用于運輸系統的驅動系統的制作方法

本申請是申請日為2012年6月26日、申請號為201280041867.0、發明名稱為“用于運輸系統的驅動系統”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

母案申請要求2011年6月30日提交的美國臨時申請no.61/571,561的權益，其全部內容通過引用并入本文中。

本發明涉及用于運輸系統的驅動和懸浮系統。

背景技術：

磁懸浮系統通常設計為通過使用兩個物體之間的吸引或排斥而懸浮的系統。這些磁懸浮系統依賴于兩個物體的間距，從而如果兩個物體的間距變化，則磁體在每個物體上產生的力變化。此外，在經由軌道實現磁懸浮的系統中，例如在列車上，要求該軌道非常水平。因此，如果因為天氣或列車及軌道的重量導致地面隨著時間的推移而移動，則必須維修軌道。

附圖說明

現在將參考附圖僅僅通過實例描述本發明的實施方式，其中：

圖1是根據本發明的運輸系統的示例性實施例的透視圖；

圖2是根據本發明的運輸系統的示例性實施例的透視圖，其中懸浮系統和驅動系統被露出用于說明；

圖3是根據示例性實施例的轉向架和導軌的透視圖；

圖4是圖3所示轉向架及導軌的正視圖；

圖5是結合到根據圖3所示示例性實施例的轉向架上的驅動發生器的倒置透視圖；

圖6是根據示例性實施例的驅動發生器的一部分的透視圖，其中示出了示例性的磁通線；

圖7是根據本發明的示例性實施例的示例性驅動發生器的一部分和示例性驅動構件的一部分的透視圖；

圖8是根據示例性實施例的示例性驅動構件內的示例性驅動發生器的一部分的透視圖；

圖9是圖3所示的根據本發明的示例性實施例的示例性驅動發生器、驅動構件、懸浮發生器和懸浮構件的正面剖面圖；

圖10是位于示例性懸浮發生器內的細長磁極和由細長磁極產生的與示例性懸浮構件相互作用的磁通的說明性實例；

圖11a和11b是懸浮發生器和一個或多個細長磁極的說明性實例；

圖12是根據示例性實施例的可選懸浮發生器和對應的懸浮構件的另一說明性實例；

圖13是圖12的懸浮發生器和對應的懸浮構件的示例性實例，其中，第一懸浮發生器經由鉸接接頭結合到第二懸浮發生器；

圖14是示例性布置中的多個磁性元件的示例性布置；以及

圖15是可以被包含作為本文提出的一種或多種布置中的磁體的示例性π形磁性布置。

具體實施方式

為了清楚簡單地進行說明，在適當情況下，附圖標記在不同附圖中重復出現來指代對應的或類似的元件。另外，為了全面理解本文所描述的實施方式列舉了大量具體細節圖。然而，本領域普通技術人員將會理解，沒有這些具體細節圖也可以實施本文所述的實施方式。在其它實例中，方法、步驟和部件沒有被詳細描述，以便不混淆所描述的有關聯的相關特性。此外，描述不應被認為是限制本文所述的實施方式的范圍。

現在將給出適用于本發明全文的幾個定義。本文中所使用的術語“懸浮”是指物體相對于另一物體在這些物體之間不存在機械接觸的情況下的提升和懸置。另一個術語是“懸浮力”。懸浮力是提供懸浮的力。憑第一感覺，懸浮力作用在豎直方向(與重力方向相反的方向上)，但本領域技術人員將容易地認識到，相同的力可以用來在橫向上或在具有豎直和橫向分量的一些方向上移動或定位兩個物體。概括而言，本文所用的術語“懸浮”和“懸浮力”分別是指在與行使的主方向大致垂直的方向上無接觸地定位兩個物體和兩個物體之間的力。“懸浮發生器”是構造為產生與提升構件相互作用的磁波以使可動物體相對于固定物體懸浮的裝置。

“驅動力”是指使一個物體相對于另一物體加速、保持運動或減速所需的力。本文使用的“驅動力”是指與行進的主方向大致成一直線的力，不受兩個物體之間機械接觸的影響。“驅動發生器”是構造為產生與驅動構件相互作用的磁波以相對于固定物體驅動可動物體的裝置。

本文所用的另一個術語是“導軌”。導軌是提供汽車、車輛或轉向架可以沿著其移動的路徑的裝置或結構。汽車指構造成沿著導軌行進的裝置。汽車可以是至少部分封閉的、完全封閉的或具有僅僅一個可以放置物體或人的表面。汽車可以結合到轉向架上，轉向架又結合到導軌上。轉向架可以是汽車的一體部件或可以與汽車結合的單獨部件。本文所用的轉向架并非必須包括輪子，而是構造成與導軌接合。

本文中使用的另一個術語是“結合”。結合可以指兩個物體的鏈接或連接。結合可以是直接的或間接的。間接結合包括通過一個或多個中間物體連接兩個物體。結合還可以指電的或機械的連接。結合還可以包括沒有物理接觸的磁性鏈接。

本文中使用的另一個術語是“磁源。”磁源是自然地產生磁場或者可以被感應以產生磁場的任何材料。例如，磁源可包括永磁體、電磁體、超導體等。

本發明提出了一種運輸系統，其包括本文所介紹的一個或多個部件。運輸系統可以包括為汽車提供沿其移動的路徑的導軌。運輸系統還可以包括構造成提供驅動力的一個或多個驅動發生器。運輸系統還可以包括構造成提供懸浮力的一個或多個懸浮發生器。雖然說明書提出了這些部件的系統，但是這些部件的每一個可以與其它系統一起實施或集成到需要僅僅一個這些部件的系統中。例如，本文提出的懸浮發生器可以集成到其它系統中。例如，懸浮發生器可以被實現為磁懸浮列車的、移動人行道的或包括一個或多個移動部件的另一系統的一部分。類似地，驅動發生器可與其它系統一起使用。例如，驅動發生器可利用傳統的磁懸浮系統來實現。同樣，導軌可以被修改成與僅僅驅動發生器或僅僅懸浮發生器協同作用。因此，本文描述的部件可單獨實施或在具有本文提出的一個或多個部件的系統中實施。此外，本文提出的運輸設備包括至少一個懸浮發生器、至少一個驅動發生器、至少一個提升構件以及至少一個驅動構件。

