部112连接垂直配置成一个在另一个的上方的两个提升构件108。在运输设备100接近接合部112时，可以增加或减少悬浮磁通量，由此增加或减少在提升构件108上方的提升。接着，运输设备100和悬浮发生器106可以进入垂直布置的其中一个提升构件108。在至少一个实施例中，运输设备100可以从两个或两个以上轨道过渡至单个轨道，从单个轨道过渡至多个轨道，或者从多个轨道过渡至多个轨道。运输设备100可具有设置在相对侧上的两个悬浮发生器106，每个悬浮发生器均配置为容纳在提升构件108内。在至少一个实施例中，导轨104包括两个相对的提升构件108，每个提升构件108均配置为容纳悬浮发生器。
导轨104可以包括连结两个提升构件108(上提升构件109和下提升构件111)的接合部112。接合部112可为运输设备提供可选的行进方向。例如，上提升构件109可形成相对于行进方向向右的曲线，下提升构件111可形成相对于行进方向向左的曲线。在其他实施方式中，上提升构件109可以向左弯曲、向右弯曲、持续垂直分离、持平或其任意组合，下提升构件111可以向左弯曲、向右弯曲、持续垂直分离、持平或其任意组合。
运输设备100可以通过改变悬浮发生器106的俯仰而导航驶过接合部112，由此增加或减少必要的悬浮磁通量。运输设备100可以以如下面将要讨论的各种方式来改变悬浮发生器106的俯仰。此外，当运输设备100沿着具有曲线、弯曲或其他非直线部分的导轨104行进时，运输设备100可以调节悬浮发生器106的偏摆。偏摆可以与俯仰分开进行调节，运输设备100可以单独地或同时地调节偏摆和俯仰。
导轨104具有上轨条116和下轨条118，上轨条116和下轨条118磁性地与悬浮发生器106中的上细长磁元件和下细长磁元件110连接(参见图6)。在至少一个实施例中，悬浮发生器106被称为“悬浮翼”或“磁翼”。
运输设备100可以具有传感器翼。传感器翼可以具有一个或多个垂直位置传感器(VPS)132以确定悬浮发生器106的在导轨104以及相应的提升构件108内的位置。由多个传感器132采集的数据允许悬浮发生器106在导轨104和接合部112中的过渡。如在图1中可以理解的是，上部134具有设置在内表面136上的传感器132，下部138具有设置在内表面139上的传感器132。
一个或多个VPS 132可以安装至悬浮发生器106的前缘、安装在转向架上、安装在传感器翼上、或安装在车轴128上。该一个或多个VPS 132可以是各种类型的，诸如霍尔效应(Hall Effect)传感器、近距离传感器、光学传感器、超声传感器、场效应传感器以及通常用于机械自动化的其他边缘/位置传感器。在至少一个实施例中，一个或多个VPS 132可以与上边缘传感器124和/或下边缘传感器126相接合和/或相互作用。
车轴128可以将悬浮发生器106与运输设备100相连接。车轴128可以具有与其相连接的一个或多个伺服电机162，以使车轴128相对于运输设备100滑动或旋转。在至少一个实施例中，一个或多个伺服电机162使车轴128围绕车轴128的纵轴旋转，由此使悬浮发生器106旋转。在其他的实施方式中，一个或多个伺服电机162能使车轴128沿着运输设备100的纵轴相对于悬浮发生器106滑动。在其他的实施方式中，一个或多个伺服电机162可激励悬浮发生器106沿任何方向相对于车轴128和运输设备100，例如，俯仰、偏摆、和/或滚动。
图2示出了运输设备100和导轨104的具体示例。运输设备100可以包括车辆101，其设置在导轨104的两根平行间隔开的水平轨条之间。车辆101可配置为运输乘客、货物或其结合。车辆101的宽度比轨条之间的间距小，以在车厢与垂直分岔接合部112(参见图1)的上提升构件109(参见图1)的轨条之间提供足够的间隙。悬浮发生器106设置在轨条内并安装至车辆101。悬浮发生器106可以是被动永磁体或电磁体，或者它们可以包括主动切换的电磁体。
如在图2中可以理解的是，运输设备100包括配置为产生驱动磁通量的驱动发生器102。驱动发生器102可以设置在车辆的外边缘上并且可容纳在设置于每根轨条的外部的驱动构件103内。
