ES2893648T3 - Suspensión magnética para un vehículo - Google Patents

Abstract

Sistema de suspensión magnética (MC1; MC2; MC3) para un vehículo (20), que comprende: - un raíl (30) que está hecho de material reactivo a un campo magnético generado y que comprende dos superficies laterales opuestas (R1, R2); - un elemento deslizante (50) que se puede deslizar sobre el raíl y, teniendo sustancialmente forma de U, comprende dos brazos paralelos (54) cuyas superficies enfrentadas (P1, P2) delimitan un espacio vacío (G) ocupado parcialmente por el raíl, enfrentando respectivamente cada una de las dos superficies laterales opuestas del raíl una de las superficies enfrentadas de los dos brazos paralelos, caracterizado por - al menos un imán permanente o un electroimán montado en el elemento deslizante para generar un campo magnético que golpea y pasa a través de dichas superficies enfrentadas y de dichas superficies laterales opuestas, siendo el eje polar (Q) del campo magnético ortogonal a tales superficies; constituyendo el raíl y el elemento deslizante para dicho campo magnético generado un circuito cerrado capaz de generar una fuerza suficiente para mantener el raíl suspendido verticalmente en el interior del espacio vacío del elemento deslizante.

Description

DESCRIPCIÓN

Suspensión magnética para un vehículo

La invención se refiere, en general, a una suspensión magnética para un vehículo o un compartimento de pasajeros, particularmente, un medio de transporte público como un tren de aquí en adelante tomado como ejemplo.

Para aumentar la velocidad de crucero, algunos trenes viajan por el suelo a través de sistemas de levitación, que se pueden dividir en dos tipos: sistemas de aire comprimido (véase el documento US5909710) y sistemas de campo magnético (véase el documento US6664880 o los sistemas Inductrack). Los primeros soplan aire a alta presión debajo del tren para formar un cojín; en los segundos, imanes debajo del tren generan corrientes de Foucault en el interior de los bobinados contenidos en las vías, induciendo así un campo magnético de apoyo. Cada uno de estos sistemas tiene desventajas.

El aire comprimido se genera mediante turbinas caras y voluminosas y se alimenta con mucha energía. Los bobinados de las vías también son voluminosos y caros (por ejemplo, de cobre), y el cojín magnético aparece solo si el tren es lo suficientemente rápido, de lo contrario, a baja velocidad, este último debe viajar sobre ruedas.

Los documentos WO2013003387, US5343811 y GB2174048 divulgan sistemas de levitación para un vehículo. El documento DE2151150 divulga un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Entonces los inventores quieren superar uno o más de estos problemas proponiendo una alternativa, en particular un sistema de suspensión magnética que sea económico, con pocas dispersiones de energía y complejidad contenida. El sistema se define en las reivindicaciones adjuntas, en las que las reivindicaciones dependientes definen variantes beneficiosas.

El sistema de suspensión magnética para un vehículo o compartimento de pasajeros comprende las características de la reivindicación 1.

El sistema comprende

- un primer elemento en forma de un raíl que comprende dos superficies laterales opuestas;

- un segundo elemento que se puede deslizar con respecto al raíl y, teniendo sustancialmente forma de U, comprende dos brazos paralelos cuyas superficies enfrentadas delimitan un espacio vacío ocupado (por ejemplo, parcialmente) por el raíl, enfrentando respectivamente cada una de las dos superficies laterales opuestas del raíl una de las superficies enfrentadas de los dos brazos paralelos,

- un generador de campo magnético para generar un campo magnético que tiene un eje polar ortogonal a tales superficies y golpea y pasa a través de dichas superficies enfrentadas y de dichas superficies laterales opuestas, constituyendo el raíl y el elemento deslizante para dicho campo magnético generado un circuito cerrado capaz de generar una fuerza suficiente para mantener el primer elemento suspendido verticalmente en el interior del espacio vacío del elemento deslizante.

El sistema comprende

un raíl que está hecho de material reactivo al campo magnético generado y que comprende dos superficies laterales opuestas;

un elemento deslizante en forma de un patín que se puede deslizar sobre el raíl y, teniendo sustancialmente forma de U, comprende dos brazos paralelos cuyas superficies enfrentadas delimitan un espacio vacío ocupado (por ejemplo, parcialmente) por el raíl,

enfrentando respectivamente cada una de las dos superficies laterales opuestas del raíl una de las superficies enfrentadas de los dos brazos paralelos,

siendo dicho patín capaz de generar un campo magnético con eje polar perpendicular a dichas superficies enfrentadas.

Preferentemente, en la definición general anterior y en las variantes descritas en este texto, el raíl corresponde al primer elemento, y el elemento deslizante o el patín corresponden al segundo elemento.

