JP4846237B2 - Magnetic suspension system - Google Patents
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Description
本願は２００２年１０月１日に出願された米国特許出願No.60/415,013「Suspending, Guiding and Propelling Vehicles Using Magnetic Forces」の優先権を主張する。本出願は２００２年１０月１日に出願された米国特許出願No.10/262,541「Synchronous Machine Design and Manufacturing」の関連出願である。上述の出願の内容は参照として本願に組み込まれる。 This application claims priority from US Patent Application No. 60 / 415,013 “Suspending, Guiding and Propelling Vehicles Using Magnetic Forces” filed Oct. 1, 2002. This application is related to US Patent Application No. 10 / 262,541 “Synchronous Machine Design and Manufacturing” filed on October 1, 2002. The contents of the aforementioned application are incorporated herein by reference.
本発明は磁気浮上「マグレブ（maglev）」輸送システム及び輸送方法に関し、特に、磁力を利用して輸送手段または乗物を浮遊（または、浮上）、誘導（または、案内）及び推進するためのシステム及び方法に関する。 The present invention relates to a magnetic levitation “maglev” transportation system and method, and more particularly to a system for floating (or flying), guiding (or guiding) and propelling a vehicle or vehicle using magnetic force and Regarding the method.
乗物を浮遊、誘導、推進するための磁力の使用は長年研究されており、実寸大のプロトタイプもいくつか作製されている。速い、快適、静か、効率的等の長所があるにもかかわらず、マグレブは高価で、高速動作のみに適していると認識される場合が多い。マグレブの都市交通への応用は高速輸送線、軽便鉄道、モノレール、通勤用線及び急行バス専用路線等の従来の誘導式システムと競うためのデザインの能力によって制限されてきた。 The use of magnetic forces to float, guide and propel vehicles has been studied for many years and several full-scale prototypes have been created. Despite the advantages of being fast, comfortable, quiet, efficient, etc., Maghreb is often recognized as being expensive and suitable only for high speed operation. Maghreb's application to urban transport has been limited by the ability of the design to compete with conventional inductive systems such as high-speed transport lines, light rail, monorail, commuter lines and express bus routes.
実質的に、輸送用の用途として真剣に考えられてきた全てのマグレブは電気力浮遊（ＥＤＳ（ElectroDynamic Suspension））または電磁気浮遊（ＥＭＳ（ElectroMagnetic Suspension））のどちらかとして特長付けることができる。ＥＤＳデザインが誘導された電流と電流を発生する変化する磁場との相互作用によって発生する力を使用するのに対し、ＥＭＳデザインは磁石の強磁性体構造への引力を使用する。ＥＤＳデザイン及びＥＭＳデザインは両方とも、１５０ｍ／ｓ（５４０ｋｍ／ｈ）以上の速度が実現可能であることが実証される程度に作製及び試験されてきている。 Virtually all maglevs that have been seriously considered for transportation applications can be characterized as either electric suspension (EDS) or electromagnetic suspension (EMS). Whereas the EDS design uses the force generated by the interaction of the induced current and the changing magnetic field that generates the current, the EMS design uses the attractive force on the ferromagnetic structure of the magnet. Both EDS and EMS designs have been made and tested to the extent that it is demonstrated that speeds of 150 m / s (540 km / h) and higher are feasible.
各デザインは特定の長所及び短所を有する。ＥＤＳはＥＭＳより広い磁気ギャップ（magnetic gap）で動作可能である点で優れているが、低い速度において大きな前進抵抗を生じ、停止時に浮遊力を生じないという欠点を有する。一方、ＥＭＳは低い速度でも上手く動作するという点で優れているが、磁気ギャップがＥＤＳデザインに比べて小さくなければならないという欠点を有する。 Each design has certain advantages and disadvantages. EDS is superior in that it can operate with a wider magnetic gap than EMS, but has the disadvantage that it produces a large forward resistance at low speeds and does not produce buoyancy when stopped. On the other hand, EMS is superior in that it works well even at low speeds, but has the disadvantage that the magnetic gap must be small compared to the EDS design.
日本の高速試験用トラックは、１００ｍｍのギャップを有するＥＤＳシステムが１５０ｍ／ｓ（５６８ｋｍ／ｈ）の速度を達成できることを実証しており、ドイツのTransrapidＥＭＳ試験トラックは１０ｍｍのギャップを有するシステムにおいて、１２５ｍ／ｓ（４５０ｋｍ／ｈ）の速度での安定した動作を実証している。上述の特徴によりＥＭＳは都市交通への応用に対して有利であると考えられ、さらに、もし磁気ギャップを増大することができれば、低速と高速の両方のデザインに対して優れた長所を持つことができる。 Japanese high-speed test trucks have demonstrated that an EDS system with a gap of 100 mm can achieve a speed of 150 m / s (568 km / h), and the German Transrapid EMS test track has a 125 m in a system with a gap of 10 mm. Stable operation at a speed of / s (450 km / h) is demonstrated. Due to the above features, EMS is considered to be advantageous for urban traffic applications, and if it can increase the magnetic gap, it has excellent advantages for both low speed and high speed designs. it can.
既存の特許には多くの従来技術が存在し、本発明がそれらとどのように異なり、どのように優れているかを認識するために、それらの特許を考察することは有益である。 There are many prior arts in existing patents and it is useful to consider those patents in order to recognize how the present invention differs from them and how superior.
米国特許No.3,638,093（Magnetic suspension and propulsion system）は浮遊（または、浮上）と推進を組み合わせた初期のデザインの例である。この特許はまた、１８８９年まで遡るいくつかの重要な特許を参照している。このデザインは乗物を推進するために出力が乗物に伝達されることを必要とし、また、このデザインは永久磁石を使用していないので浮遊のために大きな出力を必要とする。 US Patent No. 3,638,093 (Magnetic suspension and propulsion system) is an example of an early design that combines floating (or flying) and propulsion. This patent also refers to several important patents that date back to 1889. This design requires power to be transmitted to the vehicle to propel the vehicle, and this design does not use permanent magnets and therefore requires a large power to float.
米国特許No.3,842,751（Transportation system employing an electromagnetically suspended, guided and propelled vehicle）は乗物を浮遊、誘導、推進させるために１組の超伝導磁石または永久磁石をどのように利用するかを開示しているが、このシステムはＥＤＳ技術に基づいており、（そうでない場合に不安定になる）浮遊を制御する必要がない。このデザインは低速動作のための車輪の使用を必要とし、また、低速時の前進抵抗が大きいので低速動作には向いていない。 U.S. Pat. No. 3,842,751 (Transportation system configured an electromagnetically suspended, guided and propelled vehicle) discloses how a set of superconducting magnets or permanent magnets are used to float, guide and propel a vehicle. However, this system is based on EDS technology and does not need to control levitation (which would otherwise be unstable). This design requires the use of wheels for low speed operation and is not suitable for low speed operation due to the large forward resistance at low speed.
