CN112523015B - 磁悬浮车辆的分段轨道 - Google Patents

Abstract

用于磁悬浮车辆的分段轨道，其包括结构支撑部分和紧固到结构支撑部分的磁悬浮部分。所述结构支撑部分的每个分段通过将三个铸造金属部件熔合在一起而形成。相邻的结构支撑分段通过熔融金属首尾相连地结合在一起，并且相邻的反应轨分段通过熔融金属首尾相连地结合在一起。在现场使用现场夹具和机器完成连续分段的定位和结合。

Description

磁悬浮车辆的分段轨道

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年11月10日提交的美国临时专利申请No.62/253,545的优先权并受益于该申请，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于磁悬浮车辆的轨道的构造。

背景技术

与轨道上的常规车轮相比，磁悬浮(Magnetic levitation，也称为Maglev)可以提供优势。一般来说，磁悬浮具有低机械摩擦或零机械摩擦，因此磁悬浮系统中的部件不会因接触而磨损。磁悬浮可以运行的速度范围很广，并且在运行时它会产生相对较低的噪音水平。

磁悬浮可应用于传统的大型列车系统结构以及单轨或个人快速运输(PRT)系统。磁悬浮可以使用主动或被动磁相互作用来实现悬浮和对中功能，并且可以使用感应或同步磁相互作用实现推进。例如，联网的导轨运输系统可以使用永磁体耦合为主提升被动地提供运动，并且可以使用电动斥力在大多数运行速度下产生定对中力，同时将线性电机功能与电动对中功能相结合。参见例如在2009年7月21日被授权的Wamble III等人的美国专利7,562,628(在此引入作为参考)，以及在2012年5月8日被授权的Wamble III等人的美国专利8,171,858(在此引入作为参考)。推进单元可以与悬浮单元集成或分离。

例如，在2013年1月3日公布的Wamble III的国际公开WO2013/003387A2中描述了与悬浮单元分离的推进单元，其通过引用并入本文。磁悬浮车辆由一个或多个悬浮单元(例如WO2013/003387A2的图2、图3、图4、图9、图10、图11A、图11B中的410)悬浮，并且每个悬浮单元具有一个或多个细长磁极。当车辆接合磁悬浮轨道时，每个细长磁极与轨道的静止导电轨的平坦垂直表面相邻，并且细长磁极以可变角度倾斜。当细长磁极沿导轨移动时，来自细长磁极的磁场在导轨中感应涡流，并且导轨中的涡流在细长磁极上产生升力。在一些典型的运行条件下，升力通常与倾斜角度和车辆速度成正比(参见WO2013/003387A2的第[0066]至[0072]段)。悬浮单元的角度可以经由包括至少一个处理器和/或存储器的控制器来控制。控制器可以远程控制，也可以根据车辆的负载特性或包括导轨拥堵在内的所需速度进行控制。例如，磁悬浮车辆具有四个悬浮单元，并且每个悬浮单元包括相应的角度调节机构，使得存在四个角度调节机构，即前右角调节机构、前左角度调节机构、后右角调节机构和后左角调节机构。每个角度调节机构的一个部分连接到车辆的转向架并且另一个部分处连接到其中一个悬浮单元。角度调节机构可以是螺纹连接器，例如螺钉、机器螺纹连接器等。在至少一个实施例中，角度调节机构可以由控制器和伺服电机控制。其他控制机构也可以实施。在其他实施例中，角度调节机构可以维持悬浮单元的预设角度(参见WO2013/003387A2的第[0045]至[0046]段和WO2013/003387A2的图4)。