Preferentemente, el elemento deslizante o el patín o dicho segundo elemento es solidario con el compartimento de pasajeros o el vehículo, mientras que el primer elemento o el raíl es solidario con una estructura de soporte para el recorrido del compartimento de pasajeros o vehículo. Sin embargo, es posible intercambiar las posiciones.

Para simplificar la construcción del primer elemento o del raíl y del elemento deslizante, es preferible que el primer elemento o el raíl sea sustancialmente plano y el segundo elemento o el patín tenga forma de U, aunque se puede usar la solución inversa.

Para simplificar la construcción del raíl o del primer elemento, el generador de campo magnético está montado o presente en el elemento deslizante o en el segundo elemento. Por simplicidad constructiva, el generador de campo magnético comprende o consiste en al menos un imán permanente o un electroimán. Específicamente, el generador de campo magnético comprende o consiste en imanes permanentes instalados a lo largo y/o en el extremo de dichos brazos paralelos.

Con un movimiento relativo entre el segundo elemento (o el elemento deslizante o el patín) y el primer elemento (o el raíl) que tiende a extraer el primer elemento del segundo elemento, dicho eje polar permanece sustancialmente constante y sustancialmente ortogonal a la dirección del movimiento relativo y a las superficies laterales opuestas del primer elemento o del raíl. Esto permite que la intensidad del campo magnético ejercido sobre el primer elemento o sobre el raíl tenga un valor constante o casi constante, y no la tendencia clásica inversamente proporcional a la distancia entre los polos magnéticos que interactúan.

Cabría señalar que, para la levitación, la invención no aprovecha el principio del freno magnético, es decir, el desarrollo de corrientes de Foucault en el interior de un conductor cuando un campo magnético actúa sobre dicho conductor.

Dicho material reactivo al campo magnético puede ser un material ferromagnético, por ejemplo, y ventajosamente, un material barato y muy robusto (por ejemplo, hierro o acero C10), o una fuente de campo magnético, por ejemplo, un imán.

Preferentemente, el primer elemento o el raíl, visto en un plano de sección transversal ortogonal al eje longitudinal del primer elemento o del raíl (es decir, un eje paralelo al eje de viaje del vehículo o compartimento de pasajeros), comprende

una primera porción en cuyo extremo hay

una segunda porción cuyo espesor

- es mayor que el de la primera porción y

- está delimitado por dichas dos superficies laterales opuestas.

De esta manera, el campo magnético atrae la segunda porción para que permanezca siempre dentro del espacio que separa las superficies enfrentadas de los dos brazos paralelos. Por lo tanto, el campo magnético genera una fuerza de retorno tanto cuando el primer elemento o el raíl se extrae del segundo elemento como cuando se empujan más dentro de él.

Preferentemente, la primera porción es recta y/o de espesor constante y/o generalmente está constituida por un núcleo de la sección.

Para dicho material reactivo al campo magnético es particularmente útil usar hierro bajo en carbono, o mejor aún, acero al silicio con baja conductividad eléctrica, también llamado acero magnético. Esto evita el efecto del freno magnético donde las líneas del campo magnético llegan a las superficies opuestas del primer elemento o del raíl delante y detrás del tren. En ese punto, el primer elemento o el raíl es golpeado por un campo magnético variable.

Una ventaja del sistema es no perder ni disipar energía, siendo de hecho pasivo porque la generación de la fuerza de sustentación no implica consumo externo de energía. La fuerza de sustentación depende de la geometría de los componentes y es una fuerza de reacción magnética. Otra ventaja del sistema es la posibilidad de usar un primer elemento o un raíl fabricado con material de baja calidad y sin sofisticación.

Como construcción preferente, simple y robusta, dicho segundo elemento o patín comprende:

una pieza en forma de U de material ferromagnético que comprende los dos brazos paralelos,

un imán colocado en el extremo de cada brazo, donde los dos imanes tienen polos magnéticos que son opuestos y enfrentados entre sí, y sus respectivos ejes polares son(están) sustancialmente

• paralelos entre sí,

• dirigidos ortogonalmente a la superficie final de los brazos, y

• preferentemente alineados.

Los elementos primero y segundo (en particular el raíl y el patín) están en una posición relativa de modo que las superficies opuestas del primer elemento o del raíl y las superficies enfrentadas del segundo elemento o patín se superponen dos a dos o son adyacentes para interactuar magnéticamente al máximo y desarrollar una fuerza de atracción mutua.

La distancia de las superficies se entiende aquí, por ejemplo, como la distancia entre sus centros o la de los planos de reposo, y puede variar, por ejemplo, de 1 a 20 mm.

Las superficies opuestas del primer elemento o del raíl y las del segundo elemento o patín son preferentemente paralelas entre sí (excepto por una ligera flexión del raíl en las secciones destinadas a un cambio de dirección). De esta manera, las superficies pueden encerrar todo o el máximo posible del flujo magnético del imán y por tanto maximizar la fuerza de levitación.

