BRPI1013875B1

BRPI1013875B1 - Aparelho e sistema para transporte utilizando uma estrutura de rolamento magnético

Info

Publication number: BRPI1013875B1
Application number: BRPI1013875-7A
Authority: BR
Inventors: Philip Albert Studer; Sandor Wayne Shapery
Original assignee: Sandor Wayne Shapery; Philip Albert Studer
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2019-07-02
Also published as: US20100301979A1; US8324777B2; AU2010229810A2; JP2012522484A; CN102395486B; KR101581074B1; WO2010111549A3; CN102395486A; JP5628285B2; RU2520827C2; RU2011139514A; AU2010229810A1; EP2411241B1; KR20120010231A; WO2010111549A2; AU2010229810B2; EP2411241A2; BRPI1013875A2

Abstract

aparelho e sistema para transporte utilizando uma estrutura de rolamento magnético são descritos um método e um sistema para transporte utilizando uma estrutura de rolamento magnético (100). em uma modalidade, um aparelho para transportar uma carga compreende uma fonte de fluxo magnético (104) e um controlador (225) configurado para controlar a posição da fonte de fluxo magnético (104) com relação a uma estrutura magnetizável (220). a fonte de fluxo magnético (104) compreende uma primeira parte superior e uma primeira parte inferior de polaridades opostas. as primeiras partes estão espaçadas horizontalmente em relação a um primeiro lado da estrutura magnetizável (220). a fonte de fluxo magnético compreende também uma segunda parte superior e uma segunda parte inferior de polaridades opostas. as segundas partes estão espaçadas horizontalmente em relação a um segundo lado da estrutura magnetizável. o segundo lado está oposto ao primeiro lado. as primeira e segunda partes superiores são magneticamente atraídas por uma parte superior da estrutura magnetizável e as primeira e segunda partes inferiores são magneticamente atraídas por uma parte inferior da estrutura magnetizável.

Description

APARELHO E SISTEMA PARA TRANSPORTE UTILIZANDO UMA ESTRUTURA DE ROLAMENTO MAGNÉTICO

Referência Cruzada a Pedidos Correlacionados [001]O presente pedido de patente reivindica de acordo com 35 U.S.C. § 119 a prioridade do Pedido Provisório de Patente U.S. N- de Série 61/163,778, depositado em 26 de março de 2009, o qual é aqui expressamente incorporado pela presente referência. o presente pedido de patente está também relacionado às Patentes U.S. N— 7,617,779; 3,569,804 e

6,977,451, cada uma das quais sendo aqui incorporada em sua totalidade através da presente referência.

ANTECEDENTE

Campo [002] A presente invenção está de um modo geral relacionada a um método e um sistema para transporte utilizando uma estrutura de rolamento magnética. Mais especificamente, a invenção se aplica de um modo geral à levitação de uma carga para transporte.

SUMÁRIO [003] Em um aspecto, um equipamento para transtransportar uma carga compreende uma fonte de fluxo magnético e um controlador configurado para controlar a posição da fonte de fluxo magnético com referência a uma estrutura magnetizável. A fonte de fluxo magnético compreende uma primeira parte superior e uma primeira parte inferior de polaridades opostas. As primeiras partes estão espaçadas horizontalmente em relação a um primeiro lado da estrutura magnetizável. A fonte de fluxo magnético compreende também uma segunda parte superior e uma segunda parte inferior de polaridades opostas. As segundas partes estão espaçadas horizontalmente em relação a um segundo lado da estrutura magnetizável. o segundo lado está oposto ao

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2/18 primeiro lado. As primeira e segunda partes superiores são magneticamente atraídas por uma parte superior da estrutura magnetizável e as primeira e segunda partes inferiores são magneticamente atraídas por uma parte inferior da estrutura magnetizável.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1a é uma vista em perspectiva de um sistema compreendendo uma estrutura de rolamento magnética tubular posicionada próximo a um trilho.

A Figura 1b é uma vista em corte do sistema da Figura 1a ilustrando uma pluralidade de linhas de um campo magnético que representam um campo magnético.

A Figura 2a é uma vista frontal de um sistema compreendendo uma estrutura de rolamento magnética tubular possuindo uma bobina de controle.

A Figura 2b é um diagrama de blocos funcional de um sistema de posicionamento horizontal.

A Figura 2c é um fluxograma que ilustra um método para prover corrente para uma bobina de controle com base em dados de sensor recebidos.

A Figura	3	é	uma	vista em	corte	de	um	sistema
compreendendo um	veículo	com estruturas	de	rolamento
magnéticas posicionadas	próximo a trilhos.
A Figura	4	é	uma	vista em	corte	de	um	sistema
compreendendo uma		estrutura de	rolamento	magnética
prismática.
A Figura	5	é	uma	vista em	corte	de	um	sistema
compreendendo uma estrutura	de rolamento magnética	com uma
pluralidade de magnetos.
A Figura	6	é	uma	vista em	corte	de	um	sistema
compreendendo uma estrutura	de rolamento magnética	com dois

magnetos.

