混合电动悬浮系统技术方案

一种利用超导车轨和导电车轨二者的混合电动悬浮系统。该混合系统减少了系统上引起的整体阻力，并减少了达到运行速度所需的动力量，同时解决了需要相对于车轨的速度以用于悬浮的问题。混合系统的总初始和运行成本可能低于单独使用超导或导电车轨，同时仍能实现高速运输的故障安全悬浮系统。

【技术实现步骤摘要】
混合电动悬浮系统
本公开涉及悬浮系统。
技术介绍
传统的被动电动悬架(EDS)悬浮系统具有多个缺点。图1示出了利用永磁体在导电车轨上悬浮车辆并且需要车辆相对于导电车轨运动以获得悬浮力的传统系统。该运动要求包含车轮或者当以低于发生悬浮的速度的速度行进时防止悬浮模块接触车轨表面的其他装置。此外，由于导电车轨中的导电板内的涡流的产生和消散(源自导电板表面上的变化的磁场)，磁阻力阻挡车辆的向前运动。图2示出了阻力增加并且在约10英里每小时的速度下达到峰值，并且然后随着相对速度的增加而急剧下降。需要大量的动力来克服相对较低的速度(与预期用于高速运输的“巡航速度”相比)下的这种阻力。利用包括高温超导材料的车轨的系统是有效的，但是非常昂贵。虽然没有与悬浮在超导车轨上的永磁体有关的磁阻力，但是由于永磁场中的缺陷而存在小的损耗。车轨整个长度使用超导材料的成本，以及将整个车轨保持在实现超导所需的临界温度下的冷却功率，导致高的初始和操作成本，使得传统的超导车轨技术不可能用于较长的路线。因此，需要与使用导电板或超导体的磁悬浮轨道系统相比更具能量和成本效率的磁悬浮轨道系统。本公开满足了这种需求。
技术实现思路
本公开描述了一种用于铁路车轨的混合轨道。轨道包括连接到第二部分的第一部分，其中，第一部分包括超导体，并且第二部分包括导体。当第一磁场与第二磁场相互作用时，磁性耦合到包括轨道的车轨的车辆相对于第一部分悬浮。使用处于超导状态的超导体产生第一磁场，并且通过附接到车辆的磁体产生第二磁场。当第二磁场与导体相互作用时，车辆相对于第二部分悬浮。轨道可以以许多方式实施，包括但不限于以下示例。1.轨道，其中，第一部分具有第一锥形端部，并且第二部分具有第二锥形端部，使得第一锥形端部与第二锥形端部有效配合。2.前述示例中的一个或任何组合的轨道包括第一部分，该第一部分包括具有第一壁和第二壁的抽空双壁管。第一壁形成/包围第一容积，以及第一壁和第二壁在第一壁和第二壁之间形成/包围第二容积。超导体设置在第一容积中，并且第二容积包括真空。3.在又一个示例中，前述示例中的一个或任何组合的第一部分包括超导体，该超导体包括多个YBaCuO晶体。4.在另一示例中，设置前述示例中的一个或任何组合的导体和磁体以便形成电磁悬架系统(EMS)，使得车辆响应于在第二磁场与包括铁磁材料的导体相互作用时产生的第二升力而悬浮L。5.在又一个示例中，设置示例1-3中的一个或任何组合的导体和磁体以便形成电动悬架系统EDS，使得车辆1110响应于根据伦茨定律和洛伦兹力产生的第二升力F2而悬浮。7.在另一示例中，前述示例中的一个或任何组合的导体包括具有槽和横档的固体导电板。8.在又一个示例中，前述示例中的一个或任何组合的第二部分包括层压板，该层压板包括设置为由绝缘体隔开的导电材料的导体。9.在另一示例中，前述示例中的一个或任何组合的磁体被设置成哈巴赫阵列。10.在又一个示例中，前述示例中的一个或任何组合的第一部分具有在100英尺到2000英尺的范围内的长度。11.在又一个示例中，前述示例中的一个或任何组合的第一部分具有足够长的长度以使当从第一部分进入第二部分时车辆达到使得车辆的升阻比超过第二部分的最大升阻比的速度。12.在又一个示例中，示例11中的长度使得车辆以1g的最大加速度从第一部分的一端处的0英里每小时的初始速度加速到连接到第二部分的第一部分的另一端处的至少100英里每小时的速度。13.一种轨道系统，包括前述示例中的一个或任何组合的轨道，其中，第一部分包括小于轨道系统中的车轨的整个长度的0.1％。14.根据示例13所述的轨道系统，进一步包括计算机，该计算机被配置为控制车辆在轨道系统上的速度，其中，当从第一部分进入第二部分时的速度使得车辆经历的升阻比为至少100或超过第二部分304的最大升阻比。15.根据前述示例中的一个或任何组合的轨道，其中，第一部分包括第一区段和第二区段，并且第二部分在第一区段和第二区段之间。16.根据前述示例中的一个或任何组合的轨道，其中，车辆包括旅客列车。本公开进一步描述了一种操作车辆的方法，包括在包括轨道的车轨上操作车辆，该轨道包括连接到第二部分的第一部分，并且第一部分包括超导体，并且第二部分包括导体。车辆磁耦合到车轨：(1)响应于当使用处于超导状态的超导体产生的第一磁场与附接于车辆的磁体产生的第二磁场相互作用时产生的第一升力而相对于第一部分悬浮，并且(2)响应于当第二磁场与导体相互作用时产生的第二升力而相对于第二部分悬浮。本公开进一步描述了一种车辆，该车辆包括附接到客舱的磁体，该磁体产生与轨道相互作用的磁场，该轨道包括连接到第二部分的第一部分，第一部分包括超导体，并且第二部分包括导体；以及连接到车辆的用于控制车辆的速度的计算机系统。车辆：(1)响应于当使用处于超导状态的超导体产生的第一磁场与附接于车辆的磁体产生的第二磁场相互作用时产生的第一升力而相对于第一部分悬浮，(2)响应于当第二磁场与导体相互作用时产生的第二升力而相对于第二部分悬浮，以及(3)具有使得与车辆相关的升阻比处于车轨的第二部分的最大值的从第一部分进入第二部分的速度。附图说明图1示出了典型的EDS悬浮系统。图2示出了在被动EDS系统中发现的典型升力和阻力。图3A示出了根据一个或多个示例的混合电动悬浮系统，其包括超导车轨和导电车轨之间的过渡区。图3B示出了根据一个或多个实施例的混合电动悬浮系统，其示出了与导电车轨的长度相比的超导车轨的示例性长度(导电车轨比超导车轨长得多，未按比例示出)。在该示例中，导电车轨具有300英里(mi)的长度，并且超导车轨的各部分均具有300英尺的长度。图4示出了混合系统的超导区域中的超导材料的示例性壳体。图5示出了混合系统中的示例性导电车轨，其中，导电车轨包括导电开槽车轨，并且车轨参数的优化取决于磁体几何形状、车辆速度和期望升力。图6示出了混合系统中的另一示例性导电车轨，其中，导电车轨包括层压板。图7示出了在悬浮模块上布置在车辆基座上的哈巴赫阵列，其中，哈巴赫阵列与混合车轨或混合车轨表面相互作用以使车辆悬浮。图8示出了在混合悬浮系统上行驶的车辆上使用的哈巴赫阵列中的永磁体的示例取向。图9为哈巴赫阵列的波长的示例性视觉描绘。图10示出了对于耦合到包括哈巴赫阵列的车辆的不同类型的导电车轨的作为车辆速度的函数的升阻比，其由Post等人在https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/237852.pdf的“磁悬浮的感应车轨方法”再现。图11A示出了可用于混合悬浮系统的导电区段的示例性电磁悬浮系统。图11B示出了可用于混合悬浮系统的导电区段的示例性电动悬浮系统。图12为示出根据一个或多个示例的用于制造和操作轨道系统的方法的流程图。图13示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道(300)，包括：/n连接到第二部分(304)的第一部分(302)，所述第一部分(302)包括超导体(306)，并且所述第二部分(304)包括导体(308)，其中被磁耦合到包括所述轨道(300)的车轨(310)的车辆(700)：/n当第一磁场(M1)与第二磁场(M2)相互作用时相对于所述第一部分(302)悬浮(L)，使用处于超导状态的所述超导体(306)产生所述第一磁场(M1)，并且由被附接到所述车辆(700)的磁体(702)产生所述第二磁场(M2)，以及/n当所述第二磁场(M2)与所述导体(308)相互作用时相对于所述第二部分(304)悬浮(L)。/n

