CN110014841A - 用于地面运输运载装置的再生能量系统 - Google Patents

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C·R·菲施巴赫
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J·奎
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Abstract

本示例的实施方案大体涉及一种用于与一个或更多个运载装置交互的地面运输系统，所述运载装置包括至少一个被固定地附着到所述运载装置的磁性元件，每个磁性元件可操作来产生具有第一量值和第一方向的磁场，所述系统包括磁性线圈组件以及能量储存单元，所述磁性线圈组件被固定地安置在可被所述运载装置越过的区域附近，并且所述磁性线圈组件包括芯以及围绕所述芯缠绕的磁性线圈，所述磁性线圈组件可操作来产生具有第二量值和第二方向的磁场；所述能量储存单元可操作来释放能量到所述磁性线圈组件以及储存来自所述磁性线圈组件的能量。

Description

用于地面运输运载装置的再生能量系统
本申请是申请号为201280078159.4、申请日为2012年11月27日、发明名称为“用于 地面运输运载装置的再生能量系统”的申请的分案申请。
技术领域
本公开大体涉及地面运输运载装置(vehicles)，包括在固定的、可变化地固定的、以及不固定的路线中使用的那些(比如列车、过山车(roller coasters))，以及其他地面运输运载装置。
背景技术
除了其他方面以外，基于使用者需要、预算和预计的或预期的用途，地面运输运载装置被使用在众多的应用中，所述地面运输运载装置包括在地面上以及在地面上方或在地面下方运行的那些(实例包括行驶在路、桥、铁路系统、隧道、水的其中、其上和/或其中穿过的，以及悬浮在地面上方的(比如磁悬浮列车)那些)(以下称为“地面运输运载装置”)。如此，地面运输运载装置将包括根本上不同的底部(underlying)技术。
自动化的和半自动化的地面运输运载装置一般地被使用在需要沿一个或更多个固定的或可变化地固定的路线运输货物和/或人的应用中。例如，列车已经被广泛地采用于沿固定的或可变化地固定的路线在两个或更多个点(比如车站)之间运输货物和/或人。时常地，地面运输运载装置的路线以封闭式(close-ended)或开放式(open-ended)的方式被形成，以便使地面运输运载装置返回到相同的原点。在这样的应用中，沿这样的路线的地面运输运载装置可以在原点之间一个或更多个点停车，或者可以根本不停车。例如，公共通勤列车往返于(traverse)固定的路线并且在沿其路线的地铁站和/或地铁站之间进行频繁的停车。较大较重的货物列车也沿固定的或可变化地固定的路线行驶并且可以进行频繁的计划性的和/或非计划性的停车，来比如装载或卸下货物，以及在交通信号处停车。使用磁悬浮来悬浮、移动以及引导处于非常高的速度和加速度的列车的高速磁悬浮(Maglev)列车被越来越多地使用在世界的许多地方，包括北美、欧洲和亚洲。过山车是用于将人运输回相同的原点的非常快速的地面运输运载装置的实例，尽管这样的运输一般地涉及较高的加速度/减速度和较大的高度变化，并且意图用于不同的目的——来自速度、高的高度下降以及迅速且突然的停止的刺激。
各种类型的地面运输运载装置(比如上面描述的那些)之间的不同之处包括用来操作所述运载装置的根本上不同的底部系统和方法、加速速率、最高速度、减速速率以及集体运载装置的总质量。另一方面，不同类型的地面运输运载装置之间的共同之处包括操作(包括启动、加速、减速以及停止)所述运载装置所消耗的大量的能量。
尽管在地面运输运载装置的能量效率方面(包括关于从静止状态启动运载装置、加速运载装置、以及保持运动的运载装置的速度的那些)最近的进步，本文认为某些常规的运载装置的操作仍可以被改进，并且因此总能量消耗可以被实质地降低。
发明内容
本示例的实施方案大体涉及用于与一个或更多个运载装置(比如过山车的车厢)交互的地面运输系统，其中所述运载装置中的至少一些包括至少一个被固定地附着到所述运载装置的磁性元件。这些磁性元件可操作来产生具有第一量值和相对于所述运载装置的运动的第一方向的磁场。
沿所述系统的路径，比如在沿列车和过山车的轨道的多个点处，或者在其他区域，比如相交处、转弯处、上坡处(inclines)、下坡处(declines)、以及交通灯处，运载装置上的磁性元件与一个或更多个被固定地安置的磁性线圈组件交互，所述磁性线圈组件被固定地安置在所述路径或者可被所述运载装置越过的其他区域附近。这样的固定地安置的磁性线圈组件包括芯以及围绕所述芯缠绕的磁性线圈，所述磁性线圈组件可操作来产生具有相对于所述运载装置的运动的第二方向的磁场。