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Descrição Detalhada [004] A descrição detalhada que se segue está direcionada a certos aspectos específicos da invenção. No entanto, a invenção pode ser incorporada de várias maneiras diferentes, por exemplo, tal como está definido e protegido pelas reivindicações. Deve ficar claro que os aspectos aqui descritos podem ser incorporados em uma ampla variedade de formas, e que qualquer estrutura, função específica, ou ambas, aqui descritas são meramente representativas. com base nos presentes ensinamentos, os técnicos na área notarão que um aspecto aqui descrito pode ser implementado independentemente de quaisquer outros aspectos, e que dois ou mais de tais aspectos podem ser combinados de diversas formas. como exemplo, um equipamento pode ser implementado, ou um método pode ser praticado, através da utilização de qualquer número dos aspectos aqui descritos. Além disso, tal equipamento pode ser implementado, ou tal método praticado, pelo uso de outras estruturas, funcionalidades, ou estruturas e funcionalidades além de, ou diferentes, daquelas de um ou mais dos aspectos aqui descritos. De forma similar, os métodos aqui descritos podem ser efetuados por um ou mais processadores de computador, configurados para executar instruções recuperadas a partir de um meio para armazenamento e leitura por computadores. Um meio de armazenamento para leitura por computadores armazena informações, tais como dados ou instruções, por um certo intervalo de tempo, de tal modo que as informações possam ser lidas por um computador durante tal intervalo de tempo. os exemplos de meios de armazenamento para leitura por computadores incluem memórias, tais como memória de acesso aleatório (RAM) e armazenamentos tais como discos rígidos, discos ópticos, memória flash, disquetes, fita magnética, fita de papel e cartões perfurados.

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4/18 [005] A Figura 1a é uma vista em perspectiva de um sistema 10 compreendendo uma estrutura de rolamento magnética tubular 100 posicionada próximo a um trilho 120. A estrutura de rolamento magnética 100 compreende uma fonte de fluxo magnético 104 entre um casco interno 106 e um casco externo 102. Em uma modalidade, o casco externo 102 possui uma seção reta em forma de C e está posicionado de forma concêntrica em torno do casco interno 106, o qual possui uma seção reta similar em forma de C. Tanto o casco interno 106 como o casco externo 102 são de preferência fabricados a partir de um material magnetizável, tal como ferro ou aço. Os cascos 102, 106, podem guiar o fluxo magnético da fonte de fluxo magnético 104 ao longo do perímetro interno e externo da estrutura de rolamento magnética 100, desse modo auxiliando a conter e concentrar o fluxo magnético da fonte de fluxo magnético 104.

[006] Devido à atração magnética entre a estrutura de rolamento magnética 100 e o trilho 120, a estrutura de rolamento magnética 100 pode sutransportar uma carga sem entrar em contato com o trilho 120. Tal como será descrito mais adiante com referência à Figura 3, tal estrutura de rolamento magnética 100 pode ser usada para prover uma força de levitação que compensa a força da gravidade sobre um veículo, reduzindo desse modo o atrito a medida que o veículo se movimenta ao longo do trilho.

[007] Em uma modalidade, a fonte de fluxo magnético 104 compreende um único imã permanente. Os imãs permanentes podem incluir imãs de terras raras, imãs de samário cobalto, imãs de alnico e imãs de neodímio. O uso de imãs permanentes permite ao rolamento 100 prover forças de levitação “sempre ligadas” que não demandam uma fonte de energia elétrica. Em outras modalidades, a fonte de fluxo magnético 104 pode compreender um ou mais imãs permanentes e/ou um ou mais

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5/18 eletro-imãs. Em uma modalidade, a fonte de fluxo magnético 104 é magnetizada de forma radialmente uniforme, de tal forma que as superfícies de borda da fonte de fluxo magnético 104 que entram em contato com o casco externo 102 possuam uma polaridade, enquanto as superfícies de borda da fonte de fluxo magnético 104 em contato com o casco interno 106 possuam uma polaridade oposta. A fonte de fluxo magnético 104 pode ser um magneto ligado. Em uma modalidade, um imã ligado compreende um pó magnético misturado a uma resina termoplástica para a formação de imãs moldados por injeção, compressão, ou flexíveis. O pó magnético pode estar alinhado em uma direção preferida, enquanto a resina estiver líquida e ser mantido com tal direcionamento preferido pela resina ao endurecer. Um imã ligado pode ser usado para minimizar fluxos parasitas, por exemplo, fluxos que se projetam para fora dos limites desejados para o rolamento magnético 100.