图3示出了根据本发明的提升构件内的悬浮发生器的截面图。图3示出了上轨条116的底部边缘具有上边缘传感器124，该上边缘传感器124配置为当运输设备100接近连接处时，检测传感器翼和悬浮发生器的接近。相似地，下轨条118的顶部边缘具有下边缘传感器126，该下边缘传感器126配置为当运输设备100接近连接处时，检测传感器翼和悬浮发生器106的接近。上边缘传感器124和下边缘传感器126可以是各种类型的，如霍尔效应传感器、近距离传感器、光学传感器、超声传感器、场效应传感器以及通常用于机械自动化的其他边缘/位置传感器。当运输设备100通过接合部112转换时，上边缘传感器124和下边缘传感器126提供关于行进方向114、悬浮发生器和提升构件108的数据。
在至少一个实施例中，上边缘传感器124和下边缘传感器126向运输设备100提供关于接近的数据，以调节悬浮发生器106的俯仰。运输设备100可以包括处理器、微处理器或其他控制机构，以响应于来自传感器翼、上边缘传感器124和/或下边缘传感器126的数据调节悬浮发生器的俯仰。数据可以用下述的电磁控制器(在图4中示出)来实现。在其他实施例中，上边缘传感器124与下边缘传感器126表明当运输设备转换接合部112时运输设备100的行进方向114。上边缘传感器124和下边缘传感器126打开和关闭以将运输设备100引导至合适的上提升构件109或下提升构件111(如图1所示)。
提升构件108具有大致矩形的截面，并且悬浮发生器106具有相似形状、但是至少更小的矩形截面，其配置为在提升构件108内移动。悬浮发生器106在其沿着行进方向114在提升构件108内移动时产生悬浮磁通量。传感器翼定位在悬浮发生器106的前方。在至少一个实施例中，运输设备具有定位在悬浮发生器106之前或之后的传感器翼。
图4示出了根据示例性实施例的电磁体阵列控制器和悬浮发生器。电磁体阵列控制器142可以选择性地响应来自上部或下部VPS 132的输入。控制器输出被电流引导至在悬浮发生器106中的电磁线圈组146，以增强与提升构件108的磁耦合。
由于电磁体140可以定位在悬浮发生器106的前端或尾端，因此电流穿过它们的作用具有多重效果。一个效果是通过增加悬浮发生器106的有效长度来增强直接悬浮。电磁体元件140的充电增加了与轨条耦合的永久磁极的长度。在激励悬浮发生器106中的所有电磁元件140的效果是悬浮通量的快速和线性变化。
悬浮发生器106的俯仰力矩平衡还可以通过激励电磁元件140来改变。在悬浮发生器106的前端处激励电磁元件140引起增加的俯仰(上斜)。在悬浮发生器106的尾端处激励电磁元件140引起减小的俯仰(下倾)。类似地，在悬浮发生器106的前端处激励电磁元件140可以引起减小的俯仰(下倾)以及在悬浮发生器106的尾端处激励电磁元件140引起增加的俯仰(上斜)。
如在图4中可以理解的是，悬浮发生器106具有四个电磁元件140，每个电磁元件140具有六个电磁线圈146。电磁体阵列控制器142响应于来自多个传感器132的反馈激励适当的电磁元件140和相应的电磁线圈146。在悬浮发生器106的前端边缘处的电磁元件140用E和F来指示，而在在悬浮发生器106的尾端边缘处的电磁元件140用C和D来指示。在至少一个实施例中，细长磁极设置在前端边缘元件E、F与尾端边缘元件C、D之间。
在其他实施方式中，悬浮发生器106可以具有更多或更少的电磁元件，并且每个电磁元件140可以具有在每个电磁元件140内的更多或更少的电磁线圈146。电磁元件140和电磁线圈146的数量可以根据例如但不限于悬浮发生器106的尺寸、电磁线圈146、材料选择可用功率等因素的不同而有所变化。
图5示出了具有永磁元件和电磁元件的提升构件的示意图。为了更好的说明悬浮发生器106的结构，没有示出悬浮发生器106和导轨104的侧壁。悬浮发生器106的磁元件110可以分成前部分148和后部分150。每个部分可以具有永磁区域152和电磁区域154。悬浮发生器可响应于电磁区域的不平衡激励而围绕车轴128俯仰。激励前部分148的电磁区域154增加了悬浮发生器106的俯仰(上斜)以及激励后部分150的电磁区域154减小了悬浮发生器106的俯仰(下倾)。
