使用磁力的悬浮、导向和推进车辆的制作方法

专利名称：使用磁力的悬浮、导向和推进车辆的制作方法
技术领域：
无
背景技术：
本申请案主张2002年10月1日申请的题目为“Suspending，Guiding andPropelling Vehicles Using Magnetic Forces”的第60/415,013号美国临时申请案的优先权权利。本申请案为2002年10月1日申请的题目为“SynchronousMachine Design and Manufacturing”的第10/262,541号美国申请案的部分接续申请案。前述申请案的教示以引用方式并入本文中。
本发明涉及磁悬浮(“磁力悬浮火车”)运输系统和方法，且尤其涉及使用磁力而悬浮、导向和推进车辆的运输系统和方法。
已经对使用磁力来悬浮、导向和推进车辆作了广泛的研究，并且已建立了若干实际尺寸的示范样机。尽管证明了存在诸如快、舒适、安静和有效运行的优势，但是，已意识到磁悬浮是昂贵的且主要适用于极高速的运行。已通过所提议的设计的能力来限制城市使用中的应用来有效地与诸如高速交通、轻轨、单轨铁路、计算机轨道及快递巴士大道的常规导向系统竞争。
实际上，经严肃考虑而用于运输应用中的所有磁悬浮设计，其特征为电力学悬浮(EDS)或电磁悬浮(EMS)。EDS设计使用通过感应电流与产生所述电流的不断变化的磁场的交感所产生的力，而EMS设计对铁磁性结构使用磁铁吸引力。EDS及EMS设计均得以建立并经测试到已知其速度超过150m/s(336mph，540km/h)可行。
每种设计都具有一定的优势及弊端。尽管EDS具有其可采用比EMS更大的磁隙而运行的优点，但其同时具有在低速时产生高拖曳性并在被停止时不提供磁悬力的基本弊端。另一方面，尽管EMS具有在低速时可极佳地运行的优势，但其同时具有磁隙必须小于实用于EDS设计的间隙的弊端。
日本高速测试磁轨已展示具有100mm间隙的EDS系统可达到至少150m/s(353mph)的速度及德国高速交通(Transrapid)EMS测试磁轨已证实以10mm的间隙在125m/s(280mph)的速度运行是可靠的。对于城市应用而言，表现出EMS具有一主要的优势，且若可增加磁隙，则对于低速及高速设计两者而言，将表现出EMS具有主要优势。
存在于现有的专利中所揭示的值得考虑的现有技术且回顾它们以便理解此处所揭示的发明如何与现有技术不同及在现有技术上的改良是有教导意义的。
第3,638,093号专利(Magnetic suspension and propulsion system；JamesRoss，日本出版，1月25日，1972年)是将悬浮与推进组合的设计的早期实例。此项专利也参考1889年的若干重要的较老专利。所述设计需要将功率传递到车辆上以便来推进它，且因为其不使用永久磁铁，所以悬浮需要实质功率。
第3,842,751号专利(Transportation system employing anelectromagnetically suspended，guided and propelled vehicle；发明者RichardThornton，Henry Kolm；1974年10月22日出版)展示如何使用单组超导或永久磁铁来悬浮、导向及推进车辆，但其基于EDS技术，因而不存在控制另一不稳定的悬浮的需要。此项设计需要使用用于低速运行的车轮且因为较高的低速拖曳性，所以此项设计并不优良地适用于低速运行。
第3,860,300号专利(Virtually zero powered magnetic suspension；发明者Joseph Lyman；日本1975年1月14日出版)展示在悬浮系统中如何使用永久的磁铁，但所述的设计用于磁性承载且永久的磁铁及电磁铁需要完全独立的结构。它并未解决导向或推进的问题。