附图说明

图1示出了包括高轮廓椎体的脊的高架磁悬浮轨道；

图2示出了包括低轮廓椎体的脊的高架磁悬浮轨道；

图3是高轮廓椎体的透视图；

图4是低轮廓椎体的透视图；

图5是图3中介绍的高轮廓椎体的俯视图；

图6是图3中介绍的高轮廓椎体的仰视图；

图7是图3中介绍的高轮廓椎体的侧视图；

图8是图3中介绍的高轮廓椎体的端视图；

图9是图4中介绍的低轮廓椎体的俯视图；

图10是图4中介绍的低轮廓椎体的仰视图；

图11是图4中介绍的低轮廓椎体的侧视图；

图12是图4中介绍的低轮廓椎体的端视图；

图13示出了支撑一对平行间隔的磁悬浮反应轨的高轮廓椎体，和接合在磁悬浮反应轨中的磁悬浮车辆；

图14示出了支撑一对平行间隔的磁悬浮反应轨的低轮廓椎体，和接合在磁悬浮反应轨中的磁悬浮车辆；

图15是反应轨分段的顶部和前部的透视图；

图16是反应轨分段的顶部和后部的透视图；

图17是反应轨分段的俯视图；

图18是反应轨分段的侧视图；

图19是反应轨分段的正视图；

图20是反应轨分段的后视图；

图21示出了安装在高轮廓椎体上的反应轨节段的两个组件，以及附接到高轮廓椎体并从其延伸的四个拉杆；

图22示出了安装在低轮廓椎体上的反应轨分段的两个组件，以及附接到高轮廓椎体的六个拉杆；

图23示出了两个相邻的低轮廓椎体的俯视图，这两个相邻的低轮廓椎体以选定的方位角和选定的倾斜角度连接在一起，从而为穿过这两个相邻的低轮廓椎体的一对弯曲且平行间隔的反应轨提供支撑；

图24示出了图23的组件的后视图；

图25示出了图23的组件的侧视图；

图26示出了由低轮廓椎体的脊支撑的磁悬浮轨道的弯曲和倾斜部分的俯视图；

图27示出了图26中的组件的侧视图；

图28是用于提升磁悬浮脊和轨道的支撑件的正视图；

图29是图28的支撑件的侧视图；

图30是图28的支撑件的俯视图；

图31是图28的支撑件的透视图；

图32是包括侧盖板的低轮廓椎体组件的透视图；

图33是非悬浮轨道分段的椎体的透视图；

图34是焊接椎体的透视图；以及

图35是图34的焊件椎体的分解图。

具体实施方式

应该认识到，为了提供对本文描述的实施例的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，本领域的普通技术人员将会理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文描述的实施例。在其他情况下，方法、过程和组件未被详细描述以免混淆所描述的相关的特征。而且，本说明书不被认为是限制这里描述的实施例的范围。附图不一定按比例绘制，并且某些部分的比例已被放大以更好地示出本公开的细节和特征。

上述各种实施例仅作为说明提供，并且不应被解释为限制本公开的范围。因此，许多这样的细节既没有被示出也没有描述。尽管在前面的描述中已经阐述了本技术的许多特征和优点以及本公开的结构和功能的细节，但是本公开仅仅是说明性的，并且可以在细节上做出改变，尤其是在由所附权利要求中使用的术语的广泛一般含义所指示的全部范围内，本公开内容的原理中的部件的形状、尺寸和布置上做出改变。因此应该理解，上述实施例可以在所附权利要求的范围内进行修改。权项语言叙述的集合中的“至少一个”表明集合中的一个成员或集合中的多个成员满足该权项。

本公开涉及用于磁悬浮车辆的分段轨道。一般而言，用于磁悬浮车辆的轨道通常包括磁悬浮反应轨部分和结构支撑部分，磁悬浮反应轨部分通过磁悬浮反应轨部分和磁悬浮车辆之间的磁力支撑磁悬浮车辆，结构支撑部分相对于地面支撑磁悬浮反应轨部分。结构支撑部分保持磁悬浮反应轨部分的特定曲率和倾斜度。结构支撑部分可以包括用于将磁悬浮反应轨部分抬升到地面上方的支撑柱。

通常磁悬浮反应轨部分配置为单轨道或平行间隔的双轨道。对于平行间隔的双轨道的情况，轨道包括曲率并且轨道围绕曲率倾斜。结构支撑部分可以包括轨枕以保持轨道之间的恒定间隔。

需要为磁悬浮轨道提供不仅经济而且外形美观的结构。还需要最小化磁悬浮轨道的占地面积，使其能够以对人员或货物运输最方便的方式布线。此外，需要在安装磁悬浮轨道期间，最小化交通中断。这些需求通过用于磁悬浮轨道的分段结构形式来解决，该分段结构形式包括一系列金属结构支撑分段和一系列金属反应轨分段，其中相邻的结构支撑分段通过熔融金属首尾相连地连接在一起，相邻的反应轨分段通过熔融金属首尾相连地连接在一起，并且结构支撑部分的每个分段包括通过熔融金属连接在一起的三个铸造金属部件。以这种方式，结构支撑分段用作支撑磁悬浮反应轨和磁悬浮车辆的重量的结构脊，并且每个结构支撑分段用作结构脊的椎体。