[008] A Figura 1b é uma vista em corte do sistema da Figura 1a ilustrando uma pluralidade de linhas de campo magnético 190. Apesar de estarem ilustradas apenas seis linhas de campo 190, deve ficar claro que o campo magnético é um campo contínuo e que mais ou menos linhas de campo 190 poderiam ser usadas para representá-lo. O casco externo 102 compreende uma primeira extremidade 152 e uma segunda extremidade 154 localizada próximo a projeções do trilho 120. O casco interno 106 compreende também uma primeira extremidade 162 e uma segunda extremidade 164 também localizada próximo a projeções do trilho 120. Em uma modalidade, a fonte de fluxo magnético 104 gera um campo magnético representado por uma pluralidade de linhas de campo magnético 190 que começam e terminam na fonte de fluxo magnético 104. O casco externo 102 guia cada linha de campo 190 ao longo do casco externo 102 até a primeira extremidade 152 ou a segunda extremidade 154 onde ele cruza a fresta ou

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6/18 folga entre o casco externo 102 e o trilho 120. Cada linha de campo 190 continua através do trilho 120 e sai do trilho 120 cruzando a folga ou fresta entre o trilho 120 e a primeira extremidade 162 ou a segunda extremidade 164 do casco interno 106. O casco interno 106 guia cada linha de campo 190 ao longo do casco interno 106 e cada linha de campo 190 retorna à fonte de fluxo magnético 104. Dependendo da polaridade da fonte de fluxo magnético 104, tal ordem pode ser invertida.

[009] Em uma modalidade, o comprimento do rolamento 100 na direção axial (ao longo do trilho 120) é maior que a espessura radial do casco. Tal configuração minimiza o fluxo não sustentador e reduz campos parasitas, dado que as vias de menor resistência entre o casco externo 102 e o casco interno 106 passam através do trilho 120 através das folgas entre o rolamento 100 e o trilho 120.

[010] O trilho 120 ilustrado na Figura 1, posicionado entre as primeira e segunda extremidades dos cascos interno e externo possui uma seção reta em forma de I. Em outras modalidades, podem ser usados outros formatos. Em uma modalidade, o trilho 120 é estreito o suficiente para se ajustar entre as folgas entre as primeiras extremidades 152, 154, e segundas extremidades 162, 164. Em uma modalidade, o trilho 120 é estreito o suficiente para se ajustar entre as folgas entre as primeiras extremidades 152, 154, e segundas extremidades 162, 164, sem entrar em contato com o rolamento magnético 100. O trilho 120 pode possuir qualquer comprimento axial de modo a permitir a propulsão além da levitação.

[011] Em uma modalidade, o trilho 120 compreende um material magnetizável, tal como ferro ou aço. Em outra modalidade, o trilho 120 compreende um material magnético. O rolamento 100 pode “captar e restringir” o trilho 120 dado que qualquer movimento vertical da estrutura de rolamento magnética 100 é resistido por forças magnéticas geradas pela

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7/18 fonte de fluxo magnético 104 que tende a minimizar o comprimento das linhas de campo magnético 190.

[012] Em uma modalidade, o trilho 120 compreende pelo menos dois trilhos substancialmente paralelos separados por uma bitola, cada trilho possuindo um perfil de um modo geral em forma de I, com uma cabeça e um pé separados por uma alma. Em uma modalidade, o trilho 120 compreende trilhos de bitolas padrão ou internacionais, por exemplo, a bitola é de aproximadamente 1,435 mm. A bitola pode ser menor ou maior que 1,435 mm. Em uma modalidade, o trilho 120 permite a rodas com flanges se movimentar ao longo da cabeça do trilho. Assim sendo, as modalidades aqui descritas podem ser compatíveis com a tecnologia existente de vias férreas e outros materiais rodantes.

[013] A Figura 2a é uma vista frontal de um sistema compreendendo uma estrutura de rolamento magnética tubular 200 possuindo uma bobina de controle 225. A estrutura de rolamento magnética tubular 200 compreende uma fonte de fluxo magnético 204 entre um casco interno 206 e um casco externo 202. Tal como foi acima descrito com referência ao sistema 10 da Figura 1, o rolamento 200 pode “capturar e restringir” o trilho 220. Tal como será descrito mais adiante, a corrente de controle na bobina de controle 225 modifica a quantidade de fluxo e, portanto, a força sobre cada lado das folgas entre a fonte de fluxo magnético 204 e o trilho 220 de forma a que possam ser produzidas ou controladas forças laterais e impedido o contato.

[014] Um sistema de posicionamento horizontal 210 pode compreender um controlador, um processador, ou outros circuitos, e pode estar configurado para centralizar horizontalmente o rolamento 200 em relação ao trilho 220. O sistema de posicionamento horizontal 210 pode compreender, ou estar operacionalmente acoplado a um sensor 290 e uma