在所描述的地面运输系统中还包括一个或更多个能量储存单元，所述能量储存单元可操作来释放能量到所述固定地安置的磁性线圈组件以及储存来自所述固定地安置的磁性线圈组件的能量。因此当所述运载装置靠近磁性线圈组件并且当所述能量储存单元释放能量到所述磁性线圈组件来产生第二方向磁场时，所述运载装置是可操作来加速的。当所述运载装置靠近磁性线圈组件并且当所述第一方向磁场引起所述磁性线圈组件产生所述第二方向磁场时，所述运载装置还是可操作来减速的。
在另一个示例性实施方案中，地面运输系统可操作来与运载装置交互，所述运载装置包括至少一个被固定地附着到所述运载装置的磁性元件。所述运载装置的所述磁性元件可操作来产生具有第一量值和第一方向的磁场。沿所述系统的路径，比如在沿列车和过山车的轨道的多个点处，或者在其他区域，比如相交处、转弯处、上坡处、下坡处、以及交通灯处，一个或更多个被固定地安置的磁性线圈组件被固定地安置在所述路径或者可被所述运载装置越过的其他区域附近。这样的固定地安置的磁性线圈组件包括芯以及围绕所述芯缠绕的磁性线圈，所述磁性线圈组件可操作来产生具有相对于所述运载装置的运动的第二方向的磁场。
在所描述的地面运输系统中还包括一个或更多个能量储存单元，所述能量储存单元可操作来释放能量到所述固定地安置的磁性线圈组件以及储存来自所述固定地安置的磁性线圈组件的能量。因此当所述运载装置靠近磁性线圈组件并且当所述能量储存单元释放能量到所述磁性线圈组件来产生第二方向磁场时，所述运载装置是可操作来加速的。
在另一个示例性实施方案中，地面运输系统可操作来与运载装置交互，所述运载装置包括至少一个被固定地附着到所述运载装置的磁性元件。所述运载装置的所述磁性元件可操作来产生具有第一量值和第一方向的磁场。沿所述系统的路径，比如在沿列车和过山车的轨道的多个点处，或者在其他区域，比如相交处、转弯处、上坡处、下坡处、以及交通灯处，一个或更多个被固定地安置的磁性线圈组件被固定地安置在所述路径或者可被所述运载装置越过的其他区域附近。这样的固定地安置的磁性线圈组件包括芯以及围绕所述芯缠绕的磁性线圈，所述磁性线圈组件可操作来产生具有相对于所述运载装置的运动的第二方向的磁场。
在所描述的地面运输系统中还包括一个或更多个能量储存单元，所述能量储存单元可操作来释放能量到所述固定地安置的磁性线圈组件以及储存来自所述固定地安置的磁性线圈组件的能量。因此当所述运载装置靠近磁性线圈组件并且当所述第一方向磁场引起所述磁性线圈组件产生所述第二方向磁场时，所述运载装置是可操作来减速的。
在另一个示例性实施方案中，描述一种用于从运动的地面运输运载装置回收能量的方法。所述方法包括运动的运载装置产生具有第一量值和第一方向的第一磁场。所述运动的运载装置的所述第一磁场在磁性线圈组件中感生电流以及具有第二方向的第二磁场。在该实施方案中，磁性线圈组件被固定地安置在被所述运载装置越过的区域之内的一静止点。所述磁性线圈组件可操作来将感生的电流转化成可储存在能量储存单元中的能量。
附图简要描述
为了更全面理解本公开、示例的实施方案及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中同样的参考编号表示同样的特征，并且：
图1是用于能量再生的系统的示例性实施方案，所述系统包括地面运输运载装置、磁性线圈组件以及能量储存组件；
图2A是磁性线圈组件和能量储存组件的示例性实施方案；
图2B是磁性线圈组件和能量储存组件的示例性实施方案；
图3A是磁性线圈组件和能量储存组件的示例性实施方案；
图3B是磁性线圈组件和能量储存组件的示例性实施方案；
图4A是用于能量再生的系统的示例性实施方案，所述系统包括地面运输运载装置、磁性线圈组件以及能量储存组件；
图4B是用于能量再生的系统的示例性实施方案，所述系统包括地面运输运载装置、磁性线圈组件以及能量储存组件；
图5是用于能量再生的系统的示例性实施方案，所述系统包括地面运输运载装置、磁性线圈组件以及能量储存组件；
图6是用于能量再生的系统的示例性实施方案，所述系统包括地面运输运载装置、磁性线圈组件以及能量储存组件；
图7是用于能量再生的系统的示例性实施方案，所述系统包括地面运输运载装置、磁性线圈组件以及能量储存组件；以及
图8是可操作来测量加速度的仪器的示例性实施方案。
虽然出于方便，类似的参考编号可以用来指代类似的要素，可以理解的是，各种示例的实施方案中的每个可以被认为是不同的变体。
具体描述