第3,937,148号专利(Virtually zeros power linear magnetic bearing；发明者Paul A.Simpson；1976年2月10日出版)展示如何将第3,860,300号专利用于运输应用中，但需要独立的电磁铁且并未解决导向及推进的问题。
第4,088,379号专利(Variable permanent magnet suspension system；发明者Lloyd Perper；1978年5月9日出版)建立于第3,860,300号专利中的思想上，但其并不可直接应用于使用EMS的磁悬浮上。
第5,722,326号专利(Magnetic Levitation system for moving 0bjects；发明者Richard Post；1998年3月3日出版)是专利3,842,751的变体，其使用Halbach(海尔贝克)永久磁铁阵列。其针对EDS且未教示在EMS设计中如何使用永久磁铁。
第6,860,300号专利(Virtually zero powered magnetic suspension；发明者Joseph Lyman；1975年1月14日)教示如何可将永久磁铁用于提供磁悬浮，但所揭示的设计需要独立的电磁铁且难于应用于运输应用中。
专第3,937,148号利(Virtually zero power linear magnetic bearing；发明者Paul A.Simpson；1976年2月10日出版)展示如何可将前述专利用于运输应用中，但需要独立的电磁铁且并未解决导向及推进问题。
上文所描述的专利指示了此处所揭示的专利目标的重要性，但所述的专利遗漏了重要的成分。
从前述的观点看来，此项发明的目标为提供用于磁悬浮(“磁力悬浮火车”)的改良的方法和装置，且尤其为使用磁力而悬浮、导向及/或推进车辆的方法和装置。
另一目标为提供该种方法和装置，其导致减少的车辆重量以便能减少导轨、悬浮和推进成本。
又一个目标为提供该种方法和装置，其可采用短时间间隔和高速度来运行以便减少等待时间和行进时间。
一个相关的目标为提供可得以经济地建立的方法和装置。

发明内容
前文所述介于通过本发明所获得的目标中，本发明在某些方面提供磁悬浮装置，所述的磁悬浮装置采用单个磁性结构或在所需处采用多个磁性结构来提供垂直的悬浮力、横向导向力和纵向推进力。在本发明的一个方面中，磁性结构包括一提供悬浮的磁铁。根据本发明的一个较佳实践，所述磁性结构可为永久磁铁。缠绕所述磁铁(或者安置在接近磁铁附近)的线圈控制悬浮(举例而言)以便其在所有需要的方向上稳定。
根据本发明的相关方面，通过控制磁隙的电流激发前述线圈(举例而言)以便使车辆的重量等于磁铁的吸引力。例如可通过反馈控制系统产生所述控制电流来提供提升、颠簸、偏航、滚动及/或摇摆的主动衰减。
在另外的方面中，如上文所描述的磁悬浮装置施加控制电流以便产生出抵抗任何将引起磁铁间隙自理想值改变的扰动。
本发明的其它方面提供如上文所描述的磁悬浮装置，其中磁铁交错。其允许使用相同的控制线圈来提供横向运动的主动控制。
本发明的其它方面提供如上文所描述的磁悬浮装置，其布置有等于实用于现有技术系统的间隙两倍(或更大)的间隙。
本发明的其它方面提供如上文所描述的磁悬浮装置，其中代替前述的永久磁铁(或除前述的永久磁铁外)而使用超导磁铁。在本发明的相关方面中，所述的超导磁铁可以持久模式运行而不需要控制所述超导电流。
本发明的其它方面提供利用如上文所描述的磁悬浮装置的车辆。举例而言，这些车辆可为载人运送器、行李运载工具或以短的时间间隔而运行的其它移动设备。
根据本发明的系统和方法在许多方面是有优势的。其中，在所述优势中，一个为它们提供较高的加速度，因而即使当有频繁的停车时和当在较慢速度时需要调节紧急转弯时高运行速度仍可能平稳。