El segundo elemento o patín definido anteriormente permite únicamente la suspensión del compartimento de pasajeros o vehículo. Otro aspecto independiente de la invención es resolver el problema de cómo dar tracción al compartimento de pasajeros o vehículo.

Otro aspecto independiente de la invención es resolver el problema de cómo asegurar el correcto posicionamiento relativo del primer elemento y del segundo elemento (o entre patín y raíl) en cada condición de trabajo. Para este objetivo, el sistema comprende preferentemente:

• un primer par de elementos de posicionamiento montados aguas arriba del elemento deslizante o del patín, • un segundo par de elementos de posicionamiento montados aguas abajo del elemento deslizante o del patín, en donde los elementos de posicionamiento de cada par

- están colocados en correspondencia de lados opuestos del raíl o del primer elemento,

- son capaces de aplicar una fuerza a cada lado del raíl.

- independientemente se pueden mover a lo largo de un eje geométrico que los une y que es sustancialmente ortogonal a los lados del raíl o del primer elemento.

La última característica no es necesaria si los elementos de posicionamiento son electroimanes.

Mediante el control de posición de dichos elementos de posicionamiento se puede determinar la posición del primer elemento o del raíl dentro del segundo elemento o patín, con la ventaja de centrarlos relativamente para equilibrar las fuerzas desestabilizadoras o para desequilibrar las fuerzas magnéticas que actúan lateralmente en el patín para compensar las fuerzas externas que actúan sobre el compartimento de pasajeros o sobre el vehículo.

Los elementos de posicionamiento de cada par pueden ser, por ejemplo,

- ruedas, mediante las cuales ejercer preferentemente también tracción y/o frenado al compartimento de pasajeros o vehículo, y/o

- cojines de aire comprimido, y/o

- electroimanes o matrices Halbach capaces de generar un campo magnético con un eje polar ortogonal al lateral del raíl.

Los elementos de posicionamiento de cada par pueden, por ejemplo, montarse sobre una guía lineal y accionarse mediante un accionador, por ejemplo, un motor eléctrico.

En general, dichos cuatro elementos de posicionamiento también pueden controlarse con un control de posición independiente entre sí. Para simplificar un control posicional coordinado de los cuatro elementos de posicionamiento, los elementos de posicionamiento de cada par solo se pueden mover mediante dos métodos de control independientes, es decir, solo se pueden mover

1. uno con respecto al otro, y/o

2. ambos con respecto al patín pero permaneciendo a una distancia fija entre sí.

La conjunción anterior y/o en el punto 1 indica que los desplazamientos 1. y 2. son independientes entre sí.

El primer control también permite determinar la fuerza de apriete de -o la presión ejercida por- los elementos de posicionamiento en el raíl. El segundo control también permite establecer la posición del raíl en el interior del patín en forma de U.

El primer y/o segundo control se puede conseguir, por ejemplo, por medio de un microprocesador, preferentemente programado para ejecutar instrucciones que llevan a cabo los métodos de control posicional anteriores.

Otro aspecto de la invención es un método de control posicional para dicho par de elementos de posicionamiento, que comprende la etapa de mover los dos elementos de posicionamiento del par solo uno con respecto al otro, o con respecto al patín pero manteniéndolos a una distancia fija entre sí.

Preferentemente, el sistema comprende un miembro móvil que se puede mover para ocupar o despejar el espacio vacío del segundo elemento. La función principal del órgano móvil es facilitar las operaciones de la instalación del patín en el raíl ocupando el asiento del patín para impedir una succión incontrolada del mismo por el campo magnético.

Una función auxiliar del miembro móvil es actuar como freno de emergencia, si, cuando el vehículo está en movimiento, el miembro móvil se presiona contra el raíl.

El miembro móvil se mueve, por ejemplo, por medio de accionadores hidráulicos, eléctricos o neumáticos.

Para minimizar la acción de frenado de las corrientes de Foucault inducidas en el raíl por el campo magnético, preferentemente el raíl está recubierto o formado por placas apiladas o material sinterizado (por ejemplo, ferrita). La suma de los espesores de las placas corresponde a la longitud del raíl. En particular, una o cada placa abraza dicha segunda porción del raíl.

Para poder usar ruedas como elementos de posicionamiento, por ejemplo, ruedas metálicas particularmente útiles en sistemas de alta velocidad para reducir el consumo de combustible y el ruido, el raíl está revestido con caucho (vulcanizado) en una banda lineal en contacto con las ruedas. En general, el raíl comprende una banda de caucho lineal dispuesta en un lado o en cada lado del mismo.

Otro aspecto de la invención es un vehículo de levitación magnética que comprende dicho sistema de levitación.