悬浮发生器106可以具有永磁区域152，电磁区域154可以用上面图4中所示和所描述的电磁阵列控制器142来实现。永磁区域152能产生必需的悬浮磁通量，同时电磁区域154能在悬浮发生器106在相应的提升构件108内行进时提供俯仰调节。
图6示出了悬浮发生器的截面图。电磁区域154在悬浮发生器106的前部分148内。悬浮发生器106在前部分148内可具有上部和下部电磁区域154，以及相似地，在悬浮发生器的后部分150中包括上部和下部电磁区域154。
如在图5和6中可以理解的是，悬浮发生器106在前部分148和后部分150的上部和下部的每个中均具有五个电磁线圈146，每个线圈均具有北极和南极。永磁区域152在前部148的上部和下部的每个中均具有六个永磁元件156以及在后部150的上部和下部的每个中均具有六个永磁元件156。悬浮发生器106是大致水平的，但是激励电磁区域154会使得悬浮发生器106在导轨104内围绕车轴128俯仰。
图7示出了根据示例性实施例的可滑动悬浮发生器。在悬浮发生器106靠近并穿过接合部112时，其增加和减小俯仰以调节悬浮磁通量。悬浮发生器106可通过将车轴向前或向后滑动改变产生的法向力。悬浮发生器106围绕车轴128在中心点处平衡。在至少一个实施例中，伺服电机和/或连接件(如图1和9-11中所示)可以将车轴向中心点之后滑动，增加了α的俯仰。作用在悬浮产生器106上的扭矩是处于稳定状态的悬浮力FN乘以车轴从中心X所移动的距离。在其他实施方式中，伺服电机和/或连接件(在图1和9-11中示出)可以将悬浮发生器106相对于车轴128向前或向后滑动，由此产生改变悬浮发生器的俯仰的不平衡的悬浮通量。
如在图7中可以理解的是，车轴128从中心向后移动距离X，使得悬浮发生器106上仰α。为了说明计算过程，FN是一百(100)kg并且车轴移动一(1)cm，产生的作用在悬浮发生器上的扭矩为一(1)kgm。产生的扭矩增加了悬浮发生器106的俯仰。在其他实施方式中，车轴可以从中心点向前移动，从而减小了悬浮发生器106的俯仰。示例仅仅是示例并且示出的数值仅用于简单的理解。不同的数值可以被用于执行该计算。数值取决于系统。
图8示出了根据示例性实施例的悬浮发生器的自上而下的示意图。悬浮发生器106包括沿着悬浮发生器106的长度布置的多个磁元件110。磁元件110中的一个或多个磁元件可以是连接至悬浮发生器106的可枢转的磁元件158。磁元件158的枢转改变了由悬浮发生器106产生的悬浮通量，悬浮发生器与相应的提升构件108相互作用使得悬浮发生器106围绕车轴128旋转。
可枢转的磁元件158调节在车轴128的任一侧上所产生的磁通量，使得悬浮发生器106俯仰。使磁元件158在尾端处枢转引起悬浮发生器106在前端具有更高的已产生的磁通量，因此悬浮发生器106上仰(上斜)。使磁元件158在前端处枢转引起悬浮发生器106在尾端上具有更高的已产生的磁通量，因此悬浮发生器106下俯(下倾)。悬浮发生器106能响应于来自上边缘传感器124、下边缘传感器126、VPS 132和运输设备100的处理器的反馈使一个或更多个可枢转磁元件158进行枢转。
如在图8中可以理解的是，悬浮发生器106通过设置在悬浮发生器106的大致中心点处的车轴128连接。悬浮发生器106具有多个磁元件110，磁元件110中的一个或更多个磁元件可枢转地连接至悬浮发生器。悬浮发生器106还可以具有透磁背板160，磁元件110可以设置在该透磁背板上。透磁背板160还可枢转地连接至至可枢转的磁元件158。透磁背板160可以是铁、铁素体不锈钢、碳钢或任何其他的透磁材料。悬浮发生器106的尾部磁元件110是可枢转的磁元件158并且远离相应的提升构件108转移，由此增加了悬浮发生器106的俯仰。前部元件也可以可枢转地连接以远离相应的提升构件108转移，由此减小了悬浮发生器106的俯仰。可枢转的磁元件158可响应于上部端部传感器124、下部端部传感器126、VPS132或设置在悬浮发生器106或相应的提升构件108上的其他传感器通过运输设备100的处理器或微处理器来控制。在其他实施方式中，可以实现一个以上的可枢转的磁元件158，诸如两个、三个或更多个，从而提供俯仰上的额外的改变。