本发明的其它方面提供用于运行载人运送器、行李运载工具及与上文所描述的功能并行的其它磁悬浮装置。


图1描绘根据本发明的磁悬浮导轨和悬浮系统的横截面，其中车辆的每一侧具有提供经组合的悬浮、导向和推进的磁铁模块；图2a描绘图1系统的中间截面的部分磁铁模块和结构的侧视图；图2b描绘图1系统的末端截面，其平衡磁通量并减轻顿力；图3描绘在80mm宽轨道的情况下，图2a和图2b所示的磁铁箱(magnetpod)的1-波长片段的悬浮力、导向力和推进力；图4为(a)展示根据本发明具有推进绕组的定子迭片的短定子部分，及(b)在中间具有可控制磁铁及具有平衡通量并最小化顿力和颠簸力的特殊末端磁铁的车辆磁铁箱的三维图式；图5为根据本发明的悬浮控制系统的方块图；图6为根据本发明的线性同步发动机(LSM)控制系统的方块图；图7描绘根据本发明具有四个箱的车辆，其在二维上枢转以便允许协调水平和垂直转弯；图8展示诸如图7所示的那些的磁铁箱如何附加到根据本发明的车辆上。所述图也展示根据本发明的可选机械机构，其相对于车辆衰减箱的振荡。
图9展示在根据本发明的系统中如何将磁铁相对于悬浮轨道偏移以便允许悬浮控制系统衰减横向振荡。
图10描绘根据本发明的系统，其中永久磁铁由超导磁铁所取代。
具体实施例方式
根据本发明的系统可使用一磁铁结构来提供悬浮、推进和导向。在一实施例中，悬浮可举起约十倍磁铁结构重量的重量且成一体的推进系统可以90％或更大的平均效率运行。使用这种悬浮、推进和导向的运输系统可具有更轻的车辆，消耗更少的能量并仍具有已知磁悬浮设计的优势，例如，减少的噪音、更高的最高速度、更高的加速度及缺少与基于车轮的系统相关联的维修。
尺寸选择图1展示在根据本发明的系统中的基线(baseline)悬浮设计的横截面。所述车辆受在每一侧上的一串磁铁支持，且这些磁铁对导轨上的迭片钢轨产生吸引力。考虑到若干因素而选择图1中所示的尺寸，例如，车辆的宽度应至少适应于在2.0到3.2米(6.6到10.5英尺)的范围上以便适应各种应用。此范围包括有篷货车、公车和火车的宽度，其具有最佳用于更高速度和更高容量的更大宽度且具有最佳用于更低速度和更低容量的较窄宽度。
市场上所期望的磁悬浮车辆的重量视负荷量定而约为每米长度0.9公吨(0.9Mg或2000lbs)。在所说示实施例中，假定磁铁箱延伸大部分的车辆长度，则每一个箱每米支持约0.5公吨。此外，在所示实施例中，其可通过使用容易得到的具有约为20mm的磁隙的永久磁铁和约为80mm宽的钢轨而达到(尽管可使用其它类型的磁铁、其它尺寸的间隙和轨道，以及其它材料的轨道)。
较佳地，提供上举的相同磁铁也应提供导向。例如，在转弯和大风的最差情况下，横向导向力要求可大到0.4g。发明者已意识到，若导轨上的钢轨约为额定磁隙的4倍宽，则可达到前述情况。这与上文所讨论的(举例而言)20mm磁隙和80mm宽的轨道一致。
说明书中选择钢轨的中间到中间间隔为1700mm，其稍微大于常规铁路，对常规铁路而言轨道的内部边缘之间的间隔为1435mm。
其它实施例的尺寸可不同，如适当于其应用。举例而言，对于低速团体快速运输(GRT)应用而言，适合使用较窄的轨道规格，且对于极高速或重负荷而言，期望使用每米导轨具有更高负荷的更宽钢轨。
磁极距(pitch)和磁铁尺寸的选择图2a中展示图1的悬浮侧视图。磁场以称作波长的间隔来重复其自身。波长的最佳值可根据对于车辆尺寸、速度、重量和加速度的要求而在较宽范围上变化。对于图1中所示的尺寸，较佳的选择为使波长等于约0.5米(尽管也可使用其它尺寸)。这导致在横截面上近似为正方形且给定可接收地较小推进绕组电感的推进线圈。以0.5米波长和45m/s(101mph)的车辆速度，线性同步发动机(LSM)激发频率为90Hz。具有更长波长的实施例可在定子轨道中采用更多的背铁并将其用于车辆磁铁(其可增加导轨成本和车辆重量)。具有更短波长的实施例可具有更高的激发频率(其可增加涡电流损耗和绕组电感的问题)。