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8/18 bobina de controle 225. A bobina de controle 225 pode transportar uma corrente elétrica que gera um fluxo magnético no interior da bobina 225. Assim sendo, a bobina de controle 225 opera como um eletro-imã que converte uma corrente elétrica a fluxo magnético. O fluxo magnético gerado pode orientar o campo magnético acima descrito com referência à Figura 1b, provendo desse modo uma força horizontal para a estrutura de rolamento magnética tubular 200 através de controle de fluxo diferencial. Assim sendo, a quantidade de fluxo magnético é modulada diferencialmente por adição do fluxo magnético de polarização gerado pela bobina de controle 225 ao fluxo magnético gerado pela fonte de fluxo magnético 104. Como pode ser visto na Figura 1b, a direção do fluxo na folga 187 entre o trilho e o casco externo 102 e a direção de fluxo na folga 188 entre o trilho e o casco interno 106 possuem direções opostas devido à polaridade e polarização da fonte de fluxo magnético. Assim sendo, mais de uma bobina de controle 225, em que a direção do enrolamento da bobina para cada bobina é conhecida ou predeterminada, podem ser usadas em série ou em paralelo para produzir apropriadamente uma força lateral resultante na mesma direção.

[015] Através do controle da corrente que passa na bobina de controle 225, o sistema de posicionamento horizontal 210 pode centralizar horizontalmente o rolamento 200 sobre o trilho 220. Em uma modalidade, o sistema de posicionamento horizontal 210 preserva uma folga constante total de ar entre a fonte de fluxo magnético 204 e o trilho 220 através do equilíbrio de forças horizontais de atração entre a fonte de fluxo magnético 204 e o trilho 220. Em particular, dado que a atração magnética atrai ambas as extremidades de cada casco 202, 206, em direção ao trilho 220, a eficácia do controle é ampliada. Em uma modalidade, o sistema de posicionamento

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9/18 horizontal 210 opera para equalizar o fluxo magnético sobre ambos os lados do trilho 220.

[016] Para determinar a posição horizontal, podem ser usados um ou mais sensores 290. O sensor 290 pode gerar dados de sensor indicativos de uma distância do sensor 290 até um objeto ou até um ponto de referência predefinido. Como exemplo, o sensor 290 pode gerar dados de sensor indicativos de uma posição horizontal da estrutura de rolamento magnética 200 com relação ao trilho 220. O sensor 290 pode compreender, porém não fica limitado a, um sensor de proximidade indutivo, um sensor de deslocamento capacitivo, ou um medidor de distância a laser. Em uma modalidade, o sensor 290 emite um sinal acústico ou de luz e mede modificações em um campo de retorno. Em outra modalidade, o sensor 290 pode também gerar dados de sensor indicativos de uma taxa de mudança de uma distância do sensor 290 até um objeto. Como exemplo, o sensor 290 pode gerar dados de sensor indicativos de quão rapidamente uma estrutura de rolamento magnética 200 está se aproximando de um trilho 220. O sensor 290 pode compreender um sensor baseado em Doppler. Em uma modalidade, o sensor 290 emite um sinal acústico ou de luz e mede uma modificação no comprimento de onda de um sinal de retorno.

[017] Em uma modalidade, a corrente portada pela bobina de controle 225, tal como provida pelo sistema de posicionamento horizontal 210 está baseada na posição horizontal tal como determinada pelo sensor 290. Em uma modalidade, a corrente é amplificada com base em uma equação linear em que a corrente é linearmente proporcional a uma distância indicada pelo sensor 290. Em outra modalidade, a corrente é amplificada com base em uma equação quadrática inversa em que a corrente é proporcional ao inverso do quadrado de uma distância indicada pelo sensor 290. Em outra modalidade, a corrente é proporcional, seja linearmente ou

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10/18 não, a uma diferença de distâncias indicada por dois sensores em lados opostos do trilho 220. Dado que a corrente está baseada, pelo menos em parte, em uma medição proveniente do sensor 290, a qual está baseada, pelo menos em parte, na corrente provida, o sistema de posicionamento horizontal 210 pode compreender um acionamento servo para efetuar de forma eficiente tal situação de retroalimentação. De um modo geral, um servo acionamento recebe um sinal de comando proveniente de um sistema de controle, amplifica o sinal, e transmite uma corrente elétrica para produzir um movimento proporcional ao sinal de comando.

[018]Em uma modalidade, a bobina de controle 225 é enrolada em torno do casco externo 202. Em outra modalidade, a bobina de controle 225 é enrolada em torno do casco interno 206. Em outra modalidade, múltiplas bobinas de controle podem ser enroladas em torno de pelo menos um dentre o casco externo 202 e o casco interno 206. Como exemplo, em uma modalidade, uma primeira bobina de controle é enrolada em torno do casco externo 202 e uma segunda bobina é enrolada em torno do casco interno 206. A bobina de controle 225 pode estar fisicamente separada do casco externo 202, da fonte de fluxo magnético 204 e do casco interno 206, por meio de um material eletricamente isolante.