【技术特征摘要】
20180806 US 16/055,7291.一种轨道(300)，包括：
连接到第二部分(304)的第一部分(302)，所述第一部分(302)包括超导体(306)，并且所述第二部分(304)包括导体(308)，其中被磁耦合到包括所述轨道(300)的车轨(310)的车辆(700)：
当第一磁场(M1)与第二磁场(M2)相互作用时相对于所述第一部分(302)悬浮(L)，使用处于超导状态的所述超导体(306)产生所述第一磁场(M1)，并且由被附接到所述车辆(700)的磁体(702)产生所述第二磁场(M2)，以及
当所述第二磁场(M2)与所述导体(308)相互作用时相对于所述第二部分(304)悬浮(L)。


2.根据权利要求1所述的轨道(300)，其中：
所述第一部分(302)具有第一锥形端部(316)，并且所述第二部分(304)具有第二锥形端部(318)，并且
所述第一锥形端部(316)与所述第二锥形端部(318)配合。


3.根据权利要求2所述的轨道(300)，其中：
所述第一部分(302)包括抽空双壁管(402)，其具有第一壁(404)和第二壁(406)，所述第一壁(404)形成第一容积(408)，所述第一壁(404)和所述第二壁(406)在所述第一壁(404)和所述第二壁(406)之间形成第二容积(410)；
所述超导体(306)设置在所述第一容积(408)中，并且
所述第二容积(410)包括真空(450)。


4.根据权利要求3所述的轨道(300)，其中，所述超导体(306)包括多个YBaCuO晶体(414)。


5.根据权利要求1所述的轨道(300)，其中，所述导体(308)和所述磁体(702)被设置成形成电磁悬架系统(EMS)，使得所述车辆(1104)响应于当所述第二磁场(M2)与包括铁磁材料(1150)的所述导体(308)相互作用时产生的第二升力F2而...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·肖斯特罗姆，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US