图3是对于诸如上文所描述的系统的图，其将推进和导向力描绘成用于车辆磁铁的1-波长(0.5米)片段和用于80mm轨道宽度的横向位移函数。此图使用具周期性边界条件的3D有限元素分析而为具有40兆高斯奥斯特(MGO)能量产出的磁铁而产生。如曲线图中所示，正常运行采用20mm垂直位移和零水平位移，且接着，悬浮力为每波长2,700N。接着，悬浮将支持每米磁铁箱长度上550kg的质量。对具有如图2所示的尺寸和位置的磁铁总计而言，在箱末端上的两个半体磁铁将产生另外630N的举力。随后，均具有3米长度的四个箱将举起6,700kg，即通常所负荷的近似质量(意即，75％的座位坐满)，小巴士尺寸的车辆。
在所说明的实施例中，如在下面的专利申请案中所讨论来决定定子尺寸所述专利申请案题目为“Synchronous Machine Design andManufacturing”，其与在2001年10月1日申请的，主张第60/326,278号同名申请案的优先权权利的申请案在同日进行申请，两个申请案均颁发给其受让人，其教示均以引用的方式并入本文中。
为最小化电感和简单化推进绕组，定子中的绕组槽具有无任何磁极末梢(pole tip)延伸的垂直面。为最小化顿力，可如在以引用的方式并入本文中的申请案中所讨论来选择磁铁的纵向长度。举例而言，采用每波长三个槽，若槽宽等于齿宽，则最小化顿力的磁铁长度每波长为波长一半的0.45或0.77倍。对于500mm波长，最佳磁铁长度约为112mm或186mm。这两个选择将引发极少的顿力，其中，较短的磁铁仅提供70％的悬浮力(因此，较长的磁铁通常是较佳的选择)。为最小化由于边缘效应(取决于轨道宽度)的顿力，186mm的磁铁长度为上文尺寸的较佳选择。
槽宽可在宽度范围上变化，但通过使槽宽等于齿宽，可不产生任何废料地构造定子迭片。在一些实施例中，期望改变相关绕组槽宽度来达到所要的效果；使用不同的磁铁长度来最小化顿力，这也就成了必要手段。
选择磁铁的高度(意即，厚度)为大于空气间隙约25％或当间隙为20mm时，磁铁高度为25mm。更高的磁铁将提供更大的吸引力和推进力，但必须在控制线圈中使用更多的安培匝数和使用增大的磁铁重量。更小值将更少吸引力且衰减推进力。选择25％对一些应用接近最优。
控制线圈高度需要大于磁铁高度以便在启动过程中将绕组中的抗功率损耗减少到可接受的水平。这可通过把磁铁放在基座上来达成。对于一些应用而言，40mm的控制线圈高度为在另外增加重量与另外产生功率消耗之间的较佳的折中方案。
磁铁类型和配置采用本技术，用作磁铁材料的较佳选择为钕铁硼(NdFeB)。在级别中选择时，较佳地，在最大的可能运行温度下估计最大能量产出和消磁所需的抗磁力。所说明的实施例使用一种材料，在50℃的温度下，其具有40MGO能量产出率且具有当将磁通量驱动到0时材料不大体消磁的约束。也可使用具有超过40MGO的能量产出的NdFeB磁铁，可是，采用当今可利用的材料，它们倾向于更容易消磁。在选择本发明的一些实施例的材料中，目标为确保当控制电流将磁通量减少到当间隙为最小值时所需来增加间隙的水平时，磁铁的任何重要的部分存在足够小的消磁。可将诸如Halbach阵列的不同的磁铁配置用于其它的实施例中，但这并不实质性地影响设计。
末端磁铁在根据本发明的系统中，车辆磁铁阵列通常仅为几个波长的长。当判定末端磁铁排列时，较佳考虑下文内容。
1.磁铁较佳终止自阵列的周期性部分的磁通量以便所述磁铁产生极类似于当车辆阵列极长时其应为的定子磁通量。
2.若周期性阵列不引发任何顿力，则末端磁铁将较佳地不引发顿力。
3.末端磁铁较佳地不在阵列上产生过度的颠簸力。
在一些实施例中，这导致了下面的配置，其中1.磁铁近似与规则的磁铁一样长，但其高度减少。选择其尺寸和放置以便来自邻近磁铁的磁通量的一半沿每个纵向方向上。