Los órganos del sistema se controlan preferentemente a través de una unidad de control electrónico o un microprocesador programable. Mediante el uso de un programa de software apropiado, la unidad de control o el microprocesador gestiona el funcionamiento del sistema, por ejemplo, detectando datos de sensores y/o accionando los accionadores del miembro móvil o los accionadores de los elementos de posicionamiento.

Las ventajas de la invención quedarán más claras a partir de la siguiente descripción de las realizaciones preferentes de la suspensión, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que

la figura 1 muestra en una sección transversal vertical un sistema de levitación de acuerdo con la invención para un compartimento de pasajeros;

la figura 2 muestra una ampliación de la figura 1;

la figura 3 muestra en una sección transversal vertical un segundo sistema de levitación de acuerdo con la invención para un compartimento de pasajeros;

la figura 4 muestra en una ampliación de la figura 3 un patín de levitación;

la figura 5 muestra una vista superior del patín de la figura 4;

la figura 6 muestra una vista lateral del patín de la figura 4;

la figura 7 muestra una vista ampliada del círculo de la figura 5;

la figura 8 muestra una vista superior de un tercer sistema de levitación de acuerdo con la invención para un compartimento de pasajeros;

la figura 9 muestra una vista lateral de un compartimento de pasajeros;

la figura 10 muestra en una vista lateral una variante de un raíl;

las figuras 11-16 muestran vistas laterales de variantes de vehículo;

las figuras 17 y 18 muestran lateralmente una variante de patín en dos configuraciones operativas diferentes; las figuras 19 y 20 muestran una variante de vía.

En este texto, términos como vertical u horizontal se refieren al sistema como en uso. En las figuras:

- números iguales indican partes iguales o conceptualmente similares;

- las letras N y S indican polos magnéticos norte o sur.

Un sistema de levitación MC para transportar personas o cosas U comprende una guía o estructura 10 tubular en cuyo interior desliza axialmente un compartimento de pasajeros 20 cilíndrico de diámetro ligeramente menor, de modo que entre los dos queda un hueco V.

En la parte superior de la guía 10 está montado hacia dentro un raíl 30 (figura 2) que encaja de manera deslizante con un patín magnético 50 montado en el compartimento de pasajeros 20. El raíl 30 comprende una pestaña 32 para encajar con la guía 10 desde la que se extiende un cuello 34 vertical que soporta un cabezal de guía 36. El cabezal de guía 36 tiene una sección transversal sustancialmente rectangular, por lo que comprende dos superficies laterales principales R1, R2 que se oponen entre sí.

El patín 50 está montado en un asiento del compartimento de pasajeros 20 y tiene sustancialmente forma de U. Por lo tanto, comprende una sección central 52 que conecta dos brazos 54 paralelos que definen un espacio vacío o acanaladura G.

El cabezal 36 ocupa casi por completo la acanaladura G, que en la práctica es una ranura vertical, en la superficie exterior del compartimento de pasajeros 20, que se extiende a lo largo de un eje vertical Y.

Los brazos 54 comprenden por construcción superficies enfrentadas P1, P2 que delimitan el espacio o acanaladura G, y que consisten cada una en un bloque magnético 56 colocado en el extremo de cada brazo 32.

Los dos imanes 56 tienen un polo magnético enfrentado a una superficie P1, P2, y el otro polo enfrentado al interior del brazo 32. Los polos enfrentados de los imanes 56 colocados en brazos opuestos 54 son de tipo opuesto (un polo N se enfrenta a un polo S, o viceversa), y los respectivos ejes polares son sustancialmente paralelos y coinciden con un eje común Q.

Las superficies R1, R2 del cabezal 36 son sustancialmente paralelas entre sí y a las superficies R1, R2 de los imanes 56. Las superficies P1, P2 también son sustancialmente paralelas entre sí.

Entonces, los imanes 56 generan un campo magnético entre las superficies P1, P2 a lo largo del eje Q que golpea ortogonalmente las superficies R1, R2, y el cabezal 36 ocupa y forma el entrehierro del circuito magnético correspondiente.

Para comprender el principio de funcionamiento del sistema MC, considérelo en posición de reposo como en la figura 2, en la que los márgenes de las superficies P1, P2 están alineados horizontalmente con los márgenes de las superficies R1, R2. Las superficies P1, P2 también se pueden quitar parcialmente de las superficies R1, R2: el campo magnético las hará volver entonces a la posición de equilibrio (como en la figura 1). El peso del compartimento de pasajeros 20 tiende a sacar el cabezal 36 del espacio G a lo largo de Y (el compartimento de pasajeros 20 se movería hacia abajo en la figura 2), pero tal deslizamiento relativo implica como reacción la generación de una fuerza de succión magnética, que contrasta la fuerza del peso. La fuerza de reacción es casi constante siempre que las superficies R1, R2 se superpongan, incluso parcialmente, con las superficies P1, P2, o siempre que el cabezal 36 sea al menos para un segmento insertado en la acanaladura G. La misma fuerza de reacción, dirigida siempre hacia el centro de los imanes 56 (es decir, hacia el eje polar Q) se desarrolla incluso si el cabezal 36 intenta salir de la acanaladura G en el lado opuesto, es decir, hacia abajo en la figura 2. Es por eso que el mismo sistema MC funciona como soporte cuando está montado simétricamente en el compartimento de pasajeros 20 en una posición diametralmente opuesta (figura 1).