雖然在本文給出的實施例中提升構件不產生靜態磁通，但是其它實施例可以包括構造成產生靜態磁通的提升構件。磁通可以由永久磁體或電磁體來產生。

如本文提出的，本發明涉及運輸設備、轉向架、懸浮發生器、驅動發生器、導軌、運輸系統或它們的某種組合。

如本文所述，懸浮發生器可以構造成相對于提升構件提升相結合的車輛。懸浮發生器可包括構造為與提升構件磁性結合的成形構件。成形構件可具有構造成產生用于與所述提升構件的至少一部分相交的提升磁通場的至少一個細長磁極。提升磁通可取決于所述至少一個磁極面在行進方向上的運動和所述至少一個磁極面相對于行進方向的角度。所述至少一個磁極面可包括多個磁源。所產生的提升磁通場可以與所述至少一個懸浮發生器相對于對應的至少一個提升構件的相對位置無關。所述至少一個細長磁極可以被定向為相對于所述至少一個懸浮發生器與所述至少一個提升構件的相對運動方向成一角度，使得在與相對運動方向垂直的方向上產生提升力分量。所述角度可以是基于磁力與法向速度常數kfn的比值、所述至少一個懸浮發生器和所述至少一個提升構件之間的相對速度，以及所需的提升力的預定角度。所述角度可以是基于磁力與法向速度常數kfn的比值、所述至少一個懸浮發生器和所述至少一個提升構件之間的相對速度，以及所需的提升力的可變角度。所述提升力可以取決于相對于所述細長磁極的寬度和高度而言的所述至少一個細長磁極的長度，從而當長度與給定寬度和高度相比更大時所述提升力增大。所述提升力可以取決于所述細長磁極相對于所述至少一個提升構件的速度，其中，更高的速度產生更大的升力。所述至少一個細長磁極可包括成行布置的多個磁性元件。所述至少一個細長磁極可包括兩個細長磁極，并且所述兩個細長磁極的每一個可包括成行布置的多個磁性元件。

另外，本文提出了驅動發生器。該驅動發生器被構造用于驅動相結合的轉向架和/或車輛/汽車。所述驅動發生器可包括：至少一個大致圓柱形構件；多個磁體，其設置在所述至少一個大致圓柱形構件的表面上，其中所述多個磁體被布置為形成螺旋；旋轉馬達，其用于使所述至少一個大致圓柱形構件旋轉，使得所述至少一個大致圓柱形構件的旋轉在對應的驅動構件中產生螺旋形變磁通，從而使驅動發生器關于對應的驅動構件移動。所述驅動發生器可包括至少一個擱置驅動輪，其構造成當驅動發生器的速度低于預定速度時接觸對應的驅動構件。此外，所述驅動發生器可包括至少一個擱置驅動輪，并且在一個實例中，所述至少一個擱置驅動輪可以為三個擱置驅動輪。所述至少一個擱置驅動輪可構造成由部署驅動器(deploymentdriver)進行控制，以使所述至少一個擱置驅動輪在受驅動狀態下與所述圓柱形構件齊平并在低速受驅動或非受驅動狀態下延伸到所述圓柱形構件之外。所述至少一個大致圓柱形構件可以是兩個大致圓柱形構件。所述兩個大致圓柱形構件可利用相同的旋轉馬達進行旋轉，但是在相反的方向上旋轉。在至少一個實施例中，還包括附加旋轉馬達，使得所述旋轉馬達驅動所述兩個大致圓柱形構件中的一個，并且所述附加旋轉馬達可驅動所述兩個大致圓柱形構件中的另一個。所述多個磁體可以布置在多行中。所述多行可以是三行。在另一個實施例中，所述多個磁體可成行布置，使得兩個不同磁極布置在相應行的每個部分的外側。這兩個不同的磁極可以間隔開預定距離。這兩個不同的磁極可結合到背襯構件上。所述多個磁體可布置在至少一行中并且所述多個磁體安裝到背襯構件上，使得所述背襯構件和多個磁體能夠從所述圓柱形構件移除。所述驅動構件可以包括電樞，其具有基本螺旋形纏繞的多相電導體。所述電樞可供應有電流用于在所述至少一個驅動發生器中的對應一個上產生旋轉力。所述電樞可供應有電流用于在所述至少一個驅動發生器中的對應一個上產生直線力。所述至少一個驅動發生器中的對應一個的旋轉產生在電樞內流動的電流。所述至少一個驅動發生器中的對應一個的直線運動能產生在電樞內流動的電流。所述至少一個大致圓柱形構件和對應的驅動構件之間的相對直線運動可使所述至少一個大致圓柱形構件旋轉，并且所述至少一個大致圓柱形構件可結合到發電機上，這可使所述發電機旋轉并產生電力。所述發電機可以是發電機馬達，使得發電機和馬達是相同的部件。

此外，提出了導軌。所述導軌可以包括：至少一個提升構件；至少一個驅動構件，其可經由導軌結合構件結合到所述至少一個提升構件上；所述至少一個提升構件可構造成接收由對應的至少一個懸浮發生器產生的懸浮磁通；并且所述至少一個驅動構件可構造成接收由對應的至少一個驅動發生器產生的驅動磁通。所述至少一個提升構件可以包括兩個提升構件。所述至少兩個提升構件可以是兩個軌道，每個軌道具有三側。每個軌道可包括多個段。兩個軌道的每一個的橫截面可大致為矩形。所述至少一個驅動構件可以大致為圓柱形的形狀。