米国特許No.3,860,300（Virtually zero powered magnetic suspension）は浮遊システムにおいてどのように永久磁石を使用するかを開示しているが、このデザインは磁気軸受のためのものであり、永久磁石と電磁石に対して全く別個の構造を必要とする。また、このデザインは誘導または推進の課題に対処していない。 US Pat. No. 3,860,300 (Virtually zero powered magnetic suspension) discloses how to use permanent magnets in a floating system, but this design is for magnetic bearings, compared to permanent magnets and electromagnets. Requires a completely separate structure. This design also does not address the challenge of induction or promotion.
米国特許No.3,937,148（Virtually zeros power linear magnetic bearing）は上述の米国特許No.3,860,300が輸送の用途に対してどのように利用可能であるかを示しているが、別個の電磁石を必要とし、また、誘導または推進の課題に対処していない。 US Patent No. 3,937,148 (Virtually zeros power linear magnetic bearing) shows how US Patent No. 3,860,300 described above can be used for transportation applications, but requires a separate electromagnet and Does not address the challenge of induction or promotion.
米国特許No.4,088,379（Variable permanent magnet suspension system）は上述の米国特許No.3,860,300の発明に基づいた発明であるが、ＥＭＳを使用したマグレブに直接応用することができない。 U.S. Pat. No. 4,088,379 (Variable permanent magnet suspension system) is based on the invention of U.S. Pat. No. 3,860,300 described above, but cannot be directly applied to Maghreb using EMS.
米国特許No.5,722,326（Magnetic Levitation system for moving objects）は上述の米国特許No.3,842,751の変形であり、永久磁石のハルバック配列（Halbach array）を利用している。このデザインはＥＤＳに特化したものであり、ＥＭＳデザインに対する永久磁石の使用方法を教授していない。 US Patent No. 5,722,326 (Magnetic Levitation system for moving objects) is a modification of the above-mentioned US Patent No. 3,842,751, and uses a Halbach array of permanent magnets. This design is specific to EDS and does not teach how to use permanent magnets for EMS designs.
米国特許No.6,860,300（Virtually zero powered magnetic suspension）は磁気浮遊を与えるためにどのように永久磁石を使用するかを開示しているが、開示されたデザインは別個の電磁石を必要とし、輸送の用途に容易に応用可能ではない。 US Pat. No. 6,860,300 (Virtually zero powered magnetic suspension) discloses how to use a permanent magnet to provide magnetic levitation, but the disclosed design requires a separate electromagnet and is intended for transportation applications It is not easily applicable to.
米国特許No.3,937,148（Virtually zeros power linear magnetic bearing）は前述の特許がどのように輸送用の用途に使用することができるかを開示しているが、別個の電磁石を必要とし、誘導及び推進の課題に対処していない。 US Patent No. 3,937,148 (Virtually zeros power linear magnetic bearing) discloses how the aforementioned patent can be used for transportation applications, but requires separate electromagnets for induction and propulsion. The problem is not addressed.
上述の特許は本発明の目的の重要性を示しているが、重要な構成要素に欠けている。 Although the above patents show the importance of the object of the present invention, they lack important components.
すなわち、本発明の目的は改善された磁気浮上（「マグレブ」）のための方法及び装置を提供することであり、詳細に述べると、磁力を使用した乗物を浮遊（または、浮上）、誘導及び（または）推進させるための方法及び装置を提供することである。 That is, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for improved magnetic levitation (“Maglev”), and more particularly to float (or levitate), induce and (Or) to provide a method and apparatus for propulsion.
本発明のもう１つの目的は、乗物または輸送手段の重量を減少させ、それによってガイドウェイ（または、案内路）、浮遊（または、浮上）、及び推進のためのコストを減少させる結果となる方法及び装置を提供することである。 Another object of the invention is a method that results in reducing the weight of the vehicle or vehicle, thereby reducing the cost of the guideway (or guideway), float (or lift), and propulsion. And providing an apparatus.
本発明のもう１つの目的は待ち時間及び乗車時間を短縮させるために、短い時間間隔または距離間隔、及び高速で動作可能な方法及び装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method and apparatus operable at short time intervals or distance intervals and at high speeds to reduce waiting time and boarding time.
本発明の関連する目的は製造面で経済的な方法及び装置を提供することである。 A related object of the present invention is to provide a method and apparatus that is economical to manufacture.
上述及び他の目的は、１つの側面において、垂直方向の浮遊力（または、浮上力）、横方向の誘導力、及び縦方向の推進力を与えるために単一の磁気構造、または必要に応じて、複数の磁気構造を利用する磁気浮上装置を提供することによって、本発明によって達成される。本発明の１つの側面において、磁気構造は浮遊（または、浮上）を与える磁石を含む。本発明の好まれる実施例に従うと、これは永久磁石であってもよい。磁石の回りに巻かれた（または、磁石に隣接して配置された）コイルは、それらが所望の方向で安定するように浮遊（または、浮上）を制御する。 The above and other objectives include, in one aspect, a single magnetic structure to provide vertical levitation (or levitation), lateral induction, and longitudinal thrust, or as required Thus, it is achieved by the present invention by providing a magnetic levitation device that utilizes a plurality of magnetic structures. In one aspect of the invention, the magnetic structure includes a magnet that provides levitation (or levitation). According to a preferred embodiment of the invention, this may be a permanent magnet. Coils wound around the magnet (or placed adjacent to the magnet) control the levitation (or levitation) so that they are stable in the desired direction.
本発明の関連する側面に従うと、上述のコイルは乗物の重量が磁石の引力に等しくなるように、例えば、磁石ギャップを制御する電流によって励起される。これらの制御電流はヒーブ（または、上下浮動）、ピッチ、ヨー、ロール及び（または）スウェイ（または、揺れ）のアクティブな減衰（または、ダンピング）を与えるために、例えば、フィードバック制御システム等によって生成される。 According to a related aspect of the invention, the coil described above is excited, for example by a current controlling the magnet gap, so that the weight of the vehicle is equal to the attractive force of the magnet. These control currents are generated by, for example, a feedback control system to provide active attenuation (or damping) of heave (or up and down floating), pitch, yaw, roll and / or sway (or swing). Is done.
本発明のさらなる側面において、上述の磁気浮上装置は、磁気ギャップを所望の値から変化させる可能性がある動揺（または、外乱）に対処する力を生成するように制御電流を適用する。 In a further aspect of the present invention, the magnetic levitation device described above applies a control current to generate a force that counters sway (or disturbance) that may change the magnetic gap from a desired value.
本発明の他の側面において、本発明は磁石が交互に配置される上述の磁気浮上装置を提供する。これは横方向の動きのアクティブな制御を与えるために（縦方向の推進または制御を与えるために使用されるものと）同一の制御コイルを使用することを可能にする。 In another aspect of the present invention, the present invention provides the above-described magnetic levitation apparatus in which magnets are alternately arranged. This allows the same control coil to be used (to be used to provide longitudinal propulsion or control) to provide active control of lateral movement.
本発明のさらなる側面において、本発明は従来技術のシステムで使用されていたギャップの２倍程度の（または、それ以上の）ギャップを利用した、上述の磁気浮上装置を提供する。 In a further aspect of the present invention, the present invention provides a magnetic levitation device as described above that utilizes a gap on the order of twice (or more) the gap used in prior art systems.