在一个实施例中，椎体的三个铸造金属部件的形状相似并且以三角形配置在三个顶点处连接在一起，从而形成将被称为“高轮廓椎体”的部分。

在另一实施例中，椎体的三个铸造金属部件中的两个具有相似的形状，但是这两个铸造金属部件小于第三铸造金属部件的尺寸的一半。两个较小的铸造金属部件连接到第三铸造金属部件的相对侧，但两个较小的铸造金属部件不直接彼此连接。这种配置将被称为“低轮廓椎体”，因为它具有比高轮廓椎体低得多的轮廓。

尽管本公开描述了铸造部件，但是通过焊接、铸造、3D金属印刷部件或其任意组合形成的椎体在本公开的范围内。焊接段的示例性实施例示于图34和图35中。

图1示出了高架磁悬浮轨道41，其包括高轮廓椎体43、44的结构脊42。脊42支撑车辆45和与车辆的悬浮和驱动系统相互作用的两个反应轨46、47的重量。反应轨46、47装配在结构脊42内。在该示例中，结构脊42通过沿着脊42间隔开的支撑柱48、49抬升在地面上。在至少一个示例中，每个椎体为1.4米长，并且支撑柱48、49间隔开达60米的距离。

图2示出了高架磁悬浮轨道51，其包括低轮廓椎体53、54的结构脊52。脊52支撑车辆55和与车辆的悬浮和驱动系统相互作用的两个反应轨56、57的重量。反应轨56、57装配在结构脊52内。在该示例中，结构脊52通过沿着脊52间隔开的支撑柱58、59、60抬升在地面上。在至少一个示例中，每个椎体为1.4米长，并且支撑柱58、59、60间隔开达30米的距离。

低轮廓椎体52、53提供磁悬浮轨道51，磁悬浮轨道51比用高轮廓椎体制成的磁悬浮轨道(例如，图1中的41)在视觉上显得较不突出，但高轮廓椎体提供的磁悬浮轨道(例如图1中的41)可以跨越支撑柱之间的更大距离。磁悬浮轨道的一些分段可以用低轮廓椎体制成，而其他分段可以用高轮廓椎体制成。高轮廓椎体分段可用于跨越道路、河流或对于支撑柱不理想的位置的其他区域。

设计磁悬浮轨道的方法开始于在地图上或勘测中对于磁悬浮轨道的期望路径的布局，以便沿着该路径选择支撑柱的位置。该路径具有一定的限制，例如倾斜度或坡度、纵倾角或横倾角以及转弯半径的限制，这可能取决于在磁悬浮作用下车辆的期望速度。在至少一个示例中，对于在磁悬浮作用下40至50英里每小时的速度，倾斜度或纵倾角可以被限制为不超过11/2至2度，并且转弯半径可以被限制为不超过20至30米。在其他实施方式中，取决于乘客或货物的要求，倾斜度可以不同。在给出的示例中，它将施加在乘客上的力最小化。在其他具有货运或特定类型的乘客的实施方式中，倾斜度或纵倾角可以更大并且半径可以减小。

一旦选择了支撑柱位置，就会在支撑柱位置上适用数学样条函数。数学样条函数在相互间隔1400毫米的点处进行采样，以将样条分割成长度为1400毫米的一组分段和以1400毫米的分段为中心的每个140毫米长的一组分段。根据这些分段，生成用于磁悬浮轨道的模块化部件的切割和钻孔的数控(NC)代码。每个椎体及其相应长度的反应导在工厂组装并运输到现场，或者每个椎体及其相应长度的反应轨在现场组装。椎体组件在现场使用现场夹具和机器首尾相连地结合。