[019] A Figura 2b é um diagrama de blocos funcional de um sistema de posicionamento horizontal 210, de acordo com uma modalidade. O sistema de posicionamento horizontal 210 recebe um sinal proveniente do sensor 290 indicando a posição horizontal de um rolamento 200 com relação a um trilho 220. Um controlador 212 processa o sinal proveniente do sensor 290 para determinar a corrente de correção apropriada a prover para a bobina de controle 225. O controlador 212 controla (e pode ser alimentado por) uma fonte de energia 216, tal como uma bateria ou outra fonte de corrente

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11/18 elétrica. O controlador 212 controla a fonte de energia 216 de forma a prover uma corrente para a bobina de controle 225. Em uma modalidade, o sistema de posicionamento horizontal 210 compreende uma memória 214 para armazenar um algoritmo para a determinação de uma corrente apropriada com base no sinal recebido a partir do sensor 290.

[020]O controlador 212 pode ser um processador de uso geral, um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado específico para aplicação (ASIC), um arranjo de porta programável no campo (FPGA), ou outro dispositivo lógico programável, uma lógica de transistor ou porta individual, componentes individuais de hardware, ou quaisquer combinações adequadas de tais projetada para efetuar as funções aqui descritas. O controlador 212 pode também ser implementado na forma de uma combinação de dispositivos de computação, por exemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador, uma pluralidade de microprocessadores, um ou mais microprocessadores em conjunto com um núcleo DSP, ou qualquer outra configuração similar.

[021] O controlador 212 pode estar acoplado, através de um ou mais barramentos, para ler informações a partir da, ou gravar informações na memória 214. O controlador 214 pode também, ou como alternativa, conter uma memória, tal como registradores de processador. A memória 214 pode incluir um cache de processador, incluindo um cache hierárquico em múltiplos níveis, em que diferentes níveis possuem diferentes capacidades e velocidades de acesso. A memória 214 pode também incluir uma memória de acesso aleatório (RAM), outros dispositivos de armazenamento voláteis, ou dispositivos de armazenamento não voláteis.

[022] A Figura 2c é um fluxograma que ilustra um método 270 para prover uma corrente para uma bobina de controle. O

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12/18 método 270 pode ser efetuado, por exemplo, pelo sistema de posicionamento horizontal 210 da Figura 2b. O método 270 se inicia no bloco 271 com a recepção de dados de sensor indicativos de uma posição horizontal. Em uma modalidade, os dados de sensor são indicativos de uma distância de um sensor até um objeto ou um ponto de referência predefinido. Como exemplo, em uma modalidade, os dados de sensor são indicativos de uma posição horizontal de um rolamento magnético com relação a um trilho. Em uma modalidade, os dados de sensor são indicativos de uma taxa de mudança de uma distância de um sensor até um objeto. Como exemplo, em uma modalidade os dados de sensor são indicativos de quão rapidamente uma estrutura de rolamento magnética está se aproximando de um trilho. Em outra modalidade, os dados de sensor compreendem dados provenientes de múltiplos sensores, cada um indicativo de uma distância ou de uma taxa de mudança de uma distância.

[023] A seguir, no bloco 272, é determinado se os dados de sensor são indicativos de uma distância ou velocidade maior que um limite predeterminado. A determinação pode ser efetuada, por exemplo, pelo controlador 212 da Figura 2b. Em uma modalidade, o limite predeterminado pode ser zero. Caso a distância ou velocidade for menor que o limite predeterminado, o método 200 passa ao bloco 273 em que o método 200 pausa por um intervalo de tempo predeterminado. Pela inclusão dos blocos 272 e 273, o método 270 não efetua um ajuste contínuo, o que poderia ser ineficiente em termos de energia, ou poderia resultar em excesso de trepidação.

[024]Caso seja determinado que os dados de sensor são indicativos de uma distância ou velocidade maior que o limite predeterminado, o método 200 passa ao bloco 274, em que é determinada uma corrente correspondente aos dados de sensor recebidos. A determinação pode ser efetuada, por exemplo,

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13/18 pelo controlador 212 da Figura 2b. Em uma modalidade, a corrente é amplificada com base em uma equação linear em que a corrente é linearmente proporcional a uma distância indicada pelo sensor. Em outra modalidade, a corrente é amplificada com base em uma equação quadrática inversa em que a corrente é proporcional ao inverso do quadrado de uma distância indicada pelo sensor. Em outra modalidade, a corrente é proporcional, seja linearmente ou não, a uma diferença de distâncias indicada por dois sensores em lados opostos de um trilho. Em mais outra modalidade, a corrente é amplificada com base em uma tabela de consulta. Tal tabela de consulta pode ficar armazenada, por exemplo, na memória 214 da Figura 2b. Em uma modalidade, a corrente é determinada como proporcional a uma velocidade indicada pelo sensor. Em outra modalidade, a corrente é determinada com base em uma distância e uma velocidade indicadas pelo sensor.

[025]Passando ao bloco 275, a corrente determinada é provida a uma ou mais bobinas de controle. A corrente pode ser provida, por exemplo, pela fonte de energia 216, tal como controlada pelo controlador 212 da Figura 2b. A corrente provida às bobinas de controle pode gerar um fluxo magnético no interior da bobina de controle e, desse modo, orientar o campo magnético acima descrito com referência à Figura 1b de forma a prover uma força horizontal e centralizar horizontalmente o rolamento sobre o trilho. Deve ser notado que em algumas modalidades, a corrente determinada pode ser zero. Como exemplo, a corrente determinada pode ser zero quando um rolamento magnético estiver centralizado com relação a um trilho na ausência de forças externas.