此外，公開了一種轉向架，其構造為與包括至少一個驅動構件和至少一個提升構件的相配導軌協同作用。所述轉向架可包括：支撐部分；至少一個驅動發生器，其可結合到所述支撐部分，其中，所述至少一個驅動發生器構造成產生驅動磁通；至少一個懸浮發生器，其可結合到所述支撐部分，使得所述至少一個懸浮發生器可構造成產生懸浮磁通；所述至少一個懸浮發生器可構造成在對應的至少一個提升構件內移動；所述至少一個驅動發生器可構造成在對應的至少一個驅動構件內移動；所述至少一個懸浮發生器可構造成響應來自所述懸浮發生器的懸浮磁通的影響被提升到相對于所述至少一個提升構件的擱置位置(restposition)之上；所述至少一個驅動發生器可構造成被來自所述至少一個驅動發生器的驅動磁通相對于所述至少一個驅動構件驅動。

圖1示出了本文提出的運輸系統100。運輸系統100包括導軌200和汽車300。汽車300可以構造成容納一個或多個人。在其它實施例中，汽車300可以構造成容納牲畜、動物或物體。汽車300可以構造成容納1-6個人。汽車300可經由汽車結合桿310結合到轉向架(未示出)上。本文描述的運輸系統100可包括一個或多個驅動構件和一個或多個懸浮發生器。在其它實施例中，關于不同的懸浮發生器可包括僅僅一種驅動發生器。在另一個實施例中，可以在沒有本文所述的驅動發生器的情況下實施所述一個或多個懸浮發生器。

導軌200包括至少一個驅動構件520和至少一個懸浮構件420。如圖1所示，呈現了僅僅單一驅動構件520。所示驅動構件520大致為圓柱形的形狀。驅動構件520可以具有形成于其中的一個或多個槽。形成于驅動構件520中的所述一個或多個槽允許提升構件從其突出。另外，所述一個或多個槽可以構造為允許構造成穿過驅動構件520的驅動發生器被結合到汽車300上。導軌200、至少一個驅動構件520和至少一個懸浮構件420可以構造為多段。盡管所示實施例不包括多段，但是這些多段可以形成為使得導軌200被組裝成包括已經安裝于其中的至少一個驅動構件520和至少一個懸浮構件420的各部件的多段。導軌200以及至少一個驅動構件520和至少一個懸浮構件420的多個段可以具有不同的長度。導軌200還可以被安裝在另一種結構中。例如，導軌200可以安裝在設計成保護導軌200免受天氣、化學品、入侵和其它環境因素的影響的殼體內。

圖2示出了示例性運輸系統100的透視圖。運輸系統100基本上與圖1的相同，但至少一個驅動發生器510和至少一個懸浮發生器410顯示到導軌200的外部用于說明。如圖所示，具有兩個驅動發生器510，具有七個懸浮發生器410、430。兩個驅動發生器510包括前驅動發生器512和后驅動發生器514。兩個驅動發生器510結合到各自的驅動馬達530上，驅動馬達530構造成使驅動發生器510旋轉來提供驅動磁通。各驅動馬達530可通過包括一個或多個處理器和一個或多個存儲器裝置的控制器進行控制。該控制器可構造成使僅僅一個驅動發生器510旋轉，而不使另一個驅動發生器510旋轉。例如，可以使前驅動發生器512繞其軸線旋轉，而后驅動發生器514可以保持不動。在至少一個實施例中，可使前驅動發生器512和后驅動發生器514沿相反的方向旋轉，但前驅動發生器512和后驅動發生器514可以提供相同方向上的動力。驅動發生器510可以經由驅動發生器結合裝置540結合到驅動馬達530上。驅動發生器結合裝置540可以構造為具有當它們旋轉時減小阻力的輪廓。在另外的其它實施例中，其中一個實施例顯示在本文中，其它部件可以位于驅動發生器510內。驅動馬達530可以結合到轉向架550。

驅動發生器510可以構造成在驅動構件520內移動。如圖所示，具有在單一驅動構件520內移動的兩個驅動發生器510。在其它實施例中，當實現多于一個驅動發生器510時，每一個單獨的驅動發生器510可以隨著相應的驅動構件520移動。前驅動發生器512經由轉向架550結合到后驅動發生器514。

轉向架550如圖所示也可以經由汽車結合桿310結合到汽車300。如圖所示，具有兩個汽車結合桿310，在其它實施例中可以實現單一汽車結合桿310。在另外的其它實施例中，可以實現兩個以上的汽車結合桿310。

轉向架550可以進一步結合到所述至少一個懸浮發生器410、430上。如圖所示，有外側磁懸浮發生器410和內側磁懸浮發生器430。外側懸浮發生器410和內側懸浮發生器430可以構造成以類似的方式進行操作。內側懸浮發生器430與外側懸浮發生器410相比可以更靠近轉向架550的中心線。

懸浮發生器410、430可以構造成產生懸浮磁通。下面將對懸浮磁通進行更詳細地說明。可以從懸浮發生器410、430內的一個或多個磁源產生懸浮磁通。懸浮發生器410、430與至少一個提升構件420協同作用，以將懸浮發生器410、430從擱置位置提升到懸浮位置。懸浮位置位于由所述至少一個懸浮發生器410、430產生的懸浮力的方向上。磁源410、430可構造成響應于相對于一個或多個升降構件420的運動而產生提升力。在諸如所示的那個實施例的一個實施例中，可以具有四個外側懸浮發生器410，即右前外側懸浮發生器412，左前外側懸浮發生器(未示出)，右后外側懸浮發生器416和左后外側懸浮發生器418。此外，在圖示的實施例中，轉向架550可以結合到三個內側懸浮發生器430，即前內側懸浮發生器432，中內側懸浮發生器434和后內側懸浮發生器436。內側懸浮發生器430可以經由內側結合器440結合到轉向架550上。前內側懸浮發生器432可經由前內側結合器442結合到轉向架550上。中內側懸浮發生器434可經由中內側結合器444結合到轉向架550上。后內側懸浮發生器436可經由后內側結合器446結合到轉向架550上。