图3示出了高轮廓椎体43，且图4示出了低轮廓椎体53。每个椎体的一端具有球形凸面，而另一端具有互补的球形凹面。在至少一个例子中，这些球面的中心标称间距为1400毫米。高轮廓的椎体用于较大脊的视觉影响不是问题，并且需要较长的支撑柱间距的情况。低轮廓椎体在较短的支撑柱间距是可接受的情况下，用于最小化磁悬浮轨道的视觉侵扰。

图3和图5至图8中的高轮廓椎体43形成封闭的三角形管。在至少一个示例中，高轮廓椎体43由在三个顶点64、65、66处配合在一起的三个完全相同的全面金属铸件61、62、63组成。相应的张力拉杆安装件67、68、69布置在每个顶点。金属铸件通过焊接、烧结或钎焊过程中的熔融金属连接。在至少一个示例中，金属铸件由钢或铸造铝合金制成，例如铝合金356。

图4和图9至图12中的低轮廓椎体53由一个全面铸件71和形成U形结构的两个部分面铸件72、73组成。部分面铸件72、73在两个顶点72、75处与全面铸件71连接。相应的张力拉杆安装件76设置在每个顶点处。在两个部分面铸件72、73中的每个部分面铸件的上表面上还设置有相应的张力拉杆安装件77、78。

在制造过程中，全面铸件和部分面铸件在凹面上砂铸出突起。根据期望的脊曲率，这些突起与在脊中的相邻椎体的凸面中精确钻出的球形凹陷配合。椎体可以在几度纵倾角、偏转角和横倾角的情况下彼此配合，从而允许形成可以遵循任何3D样条的脊结构。这些突起形成在凹面而不是凸面上，以便保护突起免受如果突起位于凸面上并且铸件放置在其凸面上时可能发生的损坏。面铸件还在面铸件彼此相接的面上具有突起和凹陷，以在顶点处对齐相邻铸件从而便于相邻铸件的结合。

此外，根据勘测样条生成的NC代码，下部全面铸件具有用于与反应轨分段配合的铸造突起。在将面铸件装配在一起以形成椎体之前，用6轴飞刀切割这些反应轨安装突起，以使反应轨分段上的配合平面紧密地贴合在椎体上。

为了连接面铸件或将椎体连接在一起或将反应轨分段连接到椎体上，可以将钢部件焊接在一起，并且可以将铝部件彼此结合或通过烧结或钎焊工艺结合到其他种类的金属，其中，用电流加热烧结或钎焊膏以形成与待结合部件熔合的金属。电流可以通过类似于TIG焊接的工艺从钨惰性气体(TIG)电极施加到待结合部件。例如反应轨分段的铝部件可以用例如螺栓或铆钉的紧固件连接到钢部件。

图13示出了支撑平行间隔的磁悬浮反应轨46、47的高轮廓椎体43，和具有接合在磁悬浮反应轨中的推进单元81、82和悬浮单元83、84的磁悬浮车辆45。关于推进单元81、82和悬浮单元83、84的进一步细节见于2013年1月3日公布的Wamble III的国际公开WO2013/003387A2中，其通过引用并入本文。

图14示出了支撑平行间隔的磁悬浮反应轨56、57的低轮廓椎体53，和具有接合在磁悬浮反应轨中的推进单元91、92和悬浮单元93、94的磁悬浮车辆55。

图15至图20示出了反应轨分段101的各种视图。反应轨分段101具有中央通道111以与磁悬浮车辆的推进单元起磁性反应，并且通道112和113与磁悬浮车辆的悬浮单元起反应。在至少一个示例中，反应轨分段101是140mm深的压铸铝模块，其铸造有在一个平坦面上模制的三个突出部102、103、104和在另一个平坦面上模制到其中的三个平坦部。在铸造之后，每个反应轨模块被机器人放置在固定装置中，并且在6轴加工头上组合在一起的三个外圆角铣刀根据由勘测样条生成的NC代码在平坦部中以编程的X、Y、Z、纵倾角、偏转角、横倾角位置切割凹陷。然后将反应轨分段以10个为一组焊接在一起。

图21示出了安装在高轮廓椎体43中的反应轨分段的两个组件121、122以及附接到高轮廓椎体并从其延伸的四个拉杆124、125、126、127。在这个示例中，每个组件121、122由十个反应轨分段101组成。每个拉杆在每个端部都带有螺纹，以在每个端部接收球形螺母(未图示)。每个螺母拧在拉杆的一端部上并拧紧，以在拉杆的端部已经插入到相应的拉杆安装件67、68的端部中的相应孔中之后，向拉杆施加张力。