Téngase en cuenta que es la disposición geométrica particular del eje polar Q de los imanes 56 y la dirección de deslizamiento Y del cabezal 36 lo que garantiza que

- la reacción de succión magnética sea constante o casi constante siempre que haya superposición entre las dos superficies R1, R2 y las superficies P1, P2; y

- los imanes 56 atraigan constantemente el cabezal 36 a lo largo del eje Q con fuerzas opuestas, e iguales en el caso de centrado simétrico (eje de simetría del cabezal 36 coincidente con el eje de simetría de la acanaladura G).

Por superposición entre las superficies R1, R2 y las superficies P1, P2 se entiende la proyección ortogonal (a lo largo de Q) de la primera sobre la segunda con un área distinta de cero.

Dado que la fuerza de reacción magnética es proporcional a la longitud del patín 50, es suficiente dimensionar esta longitud para crear una fuerza adecuada para soportar cualquier compartimento de pasajeros. La figura 7 muestra un ejemplo de sucesión de imanes 56 para formar el patín 50 cuando se usan imanes más pequeños o se necesita una fuerza alta.

Un problema general a resolver es cómo dar tracción al compartimento de pasajeros 20, ante el conocido uso de motores lineales que implica elevados costes y raíles con estructura demasiado sofisticada.

La figura 3 ilustra un ejemplo de un sistema MC2 con medios de tracción 60 para el compartimento de pasajeros 20. Los medios 60 se ilustran mejor en las figuras 4-6, donde el raíl 30, como ejemplo, se extiende linealmente a lo largo de un eje X.

Sobre una placa 62, solidaria con el patín 50 y el compartimento de pasajeros 20, están montadas dos pares de ruedas 64a, b agarrándose al cabezal 36 del raíl 30 y giradas por motores 74. Ambos pares funcionan de la misma manera por lo que solo se describirá uno.

Las ruedas 64a están sometidas a control de posición por medio de dos motores 66a, 66b respectivos. Cada rueda 64a, b tiene un eje de rotación vertical y este eje (paralelo a Y) puede moverse linealmente, permaneciendo vertical, a lo largo de un eje horizontal Z, ortogonal al plano que contiene los ejes X e Y y paralelo al eje polar Q. En particular, cada rueda 64a, b pivota respectivamente sobre un carro 70a, b que se puede mover con respecto a la placa 62 en una guía lineal 72 (solo algunas son visibles en transparencia en la figura 5).

El carro 70a de la rueda 64a se puede mover mediante el motor 66a con respecto a la placa 62 por medio de un tornillo 68 que se engancha con la placa 62 y el carro 70a.

Los carros 70a, b se pueden desplazar uno con relación al otro mediante el motor 66b por medio de un tornillo que se engancha con los carros 70a, b.

Una celda de carga está montada en el tornillo 68 para detectar indirectamente la presión de la rueda 64a contra el raíl 30.

Otra celda de carga bidireccional está montada en el tornillo accionado por el motor 66b para detectar la presión ejercida por el tornillo en los dos carros 70a, b.

Controlando los motores 66a, b, las ruedas 64a, b se pueden mover independientemente a lo largo del eje Z, es decir, lejos del raíl 30 y hacia él. Para este fin hay una unidad de control electrónico (no mostrada) conectada tanto a las celdas de carga como a los motores 66a, b.

En particular, controlando el motor 66b y detectando la señal de la celda de carga respectiva, se puede controlar la distancia relativa de las ruedas 64a, b y, por tanto, la presión de apriete de las ruedas 64a, b sobre el raíl 30. Controlando el motor 66a y detectando la señal de la celda de carga respectiva, se puede controlar la posición de los ejes de rotación de las ruedas 64a, b o, en otras palabras, la posición del punto medio de los ejes de rotación. Esto permite, por ejemplo, desplazar horizontalmente y/o controlar la posición del cabezal 36 en el interior de la acanaladura G.

El control de la presión de apriete de las ruedas 64, b sobre el raíl 30 tiene la ventaja de reducir la fricción y el desgaste de los componentes. Cuando el compartimento de pasajeros 20 está estacionario y empieza a moverse, la unidad de control está programada para generar una mayor presión de sujeción para un arranque sin resbalamiento. Cuando el compartimento de pasajeros 20 está a velocidad de régimen, la unidad de control está programada para generar una presión mínima, suficiente para descargar la potencia mecánica necesaria de las ruedas 64a, b sin resbalar sobre el raíl 30.