示例的实施方案现在将参考附图在下文被描述，所述附图形成本文的一部分，并且图示说明可以被实践的示例的实施方案。如在本公开以及所附的权利要求中使用的，术语单数形式的“示例的实施方案”、“示例性实施方案”以及“本实施方案”不一定指的是单个实施方案，虽然其可以是单个实施方案，并且各种示例的实施方案可以容易地被组合和互换，而不背离示例的实施方案的范围或精神。此外，本文中使用的术语仅出于描述示例的实施方案的目的，而不意图是限定。在这方面，如本文中使用的，术语“在……中(in)”可以包括“在……中(in)”和“在……上(on)”，并且术语“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”可以包括单数和复数的引用。此外，如本文中使用的，术语“通过(by)”还可以根据上下文意为“从(from)”。此外，如本文中使用的，术语“如果(if)”还可以根据上下文意为“当……时(when)”或者“在……时(upon)”。此外，如在本文中使用的，词语“和/或(and/or)”可以指代并且包含一个或更多个相关联的列出项的任意组合以及所有可能的组合。
各种方法和系统已经被开发用于操作各种不同类型的地面运输运载装置，包括固定路线以及可变化地固定路线运载装置(比如列车和过山车)。在下文中，关于“启动”运载装置或类似物将指的是使运载装置从静止状态运动并加速；关于“加速”运载装置或类似物将指的是在运动的相同方向上增加运动的运载装置的速度，并且还可以包括在运转中启动静止的运载装置；关于“停止”运载装置或类似物将指的是减慢或减速非静止的运载装置趋于静止状态或者减慢或减速非静止的运载装置到静止状态；以及关于“减速”运载装置或类似物将指的是减小运动的运载装置的速度，并且还可以包括使得运动的运载装置趋于静止状态或接近静止状态。虽然本文中示例的实施方案参照列车和/或过山车被描述，要理解的是，示例的实施方案对于各种其他形式的地面运输运载装置也是可应用的，所述地面运输运载装置包括单轨列车(monorails)、有轨电车(streetcars)以及比如卡车和汽车的非固定路线运载装置。
目前用来启动某些地面运输运载装置的系统的实例包括基于电动机的系统(比如感应电动机系统)、基于液压的系统、基于飞轮的系统、以及用于过山车的基于质量诱导的(mass-induced-based)系统(比如跳楼机(drop tower)系统)。目前用来减速和停止某些地面运输运载装置的系统的实例包括基于摩擦力的系统，比如运载装置(车辆)上的制动片(brake pads)，滑橇式制动系统(skid braking systems)以及鳍状制动系统(fin brakingsystems)。
如在本领域中已知的，基于感应电动机的系统一般可操作来通过使来自运载装置上的能量源的电流通过定子组件(或导体)，以便创建与相应的转子组件(或反应板(reaction plate))的感生的磁场相反的磁场，来启动和加速运载装置的运动。在启动操作期间，充足的电流通过定子组件，并且磁场由所述定子组件产生或感生。根据楞次定律，随后转子组件感生出电流，并且转子组件可操作来产生与定子组件产生的磁场相反的磁场。所述相反的磁场协同创建排斥力，所述排斥力可操作来引起运载装置在特定的方向上运动。在实践中，所述定子组件将包括多个定子元件，所述定子元件被安排邻近彼此，以便在指定的方向上协同排斥，或者“推动”，以及启动运载装置和/或增加运载装置的加速度。
除了其他原因以外，由于较低的能量消耗、可获得的高的加速度以及通过改变磁场的强度(所述磁场的强度与被提供到定子组件的电流的量直接相关)来控制运载装置的启动和加速的能力，基于感应电动机的系统已经呈现为用于某些地面运输运载装置的选定系统。
相比之下，本领域已知基于液压的启动系统一般地根据将能量储存到一个或更多个液压蓄能器中的一般原理来操作。每个液压蓄能器包括可操作来将液压流体从气体(比如氮气)分离的活塞。在操作中，液压流体从液压储存罐注入活塞的一侧，从而压缩包括气体的另一侧。为了创建加速度，高度加压的液压流体从液压蓄能器释放到在大型绞盘(winch)上的电动机中。线缆围绕绞盘被绕缠并且被附接到拖车(catch car)，所述拖车被附接到运载装置(比如列车)。一旦所述运载装置达到某个速度，拖车从运载装置释放并且返回其原来的位置。
目前，地面运输运载装置，比如列车和过山车，使用各种不同类型的基于摩擦力的制动系统实现减速和停止。通常，基于摩擦力的系统与在机动车中使用的那些系统基本上根据相同的原理操作，所述系统包括静止表面(stationary surface)(比如在汽车中的制动片)，所述静止表面可操作来被操作者压在运动表面(比如汽车的轮胎)上。随后摩擦力被创建以便减少运载装置的相对运动和/或停止运载装置。关于列车，制动系统一般地以与汽车类似的方式被装配在列车本身上，并且当期望减速或停止时，制动装置被直接应用到列车的轮子。关于过山车，鳍状制动装置目前是基于摩擦力的制动系统的最普遍类型。通常，鳍状制动系统包括在过山车运载装置下侧上的鳍以及在过山车轨道的铁轨上的摩擦片。为了停止过山车运载装置，当运载装置经过时所述摩擦片可操作来挤压所述鳍以便减慢或停止运载装置。滑橇式制动装置一般地包括被安置在轨道的铁轨附近或之间的材料(比如木头)的一个或更多个拉长的条，在广泛使用鳍状制动装置之前所述滑橇式制动装置是普遍的，并且今天仍然被使用在一些过山车中。在操作中，为了停止即将到来的列车或过山车，所述条可操作来被向上推动以便与运动的运载装置的下侧接触并且使所述运载装置停止。