图9示出了悬浮发生器自上而下的示意图。运输设备100可要求在俯仰和偏摆两方面的调节。俯仰调节悬浮发生器106相对于行进方向114的上斜或下倾，而偏摆调节悬浮发生器106围绕垂直于行进方向114的轴线的扭转。调节偏摆改变了在水平平面内的行进方向而俯仰调节了在垂直平面内的行进方向。
通过改变一个或多个磁元件110和相应的提升构件108之间的间隙166可以调节悬浮发生器106的偏摆。悬浮发生器106可枢转地与车轴128连接。悬浮发生器还可以与伺服电机162和连接件164相连接。伺服电机162和连接件164能使悬浮发生器106相对于相应的提升构件108枢转。随着伺服电机162的激励，悬浮发生器106发生枢转，以及在悬浮发生器106与相应的提升构件108之间的间隙166发生改变，因此悬浮磁通量发生改变。
当间隙166发生改变时，产生的力矩根据偏摆的方向起作用以增加或减小悬浮发生器106的俯仰。在悬浮发生器106的前部边缘处的较小的间隙166增加了俯仰，而在悬浮发生器的前部边缘处的较大的间隙166减小了俯仰。相似地，在悬浮发生器106的尾部边缘处的较小的间隙166减小了俯仰，而在悬浮发生器的尾部端部处的较大的间隙166增加了俯仰。
如从图9中可以理解的是，伺服电机162和连接件164与悬浮发生器106的前端相连接。间隙166相对于相应的提升构件108是一致的。虚线的悬浮发生器106示出了引起的偏摆。伺服电机162激励前端朝更靠近提升构件108移动，缩小了在悬浮发生器106和提升构件108之间的间隙166，由此引起俯仰上的增加。在其他实施方式中，伺服电机162和连接件164可在悬浮发生器106的尾部边缘处或在沿着悬浮发生器106的长度的任何点处连接以调节俯仰。
图10示出了根据本发明的悬浮发生器的示意图。悬浮发生器106可与伺服电机262和连接件264相连接以调节俯仰。伺服电机262和连接件264直接枢转悬浮发生器106来调节俯仰。如在图10中可以理解的是，伺服电机262与悬浮发生器106的前部边缘相连接。悬浮发生器106相对于行进方向114上仰。悬浮发生器106的前部边缘能朝向上提升构件109上仰以及朝向下提升构件111下俯。在其他的实施方式中，伺服电机262和连接件264可与沿着悬浮发生器的任何点相连接。与前端或尾端相连接能使用于悬浮发生器106的俯仰范围最大。在其他实施方式中，伺服电机262和连接件264可在悬浮发生器106的尾部边缘处或在沿着悬浮发生器106的长度的任何点处连接以调节间隙66。
图11示出了根据本发明的具有纵倾调整片的悬浮发生器106的自上而下的视图。悬浮发生器106包括通过轻质伺服电机262连接至悬浮发生器106的纵倾调整片167。悬浮发生器106围绕中心点129可枢转。伺服电机262可调节纵倾调整片167的偏摆而不与行进方向114对准。反作用力通过使悬浮发生器106围绕中心点129旋转而使悬浮发生器106俯仰，从而纵倾调整片167返回至在行进方向114内对准。通过将纵倾调整片相对于悬浮发生器106俯仰αTT，悬浮发生器106的俯仰角αLG增加(减小)至俯仰角α’。行进方向114与纵倾调整片167之间夹角在回返至对准之后为β。当纵倾调整片167与行进方向对准时，悬浮发生器106处于俯仰力矩平衡。
参照图11所述的实施方式允许重量更轻的伺服电机362，并且伺服电机362仅需要调节纵倾调整片167。该实施方式还是自稳定的。在至少一个实施例中，纵倾调整片167是迷你悬浮发生器或迷你悬浮翼。
图12示出了根据本发明的悬浮发生器的示意图。悬浮发生器106可以具有与伺服电机362和连接件364连接以调节俯仰的两个纵倾调整片168。在沿着行进方向114行进并且为零俯仰期间，纵倾调整片保持与悬浮发生器106大致平行。纵倾调整片168可以朝向以及远离上轨条116和下轨条118(如图3所示)枢转以调节俯仰。将纵倾调整片168朝向或远离相应的提升构件枢转使得悬浮发生器围绕车轴128枢转。纵倾调整片168朝上提升构件109的枢转增加了悬浮发生器106的俯仰，而纵倾调整片168朝下提升构件111的枢转减小了悬浮发生器106的俯仰。