El segundo control (a través del motor 66a) tiene dos ventajas: mantener el cabezal 36 centrado en la acanaladura G y la compensación de la fuerza centrífuga cuando viaja en una curva.

Cuando el compartimento de pasajeros 20 viaja sobre un raíl recto, es importante asegurarse de que el cabezal 36 no se mueva hacia un imán 56 sino que sea atraída por los imanes 56 con fuerzas iguales y opuestas, de lo contrario, el desequilibrio en el campo magnético crea fuerzas laterales desiguales que aumentarían la fricción en una de las ruedas 64a, b. Entonces, la unidad de control está programada para posicionar el cabezal 36 en el centro de la acanaladura G, equidistante de los imanes laterales 56, es decir, las distancias D1 y D2 son iguales (figura 2).

Cuando, en cambio, el compartimento de pasajeros 20 viaja sobre un raíl curvo, en un par de ruedas 64a, b la que se encuentra en el interior de la curva es empujada por la fuerza centrífuga hacia el raíl 30, mientras que la otra rueda se aleja hacia el exterior. Para impedir que la rueda más presionada genere más fricción, la unidad de control está programada para accionar el motor 66a para mover el cabezal 36 desde la posición de equilibrio de la caja en línea recta, es decir, ahora D1 <> D2. Tal desplazamiento es hacia el centro de curvatura del raíl (paralelo a Q y a X), de modo que el cabezal 36 se acerca a los imanes 56 que están más cerca del centro de curvatura y es atraído más por ellos. Está dispuesto que la diferencia en la fuerza de atracción de los imanes 56 compense el empuje centrífugo, para restablecer las fricciones en las ruedas 64a, b al mínimo.

Otro ejemplo de sistema de tracción y/o frenado, que no requiere ruedas, se puede lograr mediante un motor de inducción lineal.

La figura 8 ilustra otro ejemplo de sistema MC3 sin medios de tracción para el compartimento de pasajeros 20, como variante del sistema MC2.

En comparación con el sistema MC2, las ruedas 64a, b se sustituyen por patines neumáticos 90, dispositivos capaces de soplar aire comprimido contra el raíl 30. Preferentemente, la presión o el caudal de aire es constante.

El control posicional de los carros 70a, b es el mismo que el anterior, con ventajas similares.

La figura 9 muestra un ejemplo de cómo aplicar los sistemas de levitación descritos a un tren.

Un aspecto de la invención se refiere a la construcción del raíl 30. Para asegurar un bajo desgaste de las ruedas 64a, b y un movimiento silenciado, el raíl 30 está preferentemente cauchutado, por ejemplo, recubierto de caucho vulcanizado en el cuello 34 o en general sobre una banda destinada al deslizamiento de las ruedas 64a, b.

Las ruedas 64a, b, por tanto, se pueden producir en material resistente a su alta velocidad angular, mientras que el caucho del raíl 30 solo sufre un calentamiento instantáneo debido al rápido rodamiento de una rueda 64a, b.

Los sistemas MC, MC2, MC3 prevén o solo un patín superior 50, 60, 90, o solo uno inferior, o ambos para una mayor estabilidad del compartimento de pasajeros 20 (véanse ejemplos de las figuras 1, 3 u 8).

Con referencia a la figura 10 y siguientes, se describen variantes ventajosas del sistema, aplicables a una o cada una de las variantes descritas.

La figura 10 muestra una forma preferida para el raíl 30, designado aquí como raíl 130. El raíl 130 comprende un cuello 134 vertical que soporta un cabezal de guía 136. El cabezal de guía 136 tiene una sección transversal mayor que la sección del cuello 134 y comprende dos superficies laterales principales 1R1, 1R2 opuestas y paralelas entre sí. Las superficies 1R1, 1R2 están directamente enfrentadas a los polos magnéticos de un patín 140, aquí mostrado esquemáticamente con los polos magnéticos N, S generados por un generador de campo magnético y una parte anular 142 para cerrar el flujo magnético.

Esta forma geométrica del raíl 130 permite crear una posición de equilibrio para el raíl 130 dentro del patín 140. El campo magnético entre los polos N, S tiende a atraer el cabezal 136 entre los polos N, S para alinear las superficies 1R1, 1R2 con tales polos N, S (condición del circuito con mínima reluctancia magnética). Entonces, el raíl 130 permanecerá centrado entre los polos N, S a pesar de la tendencia a sacarlo del patín 140 o empujarlo hacia dentro. De ello se deduce que con un patín 140 se puede aplicar una carga sobre el raíl 130 tanto desde arriba como desde debajo.