本発明のさらなる側面において、本発明は、上述の永久磁石の代わりに（または、永久磁石に加えて）超伝導磁石を使用する上述の磁気浮上装置を提供する。 In a further aspect of the present invention, the present invention provides a magnetic levitation device as described above that uses a superconducting magnet instead of (or in addition to) the permanent magnet described above.
本発明の関連する側面において、これらの超伝導磁石は超伝導電流の制御を必要とせずに、永久電流モード（または、一定電流モード）で動作をしてもよい。 In a related aspect of the invention, these superconducting magnets may operate in a permanent current mode (or constant current mode) without requiring superconducting current control.
本発明のさらなる側面において、本発明は上述の磁気浮上装置を利用する乗物または輸送手段を提供する。これらの輸送手段は、例えば、旅客用輸送手段、荷物用輸送手段、または短い時間間隔または距離間隔で動作する他の輸送手段であってもよい。 In a further aspect of the present invention, the present invention provides a vehicle or means of transportation utilizing the magnetic levitation device described above. These transport means may be, for example, passenger transport means, luggage transport means, or other transport means operating at short time intervals or distance intervals.
本発明に従ったシステム及び装置は多くの長所を有する。 The system and apparatus according to the present invention has many advantages.
これらの長所の１つは、本発明のシステム及び装置が大きな加速度を与えることができ、それによって頻繁に停車場所がある場合や、低速で急カーブを曲がることが要求されるような場合であっても（全体として）高速で動作することができることである。 One of these advantages is that the system and apparatus of the present invention can provide large accelerations, which can result in frequent stops and where it is required to turn sharply at low speeds. However, it can operate at high speed (as a whole).
本発明の他の側面は旅客用輸送手段、荷物用輸送手段、及び上述の機能に相当する他の磁気浮上装置を動作させるための方法を提供する。 Another aspect of the invention provides a method for operating a passenger vehicle, a baggage vehicle, and other magnetic levitation devices corresponding to the functions described above.
本発明に従ったシステムは浮遊（または、浮上）、誘導及び推進を与えるために単一の磁気構造（または、磁石構造）を使用することができる。１つの実施例において、浮遊（または、浮上）は磁気構造の約１０倍の重量を持ち上げることができ、一体化された推進システムは９０％以上の平均効率で動作することができる。この浮遊、誘導、推進を使用した輸送システムは軽量の乗物を使用することができ、燃料消費が少なく、かつ、減少した騒音、速い最高速度、大きな加速力、及び車輪をベースにしたシステムに伴うメンテナンスの不要性等の従来のマグレブデザインの長所を有することができる。 A system according to the present invention can use a single magnetic structure (or magnet structure) to provide suspension (or suspension), guidance and propulsion. In one embodiment, levitation (or levitation) can lift about 10 times the weight of the magnetic structure, and the integrated propulsion system can operate with an average efficiency of 90% or more. This flotation, guidance, and propulsion transportation system can use lightweight vehicles, consumes less fuel, and is associated with reduced noise, fast top speed, high acceleration, and wheel-based systems It can have the advantages of conventional Maghreb design, such as the need for maintenance.
寸法の選択
図１は本発明に従ったシステムにおける、基礎となるサスペンション（または、浮上）のデザインの断面を示している。乗物は両側に配置された一連の磁石によって支持され、これらの磁石はガイドウェイ（または、案内路）上の積層状のスチールレールへの引力を発生する。図１に示されている寸法は、例えば、以下の複数の要因を考慮して選択される。
Dimensional selection FIG. 1 shows a cross section of the design of the underlying suspension (or levitation) in the system according to the invention. The vehicle is supported by a series of magnets arranged on both sides, which generate an attractive force to the laminated steel rails on the guideway (or guideway). The dimensions shown in FIG. 1 are selected in consideration of the following factors, for example.
・乗物の幅は多様な用途を可能にするために、少なくとも２.０から３.２メートルの範囲にされるのが望ましい。この範囲は貨物自動車、バス及び電車の幅を含み、高速及び高収容力に対しては大きめの幅が望まれ、低速及び低収容力に対しては狭めの幅が望まれる。
・マグレブ式輸送手段の重量は積荷にも依るが、商業上、１メートル当たり約０.９トン程度であると予想される。図示された実施例において、マグネットポッドが乗物の長さの大部分に拡張すると仮定すると、各ポッドは１メートル当たり約０.５トンを支持しなければならない。また、図示された実施例において、これは容易に入手可能な約２０ｍｍの磁気ギャップ（magnetic gap）とともに永久磁石及び約８０ｍｍ幅のスチールレールを使用して達成される。
・好まれるものとして、上昇を与えるマグネットと同一のマグネットが誘導（または、案内）も与える。横方向の誘導力に対する要求は、例えば、カーブや強風等のワースト条件の下で、０.４ｇ程度であるだろう。本発明は、ガイドウェイ上のスチールレールが磁気ギャップの定格値の約４倍程度の幅であれば、これを達成できることを見出した。上述の例の場合、２０ｍｍの磁気ギャップに対して８０ｍｍ幅のレールを使用しており、この条件を満たしている。
・図示された実施例において、スチールレールの中央から中央の間の間隔は１７００ｍｍに選択されており、レールの内側の端の間の間隔が１４３５ｍｍである従来の鉄道に比べいくらか広い。
• The width of the vehicle should be at least in the range of 2.0 to 3.2 meters to allow for various applications. This range includes the width of lorries, buses and trains, where a larger width is desired for high speeds and high capacity, and a narrow width is desired for low speeds and low capacity.
-The weight of the Maghreb transport is expected to be about 0.9 tons per meter, although it depends on the cargo. In the illustrated embodiment, assuming that the magnet pods extend over most of the vehicle length, each pod must support approximately 0.5 tonnes per meter. Also, in the illustrated embodiment, this is accomplished using permanent magnets and about 80 mm wide steel rails with a readily available magnetic gap of about 20 mm.
• As a preference, the same magnet that gives rise also provides guidance (or guidance). The requirement for lateral guidance force would be around 0.4 g under worst conditions such as curves and strong winds, for example. The present invention has found that this can be achieved if the steel rail on the guideway is about four times as wide as the rated value of the magnetic gap. In the case of the above example, an 80 mm wide rail is used for a 20 mm magnetic gap, and this condition is satisfied.
In the illustrated embodiment, the center-to-center spacing of the steel rails is chosen to be 1700 mm, which is somewhat wider than in conventional railways where the spacing between the inner ends of the rails is 1435 mm.
他の実施例において、これらの寸法は用途に応じて変化してもよい。例えば、低速度の地上高速輸送（ＧＲＴ（Group Rapid Transit））に対しては、狭めのレールゲージが適当であり、高速及び高収容力の用途に対しては、ガイドウェイの単位長当たりの高い荷重とともに広めのスチールレールが望まれるだろう。 In other embodiments, these dimensions may vary depending on the application. For example, a narrow rail gauge is appropriate for low-speed ground rapid transport (GRT (Group Rapid Transit)), and for high-speed and high capacity applications, it is high per unit length of the guideway. A wider steel rail with load will be desired.