如在图12中可以理解的是，纵倾调整片168设置在悬浮发生器106的尾端处并朝向上轨条116向上枢转，使得悬浮发生器106上仰。在其他实施方式中，悬浮发生器106可以包括一个纵倾调整片168、两个纵倾调整片168或设置在前端或尾端的任一处的任意数量的纵倾调整片168，以在相应的提升构件108内调节俯仰。
在其他实施方式中，悬浮发生器106可以包括通过伺服电机362连接至悬浮发生器106的纵倾调整片168。伺服电机362能使纵倾调整片俯仰而不与行进方向114对准。反作用力使悬浮发生器106俯仰，从而纵倾调整片168返回至与行进方向114对准。
图13示出了根据本发明的灵活的悬浮发生器106。悬浮发生器106与设置在车轴的每一侧上的两个伺服电机462、463以及两个连接件464、465。连接件464、465将伺服电机462、463与悬浮发生器106的前端和尾端相连接。伺服电机462、463以保持在悬浮发生器106和相应的提升构件之间的恒定的间隙166的方式使悬浮发生器106的端部转向。保持恒定的间隙166调节了悬浮磁通量并允许悬浮发生器106的主动控制。
如在图13中可以理解的是，悬浮发生器106包括突出部170，该突出部170将悬浮发生器106与伺服电机362、363相连接。伺服电机362、363设置在大致与突出部170一致的车轴上。在其他实施方式中，伺服电机362、363能设置在远离悬浮发生器的车轴上，产生相对于悬浮发生器106的有角度的连接。
图14示出了根据本发明的悬浮发生器。悬浮发生器106可以具有在车轴128处可枢转地连接的两个段1061、1062。段1061、1062通过伺服电机462、463和连接件464、465与车轴128相连接。伺服电机462、463和悬浮发生器106的每个段1061、1062相对于相应的提升构件108。
图15示出了根据本发明的车轴连接件。车轴连接件172将悬浮发生器106与车轴128相连接。车轴连接件172允许悬浮发生器106上仰、下俯、摆左、以及摆右。
图16示出了使用了运输设备的方法的流程图。参照图16，呈现了根据示例性实施例的流程图。因为存在实施的各种方式，因此通过举例给出示例方法1600。例如，可能使用图1-15中说明的结构实施方法1600，并且参考这些图中的不同的元件来解释示例方法1600。图16中的每个方框代表在示例方法1600中实施的一个或多个步骤、方法或子程序。此外，示出的方框的顺序仅是示例性的，可以根据本发明改变方框的顺序。在不背离本发明的情况下，可以增加额外的方框或者可以使用更少的方框。示例方法1600可以从方框1601处开始。
在方框1601处，通过驱动发生器102产生驱动磁通量，运输设备100可以沿着导轨104移动。在至少一个实施例中，驱动发生器102是螺旋形的并在相应的驱动构件内旋转。
在方框1602处，驱动磁通量引起沿着导轨104的行进，使得悬浮发生器106在相应的提升构件108内移动，由此产生悬浮磁通量。悬浮磁通量随着运输设备100沿着导轨104的速度而改变。
在方框1603处，运输设备100调节在相应的提升构件108内的悬浮发生器106的方位。包括俯仰、偏摆、和/或滚动等的方位改变悬浮磁通量。
在方框1604处，运输设备100靠近接合部112，并且悬浮发生器106的方位使得运输设备100进入上提升构件109或下提升构件111中的其中一个中。
相信从上面的描述将会理解示例性实施例和其优点，并且在不背离本发明的精神和范围以及不牺牲其所有的优点的情况下，可做出的不同的改变将会是显而易见的，本文中前面所描述的示例仅仅是本发明优选的或示例性的实施方式。

Claims (32)

1.一种运输设备，包括：
至少一个悬浮发生器，其包括设置在所述悬浮发生器的前部分的第一磁体阵列，和设置在所述悬浮发生器的后部分的第二磁体阵列，所述悬浮发生器配置为产生悬浮磁通量并且在相应的提升构件内移动；
车轴，其将所述悬浮发生器可枢转地连接至运输设备，所述车轴配置为使得所述悬浮发生器能够调节所述至少一个悬浮发生器的纵轴和所述运输设备的纵轴之间的俯仰角；