Otra ventaja es que muchos raíles existentes para trenes eléctricos se fabrican como en la figura 10, por lo que es muy fácil y rentable encajar el patín magnético a los mismos.

En las figuras 11-15 se pueden apreciar algunas variaciones de vehículos referentes al diseño de los patines de levitación.

En la figura 11, la parte inferior del compartimento de pasajeros 20 está provista de dos medios 60, cada uno acoplado a un raíl inferior 30 o 130 correspondiente que se eleva desde una dársena 150.

En la figura 12, la parte superior del compartimento de pasajeros 20 está provista de dos medios 60, cada uno acoplado a un raíl superior 30 o 130 respectivo que se extiende verticalmente hacia abajo desde una dársena 150.

En la figura 13, la parte inferior del compartimento de pasajeros 20 está provista de un medio 60 que está acoplado a un raíl 30 o 130 correspondiente que se eleva desde una dársena 150. Así mismo, la parte superior del compartimento de pasajeros 20 está provista de un medio 60 acoplado a un raíl superior 30, 130 respectivo que se extiende verticalmente hacia abajo desde una dársena 150.

En la figura 14, la parte superior del compartimento de pasajeros 20 está provista de un medio 60 acoplado a un raíl superior 30, 130 respectivo que se extiende verticalmente hacia abajo desde una dársena 150.

En la figura 15, el compartimento de pasajeros 20 está provisto de tres medios 60, dispuestos como los vértices de un triángulo equilátero que tiene el centro de gravedad en el eje longitudinal del compartimento de pasajeros 20. Cada medio 60 está acoplado a un raíl 30 o 130 respectivo que se extiende desde una dársena 150.

La figura 16 muestra un patín magnético 200, variante del sistema MC3. Aquí, el sistema de centrado usa una matriz Hallbach 210 conocida. En la matriz 210 que se muestra en la figura 16, la dirección de las flechas indica la dirección del flujo magnético generado por los imanes. La matriz 210 genera un campo magnético dirigido hacia el raíl 30, 130 provocando allí corrientes de Foucault. Tales corrientes generan un campo magnético opuesto al de la matriz 210, de modo que se crea un cojín magnético que mantiene el patín 200 distanciado del raíl 30, 130.

Otra variante contempla la sustitución de los patines neumáticos 90 de la figura 8 por electroimanes que generan un campo magnético con un eje polar ortogonal al raíl 30, 130. El funcionamiento se vuelve por tanto análogo al de la figura 16, excepto que esta vez cada electroimán tiende a repeler el raíl 30, 130.

Un problema del patín ilustrado en la figura 2 o en la figura 10 es su montaje en el raíl 30, 130. Instalar compartimentos de unas pocas toneladas en el raíl 30, 130 es muy difícil si se necesita contrarrestar o controlar la fuerza debido a la atracción instantánea del campo magnético en el raíl metálico.

En las figuras 17 y 18 se muestra una solución.

En un patín magnético 300, que puede tener cualquier estructura entre las descritas, hay un elemento móvil 302 (por ejemplo, un pistón) que se puede mover entre una posición (figura 17) en la que ocupa el espacio G entre los imanes y otra posición (figura 18) donde está lejos del espacio G. El elemento móvil 302 se puede mover, por ejemplo, mediante accionadores 304 hidráulicos, eléctricos o neumáticos.

Durante la instalación del patín 300, el elemento 302 se mueve a la primera posición (figura 17), para impedir que el raíl 30, 130 sea succionado magnéticamente y por tanto permitir que se posicione fácilmente. Después de eso, el elemento 302 se mueve a la segunda posición (figura 18) para hacer que el raíl 30, 130 entre gradualmente dentro del espacio G.

El elemento 302 también se puede usar como freno de emergencia, empujando el elemento 302 contra el raíl 30, 130 y frenando así por arrastre.

Otro problema son las corrientes parásitas en el interior del raíl, que frenan el movimiento del compartimento de pasajeros. Particularmente, cuando el extremo de un patín se encuentra con una nueva sección de raíl, en ese punto la variación del flujo magnético induce corrientes parásitas dentro del raíl y un campo magnético opuesto que tiende a ralentizar el patín.

Para evitar o mitigar este problema, el cabezal 136 del raíl 130 está revestido con placas 360 empaquetadas en columnas, dispuestas en una fila a lo largo del eje longitudinal X del raíl 130. Las palas 360 tienen, por ejemplo, forma de C o U, y el espesor a lo largo de X es mucho menor que para las otras dos dimensiones.

O el cabezal 136 del raíl 130 está recubierto con material sinterizado (tipo Somaloy®), formado por partículas metálicas recubiertas de óxido aislante. En ambos casos, el recorrido libre disponible para la formación de corrientes parásitas disminuye mucho.