極節（pole pitch）及び磁石の寸法の選択
図２ａには、図１のサスペンション構造の側面図が示されている。磁場は波長と呼ばれる間隔ごとに繰り返される。波長の最適な値は乗物の寸法、速度、重量及び加速度等の要件に応じて大きな範囲で変化してもよい。図１に示されている寸法に対し、波長に対する適当な選択は波長が約０.５メートルに等しくなるようにすることである（もちろん、他の寸法が使用されてもよい）。これは結果的に、断面が概ね正方形であり、容認可能な程度に小さい推進用巻線のインダクタンスを生ずる推進コイルとなる。波長が０.５メートル及び乗物の速度が４５ｍ／ｓ（１６３ｋｍ／ｈ）の場合、線形同期モーター（ＬＳＭ（linear synchronous motor））の励起周波数は９０Ｈｚである。長めの波長の実施例の場合、固定子のレール及び乗物の磁石に対して多め（または、大きめ）の地鉄（back iron）を使用してもよい（しかしながら、これはガイドウェイのコスト及び乗物の重量を増大させるだろう）。短めの波長の実施例の場合、大きめの励起周波数を使用してもよい（しかしながら、これは渦電流損失及び巻線インダクタンスに関する問題を増大させるだろう）。
Choice of pole pitch and magnet dimensions FIG. 2a shows a side view of the suspension structure of FIG. The magnetic field is repeated at intervals called wavelengths. The optimum value of the wavelength may vary over a large range depending on requirements such as vehicle dimensions, speed, weight and acceleration. For the dimensions shown in FIG. 1, a suitable choice for the wavelength is to make the wavelength equal to about 0.5 meters (of course, other dimensions may be used). This results in a propulsion coil that is generally square in cross section and produces an acceptable small winding winding inductance. For a wavelength of 0.5 meters and a vehicle speed of 45 m / s (163 km / h), the excitation frequency of a linear synchronous motor (LSM) is 90 Hz. For the longer wavelength embodiment, a larger (or larger) back iron may be used for the stator rails and vehicle magnets (however, this is a guideway cost and vehicle). Will increase the weight). For shorter wavelength embodiments, a larger excitation frequency may be used (however, this will increase problems with eddy current losses and winding inductance).
図３は上述のシステム等の、乗物の磁石の１波長（０.５メートル）区間及び８０ｍｍレール幅に対する、横方向の変移の関数として浮遊力及び誘導力を表したグラフである。このグラフは周期的境界条件とともに３Ｄ有限要素解析を使用して、４０メガガウスエルステッド（ＭＧＯ）のエネルギー積を有する磁石に対して生成された。グラフに示されているように、通常状態は２０ｍｍ垂直変位及びゼロ水平変位であり、浮遊力は単位波長当たり２,７００Ｎである。サスペンション（または、浮上）はマグネットポッドの長さ１メートル当たり５５０ｋｇの重量を支えるだろう。ポッドの終端部の２つの半分の磁石は図２ｂに示されている寸法及び位置の磁石の場合、合計６３０Ｎの付加的な上昇力を生成する。各々が３メートルの長さの４つのポッドは、通常の負荷状態の（すなわち、座席の７５％が占有された状態の）小型バス寸法の乗物の重量に近い、６,７００ｋｇを上昇させる。 FIG. 3 is a graph showing buoyancy and inductive force as a function of lateral displacement for one wavelength (0.5 meter) section and 80 mm rail width of a vehicle magnet, such as the system described above. This graph was generated for a magnet with an energy product of 40 Mega Gauss Oersted (MGO) using 3D finite element analysis with periodic boundary conditions. As shown in the graph, the normal state is 20 mm vertical displacement and zero horizontal displacement, and the buoyancy is 2,700 N per unit wavelength. The suspension (or levitation) will support a weight of 550 kg per meter length of the magnet pod. The two half magnets at the end of the pod generate an additional lifting force totaling 630 N for the magnet of the size and position shown in FIG. 2b. Four pods, each 3 meters long, raise 6,700 kg, close to the weight of a small bus size vehicle under normal load conditions (ie, 75% of the seats occupied).
図示された実施例において、固定子（または、ステーター）は２００１年１０月１日に出願された米国特許No.60/326,278「Synchronous Machine Design and Manufacturing」の優先権を主張する、同日に出願された同タイトルの特許出願に記載されている寸法を有する（両出願は本出願人に譲渡されており、それらの内容は本願に参照として組み込まれる）。インダクタンスを最小にし、推進用巻線を簡略化するために、固定子の巻線のスロットは磁極端の拡張（pole tip extension）を持たない垂直方向の側部を有する。コギング力（cogging force）を最小にするために、磁石の縦方向の長さは参照される出願で記載されているように選択されてもよい。例えば、波長当たり３つのスロットを備えるとき、スロット幅が歯部の幅に等しい場合、コギング（cogging）を最小にする磁石の長さは波長の半分の０.４５または０.７７倍である。例えば、５００ｍｍ波長の場合、最適な磁石の長さは約１１２ｍｍまたは１８６ｍｍである。これらの選択は両方とも非常に小さいコギングを与え、短い方の磁石は７０％程度のみの浮遊力を与える（したがって、通常、長い方の磁石がより良い選択である）。レール幅に依存する縁効果（edge effect）を考慮しながらコギングを最小にするために、上述の寸法に対しては１８６ｍｍの磁石の長さが適当な選択であると言えるだろう。 In the illustrated embodiment, the stator (or stator) is filed on the same day, claiming the priority of US Patent No. 60 / 326,278 “Synchronous Machine Design and Manufacturing” filed on October 1, 2001. (The two applications are assigned to the present applicant and their contents are incorporated herein by reference). In order to minimize inductance and simplify the propulsion winding, the stator winding slot has a vertical side with no pole tip extension. In order to minimize the cogging force, the longitudinal length of the magnet may be selected as described in the referenced application. For example, with 3 slots per wavelength, if the slot width is equal to the tooth width, the length of the magnet that minimizes cogging is 0.45 or 0.77 times half the wavelength. For example, for a 500 mm wavelength, the optimum magnet length is about 112 mm or 186 mm. Both of these choices give very small cogging and the shorter magnet gives only 70% buoyancy (thus the longer magnet is usually the better choice). In order to minimize cogging while taking into account the edge effect depending on the rail width, a 186 mm magnet length would be a suitable choice for the above dimensions.
スロット幅は多様な範囲で変化してもよいが、スロット幅を歯部の幅と等しくすることによって、固定子の積層は無駄な部分を生ぜずに作製することができる。いくつかの実施例において、所望の効果を達成するために相対的な巻線スロット幅を変化させることが望まれてもよいが、これはコギングの最小化のために異なった磁石の長さの使用を必要とするだろう。 The slot width may vary in various ranges, but by making the slot width equal to the width of the tooth portion, the stack of the stators can be produced without generating unnecessary parts. In some embodiments, it may be desirable to vary the relative winding slot width to achieve the desired effect, but this may be due to different magnet lengths to minimize cogging. Will need use.