當如圖所示實現多個懸浮發生器410、430時，懸浮發生器410、430可以構造成由控制器(未示出)進行控制。控制器可以調整由懸浮發生器410、430產生的懸浮磁通引起的提升力。在其它實施例中，懸浮發生器410、430產生的懸浮磁通可以是預定的懸浮磁通。在至少一個實施例中，如將在下面更詳細解釋的，懸浮發生器410、430可包括一個或多個磁源，每一個磁源產生兩個細長磁極。所述一個或多個磁源可以包括多個磁體。

雖然多個懸浮發生器410、430被示出，但是本發明涉及具有單一懸浮發生器410、430的實施方式。單一懸浮發生器410、430可以定位為內側懸浮發生器430或外側懸浮發生器410。

如上面所指出的，懸浮發生器可以構造成提供與重力相反的方向上的懸浮力。在一個實例中，一個或多個懸浮發生器410、430可實現為一個或多個轉向發生器610。在圖示實例中，包括四個轉向發生器610，即右前轉向發生器612，左前轉向發生器(未示出)，右后轉向發生器616和左后轉向發生器618。轉向發生器610與懸浮發生器410、430類似地工作，除了磁通的方向基本上處于/取向為與由懸浮發生器410、430所產生的磁通成直角。轉向發生器610構造成產生穿過轉向構件620的轉向磁通。轉向構件620與轉向發生器610以同懸浮發生器410與提升構件420相互作用的類似的方式協同作用，但旋轉90度。當懸浮發生器410、430和轉向發生器610都被使用時，可以利用轉向發生器610控制轉向架550和汽車300的位置。當導軌200隨著時間的推移移位或當導軌200具有轉向架550必須通過的曲線時，這導致改進的處理和跟蹤特性。

雖然圖示實施例實現為七個懸浮發生器410、430，兩個驅動發生器510和四個轉向發生器610，但是其它實施例可以實現為只有一個懸浮發生器410、430，驅動發生器510或轉向發生器610。在其它實施例中，可以實現一個或多個懸浮發生器410、430，驅動發生器510和/或轉向發生器610的組合。另外，根據本文所提出的本公開的其余部分，其它實施例可以實現一個或多個懸浮發生器410、430，驅動發生器510和/或轉向發生器610。

圖3和圖4示出轉向架700、至少一個懸浮發生器410、至少一個提升構件420、至少一個驅動發生器510、至少一個驅動構件520和導軌200的可選布置。轉向架700和其結合部件的行進的方向被示出。如圖所示，具有四個提升構件420。在其它實施例中，提升構件的數目可以基于懸浮發生器410的位置發生變化。如圖所示，具有左外提升構件422，左內提升構件424，右內提升構件426和右外提升構件428。左外提升構件422和左內提升構件424可以形成軌道。同樣，右內提升構件426和右外提升構件428可以形成另一軌道。因此，如圖所示，提升構件420形成兩個軌道。雖然示出了兩個軌道，但是軌道的數目可以是一個或多個。例如，當實現為一個軌道時，軌道的位置可以相對于導軌200居中。另外，可以形成諸如三個軌道的其它軌道。另外，盡管如圖所示的軌道由兩個提升構件420形成，但是這些軌道可以由單一提升構件420形成。軌道可以形成為多個段，使得軌道由順序布置的多個提升構件420形成。

所述至少一個懸浮發生器410可通過懸浮發生器結合器740結合到轉向架700上。雖然示出了兩個懸浮發生器結合器740，但是在至少一個實施例中可以實現單一懸浮發生器結合器740。懸浮發生器結合器740包括允許將懸浮發生器410可變定位在懸浮發生器結合器740上的安裝點750。如圖所示，懸浮發生器結合器740可以構造成使得具有兩個懸浮發生器結合器740用于每個懸浮發生器410。在其它實施例中，單一懸浮發生器結合器740可以將懸浮發生器410結合到轉向架700上。在其它實施例中，可以實現兩個以上的懸浮發生器結合器740來將懸浮發生器410結合到轉向架700上。例如，可以實現三個或四個懸浮發生器結合器740。當一個以上的懸浮發生器結合器740被實現用于每個懸浮發生器410時，懸浮發生器410的角度能相對于行進方向被改變。在至少一個實施例中，可以經由包括至少一個處理器和/或存儲器的控制器控制懸浮發生器410的角度。可以遠程地或者基于汽車的負載特性或包括導軌上的擁塞的期望速度來控制該控制器。

在圖4所示的實施例中，可以實現其它角度調整機構770來控制懸浮發生器410的角度。如圖所示，具有四個角度調整機構770，即右前角度調整機構778，左前角度調整機構776，右后角度調整機構774和左后角度調整機構772。每個角度調整機構770在一個部分780結合到轉向架700上，并且在另一部分782結合到懸浮發生器410中的一個上。角度調整機構770可以是帶螺紋的結合器，例如螺釘、機器螺紋式結合器等。在至少一個實施例中，角度調整機構770可以由控制器和伺服馬達控制。也可以實現其它控制機構。在其它實施例中，角度調整機構770可以為懸浮發生器410保持預設角度。下面將說明懸浮發生器410的角度和與其相關聯的特性。可從至少一個能量存儲裝置800給控制機構供電。

如圖所示，轉向架700包括至少一個能量存儲裝置800。如圖所示，具有兩個能量存儲裝置800，即，右能量存儲裝置810和左能量存儲裝置812。能量存儲裝置800可以呈電池、電容器或類似的存儲裝置的形式。能量存儲裝置800可用于在轉向架700和外部能量供應器之間的電連接暫時不可用的情況下存儲轉向架700上的能量。能量存儲裝置800的其它構造也在本文中被考慮。例如，每個懸浮發生器410可以具有其自身單獨的能量存儲裝置800。作為選擇，單一能量存儲裝置800可以設置在轉向架700上。在另外其它的實施例中，轉向架700上可以不設置能量存儲裝置800。

驅動發生器510可以結合到轉向架700。驅動發生器510可以經由驅動發生器結合器760結合到轉向架700。轉向架700具有與驅動發生器510相反的頂面710。能量存儲裝置800可安裝在頂面710上。此外，頂面710包括支撐件720、730，其設計成在驅動發生器結合器760周圍的區域加強和加固頂面。此外，這些支撐件可以構造為允許安裝驅動發生器結合器760。