[026] Após o bloco 275, o método 270 volta ao bloco 271 e se repete. Dessa forma, o método 270 provê continuamente uma corrente com base em dados de sensor. Em uma modalidade,

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14/18 o sistema de posicionamento horizontal 210 centraliza continuamente um rolamento magnético com relação a um trilho.

[027] A Figura 3 é uma vista em corte de um sistema 30 compreendendo um veículo 330 possuindo uma carga 360 acoplada a estruturas de rolamento magnéticas 310, 312, posicionadas próximo a trilhos 320, 322. Pelo uso de dois trilhos em lugar de apenas um único trilho, a rotação do veículo com relação ao trilho pode ser inibida. O veículo compreende um primeiro rolamento 310 posicionado próximo ao primeiro trilho 320 e um segundo rolamento 312 posicionado próximo ao segundo trilho 322. Os rolamentos 310, 312, propiciam uma força de suspensão ou levitação que compensa a força da gravidade que atua sobre o veículo 330 e a carga 360, reduzindo desse modo o atrito ao longo dos trilhos. Os rolamentos 310, 312, estão ligados à carga 360 através de uma ou mais estruturas de suporte 362. Os rolamentos podem estar ligados por meio de solda, parafusos, ou outras técnicas de fixação.

[028] Um sistema de posição horizontal (não ilustrado) compreendendo um ou mais sensores de posição e uma ou mais bobinas de controle pode manter os rolamentos centrados horizontalmente de tal forma que os rolamentos não entrem em contato com os trilhos, reduzindo adicionalmente o atrito. Em uma modalidade, o sistema de posicionamento horizontal compreende uma ou mais bobinas de controle configuradas para transportar respectivamente uma ou mais correntes elétricas de modo a prover uma força horizontal tal como foi acima descrito com referência à Figura 2.

[029]Em uma modalidade, o sistema pode utilizar folgas de ar assimétricas, tal como foi descrito no Pedido de Patente U.S. N- de Série 12/048,062, aqui incorporado em sua totalidade por meio da presente referência. Em uma modalidade, as folgas internas 380 entre os rolamentos 310, 312, e os trilhos 320, 322, possuem tamanhos diferentes

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15/18 daqueles das folgas externas 382 entre os rolamentos 310, 312, e os trilhos 320, 322. Dessa forma, caso o veículo 330 seja deslocado horizontalmente, apenas um dos rolamentos iria entrar em contato com os trilhos.

[030] Apesar de o sistema 30 poder incluir rolamentos que provêem uma força na direção vertical e um sistema de posicionamento horizontal que provê uma força horizontal, o sistema 30 pode compreender também um motor que propicia uma força de propulsão na direção dos trilhos 320, 322. Assim sendo, o sistema 30 pode ter seis graus de liberdade. Em uma modalidade, o motor compreende um motor de locomotiva sobre rodas convencional conectado ao veículo 330. Em outra modalidade, o motor compreende um motor linear, tal como descrito no Pedido de Patente U.S. N- de Série 12/048,062, ou na Patente U.S. N- 7, 617,779, aqui incorporada em sua totalidade por meio da presente referência.

[031] Apesar de apenas dois rolamentos 310, 312, serem mostrados na Figura 3, deve ficar claro que um veículo ou sistema poderia conter rolamentos independentes adicionais em várias configurações. Como exemplo, rolamentos poderiam ser aproximadamente posicionados em quatro cantos de um veículo. Como outro exemplo, rolamentos possuindo um comprimento axial aproximado similar àquele do veículo que podem ser posicionados em cada lado do veículo. Em uma modalidade, múltiplos veículos possuindo rolamentos podem ser tracionados ou empurrados por um ou mais motores de levitação ou sobre rodas.

[032] Alguns dos benefícios das plataformas de levitação, tais como o veículo 330 da Figura 3, em oposição aos vagões sobre rodas incluem, entre outras coisas, a redução do desgaste das peças mecânicas, a redução do calor externo produzido e a redução de ruídos. Um sistema híbrido de levitação apresenta o potencial de ser mais eficiente em

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16/18 termos energéticos do que sistemas convencionais em virtude da redução do atrito. Uma modalidade da invenção compreende um sistema MagLev contendo um ou mais rolamentos magnéticos.