磁石の高さ（すなわち、厚さ）はエアギャップ（air gap）より約２５％大きくなるように選択される。例えば、ギャップが２０ｍｍの場合、磁石の高さは２５ｍｍとなる。高めの磁石はより大きな引力及び推進力を与えるだろうが、制御コイルによって大きなアンペア回数を必要とし、磁石の重量を増大させる。磁石の高さの小さめの値は引力及び推進力を減少させる。２５％の選択はいくつかの用途においてほぼ最適であるだろう。 The height (ie, thickness) of the magnet is selected to be approximately 25% greater than the air gap. For example, when the gap is 20 mm, the height of the magnet is 25 mm. Higher magnets will give greater attraction and propulsion, but the control coil requires a large number of amperes and increases the weight of the magnet. Smaller values of magnet height will reduce attraction and propulsion. The 25% selection will be nearly optimal for some applications.
制御コイルの高さは離陸時に巻線の抵抗性の電力損失を容認可能なレベルまで減少させるために磁石の高さより大きくされる必要がある。これは磁石を台座等の上に配置することにより可能となる。いくつかの用途に対して、４０ｍｍの制御コイルの高さは余分な重量の付加と余分な電力消失との間の妥当な点と言えるだろう。 The height of the control coil needs to be greater than the height of the magnet at takeoff to reduce the resistive power loss of the winding to an acceptable level. This can be done by placing the magnet on a pedestal or the like. For some applications, the height of the 40 mm control coil may be a reasonable point between adding extra weight and consuming extra power.
磁石の種類及び構成
現在の技術における、磁石の材料に対する適当な選択はネオジミウム−鉄−ボロン（NdFeB）である。等級の選択において、好まれる最大エネルギー積及び消磁のために必要な保磁力は可能な動作温度の最大値で評価される。図示された実施例は、温度５０度で磁束が０に駆動されたとき実質的に消磁しない条件で、４０ＭＧＯのエネルギー積の定格を有する材料を使用する。４０ＭＧＯを超過するエネルギー積を有するNdFeB磁石が使用されてもよいが、現在有効な材料の場合、それらはより容易に消磁しやすい。本発明のいくつかの実施例に対する材料の選択における、選択の目的は制御電流が磁束を（ギャップが最小値のときに）ギャップを増大するために必要なレベルまで減少させるときに、磁石の全ての有効な部分の消磁が十分に小さいことを確実することである。他の実施例においては、ハルバック配列（Halbach Array）等の、異なった磁石の構成が使用されてもよいが、これは実質的にデザインに影響しない。
Magnet Type and Configuration A suitable choice for magnet materials in the current art is neodymium-iron-boron (NdFeB). In selecting the grade, the maximum energy product preferred and the coercivity required for demagnetization are evaluated at the maximum possible operating temperature. The illustrated embodiment uses a material with an energy product rating of 40 MGO, with substantially no demagnetization when the magnetic flux is driven to zero at a temperature of 50 degrees. Although NdFeB magnets with energy products exceeding 40 MGO may be used, they are easier to demagnetize for currently available materials. In the selection of materials for some embodiments of the present invention, the purpose of selection is to control all of the magnets when the control current reduces the magnetic flux (when the gap is at a minimum) to the level required to increase the gap. Is to ensure that the demagnetization of the effective part of the is sufficiently small. In other embodiments, different magnet configurations, such as a Halbach Array, may be used, but this does not substantially affect the design.
終端磁石
本発明に従ったシステムにおいて、乗物の磁石の配列は通常、数波長分程度の長さしか有さない。以下の記述は終端の磁石の配置を決定するときに、好まれるものとして考慮されるべき内容である。
１.終端磁石は好まれるものとして、周期的な配列の部分の磁石が乗物の配列が非常に長い場合の磁束に類似した固定子磁束を生成するように、周期的な配列の部分からの磁束を終結させる。
２.周期的な配列がコギング力（cogging force）を生じない場合、終端の磁石は好まれるものとしてコギングを生じない。
３.終端磁石は好まれるものとして、配列上に過度のピッチ力（または、縦揺れ力）を生じない。
Termination Magnet In the system according to the invention, the arrangement of the vehicle magnets usually has a length of only a few wavelengths. The following description is to be considered as preferred when determining the placement of the terminal magnet.
1. Termination magnets are preferred and the magnetic flux from the periodic array portion is such that the periodic array magnet generates a stator flux similar to that of a very long vehicle array. To end.
2. If the periodic arrangement does not produce a cogging force, the terminal magnet is preferred and does not produce cogging.
3. The terminal magnet is preferred and does not produce excessive pitch force (or pitch force) on the array.
いくつかの実施例において、これは結果的に以下の特徴を持つ構成となる。
１.磁石は概ね通常の磁石と同じくらいの長さを有するが、減少した高さを有する。寸法及び配置は、隣り合った磁石からの磁束の半分が両方向に行くように選択される。
２.終端磁石の長さ及び間隔はコギングが生じないように選択される。
３.周期的配列で使用される磁石の数は偶数であり、終端磁石によって生ずるピッチ力が非常に小さくなるように詳細に計算された寸法及び配置が使用される。
In some embodiments, this results in a configuration having the following characteristics:
1. The magnet has approximately the same length as a normal magnet, but has a reduced height. The dimensions and arrangement are chosen so that half of the magnetic flux from adjacent magnets goes in both directions.
2. The length and spacing of the terminal magnets are selected so that no cogging occurs.
3. The number of magnets used in the periodic array is an even number, and the size and arrangement calculated in detail is used so that the pitch force generated by the terminal magnet is very small.
図２ｂに示されている相対的な寸法はこれらの基準によって選択された。図４には４つの完全な磁石を備えた磁石ポッド及び２つの終端磁石が示されている。 The relative dimensions shown in FIG. 2b were selected according to these criteria. FIG. 4 shows a magnet pod with four complete magnets and two terminal magnets.
図２ｂにおいて、終端磁石は完全な高さを有さず、制御コイルを備えていない。減少された高さは磁気ギャップが小さいときに引力を減少させ、これは制御コイルで必要なピーク電流を減少させる。いくつかの実施例において、終端磁石の周辺には制御コイルが配置される。磁石の配列が非常に短い場合、または大きい浮遊力が要求される場合、終端磁石のデザインは異なったものでもよく、それらも本発明の範囲に含まれる。 In FIG. 2b, the terminal magnet does not have a full height and does not have a control coil. The reduced height reduces the attractive force when the magnetic gap is small, which reduces the peak current required in the control coil. In some embodiments, a control coil is disposed around the terminal magnet. If the magnet arrangement is very short, or if a high buoyancy is required, the termination magnet design may be different and are within the scope of the present invention.
浮遊制御
本発明に従ったシステムにおいて、浮遊磁石の周囲に巻かれたコイル内の電流の変化は垂直方向の浮遊力（または、浮上力）を制御する。以下に制御の目的を記す。
１.不安定な平衡点を安定した平衡点に変換する。
２.磁気ギャップを制御コイル内の電力消散を最小にする値に調節する。
Floating Control In the system according to the present invention, the change in current in the coil wound around the floating magnet controls the vertical floating force (or levitation force). The purpose of control is described below.