當轉向架700運行在低速下時，由懸浮發生器410所產生的懸浮力可能太小而不能從導軌200提升轉向架700。一個或多個輪子450可以被實現為防止轉向架700的懸浮發生器410和驅動發生器510與導軌200相接觸。如圖所示，在懸浮力不足以提升輪子450避免其接觸導軌200的一部分的情況下，至少一個輪子450接觸導軌200的一部分。如圖3和4所示，實現了八個輪子450。八個輪子450的每一個構造成接觸相應一個提升構件420的一部分。在其它實施例中，所述至少一個輪子450可以包括至少兩個輪子。在另一實施例中，所述至少一個輪子可以包括至少四個輪子。如圖所示，所述至少一個輪子450結合到至少一個懸浮發生器410上。

在其它實施例中，諸如圖5所示的實施例，輪子452可以結合到轉向架700上并接觸導軌200的另一部分。例如，輪子452可以構造成接觸導軌200的驅動構件支架250(參照圖3)。除了上述輪子450之外或代替輪子450，可以實現這些輪子452。雖然本文已經描述了輪子，但是其它構造可以使用設計為允許兩個部件相對于彼此移動同時減少它們之間的摩擦力的其它機構。例如，這可以包括特殊涂層的表面、軸承面、滾動構件等。

每個所述至少一個驅動發生器的馬達(未示出)可結合到所述至少一個能量存儲裝置800中的一個上。如上所述，本文所述的懸浮發生器可以不需要電力地進行操作；然而在至少一個實施例中，每個所述至少一個懸浮發生器可以結合到所述至少一個能量存儲裝置800中的一個上。當懸浮發生器結合到能量存儲裝置812上時，懸浮發生器可以構造成當懸浮發生器不相對于提升構件移動時提供提升力。當懸浮發生器靜止或以一速度(低于該速度時所產生的提升力不夠大)移動時產生懸浮力的這種能力的增加可以允許本文描述的驅動支撐輪的穩固性的消除或至少減少。在至少一個實施例中，懸浮發生器可以構造為當轉向架的速度低于預定值時接收電力，使得可以在低速下產生輔助懸浮力，從而防止轉向架接觸導軌。

圖5是結合到根據示例性實施例的轉向架700上的驅動發生器510的倒置透視圖(從轉向架700的底部)。驅動發生器510可以經由驅動結合器511結合到轉向架700上。如圖所示，驅動發生器510包括至少一個大致圓柱形的構件572。多個磁體910被設置在所述至少一個大致圓柱形的構件572的表面上。在所示實施例中，所述多個磁體910被布置為形成螺旋。在所示實施例中，所述多個磁體910被布置在多個行920、922、924中，其中在行920、922、924的每一側上具有一個磁極912、914。例如，在第一圓柱形構件572上，具有三行磁體920、922、924，即第一行920、第二行922和第三行924。同樣，第二圓柱形構件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中的多個磁體910。兩個不同的磁極可以間隔開預定距離。兩個不同的磁極可結合到背襯構件上。例如，參見如圖14所示的磁極和背襯構件的布置。在至少一個實施例中，所述多個磁體910布置在至少一行中并且所述多個磁體910安裝到背襯構件上，使得背襯構件和多個磁體910可以從圓柱形構件572移除。第一圓柱形構件具有長度571，并且第二圓柱形構件具有長度573。在所示實施例中，長度571和573基本上相同。

當驅動發生器510由馬達530供電并且引起轉向架700運動時，驅動發生器510在驅動構件520內居中定位。然而，在低速下，在靜止的條件下，當驅動發生器510啟動或停止運動時，產生的驅動磁通可小于驅動發生器510在驅動構件520內居中定位所需的磁通。為了防止在驅動磁通低于使驅動發生器510居中所必需的磁通的情況下損壞系統，特別是損壞驅動發生器510，驅動發生器510還可以包括自定心機構580。自定心機構580允許驅動發生器510在驅動構件(未示出)內居中。自定心機構580可以包括一個或多個擱置驅動輪(restingdrivewheel)582，其經由輪子結合器584結合到驅動發生器510上。此外，擱置驅動輪582突出到圓柱體572、574的外表面之外的距離可以由輪子調整機構586調整。通過擱置驅動輪582延伸剛好超出圓柱體572、574的外表面，驅動發生器510可以在驅動構件520內移動，而擱置驅動輪582不會過多地接觸驅動構件520。自定心機構580防止圓柱體572、574在低速下和在驅動發生器可能設置得太靠近驅動構件520的條件下接觸驅動構件520。如圖所示，具有三個擱置驅動輪582。在至少一個實施例中，至少一個擱置驅動輪582構造成當驅動發生器510的速度低于預定速度時接觸對應的驅動構件520。在至少一個實施例中，所述至少一個擱置驅動輪582構造成由部署驅動器進行控制，以使所述至少一個擱置驅動輪582在受驅動狀態下與圓柱形構件572、574齊平并在低速受驅動或非受驅動狀態下延伸到圓柱形構件572、574之外。在至少一個實施例中，擱置驅動輪582是非供電輪子，使得它們被構造為僅僅滾動。在另外的其它實施例中，這些驅動輪可以被供電，以當驅動發生器510運行在低速或從停止啟動時提供一些幫助。

圖6是根據示例性實施例的驅動發生器510的一部分的透視圖。多個磁體910被如圖5所示布置，但為清楚起見已省略了標記。如圖6所示，示出了示例性磁通線1002。如圖所示，旋轉馬達530用于使所述至少一個大致圓柱形構件572、574旋轉，使得所述至少一個大致圓柱形構件572、574的旋轉1042、1044在對應的驅動構件520中產生螺旋形變磁通，從而使驅動發生器510關于對應的驅動構件520移動。當兩個大致圓柱形構件572、574如圖6所示設置時，每個大致圓柱形構件572、574可以結合到各自的旋轉馬達530上，從而使大致圓柱形構件572、574旋轉。在另一個實施例，可以利用同一旋轉馬達使兩個大致圓柱形構件572、574旋轉。在所示實例中，兩個大致圓柱形構件572、574中的每一個在與另一個相反的方向上旋轉。在其它實施例中，兩個大致圓柱形構件可以在相同方向上旋轉。圖8中示出了驅動發生器510相對于驅動構件520的運動。