2.选择末端磁铁的长度和间隔，从而不存在顿力。
3.将偶数数目的磁铁用于周期性阵列中并使用经仔细计算的尺寸和放置以便不存在由末端磁铁所产生的极小的颠簸力。
图2b中所示的相关尺寸根据这条标准而选择。图4中展示具有四个成一体磁铁和两个末端磁铁的磁铁箱。
在图2b中，末端磁铁不是完满高度且没有控制线圈。减少的高度当磁铁间隙较小时减少了吸引力且这减少了控制线圈中所要的峰值电流。在一些实施例中，将控制线圈围绕末端磁铁而放置。若磁铁阵列极短，或若需要较高的悬浮力，则末端磁铁之一设计可完全不同，且本文预想到了这一点。
悬浮控制在根据本发明的系统中，线圈中缠绕悬浮磁铁的不断变化的电流控制垂直悬浮力。控制的两个目标为1.将不稳定平衡点转换成稳定平衡点。
2.将磁隙调整到将控制线圈中的功率消耗最小化的值上。
通常将完成这些任务的控制系统建构成两个独立的反馈控制回路。使用间隙和加速度传感器的快速回路提供了稳定性，且使用电流传感器的较慢的回路最小化了控制电流。
因为静态电磁铁系统在至少一个自由度上为本质上不稳定，所以使用稳定化。此处所描述的设计在垂直方向上不稳定，但在所有其它的方向上稳定。在典型的运行中，若采用额定负荷而将间隙设计成20mm，则选择箱的长度以便当通过控制线圈中的少量电流(若存在)使悬浮磁铁力近似与负荷力匹配时，20mm为平衡点。若负荷增加，则控制系统的快速响应部分立即施加控制电流来抵挡所增加的负荷，且接着，随着时间推移，零功率控制回路致使悬浮间隙减小以便在接近平衡处仅需少量控制电流(若存在)。典型的车辆可具有变化近似±20％额定值的负荷。因而这将暗示(参看图3)，采用需要更小间隙的更重负荷，磁隙将变化±3mm额定值。
图5为用于根据本发明的典型箱的控制系统的简化方块图。箱可具有任何数目的控制线圈(此处指定为n)，其每个受到一个H桥的控制，所述的H桥依次受到数字信号处理器(DSP)的控制。在每个箱末端的间隙和加速度传感器提供所需来维持一个稳定的间隙的传感器输入。实际上，可存在不止一个处理器以便在控制系统失败的情况下存在过剩(redundancy)。
LSM及其控制所说明的实施例的线性同步发动机(LSM)是基于前述以引用的方式并入本文中的申请案(USSN 60/326,278且其与其同日申请的同名继承案)中所描述的内容或可使用其它经设计的方法(现有技术或其它)。较佳地，选择LSM和悬浮设计，以使得存在足量的横向力来消除对于提供导向的额外磁结构的需要。若间隙较小，则这可能必须将悬浮轨道分裂成两个或更多个每一个均提供导向的部分，例如，以日本HSST磁悬浮系统的方式。LSM可受驱动如图6中的控制系统方块图中所示的多相反相器的微处理器的控制。
如第6,011,508号美国专利，“Accurate Position Sensing andCommunications for Guideway Operated Vehicles”中所描述来达到所说明的实施例中的位置感测，所述专利的教示以引用的方式并入本文中；也可使用其它的机构(本技术中已知的或其它)。将位置感测系统整合到LSM中且这将控制反相器的切换。当所要的推力较低时，较佳为运行反相器以便使电流与发动机反电压同相，且电流符号判定发动机是否正提供向前还是倒退推力。同相运行最小化在LSM绕组中的功率消耗。
对于所说明的系统的典型应用，LSM的电感极大且当推力较大时，LSM控制必须调整发动机反电压与电流之间的相位角以使得到在绕组中具有最小功率消耗量的所要的推力和速度。在这种情况下，电流与反电压不同相且控制更复杂。因为旋转式发动机经常具有小的空气间隙和激发所有绕组的场磁铁，所以这种情形在旋转式发动机中不常见，因此每单元电感不一样大。
横向力衰减图1、2a和2b产生了足够的横向力来允许协调转弯和抵抗横向风力。为了提供那横向力的衰减，成对磁铁如图9所示那样偏移，图9为根据本发明的具有4个完全长度的磁铁91和91以及2个末端磁铁93的短磁铁箱的顶视图。