图22示出了安装在低轮廓椎体53中的反应轨分段的两个组件131、132以及附接到高轮廓椎体的六个拉杆133、134、135、136、137、138。

对于高轮廓椎体或低轮廓椎体，在面铸件已经机械加工并装配到椎体中之后，将两个反应轨组件装载到椎体中。一个反应轨分段被装载在椎体的左侧和右侧中的每一侧中。带有铸造在各个反应轨模块中的突起的平面与在椎体面铸件上的加工面配合，并且反应轨模块固定到椎体面铸件。在至少一个示例中，对于铝质椎体，反应轨分段通过烧结膏和电加热焊接到椎体面铸件，或者对于钢质椎体，反应轨分段用螺栓固定至椎体面铸件。

磁悬浮轨道通过互连图21或图22所示的组件而构成。将固定装置安装到第一组件上，并且然后将第二组件装载到固定件中，使得两个组件彼此对齐。第一组件可以是磁悬浮轨道末端的组件，以便磁悬浮轨道可以通过增加第二组件而递增地延伸。该过程可以重复进行，直到磁悬浮轨道延伸到所需的长度。

一旦固定装置使第二组件与第一组件对齐，则第一椎体的凸面、第二椎体的凹面以及反应轨的配合面熔合在一起。反应轨是铝制的，并与烧结膏熔合并电加热。如果椎体是铝合金制的，则椎体以相同的方式结合，或者如果椎体是钢制的，则椎体被焊接。

在固定装置中的两个组件对齐期间，组装拉杆以将一个椎体连接到下一个椎体。拉杆用于在第二椎体熔合到第一椎体之前微调第二椎体的纵倾角、偏转角和横倾角。另外，拉杆用于去除焊件上的拉力。

图23至图25示出了两个相邻的低轮廓椎体，这两个相邻的低轮廓椎体以选定的方位角和选定的倾斜角度结合在一起，以向通过这两个相邻的低轮廓椎体的一对弯曲且平行间隔的反应轨143、144提供支撑。图26和图27示出了当附加的低轮廓椎体递增地结合到图23至图24所示的组件时产生的磁悬浮轨道146。

图28至图31示出了支撑柱48的视图。支撑柱48由两根钢管151、152构成。每根钢管151、152弯成U形，然后两根钢管在它们的顶点处焊接在一起。支撑柱48的这种结构形式提供了令人愉快的视觉形式和最小的视觉障碍。

图32是包括附接到低轮廓椎体166的半铸件164、164的侧盖板162、163的低轮廓椎体组件161的透视图。侧盖板162、163可用于在乘客或货物将被装载到静止的磁悬浮车辆中所处的车站中的地板高度处提供平坦面。

图33是用于非悬浮轨道分段的椎体171的透视图。非悬浮轨道分段可用于支撑从磁悬浮反应轨脱离的磁悬浮车辆，该磁悬浮车辆将使用位于磁悬浮车辆底部的常规车轮在道路上行驶。椎体171由三个相同的金属铸件172、173、174组成，这三个金属铸件172、173、174连接以形成三角形管，磁悬浮车辆将被驱动通过该三角形管。在这种情况下，下部铸件173将支撑道路而不是一对磁悬浮反应轨。

图34和图35示出了焊接椎体的示例实施例。图34和图35示出了焊接椎体的示例实施例。如图34和图35所示，椎体171具有一个中央推进单元81和两个侧面安装的反应轨143、144。中央推进单元81和反应轨143、144可以由铝制成，更具体地由压铸铝制成。包括侧盖板162、163和铸件164的椎体171的剩余部分可以由钢制成。焊接椎体171可以允许磁悬浮车辆悬挂在椎体171下方并且具有设置在车辆上方的推进发生器，该推进发生器被配置成容纳在推进单元81内。在其他情况下，焊接椎体171可以容纳位于椎体171上方的磁悬浮车辆，并且具有设置在车辆下方的推进发生器，该推进发生器配置成容纳在推进单元81内。尽管图1至图33已经大致说明了车辆安装在反应轨上方的实施方式，然而车辆也可以被实施为使其被安装在反应轨下方。在其他示例中，可以使用该实施方式来悬挂不同于本文所描述的轨道的类型的轨道。