[033]A Figura 4 é uma vista em corte de um sistema 40 compreendendo uma estrutura de rolamento magnética prismática 400. O sistema 40 difere das modalidades acima descritas pelo fato de que a estrutura de rolamento magnética 400 não é tubular, mas sim conformada como um prisma. Apesar de um prisma retangular ser apresentado na Figura 4, podem ser usados outros formatos. Como exemplo, em uma modalidade, a seção reta da estrutura de rolamento magnética 400 é triangular. De outra forma, a estrutura e funcionalidade do sistema 40 pode ser igual àquela do sistema 20 da Figura 2, tal como foi acima descrito. Dado que a estrutura de rolamento magnética 400 é prismática, o rolamento 400 pode ser mais facilmente ligado a um veículo, ou mais facilmente armazenado. Dado que uma estrutura prismática contém de um modo geral superfícies planas, a fabricação de uma fonte de fluxo magnético pode ser simplificada e as bobinas de controle podem ser instaladas com maior facilidade.

[034] A Figura 5 é uma vista em corte de um outro sistema 50 compreendendo uma estrutura de rolamento magnética 500. O sistema 50 difere das modalidades acima descritas pelo fato de que a fonte de fluxo magnético 504 compreende uma pluralidade de imãs 504 dispostos de tal forma que uma polaridade esteja voltada para o casco externo 502 e a outra polaridade esteja voltada para o casco interno 506. Entre os imãs existe uma substância não magnetizável 515, tal como vidro, madeira, resina, ou ar, oferecendo mais espaço e locais potencialmente adequados para o posicionamento de enrolamentos de controle. De outra forma, a estrutura e a funcionalidade do sistema 50 pode ser igual àquela do sistema 20 da Figura 2, tal como foi acima descrito. Dado que a

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17/18 estrutura de rolamento magnética 500 possui uma pluralidade de imãs 504, em lugar de apenas um único imã, a fonte de fluxo magnético 504 pode ser menos custosa. No entanto, caso a pluralidade de imãs 504 esteja muito espaçada entre si, podem existir linhas de campo magnético através do material não magnetizável em lugar de através do trilho 520, reduzindo desse modo a força de levitação.

[035] A Figura 6 é uma vista em corte de um sistema compreendendo uma estrutura de rolamento magnética com dois imãs. A estrutura de rolamento magnética 600 compreende uma estrutura de suporte 630 e uma fonte de fluxo magnético compreendendo dois imãs 604a, 604b, dispostos sobre cada lado do trilho 620. Os imãs 604a, 604b, estão dispostos de tal forma que o topo de cada imã 604a, 604b, possua uma polaridade e o fundo de cada imã 604a, 604b, possua a outra polaridade. Em uma modalidade, a estrutura de suporte 360 fixa a localização dos imãs 604a, 604b, em relação um ao outro. De outra forma, a estrutura e a funcionalidade do sistema 60 pode ser igual àquela do sistema 20 da Figura 2, tal como foi acima descrito. Dado que a estrutura de rolamento magnética 600 possui apenas dois imãs, a produção pode ser simplificada ou podem ser reduzidos os custos. No entanto, linhas de campo magnético podem existir à esquerda do imã esquerdo 604a ou à direita do imã direito 604b em lugar de através do trilho 620, reduzindo desse modo a força de levitação.

[036] Em uma modalidade, a fonte de fluxo magnético posicionada próximo ao trilho pode ser estreita na direção vertical, ou pode compreender projeções estreitas em direção ao trilho de forma a prover resistência ao deslocamento vertical devido a mudanças de relutância.

[037]Apesar da descrição acima ter apontado novas características da invenção tal como aplicada a várias

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18/18 modalidades, os técnicos na área notarão que várias omissões, substituições e modificações em forma e detalhes do dispositivo ou processo ilustrados podem ser efetuadas sem constituir um afastamento do escopo da invenção.

Claims

1. Aparelho (10, 20, 30, 40, 50) para transportar uma carga (360), o aparelho compreendendo:

uma fonte de fluxo magnético (104, 204, 404, 504) compreendendo:

uma primeira parte superior (162) e uma primeira parte inferior (152) de polaridades opostas, em que as primeiras partes estão espaçadas horizontalmente a partir de um primeiro lado de uma estrutura magnetizável (120, 220, 320, 420, 520); e uma segunda parte superior (164) e uma segunda parte inferior (154) de polaridades opostas, caracterizado pelo fato de que as segundas partes estão espaçadas horizontalmente a partir de um segundo lado da estrutura magnetizável (120, 220, 320, 420, 520), em que o segundo lado está oposto ao primeiro lado, e em que as primeira e segunda partes superiores são magneticamente atraídas por uma parte superior da estrutura magnetizável e as primeira e segunda partes inferiores são magneticamente

atraídas por uma parte inferior da estrutura magnetizável; um guia de fluxo interno (106, 206, 406, 506) ligado a uma superfície interna da fonte de fluxo magnético; um guia de fluxo externo (102, 202, 402, 502) ligado a uma superfície externa da fonte de fluxo magnético, em que os guias de fluxo interno e externo

compreendem um material magnetizável; e um controlador (212) configurado para controlar a posição da fonte de fluxo magnético com relação à estrutura magnetizável.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de fluxo magnético compreende pelo menos um dentre: um ou mais imãs