驅動發生器510還可以構造成減慢運動。在至少一個實施例中，驅動發生器510的所述至少一個大致圓柱形構件572、574和對應的驅動構件520之間的相對的大致直線運動可導致所述至少一個大致圓柱形構件572、574旋轉。如上面所指出的，所述至少一個大致圓柱形構件572、574的旋轉可導致驅動發生器510相對于驅動構件520的大致直線運動。馬達530可以導致所述至少一個大致圓柱形構件572、574旋轉。在至少一個實施例中，所述至少一個大致圓柱形構件572、574可結合到發電機上。發電機旋轉并產生電力，以減慢所述至少一個大致圓柱形構件572、574相對于驅動構件520的大致直線運動。在至少一個實施例中，馬達530也可以構造為發電機，使得馬達530被供電時產生施加在驅動發生器510上的旋轉力，并且當沒有電力供應給馬達530時作為發電機工作。

作為選擇，所述至少一個驅動發生器510可以包括如下部分，其具有被彎曲以便形成螺旋的磁極。磁極可以形成在驅動發生器510的外部，使得它形成所述至少一個驅動發生器510中的一個的外部的一部分。所述至少一個驅動發生器510可以構造成相對于所述至少一個驅動構件520的相應一個旋轉。所述至少一個驅動發生器510的所述部分的旋轉在所述至少一個驅動構件520的相應一個中引起渦流。

圖7是根據本發明的示例性實施例的示例性驅動發生器510的一部分和示例性驅動構件521的一部分的透視圖。在所示實例中，驅動構件521可以包括電樞523，其具有基本螺旋形纏繞的多相電導體525。電樞523可供應有電流用于在所述至少一個驅動發生器510中的對應一個上產生旋轉力。電樞523可供應有電流用于在所述至少一個驅動發生器510中的對應一個上產生直線力。所述至少一個驅動發生器510中的對應一個的旋轉產生在電樞523內流動的電流。所述至少一個驅動發生器510中的對應一個的直線運動產生在電樞523內流動的電流。

圖8示出設置在驅動構件520內的驅動構件510。如圖所示，驅動構件從左側移動到右側(參見箭頭891)。驅動構件510相對于驅動構件520的運動是由驅動構件510在箭頭893所示的方向上的旋轉引起的。驅動發生器510的旋轉可以響應于驅動馬達(未示出)施加的運動。

圖9是根據本發明的示例性實施例的示例性驅動發生器510、驅動構件520、懸浮發生器410和懸浮構件420的正面剖面圖。

驅動發生器510在驅動構件520內示出。驅動發生器510可以結合到上述自定心機構580上。自動定心機構580可以包括一個或多個擱置驅動輪582。如圖所示，具有三個擱置驅動輪582。擱置驅動輪582允許在包括低速和高速的操作過程中保護驅動發生器510不觸碰驅動構件520的內側。雖然本文已經描述了輪子，但是其它構造可以使用設計為允許兩個部件相對于彼此移動同時減少它們之間的摩擦力的其它機構。例如，這可以包括特殊涂層的表面、軸承面、滾動構件等。驅動發生器510可以經由驅動發生器結合器760結合到轉向架(未示出)上。

驅動構件520可以結合到驅動構件支架240上。在至少一個實施例中，驅動構件520可以浮在驅動構件支架240上，以便允許驅動構件520在軸向上擴大來防止應力積聚。驅動構件支撐240又可以結合到導軌支架250上。導軌支架250又可以經由導軌支架結合器423結合到一個或多個提升構件420上。

如圖所示，懸浮發生器410顯示于圖9的左手側。懸浮發生器410定位在懸浮發生器結合器740之間。懸浮發生器結合器740經由結合裝置741結合至懸浮發生器410。如圖所示，結合裝置741是延伸穿過懸浮發生器結合器740和懸浮發生器410的螺栓。此外，兩個輪子450被示出。兩個輪子450構造成接觸兩個提升構件420的頂部。如上所述，當例如在低速下沒有足夠的提升力被供應時，兩個輪子450接觸兩個提升構件420的頂部。如圖所示，兩個輪子450結合到懸浮發生器410上。在至少一個實施例中，可以實現單一輪子。此外，如圖所示的構造可以對于每個懸浮發生器410而言是相同的，或者構造可以不同。

如圖所示，顯示了兩個提升構件420。這兩個提升構件420構造成允許懸浮發生器410的至少一部分穿過。此外，底部件421可以設置成橋接兩個提升構件420之間的空間。如圖所示，懸浮發生器410在兩個提升構件420內橫向居中，使得懸浮發生器410和提升構件420分開距離1110。在操作期間，懸浮發生器410的左側和右側的距離1110可以根據需要在一定程度上改變。如圖所示，兩個提升構件420形成軌道。該軌道可以視為具有大致矩形的橫截面。如圖所示，該軌道具有三側(由外右提升構件422、內右提升構件424和底部件421形成)，使得頂側露出，以允許懸浮發生器410穿過。雖然圖9示出了僅僅一個軌道，但是任意數量的軌道可以具有相同的橫截面構造。例如，當具有如圖3所示的兩個軌道時，兩個軌道的每一個可以具有相似的橫截面。在其它實施例中，該軌道可以由單一提升構件形成。

如圖所示，懸浮發生器410包括至少一個細長磁極1102、1104。如圖所示，具有兩個細長磁極1102、1104。在其它實施例中，也可以實現兩個以上的細長磁極1102、1104。下面提供了細長磁極1102、1104的其它實施例。