常规的基于摩擦力的制动系统(包括上面描述的那些)的共同的缺点，包括制动性能和效率的变化，比如当环境条件(比如，雨、雪或高温)不理想时引起的那些。
本文认为如今在使用中的各种类型的地面运输运载装置，包括上面描述的那些，基于根本上不同的底部系统和方法操作。从各种不同的技术中的选择一般基于需要的或预期的加速/减速的速率，最高速度，货物和/或乘客的重量/尺寸/数量、行驶条件(比如环境条件)、高度变化等。许多这些运载装置，尤其是需要快速加速/减速、重货物负载、大量乘客、和/或陡的高度变化的那些，需要大量的能量来启动和加速运载装置。
尽管在能量效率方面(包括关于从静止状态启动运载装置以及加速运载装置的那些)最近的进步，本文认为某些常规的地面运输系统仍可以在操作上被改进，并且因此总能量消耗可以被实质地降低。
图1、2A-B、3A-B、4A-B和5-7描绘地面运输系统100的示例的实施方案，所述地面运输系统100包括具有一个或更多个磁性元件(这里图示说明为两个磁性元件2A和2B)的地面运输运载装置1；至少一个磁性线圈组件10，所述磁性线圈组件10以邻近并间隔开的方式沿行驶路线50被固定地安装(这里图示说明为沿轨道的铁轨的多个磁性线圈组件)在一个或更多个预确定的点(比如站、交通灯，具有不同的限速的区域，或者具有高度上变化的区域)处；以及能量储存组件20，所述能量储存组件20包括变压器/整流器单元30和储存单元40。
地面运输运载装置1包括一个或更多个磁性元件2A和2B，所述磁性元件2A和2B中的每个可以包括接近或邻近运载装置1的一侧(比如下侧)被装配的一个或更多个强永磁体、电磁体、永磁体和电磁体的组合或类似物。如在图4B中图示说明的，在一个示例的实施方案中，运载装置1包括以邻近且间隔开的方式3被固定地安排的两个磁性元件2A和2B。要理解的是，一些示例的实施方案可以包括被安排在一个或多个列上的多于两个的磁性元件。磁性元件2A和2B中的每个包括至少一个磁性元件，所述至少一个磁性元件以这样的方式被堆叠，以至于磁性元件的集合堆叠的取向具有同样的或相反的极性。在图4B中示出的示例的实施方案中(其中磁性线圈组件10被直接固定地安装在路线50上的运载装置1的运动路径之下)，磁性元件2A和2B中的每个被装配在运载装置1的下侧上或靠近运载装置1的下侧，并且包括四个磁性元件，所述四个磁性元件以这样的方式被堆叠，以至于磁性元件的集合堆叠的取向具有相反的极性。本文认为这样的配置已经被发现提供改进的能量消耗、效率以及回收率(后面要描述的)。
在示例的实施方案中，磁性线圈组件10中的每个包括具有一宽度的芯11，所述芯11包括能够在电场或类似物下具有电磁性质的一种或多种材料，以及围绕芯11缠绕的一系列磁性线圈12。磁性线圈组件10的示例的材料包括一种或多种磁性材料，能够在电场下具有电磁性质的一种或多种材料，高度可渗透的一种或多种材料，稀土金属(比如钕、钐、钇、镧、镨、钷、钆以及镝)、铝、电绝缘铁素体、铁、钴、镍、锰、铬、以及超材料(metamaterials)。要理解的是，上面的示例的材料仅以实施例而不是限制性的方式被呈现。因此，本文描述的示例的实施方案的广度和范围不应受任何上面描述的材料限制。如在图1、2A-B、4A-B和5-7的示例的实施方案中图示说明的，在示例的实施方案中，磁性线圈组件10在路线50的方向上并且沿路线50以成列的方式被固定地安置。在这点上，磁性线圈组件的列可以以这样的方式被安装，以便与(静止的和运动的)运载装置1的一个或更多个磁性元件交互。要理解的是，示例的实施方案可以包括至少一个这样的磁性线圈组件的列，所述磁性线圈组件的列以这样的方式被安装，以便与(静止的和运动的)运载装置1的一个或更多个磁性元件交互。如在图3A-B中图示说明的，在一些实施方案中，磁性线圈组件10还可以被固定地安置在路线50的方向上并且在路线50的两侧(sides)。在这样的实施方案中，运载装置1的磁性元件2A和2B可以相应地被固定地安置在运载装置1的两侧。在一些实施方案中，磁性线圈组件10还可以直接同时被固定地安置在路线50上的运载装置1的运动路径之下以及路线50的两侧(未图示说明)。在这样的实施方案中，运载装置1的磁性元件2A和2B将相应地被固定地安置在运载装置1的下侧附近和/或两侧。在示例的实施方案中，磁性元件2A和2B以这样的方式被安置3，以至于间隔等于大约芯11的宽度的一半，本文认为这提供改进的能量消耗、效率以及回收率(后面要描述的)。