可将仅在垂直悬浮力上产生较小衰减的偏移用于产生实质的横向力。举例而言，若控制线圈在一个方向上增加线圈(和磁铁)偏移的力且在相反方向上减少线圈(和磁铁)偏移的力，则可存在净横向力而在垂直力上没有改变。通过使用传感器来侦测磁铁相对于轨道的横向运动，可控制这些电流以使得衰减振荡。控制不欲提供横向导向力，而仅衰减与横向运动共振相关联的振荡。
当将磁铁安装在箱上且将若干箱用来支持车辆时，可使用横向力来衰减若干种类型的运动的振幅。举例而言，摇摆为车辆的侧到侧的运动，且滚动为车辆围绕其纵向轴滚动的旋转移动。这两个模式是结合在一起的，因为任何由在车辆下面的悬浮磁铁所施加的横向力将产生摇摆和滚动两者。通过控制垂直和横向磁力两者，可衰减摇摆和滚动。
偏航为车辆围绕其垂直轴的旋转移动且这可通过将横向力施加到前面的箱上而得以衰减，所述的横向力处于与施加到后面的箱上的横向力相反的方向中。这些施加到车辆下面的横向力可产生必须如上文所描述而被衰减的少量滚动。
在许多情况中，也期望增加一个或多个自由度的机械衰减。然而，对于低速系统而言，可消除所有或大多数机械衰减且仅使用磁力来用于控制。
超导磁铁的用途在根据本发明的一个实施例中，可除永久磁铁之外或代替永久磁铁而使用超导磁铁。举例而言，这可通过控制超导线圈中的电流来稳定间隙或通过以持久电流模式而运行超导线圈并使用已经描述而用于永久磁铁悬浮情况的外部控制线圈来完成。后一方法具有如下优势超导磁铁可极为简化。
使用超导磁铁的较佳的方法为用类似于图10中所示的结构的结构来取代永久磁铁结构。此处，可采用高温超导体来建构超导线圈102a和102b，且围绕迭片钢杆103将其缠绕，其中，将磁极末梢104用于以最小化顿力的方式分配磁通量。使用线圈的钢质核心具有减少所需的超导线圈尺寸和也减少控制线圈尺寸的益处。其也在超导体中减少涡电流损耗，涡电流损耗为低温时所发生的事件混合成的损耗。
图10中，可独立建构超导绕组并将其插到磁极末梢和控制绕组上。
单个高架悬浮轨道的用途本发明另外的实施例使用单个高架悬浮轨道，其以类似于受高架电缆支持的索道缆车的方式来支持车辆。这种悬浮方法具有若干优势.仅需要一个悬浮轨道和一个推进绕组，因此减少了成本。
.较易于设计速动切换。
.支持横梁可更小和较不突出(abtrusive)。
对于诸如在机场的室内使用，高架系统为较佳的选择。可存在机械导向轮来当车辆停止或慢速移动时抵抗摆动活动，且若没有风，则摆动活动可得以遏制。高架悬浮也可较佳的用于隧道内。在该种情况下，可存在产生排斥力来遏制摆动活动的磁铁，且高架悬浮虑及较小直径的隧道和较低成本的悬浮和推进系统。
缩放比例根据本发明的悬浮系统的尺寸极适用于移动人员，但可能对移动材料而言并非最佳。举例而言，有人想建构较小比例的版本来在洁净的空间使用，诸如在半导体构造工具中，在所述构造中基于轮子的悬浮的污染是一个问题。另一实例用于移动放射性材料，在该种情况下，车辆可在封闭的输送管中运行而推进绕组则位于输送管的外面。也可通过使用更宽的轨道来将设计按比例放大来处理更大的力，或对所述设计进行设计来用于具有更大间隙和更长波长的更高速度。所有这些变体均是可能的，且此处所讨论的设计原理仍然可应用。
上文所描述的为达到所要的目标的系统和方法。应理解本文所说明和所讨论的实施例仅为本发明的实例，且彼处运用变化的其它实施例落在本发明的范畴内。
权利要求