Otra opción es recubrir las paredes laterales del raíl 30 en contacto con las ruedas 64a, b con caucho vulcanizado. Por tanto, en los medios 60, se pueden usar ruedas metálicas 64a, b, particularmente útiles en sistemas de alta velocidad para reducir el consumo de combustible y el ruido. El caucho colocado en las ruedas 64a, b estaría sometido a demasiado esfuerzo, mientras que en el raíl solo debe resistir el rápido paso de las ruedas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de suspensión magnética (MC1; MC2; MC3) para un vehículo (20), que comprende:

- un raíl (30) que está hecho de material reactivo a un campo magnético generado y que comprende dos superficies laterales opuestas (R1, R2);

- un elemento deslizante (50) que se puede deslizar sobre el raíl y, teniendo sustancialmente forma de U, comprende dos brazos paralelos (54) cuyas superficies enfrentadas (P1, P2) delimitan un espacio vacío (G) ocupado parcialmente por el raíl, enfrentando respectivamente cada una de las dos superficies laterales opuestas del raíl una de las superficies enfrentadas de los dos brazos paralelos, caracterizado por

- al menos un imán permanente o un electroimán montado en el elemento deslizante para generar un campo magnético que golpea y pasa a través de dichas superficies enfrentadas y de dichas superficies laterales opuestas, siendo el eje polar (Q) del campo magnético ortogonal a tales superficies;

constituyendo el raíl y el elemento deslizante para dicho campo magnético generado un circuito cerrado capaz de generar una fuerza suficiente para mantener el raíl suspendido verticalmente en el interior del espacio vacío del elemento deslizante.

2. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el elemento deslizante es solidario con el vehículo y el raíl es solidario con una estructura de soporte (10) para el recorrido del vehículo,

3. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que comprende imanes permanentes instalados a lo largo y/o en el extremo de dichos brazos paralelos para generar un campo magnético que golpea y pasa a través de dichas superficies enfrentadas y de dichas superficies laterales opuestas.

4. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3, en donde dicho material reactivo al campo magnético es un material ferromagnético.

5. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3 o 4, en donde dicho elemento deslizante (50) comprende:

una pieza en forma de U de material ferromagnético que comprende los dos brazos paralelos (54),

un imán (56) colocado en el extremo de cada brazo, en donde los dos imanes (56) tienen polos magnéticos (N, S) que están enfrentados y opuestos, y sus respectivos ejes polares (Q) están sustancialmente

• paralelos entre sí,

• dirigidos ortogonalmente a la superficie final de los brazos,

• y preferentemente alineados.

6. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3 o 4 o 5, en donde el raíl (130), visto en un plano de sección trasversal ortogonal al eje longitudinal del raíl, comprende

una primera porción en cuyo extremo hay

una segunda porción cuyo espesor

- es mayor que la primera porción y

- está delimitado por dichas dos superficies laterales opuestas (1R1; 1R2).

7. Sistema (MC1, MC2, MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3 o 4 o 5 o 6, en donde el raíl (130) está recubierto o formado por placas (360) apiladas o material sinterizado y cada placa (360) abraza dicha segunda porción (136) del raíl (130).

8. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

• un primer par de elementos de posicionamiento (64a, b) montados aguas arriba del elemento deslizante, • un segundo par de elementos de posicionamiento (64a, b) montados aguas abajo del elemento deslizante, en donde los elementos de posicionamiento de cada par

- están colocados en correspondencia de lados opuestos del raíl,

- están conectados al elemento deslizante; y

- son capaces de aplicar una fuerza a cada lado del raíl.

9. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los elementos de posicionamiento de cada par se pueden mover independientemente a lo largo de un eje geométrico (Z) que los une y que es sustancialmente ortogonal a los lados del raíl.

10. Sistema (MC2) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dicho par de elementos de posicionamiento consiste en dos ruedas (64a, b) o en dos cojines de aire comprimido (90) o dos electroimanes o dos matrices Hallbach.

11. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9 o 10, en donde los elementos (64a, b) de cada para se pueden desplazar solo de acuerdo con dos movimientos independientes:

- relativamente entre sí a lo largo del eje geométrico (Z) que los une, y

- ambos con respecto al elemento deslizante.

12. Sistema (MC1; MC2; MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9 o 10 u 11, que comprende

- sensores de presión y/o de inducción para detectar la fuerza por la que los elementos de cada par son empujados uno hacia otro a lo largo del eje geométrico (Z) que los une y la fuerza por la que ambos son empujados con respecto al elemento deslizante;

- un microprocesador conectado a los sensores y programado para controlar las dos fuerzas mencionadas.

13. Sistema (MC1, MC2, MC3) de acuerdo con las reivindicaciones 8 o 9 o 10 u 11 o 12, en donde dicho par de elementos de posicionamiento está configurado para generar una fuerza de frenado para el vehículo.

14. Vehículo de suspensión magnética que comprende el sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.