在启动和/或加速操作期间，被储存在储存单元40中的能量通过能量储存组件20被转化为运载装置1的动能。具体地，储存的能量通过供给电流到所述一个或更多个磁性线圈组件10的磁性线圈12来“激活”一个或更多个磁性线圈组件10(包括靠近静止的运载装置1(在运载装置1之下、两侧和/或顶部)的那些)。在一些实施方案中，变压器/整流器单元30被提供在磁性线圈组件10和能量储存单元40之间。如在图4B的示例的实施方案中图示说明的，磁场因此由磁性线圈组件10产生。激活的磁性线圈组件10的芯11朝运载装置1的磁性元件2A和2B引导磁场。本文中要理解的是，除了其他方式以外，通过变化被供给的电流的强度、阻抗/负载、和/或方向，磁场的强度和方向可以变化和/或反转(flipped)。这可以被预确定/预设定，基于运载装置1的期望的运动方向可选择，和/或被自动地确定/设定，除了其他方面之外，基于期望的运载装置速度/加速度，运载装置重量，已知的或预期的路线，已知的或预期的行驶条件，已知的或预期的高度变化等。相应地，运载装置1的磁性元件2A和2B可操作来产生与由激活的磁性线圈组件10产生的磁场相反的磁场。所述相反的磁场创建可操作来在指定的方向上推动运载装置1的排斥力，从而将能量以动能的形式转移到运载装置1。在示例的实施方案中，由运载装置1的磁性元件2A和2B产生的磁场可以是永久性的/连续性的(例如，当磁性元件2A和2B是永磁体、始终开启的电磁体或类似物时)和/或可切换地或可变化地可控的(例如，当磁性元件2A和2B是电磁体，可以被磁屏蔽的永磁体，电磁体和永磁体的组合或类似物时)。当运载装置1朝前运动/加速时，接近、邻近或靠近运载装置1(比如在运载装置1之下或两侧)被放置的激活的磁性线圈组件10可操作来通过转化和转移附加的能量到运载装置1来协同增加运载装置1的加速度。
如在图8中图示说明的，在运载装置(比如过山车)上执行的示例的实施方式中，运载装置的加速度和减速度使用便携式加速计仪器800测量，所述加速计仪器800能够记录加速度和时程。参考图8，用于成套器械的3轴加速计801是来自Freescale的MMA7361。加速计801的操作电压(VCC输入806)被设定在3.3V，以匹配数据记录器803。加速计801的G-SEL804输入设定可读加速度的上限，所述G-SEL804输入被设定在VCC。启动加速计801的SLEEP输入805也被设定在VCC。对于大多数加速计，MMA7361典型地记录来自地球重力场的负1g。在这点上，负1g信号被用来校正加速计801以及确定其初始取向。数据记录器803(Logomaticv2)由3.3V电压调节器802供电。在三通道配置中，最大采样率是500Hz，并且指定的采样率是400Hz。来自数据记录器803的数据被储存在存储器(比如SD卡)(未示出)中。所述系统通过将所述系统在±x、±y和±z方向上垂直于地球的重力场放置来被校正。
本文认为，如上面描述为沿路线50以间隔的方式3邻近地被安置的所述至少一个磁性线圈组件10，可以协同来以能量有效的方式获得高加速速率和最高速度。除了其他方面以外，这是基于需要的或预期的加速速率、最高速度、货物的重量/尺寸、乘客数量、行驶条件(比如环境条件)、高度变化等，通过适当地选择系统参数和配置可获得的。可选择的系统参数和配置可以包括在运载装置中的可操作的磁性元件的数量(用于变化可操作的磁性元件的数量的示例的实施方式可以包括磁屏蔽那些不需要的磁性元件，和/或使用电磁体)、在每个磁性元件中的磁性单元的数量、每个磁性元件的集合强度、磁性元件相对于彼此的取向和/或定位、磁性线圈阻抗与源(对于启动操作，所述源是储存单元40；对于后面将要描述的停止操作，所述源也是储存单元40)的负载阻抗的匹配、以及运载装置1的磁性元件与磁性线圈组件10之间的空气缝隙的尺寸的改变。本文还认为，运载装置1的启动和加速实际上是将储存在能量储存组件20中的能量转化和转移为运载装置1的动能时的副产物。