圖10是位于示例性懸浮發生器410內的磁極1102、1104和由磁極1102、1104產生的與示例性懸浮構件420相互作用的磁通1160的說明性實例。如圖所示，具有兩個細長磁源1102、1104。上細長磁源1102已經被貼上標簽來注明此處使用的尺寸。上細長磁源1102具有作為其最大尺寸的長度1130。上細長磁源1102還具有寬度1140和高度1150。如圖所示，細長磁源1102所具有的長度顯著大于高度1150或寬度1140的任一者。在如圖所示的至少一個實施例中，上細長磁源1102可以具有位于左側的北極1103和位于右側的南極1105(線1101表示兩個磁極的分隔)。下細長磁源1104可以具有位于左側的南極1113和位于右側的北極1115(線1111表示兩個磁極的分隔)。當磁極如上所述取向時，由磁源1102、1104生成磁通線1160。在其它實施例中，只有單一磁源可以存在。在另外的其它實施例中，磁極方向可以關于上述磁極方向顛倒。

另外如圖所示，所述至少一個懸浮發生器410具有至少一個磁極面1102、1104。所述至少一個磁極面1102、1104產生提升磁通場1160，并且提升構件420的至少一部分與來自懸浮發生器410的磁通場1160相交。在所述至少一個懸浮發生器410相對于所述至少一個提升構件420移動的情況下，懸浮發生器410可使電渦流形成于提升構件420的至少一部分內。在至少一個實施例中，提升力可取決于相對于細長磁極1102、1104的寬度1140和高度1150而言的所述至少一個細長磁極1102、1104的長度1130，其中，當長度1130與寬度1140和高度1150相比更大時提升力增大。因此，當對于給定的寬度1140和高度1150增大細長磁極1102、1104的長度時，提升力增大。在至少一個實施例中，相對于給定長度減小寬度1140和高度1150并不會導致增大的提升力。

懸浮發生器410如圖10所示可以成形為長方體構件。在其它實施例中，懸浮發生器410可以呈其它形狀，使得它是不規則的形狀，但具有長度比寬度或高度大的尺寸。在所示實施例中，長方體構件可以構造為與提升構件420磁性地結合。此外，長方體構件可具有構造成產生用于與提升構件420的至少一部分相交的提升磁通場1160的至少一個磁極1102、1104。

當細長磁極1102、1104相對于提升構件420移動時，由細長磁極1102、1104所產生的提升磁通場1160穿過提升構件420并延伸到提升構件420之外，如圖所示。提升磁通場1160取決于將在下文關于圖11a和11b進行說明的多種因素。

圖11a和11b是懸浮發生器410和一個或多個細長磁極1102、1104的說明性實例。在圖11a中，示出了具有兩個細長磁極1102，1104的懸浮發生器410。如圖所示，具有上細長磁極1102和下細長磁極1104。上細長磁極1102和下細長磁極1104包括多個磁性元件1161。所述多個磁性元件1161布置為形成所述細長磁極。如圖所示，所述多個磁性元件1161成行布置。在其它實施例中，磁性元件1161可以布置成曲線陣列或其它形狀。

為了提供更清晰的圖，圖11b被提供來顯示單一細長磁極1102，但細長磁極1102、1104兩者將以類似的方式起作用。當懸浮發生器410相對于提升構件420移動時，懸浮發生器410(在圖11a示出)可使電渦流形成于至少一個提升構件420的至少一部分內。懸浮發生器410的相對運動可以利用本文描述的驅動發生器510(圖5中示出)和驅動構件520(在圖5中示出)而產生。電渦流可取決于表示所述至少一個懸浮發生器410相對于所述至少一個提升構件420的運動方向的方向速度矢量vtravel和懸浮發生器410的至少一個磁極1102的軸線1220之間的角度(α)。懸浮發生器410產生取決于懸浮發生器410和對應的提升構件420之間的相對速度的提升力(fl)。在至少一個實施例中，所產生的提升力(fl)可以與懸浮發生器410相對于提升構件420的相對位置無關。例如，當懸浮發生器410相對于提升構件420上升時，提升力(fl)可以保持不變。在另一個實例中，當懸浮發生器410橫向靠近提升構件420時，提升力(fl)可保持不變。

如圖11b所示，細長磁極1102與提升構件420相關地被示出。如圖所示，細長磁極1102以速度(vtravel)在行進方向上移動。可以由：vn＝sin(α)*vtravel計算細長磁極1102的法向速度(vn)，其中α是行進方向和細長磁極1102的長軸1220之間形成的角度。對于給定構造的細長磁極1102，可以推導出法向速度常數kfn和峰值速度vpeak。一旦知道kfn和vpeak的值，可以使用下列公式fn＝kfn*(vn*vpeak)/(vn^2+vpeak^2)確定法向力(fn)。一旦計算出法向力(fn)，可以用下面的公式：fl＝cos(α)*fn；fd＝sin(α)*fn來確定提升力(fl)和阻力(fd)。在一些典型的操作條件下，角度α的值較小，所以fl接近fn，而fd是fn的一小部分。此外，在一些典型的操作條件下，vn的值比vpeak的值小得多，所以fn大約為kfn*vn，fl大約為cos(α)*sin(α)*kfn*vtravel，fd大約為sin(α)*sin(α)*kfn*vtravel。因此，可以理解的是，較小的迎角(α)增大了升阻比。

鑒于前述公式，可以應用下面的陳述。當細長磁極1102、1104相對于相對運動的方向被定向在一角度處時，在與相對運動的方向垂直的方向上產生法向力分量。該法向力fn具有在提升方向fl上以及在阻力方向fd上的分量。fl為cos(α)*fn，并且在α的典型的較低值下非常接近于fn。fd為sin(α)*fn，并且通常是fn的一小部分。另外，角度(α)可以是基于磁力與法向速度常數kfn的比值、懸浮發生器410和提升構件420之間的相對速度，以及所需的提升力的預定角度。在另一實施例中，該角度是基于磁力與法向速度常數kfn的比值、至少一個懸浮發生器410和至少一個提升構件420之間的相對速度，以及所需的提升力的可變角度。提升力可取決于細長磁極1102、1104相對于所述至少一個提升構件420的速度(vtravel)，其中，更高的速度(vtravel)產生更大的提升力(fl)。