1. Convert an unstable equilibrium point to a stable equilibrium point.
2. Adjust the magnetic gap to a value that minimizes power dissipation in the control coil.
このような目的を達成する制御システムは通常、２つの別個のフィードバック制御ループとして構成される。高速ループはギャップ及び加速度センサーを使用して安定化を与え、低速ループは電流センサーを使用して制御電流を最小にする。 A control system that achieves such an objective is typically configured as two separate feedback control loops. The fast loop uses a gap and acceleration sensor to provide stabilization, and the slow loop uses a current sensor to minimize the control current.
安定化は、静的な電磁石のシステムが少なくとも１つの自由度において本質的に不安定であるという理由のために使用される。ここで説明されるデザインは垂直方向に不安定であるが、他の方向に対しては安定である。通常の動作において、磁気ギャップが定格の負荷とともに２０ｍｍに設計された場合、ポッドの長さは、浮遊磁石の力が制御コイル内の電流が全くない、または非常に少ない状態で負荷の力とほぼ一致したときに、２０ｍｍが平衡点になるように選択される。負荷が増大すると、制御システムの高速応答部分は直ぐに増大した負荷に対処するために制御電流を適用し、その後、ゼロ電力制御ループは平衡付近で要求される制御電流がなくなる、または非常に小さくなるように、浮遊ギャップが小さくなることを生じさせる。通常の乗物は定格の値に対して約２０％程度変化する負荷を有するだろう。重い負荷は小さいギャップを必要とするので、これは磁気ギャップがそれの定格値から約±３ｍｍ変化することを意味する（図３参照）。 Stabilization is used for reasons that a static electromagnet system is inherently unstable in at least one degree of freedom. The design described here is unstable in the vertical direction, but stable in other directions. In normal operation, if the magnetic gap is designed to be 20 mm with a rated load, the length of the pod will be approximately equal to the load force with no or very little floating magnet force in the control coil. When matched, 20 mm is selected to be the equilibrium point. As the load increases, the fast response portion of the control system immediately applies the control current to handle the increased load, after which the zero power control loop runs out of control current required near equilibrium or becomes very small As a result, the floating gap is reduced. A normal vehicle will have a load that varies by about 20% relative to the rated value. Since a heavy load requires a small gap, this means that the magnetic gap changes about ± 3 mm from its rated value (see FIG. 3).
図５は本発明に従った、通常のポッドのための制御システムの簡略化されたブロック図である。ポッドはコイル制御の数がいくつであってもよく（以降、ｎで示される）、各ポッドはデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）によって制御されるＨブリッジ（H-bridge）によって制御される。ポッドの両端に配置されたギャップ及び加速度センサーは安定なギャップを維持するために必要なセンサー入力を供給する。実際には、２つ以上のプロセッサーが存在してもよく、それによって制御システムの故障に備えて冗長性が存在してもよい。 FIG. 5 is a simplified block diagram of a control system for a conventional pod according to the present invention. A pod may have any number of coil controls (hereinafter denoted n), and each pod is controlled by an H-bridge controlled by a digital signal processor (DSP). Gap and acceleration sensors located at both ends of the pod provide the sensor input necessary to maintain a stable gap. In practice, there may be more than one processor, so that there may be redundancy in case of control system failure.
ＬＳＭ及びその制御
図示された実施例の線形同期モーター（ＬＳＭ（linear synchronous motor））は前述の出願（米国特許出願No.60/326,278及び同日に出願されたそれの関連出願）に開示されたものに基づいたものであってもよいし、あるいは、（従来技術等の）他の設計方法が使用されてもよい。好まれるものとして、ＬＳＭ及び浮遊デザインは、誘導を与えるための付加的な磁気構造に対する必要性を排除するために十分な横方向の力が存在するように選択される。ギャップが小さい場合、これは（日本のＨＳＳＴマグレブシステムと同様な様式で）サスペンションレール（または、浮遊レール）を、各々が誘導を与える２つまたはそれ以上の部分に分割することを含んでもよい。ＬＳＭは図６の制御システムのブロック図で示されているような多相インバーターを駆動するマイクロプロセッサーによって制御されてもよい。
LSM and its control The linear synchronous motor (LSM) of the illustrated embodiment is disclosed in the aforementioned application (US Patent Application No. 60 / 326,278 and related applications filed on the same day). Or other design methods (such as prior art) may be used. As preferred, the LSM and floating design are selected such that there is sufficient lateral force to eliminate the need for additional magnetic structures to provide guidance. If the gap is small, this may involve splitting the suspension rail (or floating rail) into two or more parts each providing guidance (in a manner similar to the Japanese HSST maglev system). The LSM may be controlled by a microprocessor that drives a multi-phase inverter as shown in the control system block diagram of FIG.
図示された実施例の位置感知は米国特許No.6,011,508「Accurate Position Sensing and Communications for Guideway Operated Vehicles」に開示されている方法で達成されてもよいし（この出願は本願に参照として組み込まれる）、または、（この分野等で周知な）他の機構が使用されてもよい。位置感知システムはＬＳＭと一体化され、インバーターのスイッチングを制御する。要求される推力が小さい場合、好まれるものとして、インバーターは電流がモーターのバック電圧（back-voltage）と同期し（または、同位相になり）、電流の極性がモーターが前方または後方のどちらの推力を与えるかを決定するように動作されてもよい。同期された動作（または、同位相の動作）はＬＳＭ巻線内の電力を最小にする。 The position sensing of the illustrated embodiment may be accomplished in the manner disclosed in US Pat. No. 6,011,508 “Accurate Position Sensing and Communications for Guideway Operated Vehicles”, which application is incorporated herein by reference. Alternatively, other mechanisms (well known in the field etc.) may be used. The position sensing system is integrated with the LSM and controls the switching of the inverter. If the required thrust is small, the inverter is preferred because the current is synchronized (or in phase) with the back-voltage of the motor and the polarity of the current is either forward or backward It may be operated to determine whether to provide thrust. Synchronized operation (or in-phase operation) minimizes the power in the LSM winding.
図示されたシステムの典型的な応用例に対し、ＬＳＭのインダクタンスは比較的大きく、推力が大きい場合、ＬＳＭの制御は巻線内の最小の電力消散で必要な推力及び速度を得るためにモーターのバック電圧と電流との間の位相を調節しなければならない。この場合、電流とバック電圧は同位相ではなく、制御はより複雑となる。この状態はロータリーモーター（rotary motor）においては一般的ではない。なぜなら、ロータリーモーターは通常、小さいエアギャップ及び全ての巻線を励起する界磁石を有するので、ユニット当たりのインダクタンスはあまり大きくない。 For a typical application of the system shown, if the inductance of the LSM is relatively large and the thrust is large, the control of the LSM will control the motor to obtain the required thrust and speed with minimal power dissipation in the windings. The phase between the back voltage and current must be adjusted. In this case, the current and the back voltage are not in phase, and the control becomes more complicated. This condition is not common in rotary motors. Because the rotary motor typically has a small air gap and a field magnet that excites all windings, the inductance per unit is not very large.