在示例的实施方案中，系统100是可操作来在减速和/或停止操作中从运动的运载装置1回收能量的。能量回收是通过使用磁性线圈组件10获取/转移运动的运载装置1的动能，并且使用能量储存组件20将所述动能转化成可储存在储存单元40中的能量可获得的。更具体地，随着运动的运载装置1接近所述至少一个磁性线圈组件10，运动的磁性元件2A和2B的磁场在所述至少一个磁性线圈组件10中的第一个中感生相反的磁场和电流，从而创建对运载装置1的反向推动(在运载装置的运动的相反方向上的推动)并且使得运载装置1减速。随着减速的但仍然运动的运载装置1继续运动，下一个邻近的磁性线圈组件10也将感生出相反的磁场和电流，从而对运载装置1创建附加的反向推动并且使得运载装置1进一步减速。在示例的实施方案中，对于随后的邻近的磁性线圈组件10这种情况继续，直到运载装置1停止。在所述至少一个磁性线圈组件10中在其各自的磁性线圈12中，由所述感生的磁场中的每个感生/产生电流，并且所产生的电流被提供到储存单元40。在示例的实施方案中，变压器/整流器单元30被提供在磁性线圈组件10和能量储存单元40之间。本文认为，如在以下动能公式中表示的，随着其接近磁性线圈组件10，即将到来的运动的运载装置1的可回收能量的量与运载装置1的速度、加速度/减速度以及质量直接相关：
动能(KE)＝1/2mv2,(1)
其中m代表运载装置1的质量并且v代表当运载装置1靠近能量转移的点时运载装置1的速率/速度。
同样地，如在上面的公式中反映的，在减速和/或停止操作中，运载装置1(比如列车或过山车1)以高速接近一系列磁性线圈组件10可以提供显著的能量回收，因为获取/转移、转化以及回收的能量将与运载装置1的速度、加速度/减速度以及质量直接相关。在类似的方式中，如在上面公式中反映的，运载非常重的货物负载的列车以甚至较慢的速度接近一系列磁性线圈组件10也可以提供显著的能量回收和储存，因为能量回收将与运载装置1的质量(和速度、加速度/减速度)直接成比例。具体地，在磁性线圈组件处的感生的磁场和电流的强度/量值将与从即将到来的运动的运载装置1可获取/可转移的动能的量相关。
本文认为，如上面描述的沿路线50被邻近地安置的所述至少一个磁性线圈组件10，可以协同来获得运动的运载装置1的高减速速率和迅速的停止，以便最大化能量回收率。除了其他方面以外，这是基于需要的或预期的即将到来时的速度、减速速率、货物的重量/尺寸、乘客数量、行驶条件(比如环境条件)、高度变化等，通过适当地选择系统参数和配置可获得的。可选择的系统参数可以包括在运载装置中的可操作的磁性元件的数量、在每个磁性元件中的磁性单元的数量、每个磁性元件的集合强度、磁性元件相对于彼此的取向和/或定位、磁性线圈阻抗与源的负载阻抗的匹配(对于停止操作，所述源是储存单元40；对于启动操作，所述源是储存单元40)、以及运载装置1的磁性元件与磁性线圈组件10之间的空气缝隙的尺寸的改变。
本文还认为，在示例的实施方案中运载装置1的减速和停止不是如在常规基于摩擦力的制动系统中所实施的摩擦力的结果。而是，在示例的实施方案中减速和停止实际上是将运动的运载装置1的动能转移和转化为可储存在能量储存组件20中的能量时的副产物。在这一点上，示例的实施方案可操作来消除或基本上减少在常规的基于摩擦力的制动系统中固有的不符合期望的影响，比如在制动的性能和有效性上由环境条件引起的那些。然而，示例的实施方案相比于常规的基于摩擦力的制动系统更显著的优势包括将运动的运载装置1的动能转化成用于再使用于启动和/或加速运载装置1或任何其他运载装置的可储存能量。
在示例的实施方案中，启动操作、加速操作、减速操作和/或停止操作可以使用相同的系统被实施。在另外的示例性实施方案中，能量监测系统可以被实施，所述能量监视系统会向运载装置系统(比如过山车设施)的使用者和/或管理者提供能量被产生、消耗、和/或节省(包括相对于常规系统(比如仅并入常规的基于感应电动机的系统以及纯摩擦力制动系统)节省的能量)的图形说明。以这种方式，管理者可以微调系统的操作来使节能最大化，并且所述向使用者呈现的图形能量显示可以被用来建立节能意识以及产生对于可替换的能源和有效率的系统的热情。
图5描绘以封闭式的方式形成的固定路线地面运输系统100的示例的实施方案。系统100是可操作来使用相同的系统100执行启动操作、加速操作、减速操作和/或停止操作的。
在操作中，图5的运载装置1的启动和/或加速是通过使用储存在储存单元40中的能量使电流通过变压器/整流器单元30而到磁性线圈组件10可获得的。由于所述电流，磁场由磁性线圈组件10产生。在示例的实施方案中，除了其他方面，磁场的强度和/或方向是基于运载装置的重量、期望的速度/加速度、和/或预期的路线(比如方向、高度变化、环境条件等)可调整的。在示例的实施方案中，除了其他方面，运载装置1的磁性元件2A和2B也是基于运载装置的重量、期望的速度/加速度、和/或期望的路线(比如方向、高度变化、环境条件等)可调整、可移动和/或可定位的。在示例的实施方案中，由磁性线圈组件10产生的磁场的强度和/或方向，和/或由磁性元件2A和2B产生的磁场的磁强度和/或方向是以这样的方式可调整的，以至于磁性线圈组件10和磁性元件2A和2B的磁场是相反的，并且可以具有大约相同的强度/量值。如前面描述的，这种相反的磁场有效地创建在指定方向上启动和/或加速运载装置1必要的排斥力。