圖12是根據示例性實施例的可選懸浮發生器1310和對應的懸浮構件420的另一說明性實例。懸浮發生器1310與上述懸浮發生器的不同之處在于，與上述為外凸型(male)構造的懸浮發生器相比，懸浮發生器1310相對于提升構件420構造成內凹型(female)布置。在內凹型懸浮發生器1310中，提升構件420構造成插在懸浮發生器1310的兩側之間。懸浮發生器1310可以具有以與上述磁極類似的方式操作的兩個細長磁極1312。在內凹型構造中，懸浮發生器1310通過使磁通穿過提升構件420到達懸浮發生器1310的其它部分而產生力。與外凸型懸浮發生器相比，實施內凹型懸浮發生器1310可以導致更高水平的磁通密度穿過提升構件和增大的懸浮力。

如圖所示，內凹型懸浮發生器1310在行進方向1320上移動。與上述外凸型懸浮發生器一樣，內凹型懸浮發生器1310可以定向在角度(β)處，以按上述類似的方式產生提升力。如圖所示，角度(β)形成在內凹型懸浮發生器1310的軸線和行進方向1320之間。

圖13是圖12的懸浮發生器1310和對應提升構件420的示例性實例，其中，第一懸浮發生器1310經由鉸接接頭1340結合到第二懸浮發生器1330。在至少一個實施例中，所述多個懸浮發生器1310、1330的至少一部分可經由至少一個鉸接接頭1340結合到彼此上。如上所述，在所述至少一個懸浮發生器1310相對于所述至少一個提升構件420移動的情況下，懸浮發生器1310使電渦流形成于提升構件420的至少一部分內。電渦流可取決于表示所述懸浮發生器1310相對于所述提升構件420的運動方向的方向矢量1320和懸浮發生器1310的至少一個磁極面的軸線1312之間的角度(β)。渦流還取決于鉸接接頭1340的鉸接度。雖然關于內凹型懸浮發生器1310示出了鉸接接頭1340，但是可以利用包括外凸型懸浮發生器的上述任一種懸浮發生器實現鉸接接頭1340。此外，雖然示出了僅僅單一內凹型懸浮發生器1310，但是在至少一個實施例中可以實現多個內凹型懸浮發生器1310。在另外的其它實施例中，一個或多個內凹型懸浮發生器1310可以與一個或多個外凸型懸浮發生器410一起實施。如圖所示，第一懸浮發生器1310和第二懸浮發生器1330的兩個端部相鄰表面之間形成有角度(θ)。可以通過所述至少一個鉸接接頭1340允許第一懸浮發生器1310相對于第二懸浮發生器1330運動的量來控制角度(θ)。

圖14是塊1400中的多個磁性元件1420的示例性布置。雖然圖14中示出了塊1400，但是可以關于磁性元件的上述布置中的任何一個來實現磁性元件1420的布置。如圖所示，具有磁性元件的兩行1422、1424。磁性元件的兩行1422、1424中的每一行可以布置成使得一行中的每個磁性元件1420具有相同的磁極露出在外表面上。在至少一個實施例中，磁性元件1420可以布置在背襯構件1410上。背襯構件1410可以由與磁性元件不同的材料制成。在至少一個實施例中，背襯構件1410允許磁通穿過。此外，可以設置磁惰性間隔物1440來將第一行與第二行隔開。磁通線1430被示出用于說明目的，并且可以呈其它形狀。

圖15是用于與本文提出的其中一個驅動發生器510(圖5中示出)協同作用的示例性π形磁性布置。π形磁性元件1520設計為配合在形成于塊1500中的槽1510內。槽1510可以成形為允許移除π形(pi)磁性元件1520。π形磁性元件1520具有兩個突出構件1522和1524，每個突出構件1522、1524可以具有與其相配的不同磁極。圖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種來實現。

如本文所指出，本發明考慮控制器的使用。該控制器可以實現一個或多個能執行存儲在介質中的指令的處理器。本發明的范圍內的實例還可以包括有形的和/或非臨時性的計算機可讀存儲介質，用于承載或具有存儲在其上的計算機可執行指令或數據結構。這種非臨時性計算機可讀存儲介質可以是能夠由通用或專用計算機訪問的任何可用介質，包括上述任何專用處理器的功能設計。舉例說明，而非限制性地，這種非臨時性計算機可讀介質可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盤存儲設備、磁盤存儲設備或其它磁存儲設備，或者可以用于承載或存儲呈計算機可執行指令、數據結構或處理器芯片設計的形式的所需程序代碼工具的任何其它介質。當信息通過網絡或另一通信連接(硬連線、無線或其組合)傳輸或提供到計算機時，計算機將該連接適當地視為計算機可讀介質。因此，任何這種連接被適當地稱為計算機可讀介質。上述組合也應包括在計算機可讀介質的范圍之內。

例如，計算機可執行指令包括使通用計算機、專用計算機、或專用處理設備執行某一功能或功能組的指令和數據。計算機可執行指令還包括由處于單機或網絡環境中的計算機執行的程序模塊。一般而言，程序模塊包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、程序、組件、數據結構、對象和專用處理器的設計中固有的函數等。計算機可執行指令、相關數據結構和程序模塊代表用于執行本文所公開的方法的步驟的程序代碼工具的實例。這種可執行指令或相關數據結構的特定序列代表用于在這些步驟中實現所述功能的對應行為的實例。

上述各種實施例由僅舉例說明的方式提供，不應該被解釋為限制本發明的范圍。例如，本文的原理不僅適用于運輸系統，而且可以與其它系統一起實施該技術的一個或多個部件。本領域的技術人員將容易地認識到，在不遵循本文舉例說明和描述的示例性實施例和應用的情況下，且在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對本文所述的原理進行各種修改和改變。