横方向の力の減衰
図１、２ａ、２ｂに示されているデザインはカーブに対処し、横方向の風圧に耐性を有することを可能にするのに十分な程度の横方向の力を生成する。横方向の力の減衰を与えるために、磁石の組は、図９に示されているようにオフセットを有する。図９は４つの完全な長さの磁石９１、９２及び２つの終端磁石９３を備えた本発明に従った短い磁石ポッドの上面図である。
Lateral Force Attenuation The design shown in FIGS. 1, 2a, 2b generates a sufficient amount of lateral force to cope with the curve and allow it to withstand lateral wind pressure. . To provide lateral force damping, the magnet set has an offset as shown in FIG. FIG. 9 is a top view of a short magnet pod according to the present invention with four full length magnets 91, 92 and two terminal magnets 93.
（縦方向の浮遊力にほとんど減少を生じない）磁石の配置のオフセットは実質的な横方向の力を生成するために使用される。例えば、制御コイルが一方の方向にオフセットを有するコイルの電流（及び磁石の力）を増大させ、反対方向にオフセットを有するコイルの電流（及び磁石の力）を減少させると、実質的な垂直方向の力を変化させずに、正味の横方向の力を生成することができる。磁石のレールに対する横方向の動きを検出するセンサーを使用することによって、振動を減衰するためにこれらの電流を制御することが可能である。この制御は横方向の動きの共振に関連した振動を減衰するためだけに使用され、横方向の誘導力を与えるためのものではない。 Magnet placement offsets (which cause little reduction in longitudinal buoyancy) are used to generate substantial lateral forces. For example, if the control coil increases the coil current (and magnet force) with an offset in one direction and decreases the coil current (and magnet force) with an offset in the opposite direction, then the substantially vertical direction The net lateral force can be generated without changing the force. By using sensors that detect lateral movement of the magnet relative to the rail, it is possible to control these currents to damp vibrations. This control is only used to dampen vibrations associated with lateral motion resonances, not to provide lateral inductive forces.
磁石がポッドに取付けられ、乗物を支持するために複数のポッドが使用される場合、いくつかの種類の動きを減衰するために横方向の力を使用することが可能である。例えば、スウェイ（または、横揺れ）は乗物の横から横への動きであり、ロールは乗物の縦軸に対する回転方向の動きである。乗物の下側に配置された浮遊磁石によって作用する全ての横方向の力はスウェイ及びロールの両方の動きを発生する可能性があるので、これらの２つのモードは結合していると言える。垂直方向及び横方向の両方の磁気力を制御することによりスウェイ及びロールを両方とも減衰することが可能である。 If a magnet is attached to the pod and multiple pods are used to support the vehicle, it is possible to use lateral forces to damp several types of movement. For example, sway (or roll) is the side-to-side movement of the vehicle and roll is the rotational movement of the vehicle relative to the longitudinal axis. These two modes can be said to be coupled, since all lateral forces acting by a floating magnet placed on the underside of the vehicle can cause both sway and roll movement. Both sway and roll can be damped by controlling both vertical and lateral magnetic forces.
ヨーは乗物の垂直軸の周りの回転方向の動きであり、これは後方のポッドに適用される横方向の力と反対方向の力を前方のポッドに適用することによって減衰することが可能である。乗物の下側に適用されるこれらの横方向の力は小さいロールを発生する可能性があり、それらは上述の方法によって減衰されなければならない。 Yaw is a rotational movement about the vehicle's vertical axis, which can be attenuated by applying a force on the front pod that is opposite to the lateral force applied to the rear pod. . These lateral forces applied to the underside of the vehicle can generate small rolls that must be damped by the method described above.
多くの場合、１つまたは複数の自由度に対する機械的な減衰手段（または、ダンピング手段）を加えることが望まれる。しかしながら、低速のシステムの場合、全てまたはほとんどの機械的減衰手段を除去し、制御のために磁気力だけを使用することが可能であるだろう。 In many cases it is desirable to add mechanical damping means (or damping means) for one or more degrees of freedom. However, for low speed systems it may be possible to remove all or most of the mechanical damping means and use only magnetic forces for control.
超伝導磁石の使用
本発明に従った１つの実施例において、永久磁石の代わり、またはそれらに加えて超伝導磁石を使用することが可能である。これは、例えば、ギャップを安定させるために超伝導コイル内の電流を制御することによって、あるいは、永久電流モード（または、一定電流モード）の超伝導コイル及び（永久磁石による浮遊とともに上述したような）外部の制御コイルを使用することによって実施することができる。後者の手法は超伝導磁石を非常に簡略化することができるという長所を有する。
Use of Superconducting Magnets In one embodiment according to the present invention, it is possible to use superconducting magnets instead of or in addition to permanent magnets. This can be done, for example, by controlling the current in the superconducting coil to stabilize the gap, or as described above with a superconducting coil in permanent current mode (or constant current mode) and floating with a permanent magnet. ) Can be implemented by using an external control coil. The latter approach has the advantage that the superconducting magnet can be greatly simplified.
超伝導磁石を使用した好まれる方法は永久磁石構造を図１０に示されているような構造と同様な構造で置き換えることである。図において、超伝導コイル１０２ａ、１０２ｂは高温超伝導体で構成することができ、コギング力を最小にするような様式で磁束を分配するために使用される磁極端（pole tip）１０４とともに積層状のスチールポール（steel pole）１０３の周りに巻かれる。コイルのためのスチール鉄心（steel core）の使用は、必要な超伝導コイルの寸法及び制御コイルの寸法を減少させるという長所を有する。スチール鉄心はまた、低温で実施されるという事実によって合成される、超伝導体内の渦電流損失を減少させる。
The preferred method using superconducting magnets is to replace the permanent magnet structure with a structure similar to that shown in FIG. In the figure, the
図１０において、超伝導の巻線は別個に作製され、磁極端及び制御用巻線の周り（または、上に）に挿入されてもよい。 In FIG. 10, the superconducting windings may be made separately and inserted around (or on) the pole tips and control windings.
単一の高架サスペンションレールの使用
本発明のさらなる実施例はケーブルカー（または、ロープウェイ）が頭上のケーブルによって支持されるのと同様な様式で乗物を支持する単一の高架サスペンションレールを使用する。
Use of a Single Elevated Suspension Rail A further embodiment of the present invention uses a single elevated suspension rail that supports the vehicle in a manner similar to that a cable car (or ropeway) is supported by overhead cables.
この浮遊方法は以下の項目を含むいくつかの長所を有する。
・単一のサスペンションレール及び単一の推進用巻線のみを必要とするのでコストを削減できる。
・高速作用スイッチの設計が容易である。
・支持用ビームが小型になり、邪魔にならない。
This floating method has several advantages including:
-Only a single suspension rail and a single propulsion winding are required, reducing costs.
・ Easy to design high speed action switch.
-The support beam is small and does not get in the way.