当往返于路线50以及返回原点时，由磁性元件2A和2B产生的磁场是可操作来使磁性线圈组件10感生相反的磁场和电流的。所述相反的磁场是可操作来在运动的相反方向上推动运动的运载装置1的，从而引起运载装置1的减速。随后随着运载装置1继续运动，来到磁性元件2A和2B之下的邻近的磁性线圈组件10也被磁性元件2A和2B的磁场感生相反的磁场(和电流)，所述相反的磁场(和电流)是可操作来进一步减速和最终停止运载装置1的。如上面描述的，磁性线圈组件的感生的磁场每个产生可储存在储存单元40中的电流。
在示例的实施方案中，第二或“线路末端(end-of-line)”制动系统(未示出)(比如涡流制动系统，基于摩擦力的制动系统或类似物)，是可操作来帮助系统100使基本上减速的运载装置1迅速且完全停止。线路末端制动系统可以用作第二/紧急制动和/或允许更好的停止精度。这样的线路末端制动系统可以在即将到来的运载装置1已经基本上被上面的示例的实施方案减速之后使用，也就是，当来自运载装置1的大多数动能已经被回收时。
本文认为，图5的系统100是可操作来在减速和停止操作期间回收花费在启动和加速运载装置1上的大部分或大量的能量的。然后这样的回收的能量在随后的启动操作中可应用于启动和加速运载装置1(或其他运载装置)。
图6描绘沿固定的开放式路线的系统100和200的协作的示例的实施方案，每个系统可操作来使用相同的系统执行启动操作、加速操作、减速操作和/或停止操作。如所示出的，系统100是可操作来以对于图5的系统100所描述的相同方式启动和加速运载装置1的。系统200是可操作来以对于图5的系统100所描述的相同方式减速和停止即将到来的运载装置1的。如对于图5的系统100所描述的，系统200也是可操作来以相同的方式但是在相反的方向上启动和加速静止的运载装置1的。如上面描述的，在系统200处使行驶的方向反向是通过使由磁性线圈组件10产生的磁场的方向反向可获得的。使行驶的方向反向还可以是用其他方式可获得的，包括调整、移动和/或定位运载装置1的磁性元件2A和2B。如之前描述的，所述相反的磁场有效地创建在相反方向上并且背对系统100的启动和加速运载装置1必要的排斥力。
图7描绘沿固定的封闭式路线的系统100、300、400和500的协作的示例的实施方案，每个系统可操作来使用相同的系统执行启动操作、加速操作、减速操作和/或停止操作。如所示出的，系统100是可操作来以对于图5的系统100所描述的相同方式启动和加速运载装置1的。系统300是可操作来以对于图5的系统100所描述的相同方式减速并停止即将到来的运载装置1的。系统300也是可操作来以对于图5的系统100所描述的相同方式启动并加速静止的运载装置1的。系统400和500是可操作来以对于系统300所描述的相同方式减速/停止以及随后启动/加速运载装置的。本文认为，图7的系统100、300、400和500是可操作来回收在启动和加速运载装置1中另一个系统所花费的大部分或大量的能量的。然后这样的回收的能量可应用于在随后的启动操作中启动和/或加速运载装置1(或其他运载装置)。还认为的是，在系统100、300、400和500中的任何之间，运载装置1的行驶方向可以用如对于图6的系统200中所描述的类似方式被反向。
尽管上面描述了根据公开的原理的各种实施方案，应该理解的是它们仅通过实施例而不是限制性的方式被呈现。因此，本文描述的实施方案的广度和范围应该不限于任何上面描述的示例性实施方案，而应该仅根据从该公开权利要求以及其等同形式被限定。此外，在描述的实施方案中提供了上面的优势和特征，但是不应当将这样公布的权利要求的应用限制于实现任何或所有上面的优点的方法和结构。
比较、度量和时间选择(timing)的词汇，比如“此时”、“等同形式”、“在……期间”、“完全”等，应当被理解为意指“基本上此时”、“基本上等同形式”、“基本上在……期间”、“基本上完全”等，其中“基本上”意指，对实现隐含地或明确地阐述的期望结果来讲，这样的比较、度量和时间选择是实际可行的。关于元件的相对位置的词汇，比如“围绕”“接近/在……附近”、“靠近”、以及“邻近”应当意为足够接近以具有对相应的系统元件交互的具体作用(material effect)。
此外，本文的段落标题是被提供来与37CFR 1.77的建议一致，或者用于提供本文的结构线索。这些标题不应限制或表征可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个发明。具体地，“背景技术”中的技术的描述不是要被解读为承认该技术是该公开中的任意一个或多个发明的现有技术。另外，该公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个发明，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个发明，以及它们的等同形式。在所有例子中，这些权利要求的范围应根据该公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文的标题限制。