其中对在所述相应的提升构件内的所述悬浮发生器的俯仰角的调节使所述运输设备进入上提升构件或下提升构件中的其中一个，其中，所述上提升构件与所述下提升构件通过接合部连接，并且经由所述接合部连接至所述相应的提升构件，从而允许导航驶过所述接合部。
2.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器包括两个悬浮发生器，每个悬浮发生器均配置为容纳在相应的提升构件中。
3.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述车轴可滑动地连接至所述悬浮发生器以使得所述悬浮发生器能够沿着大致平行于所述悬浮发生器的纵轴的方向滑动，其中所述悬浮发生器沿着所述悬浮发生器的纵轴的滑动调节所述悬浮发生器的俯仰角。
4.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列设置在多个关节段上，其中至少一个关节段能朝向所述运输设备的中心线枢转，由此改变所述悬浮磁通量以调节所述悬浮发生器的俯仰角。
5.根据权利要求4所述的运输设备，其特征在于，所述至少一个关节段相对于所述运输设备的运动的方向设置在所述悬浮发生器的后部分。
6.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述运输设备还包括设置在所述运输设备上的伺服电机和与所述至少一个悬浮发生器相连接的连接件，所述伺服电机配置为驱动所述连接件以增大或减小所述提升构件的侧表面和所述悬浮发生器的侧表面之间的间隙，其中对所述连接件的驱动改变所述悬浮磁通量以调节所述悬浮发生器的俯仰角。
7.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述运输设备还包括与所述至少一个悬浮发生器相连接的连接件和设置在所述运输设备上的伺服电机，所述伺服电机配置为驱动所述连接件，从而调节所述悬浮发生器的俯仰角。
8.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器在所述后部分处具有两个纵倾调整片，所述两个纵倾调整片与伺服电机相连接，所述伺服电机配置为绕垂直于所述运输设备的纵轴的轴线驱动所述纵倾调整片，从而调节所述悬浮发生器的俯仰角。
9.根据权利要求8所述的运输设备，其特征在于，每个纵倾调整片与相应的伺服电机相连接，由此允许每个纵倾调整片独立地移动。
10.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器具有两个对置的端部，并且每个端部用连接件连接至设置在所述车轴上的伺服电机，所述连接件和所述伺服电机配置为使得至少一个悬浮发生器的端部相对于所述运输设备的纵轴转向。
11.根据权利要求10所述的运输设备，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器的每个端部能够独立于相对的端部进行转向。
12.根据权利要求10所述的运输设备，其特征在于，所述伺服电机配置为使所述悬浮发生器转向以在所述悬浮发生器与所述相应的提升构件的表面之间保持大致恒定的间隙。
13.根据权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器包括两个段，每个段通过连接件和伺服电机可枢转地与所述至少一个悬浮发生器相连接，每个伺服电机配置为使相应的段相对于所述相应的提升构件枢转。
14.权利要求13所述的运输设备，其特征在于，所述悬浮发生器的每个段是能够独立枢转的。
15.权利要求13所述的运输设备，其特征在于，所述伺服电机配置为使所述悬浮发生器枢转以在所述悬浮发生器和所述相应的提升构件的表面之间保持大致恒定的间隙。
16.权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述运输设备包括控制器，所述控制器连接至所述悬浮发生器，所述控制器配置为选择性地激励所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列以改变所述悬浮磁通量以调节所述悬浮发生器的俯仰角。