空港内等の屋内での使用に対して、高架システム（または、頭上システム）は特に優れているだろう。輸送手段が停止しているときや低速で動いている場合、揺れの動きに対処するために機械的なガイド車輪（または、案内車輪）が使用されてもよく、風がない場合、揺れの動きに対して十分に対処することができるだろう。高架サスペンション（または、高架浮遊）はまたトンネル内の使用に対しても優れているだろう。この場合、揺れの動きに対処するために斥力を発生する磁石が使用されてもよい。高架サスペンションはトンネルの径を小さめにし、浮遊及び推進システムのコストを下げることを可能にする。 Elevated systems (or overhead systems) may be particularly superior for indoor use such as in airports. Mechanical guide wheels (or guide wheels) may be used to deal with swaying movements when the vehicle is stationary or moving at low speeds, and swaying movements when there is no wind Will be able to deal with it sufficiently. Elevated suspension (or elevated suspension) will also be excellent for use in tunnels. In this case, a magnet that generates a repulsive force may be used in order to cope with the motion of shaking. The elevated suspension allows the tunnel diameter to be reduced and the cost of the suspension and propulsion system to be reduced.
サイズ（寸法）
本発明に従った浮遊システム（または、サスペンションシステム）の寸法は旅客用に適しているが、荷物の運搬に対しては最適ではないかもしれない。例えば、半導体工場等のクリーンルームで使用される小さめの寸法のシステムを構成する場合、車輪ベースのサスペンションからの汚染は問題を呈するだろう。放射性材料を運搬するためのもう１つの実施例の場合、輸送手段が密閉されたダクト内で動作するのに対し、推進用巻線はダクトの外部に配置されなければならないだろう。本発明のデザインはより強力な力を扱うために広めの浮遊レール（または、サスペンションレール）を使用することによって大きめの寸法にされてもよいし、または、大きめのギャップ及び長めの波長とともに高速で動作するデザインが使用されてもよい。これらの変更は全て可能であり、上述の設計の原理を適用することが可能である。
Size (dimensions)
The dimensions of the suspension system (or suspension system) according to the present invention are suitable for passengers, but may not be optimal for the transport of luggage. For example, when constructing smaller sized systems used in clean rooms such as semiconductor factories, contamination from wheel-based suspensions may present problems. In another embodiment for carrying radioactive material, the propulsion winding would have to be located outside the duct, whereas the vehicle operates in a sealed duct. The design of the present invention may be sized larger by using wider floating rails (or suspension rails) to handle stronger forces, or at higher speeds with larger gaps and longer wavelengths. A working design may be used. All of these changes are possible and the above design principles can be applied.
ここまで本発明の目的を達成するためのシステム及び方法が説明されてきた。しかしながら、図示及び説明されてきた実施例が本発明の説明のためのものであり、他の多様な変更が付随する請求の範囲によって規定される本発明の範囲に含まれることは理解されなければならない。 So far, systems and methods for achieving the objectives of the present invention have been described. However, it should be understood that the embodiments shown and described are illustrative of the invention and that various other modifications are included within the scope of the invention as defined by the appended claims. Don't be.
９１ 磁石
９２ 磁石
９３ 終端磁石
１０２ 超伝導コイル
１０３ スチールポール
91 magnet 92 magnet 93 terminal magnet 102
Claims (12)
１つまたは複数の磁石の配列を備える輸送手段であって、少なくとも１つの前記磁石の配列が：
少なくとも１つの前記ガイドウェイレールへの磁気的な引力を生じさせ；
前記輸送手段に誘導を与えるのに十分な横方向の復元用の力を、そのような誘導を与えるための付加的な構造を必要とすることなく生じさせ；さらに、
１つまたは複数の前記巻線内の電流への応答で縦方向の力を生じさせる輸送手段と、
スウェイ及びヨー力を減衰するために横方向にオフセットを有して配置された少なくとも１つの磁石の組とを備える磁気浮遊システム。A guideway comprising one or more ferromagnetic rails, at least one said rail comprising a winding for a linear synchronous motor ;
A vehicle comprising an array of one or more magnets, wherein the at least one array of magnets is:
Creating a magnetic attraction on at least one of the guideway rails;
Creating a lateral restoring force sufficient to provide guidance to the vehicle without requiring additional structure to provide such guidance;
Means for generating a longitudinal force in response to the current in one or more of said windings ;
A magnetic suspension system comprising: a set of at least one magnet arranged with a lateral offset to dampen sway and yaw forces .
１つまたは複数の超伝導磁石の配列を備える輸送手段であって、少なくとも１つの前記磁石の配列が：
少なくとも１つの前記ガイドウェイレールへの磁気的な引力を生じさせ；
前記輸送手段に誘導を与えるのに十分な横方向の復元用の力を、そのような誘導を与えるための付加的な構造を必要とすることなく生じさせ；さらに、
１つまたは複数の前記巻線内の電流への応答で縦方向の力を生じさせる輸送手段と、
スウェイ及びヨー力を減衰するために横方向にオフセットを有して配置された少なくとも１つの磁石の組と、
垂直方向のギャップを実質的に安定させるために有効なシステムとを備える磁気浮遊システム。A guideway comprising one or more ferromagnetic rails, at least one said rail comprising a winding for a linear synchronous motor ;
A vehicle comprising an array of one or more superconducting magnets, wherein the at least one array of magnets is:
Creating a magnetic attraction on at least one of the guideway rails;
Creating a lateral restoring force sufficient to provide guidance to the vehicle without requiring additional structure to provide such guidance;
Means for generating a longitudinal force in response to the current in one or more of said windings ;
At least one set of magnets arranged with a lateral offset to damp sway and yaw forces;
Magnetic floating system and a valid system to substantially stabilize the gap in the vertical direction.
少なくとも１つの超伝導磁石の配列を備える輸送手段であって、少なくとも１つの前記磁石の配列が：
少なくとも１つの前記ガイドウェイレールへの磁気的な引力を生じさせ；
前記輸送手段に誘導を与えるのに十分な横方向の復元用の力を、そのような誘導を与えるための付加的な構造を必要とすることなく生じさせ；さらに、
１つまたは複数の前記巻線内の電流への応答で縦方向の力を生じさせる輸送手段と、
スウェイ及びヨー力を減衰するために横方向にオフセットを有して配置された少なくとも１つの磁石の組と、
実質的に安定な垂直方向のギャップを生じさせるために前記磁石の周囲に巻かれた少なくとも１つの制御コイルと、
前記コイルを制御するために有効な第１の制御システムと、
前記輸送手段の加速力を生成するため、前記巻線を駆動するために有効な第２の制御システムとを備える磁気浮遊システム。A guideway comprising one or more ferromagnetic rails, at least one said rail comprising a winding for a linear synchronous motor ;
A vehicle comprising an array of at least one superconducting magnet, wherein the array of at least one said magnet:
Creating a magnetic attraction on at least one of the guideway rails;
Creating a lateral restoring force sufficient to provide guidance to the vehicle without requiring additional structure to provide such guidance;
Means for generating a longitudinal force in response to the current in one or more of said windings ;
At least one set of magnets arranged with a lateral offset to damp sway and yaw forces;
At least one control coil wound around the magnet to create a substantially stable vertical gap ;
A first control system effective to control the coil ;
To generate an acceleration force of the vehicle, a magnetic floating system and a valid second control system for driving the winding.
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