Claims (18)

1.一种从运动的地面运输运载装置回收能量的方法，所述方法包括：
提供静止的电磁体；
通过安装在相对于所述静止的电磁体移动的运载装置上的移动磁体产生第一磁场；
随着所述运载装置通过所述静止的电磁体，在所述静止的电磁体中，通过移动磁体产生电流以及第二感生的磁场，所述第一磁场和所述第二感生的磁场彼此相反，所述第二感生的磁场具有与所述运载装置行进的方向垂直并且与地平面垂直的方向；以及
将所述电流转换成可储存在电耦接到所述静止的电磁体的能量储存单元中的能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一磁场和所述第二感生的磁场是可操作来创建排斥力的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述排斥力是可操作来减速所述运载装置的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一磁场具有第一量值并且所述第二感生的磁场具有第二量值，所述第一量值和所述第二量值是大致相同的。
5.一种系统，包括：
运载装置，包括被安装其上的产生第一磁场的第一磁体；以及
沿着所述运载装置的路径的多个静止的第二磁体，
其中，为了减速所述运载装置，所述第二磁体的第一子集基于所述运载装置的期望减速度而被选择，
其中由所述第一磁体产生的电流具有以下量值：所述量值被计算为随着所述运载装置通过所述第二磁体的第一子集在所述第二磁体的第一子集中产生与所述第一磁场相反的感生的磁场，所述感生的磁场的量值被选择以实现所述运载装置的期望加速度，
其中，为了减速所述运载装置，所述第二磁体的第二子集基于所述运载装置的期望减速度而被选择，
其中电流被提供给所述第二磁体的第二子集以创建具有被选择来实现所述运载装置的期望减速度的量值的所产生的磁场。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一磁体是电磁体。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二磁体是电磁体。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二磁体中的每个包括芯以及围绕所述芯缠绕的磁性线圈，并且其中所述第一磁体包括第一磁性元件和第二磁性元件。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一磁性元件与所述第二磁性元件间隔开大约所述第二磁体中的一个的芯的宽度的一半。
10.根据权利要求5所述的系统，其中所述感生的磁场具有垂直于所述运载装置的路径的方向。
11.根据权利要求5所述的系统，其中所述感生的磁场和所述期望的减速度具有直接关系，并且其中所述感生的磁场和所述电流具有间接关系。
12.根据权利要求5所述的系统，其中当减速所述运载装置时，所述第一磁体被控制使得所述运载装置的磁场相对于所述感生的磁场取向以实现期望的减速度，并且其中当减速所述运载装置时，所述第一磁体被控制使得所述运载装置的磁场相对于所产生的磁场被取向以实现期望的减速度。
13.根据权利要求5所述的系统，其中当减速所述运载装置时，所述运载装置的磁场的量值基本上等于所产生的磁场的量值。
14.根据权利要求5所述的系统，其中第二磁体的第一子集被选择以最大化其中所感生的电流。
15.根据权利要求5所述的系统，还包括：
转换器，当所述运载装置正在减速时，将所述第二磁体的第一子集中所感生的电流转换成可储存在耦接到第二磁体的能量储存单元中的能量。
16.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二磁体被定位在邻近于所述运载装置的路径。
17.根据权利要求5所述的系统，其中当减速所述运载装置时，所述感生的磁场具有第一方向，并且其中当减速所述运载装置时，所述产生的磁场具有与所述第一方向相反的第二方向。
18.根据权利要求17所述的系统，其中当减速所述运载装置时，所述运载装置的磁场具有与所述第一方向相反的第三方向，并且其中当减速所述运载装置时，所述运载装置的磁场具有与所述第二方向相反的第四方向。
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