Claims (12)

1.一种用于磁悬浮车辆的分段轨道，所述分段轨道包括：

磁悬浮反应轨部分，其用于支撑所述磁悬浮车辆，所述磁悬浮反应轨部分包括一系列金属的反应轨分段；和

结构支撑部分，其用于支撑所述磁悬浮反应轨部分，所述磁悬浮反应轨部分安装在所述结构支撑部分的内部并且紧固到所述结构支撑部分，所述结构支撑部分包括一系列金属的结构支撑分段；

其中，所述结构支撑分段中相邻的结构支撑分段通过熔融金属首尾相连地结合在一起，所述反应轨分段中相邻的反应轨分段通过熔融金属首尾相连地结合在一起，所述结构支撑部分的每个分段包括通过熔融金属结合在一起的三个金属部件，并且所述三个金属部件在三个顶点处结合以围绕所述磁悬浮反应轨部分。

2.根据权利要求1所述的分段轨道，其特征在于，所述反应轨分段中的至少三个反应轨分段安装在所述结构支撑分段中的每个结构支撑分段内并且紧固到所述每个结构支撑分段。

3.根据权利要求1所述的分段轨道，其特征在于，所述磁悬浮反应轨部分包括固定到所述结构支撑部分的所述每个分段的两个平行间隔开的反应轨。

4.根据权利要求1所述的分段轨道，其特征在于，所述结构支撑分段中的每个结构支撑分段在一端具有凹面并且在另一端具有互补的凸面，使得这些面促进两个相邻结构支撑分段的结合，以在相邻的结构支撑分段之间提供选定的方位角和选定的倾斜角。

5.根据权利要求1所述的分段轨道，其特征在于，还包括结合所述结构支撑分段中相邻的结构支撑分段的张力拉杆。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的分段轨道，其特征在于，所述分段轨道由焊接件、铸件或3D金属印刷部件形成。

7.一种用于磁悬浮车辆的分段轨道，所述分段轨道包括：

磁悬浮反应轨部分，其用于支撑所述磁悬浮车辆，所述磁悬浮反应轨部分包括一系列金属的反应轨分段；和

结构支撑部分，其用于支撑磁悬浮反应轨部分，所述磁悬浮反应轨部分安装在所述结构支撑部分的内部并且紧固到所述结构支撑部分，所述结构支撑部分包括一系列金属的结构支撑分段；

其中，所述结构支撑分段中相邻的结构支撑分段通过熔融金属首尾相连地结合在一起，所述反应轨分段中相邻的反应轨分段通过熔融金属首尾相连地结合在一起，并且所述结构支撑分段中的每个结构支撑分段在一端具有凹面并且在另一端具有互补的凸面，使得这些面促进了两个相邻结构支撑分段的结合，以在相邻结构支撑分段之间提供选定的方位角和选定的倾斜角；并且

其中，所述结构支撑部分的每个分段包括通过熔融金属结合在一起的三个金属部件，所述三个金属部件在三个顶点处结合以围绕所述磁悬浮反应轨部分。

8.根据权利要求7所述的分段轨道，其特征在于，所述反应轨分段中的至少三个反应轨分段安装在所述结构支撑分段中的每个结构支撑分段内并且紧固到所述每个结构支撑分段。

9.根据权利要求7所述的分段轨道，其特征在于，所述磁悬浮反应轨部分包括固定到所述每个结构支撑分段上的两个平行隔开的磁悬浮反应轨。

10.根据权利要求7所述的分段轨道，其特征在于，还包括结合所述结构支撑分段中相邻的结构支撑分段的张力拉杆。

11.根据权利要求7所述的分段轨道，其特征在于，所述结构支撑部分的每对相邻分段通过至少三个张力拉杆结合，所述至少三个张力拉杆包括在所述结构支撑部分的所述每对相邻分段中从所述结构支撑部分的每个分段的三个顶点中的每个顶点延伸的相应的张力拉杆。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的分段轨道，其特征在于，所述分段轨道由焊接件、铸件或3D金属印刷部件形成。

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