1.一种磁悬浮系统，其包含一包含一个或多个铁磁性轨道的导轨，所述铁磁性轨道中的至少一个进一步包含用于一线性同步发动机的绕组；一包含一个或多个磁铁阵列的车辆，所述磁铁阵列中的至少一个影响对至少一个导轨轨道的磁吸引力；影响所述车辆上的横向恢复力；和响应在一个或多个所述绕组中的电流而影响纵向力；至少一个缠绕所述磁铁的控制线圈，其影响一大体稳定的垂直间隙。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮系统，其包含一有效用于控制所述线圈的第一控制系统。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮系统，其包含一有效用于驱动所述同步发动机的所述绕组的第二控制系统。
4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含至少一对以一横向偏移方式安置的磁铁，用以衰减任何摇摆和偏航力。
5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含一个或多个安置在所述车辆上的设备，其有效衰减任何提升、滚动、摇摆及偏航振荡。
6.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含一线性同步发动机，其有效产生大体平稳的力而不产生实质的顿力。
7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含一位置感测系统，其有效判定所述车辆相对于所述导轨的位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁铁阵列进一步包含具有影响最小末端效应和顿力的一尺寸和位置的末端磁铁。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述磁铁阵列进一步包含至少一对安置在一横向偏移上的磁铁。
10.根据权利要求8所述的系统，其进一步包含一个或多个安置在所述的车辆上的设备，其有效衰减任何提升、滚动、摇摆及偏航振荡。
11.一种磁悬浮系统，其包含一包含一个或多个铁磁性轨道的导轨，所述铁磁性轨道中的至少一个进一步包含用于一线性同步发动机的绕组；一包含一个或多个超导磁铁阵列的车辆，所述超导磁铁阵列中的至少一个影响对至少一个导轨轨道的磁吸引力；影响所述车辆上的横向恢复力；和响应一个或多个所述绕组中的电流而影响纵向力；一有效大体稳定一垂直间隙的系统。
12.根据权利要求11所述的系统，其包含一绕组控制系统，其有效产生加速力。
13.一种磁悬浮系统，其包含一包含一个或多个铁磁性轨道的导轨，所述铁磁性轨道中的至少一个进一步包含用于一线性同步发动机的绕组；一包含至少一个超导磁铁阵列的车辆，所述超导磁铁阵列中的至少一个影响对至少一个导轨轨道的磁吸引力；影响所述车辆上的横向恢复力；和响应一个或多个所述绕组中的电流而影响纵向力；至少一个缠绕所述磁铁的控制线圈，其影响一大体稳定的垂直间隙；一有效用于控制所述线圈的第一控制系统；和一有效用于驱动所述绕组的第二控制系统，其有效产生所述车辆的加速度。
全文摘要
本发明涉及磁悬浮方法和设备，其使用车辆磁铁阵列来提供三个力悬浮力、导向力及推进力。所述磁铁，其可为以持久电流模式运行的永久磁铁或超导磁铁，具有相关联的控制线圈，所述控制线圈允许所述磁铁向一迭片钢轨提供一可控制的引力。所述控制线圈调整所述磁铁与所述轨道之间的间隙以使得无需在所述控制线圈中的显著功率消耗所述间隙便处于稳定平衡。这些相同的磁铁和钢轨也提供横向导向以将所述车辆保持在所述磁轨上并在转弯时操纵所述车辆。所述悬浮控制线圈可通过在所述悬浮阵列中偏移磁铁而提供横向衰减。通过反抗由所述车辆磁铁所产生的场的电流而激发所述钢轨中的横向槽中的绕组以产生车辆推进力。
文档编号B60LGK1703817SQ200380100838
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月1日 优先权日2002年10月1日
发明者理查德·D·桑顿, 特蕾西·M·克拉克 申请人:麦克纳莫绅有限公司