17.权利要求1所述的运输设备，其特征在于，所述悬浮发生器包括设置在所述悬浮发生器的中间部分的第三磁体阵列，其中所述第三磁体阵列包括永磁体。
18.一种悬浮翼，其包括：
至少一个悬浮发生器，其配置为产生悬浮磁通量并且在相应的提升构件内移动；车轴，其将所述悬浮发生器可枢转地连接至运输设备，所述车轴配置为使得所述悬浮发生器调节所述至少一个悬浮发生器的纵轴和所述运输设备的纵轴之间的俯仰角，
其中对在所述相应的提升构件内的所述悬浮发生器的俯仰角的调节使所述运输设备进入上提升构件或下提升构件中的其中一个，其中，所述上提升构件与所述下提升构件通过接合部连接，并且经由所述接合部连接至所述相应的提升构件，从而允许导航驶过所述接合部。
19.根据权利要求18所述的悬浮翼，其特征在于，所述车轴可滑动地连接至所述至少一个悬浮发生器以使得所述悬浮发生器能够沿着大致平行于所述悬浮发生器的纵轴的方向滑动，其中所述悬浮发生器沿着所述悬浮发生器的纵轴的滑动调节所述悬浮发生器的俯仰角。
20.根据权利要求18所述的悬浮翼，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器由多个关节段形成，每个关节段均配置为产生悬浮磁通量，并且至少一个关节段能朝向所述运输设备的中心线枢转，由此改变所述悬浮磁通量以调节所述悬浮发生器的俯仰角。
21.根据权利要求20所述的悬浮翼，其特征在于，所述至少一个关节段相对于所述运输设备的运动的方向设置在所述悬浮发生器的后部分。
22.根据权利要求18所述的悬浮翼，其特征在于，所述悬浮翼还包括设置在所述运输设备上的伺服电机和与所述至少一个悬浮发生器相连接的连接件，所述伺服电机配置为驱动所述连接件以增大或减小所述提升构件的侧表面和所述悬浮发生器的侧表面之间的间隙，其中对所述连接件的驱动改变所述悬浮磁通量以调节所述悬浮发生器的俯仰角。
23.根据权利要求18所述的悬浮翼，其特征在于，所述悬浮翼还包括与所述至少一个悬浮发生器相连接的连接件和设置在所述运输设备上的伺服电机，所述伺服电机配置为驱动所述连接件，从而调节所述悬浮发生器的俯仰角。
24.根据权利要求18所述的悬浮翼，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器在尾端处具有两个纵倾调整片，所述两个纵倾调整片与伺服电机相连接，所述伺服电机配置为绕垂直于所述运输设备的所述纵轴的轴线激励所述纵倾调整片，从而调节所述悬浮发生器的俯仰角。
25.根据权利要求24所述的悬浮翼，其特征在于，每个纵倾调整片与相应的伺服电机相连接，由此允许每个纵倾调整片独立地移动。
26.根据权利要求18所述的悬浮翼，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器具有两个对置的端部，前端和尾端，并且每个端部用连接件连接至设置在所述车轴上的伺服电机，连接件和伺服电机配置为使得至少一个悬浮发生器的端部相对于所述运输设备的所述纵轴转向。
27.根据权利要求26所述的悬浮翼，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器的每个端部能够独立于相对的端部进行转向。
28.根据权利要求26所述的悬浮翼，其特征在于，所述伺服电机配置为使所述至少一个悬浮发生器转向以在所述至少一个悬浮发生器与所述相应的提升构件的表面之间保持大致恒定的间隙。
29.根据权利要求18所述的悬浮翼，其特征在于，所述至少一个悬浮发生器包括两个段，前部段和尾部段，每个段通过连接件和伺服电机与车轴可枢转地连接，每个伺服电机配置为使相应的段相对于所述相应的提升构件枢转。
30.根据权利要求29所述的悬浮翼，其特征在于，所述悬浮发生器的每个段是能够独立枢转的。
31.根据权利要求29所述的悬浮翼，其特征在于，所述伺服电机配置为使所述至少一个悬浮发生器枢转以在所述至少一个悬浮发生器和所述相应的提升构件的表面之间保持大致恒定的间隙。
32.根据权利要求31所述的悬浮翼，其特征在于，第一磁体阵列和第二磁体阵列包括电磁体。
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