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2/6 permanentes, uma pluralidade de fontes de fluxo magnético separadas por espaçadores não magnetizáveis, um imã ligado e um imã magnetizado de forma radialmente uniforme.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos guias de fluxo está configurado para concentrar o fluxo magnético gerado pela fonte de fluxo magnético, e o controlador compreende uma bobina de controle (225) configurada para transportar uma corrente elétrica para orientar o fluxo magnético gerado pela fonte de fluxo magnético.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador compreende adicionalmente:

um ou mais sensores (290) configurados para gerar dados de sensor indicativos de uma posição horizontal de pelo menos uma das partes da fonte de fluxo magnético, em que pelo menos um dos sensores está configurado para determinar uma distância de folga (187, 188) entre a fonte de fluxo magnético e a estrutura magnetizável; e um circuito configurado para prover uma corrente com base nos dados de sensor, em que a corrente está configurada para equalizar o fluxo magnético em ambos os lados da estrutura magnetizável, e configurada para gerar um fluxo magnético de polarização para aumentar ou diminuir o fluxo magnético gerado pela fonte de fluxo magnético.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

um motor configurado para prover uma força de propulsão ao longo da estrutura magnetizável;

uma ou mais rodas com flanges configuradas para guiar uma carga ao longo da estrutura magnetizável da fonte de fluxo magnético; e

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3/6 uma pluralidade de projeções na direção da estrutura magnetizável configuradas para prover resistência ao deslocamento vertical da fonte de fluxo magnético.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender também uma fonte adicional de fluxo magnético (322) compreendendo:

uma primeira parte superior adicional e uma primeira parte inferior adicional de polaridades opostas, em que as primeiras partes adicionais estão espaçadas (380) horizontalmente a partir de a uma estrutura magnetizável adicional em um primeiro lado da estrutura magnetizável adicional (322); e uma segunda parte superior adicional e uma segunda parte inferior adicional de polaridades opostas, em que as segundas partes adicionais estão espaçadas (382) horizontalmente a partir da estrutura magnetizável adicional em um segundo lado da estrutura magnetizável adicional (322), em que o segundo lado é oposto ao primeiro lado, em que as partes superiores são magneticamente atraídas para uma parte superior da estrutura magnetizável adicional e as partes inferiores são magneticamente atraídas para uma parte inferior da estrutura magnetizável adicional, em que a estrutura magnetizável (320) e a estrutura magnetizável adicional estão espaçadas horizontalmente.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma carga acoplada às fontes de fluxo magnético de tal forma que as fontes restrinjam a rotação da carga em torno da estrutura magnetizável.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira parte superior (106, 206, 406, 506) está configurada para injetar fluxo

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4/6 magnético para a parte superior da estrutura magnetizável no primeiro lado, em que a segunda parte superior está configurada para injetar fluxo magnético para a parte superior da estrutura magnetizável no segundo lado, em que o fluxo magnético é conduzido verticalmente na estrutura magnetizável para a parte inferior, em que pelo menos uma parte do fluxo magnético retorna para a primeira parte inferior (102, 202, 402, 502) através da parte inferior da estrutura magnetizável no primeiro lado, e em que pelo menos uma parte do fluxo magnético retorna para a segunda parte inferior através da parte inferior da estrutura magnetizável no segundo lado.

9. Sistema para transportar uma carga, o sistema compreendendo:

dispositivos para gerar um fluxo magnético compreendendo: primeiro dispositivo superior para gerar fluxo magnético; primeiro dispositivo inferior para gerar

fluxo magnético, em que o primeiro dispositivo superior e o primeiro dispositivo inferior estão espaçados horizontalmente em relação a um primeiro lado de uma estrutura magnetizável, em que o primeiro dispositivo superior e o primeiro dispositivo inferior possuem polaridades opostas;

segundo dispositivo superior para gerar fluxo magnético; e segundo dispositivo inferior para gerar fluxo magnético, em que o segundo dispositivo superior e o segundo dispositivo inferior estão espaçados horizontalmente em relação a um segundo lado da estrutura magnetizável, caracterizado pelo fato de que o segundo dispositivo superior e o segundo dispositivo inferior

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5/6 possuem polaridades opostas, em que o segundo lado está oposto ao primeiro lado, e em que os primeiro e segundo dispositivos superiores são magneticamente atraídos para uma parte superior da estrutura magnetizável e os primeiro e segundo dispositivos inferiores são magneticamente atraídos para uma parte inferior da estrutura magnetizável;

primeiro dispositivo para guiar o fluxo magnético, o primeiro fluxo guiando dispositivo ligado a uma superfície interna do dispositivo para gerar fluxo magnético;

segundo dispositivo para guiar o fluxo magnético, o segundo fluxo guiando dispositivo ligado a uma superfície externa do dispositivo para gerar fluxo magnético; e dispositivos para controlar a posição dos dispositivos para gerar fluxo magnético em relação à estrutura magnetizável.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os dispositivos para controlar a posição compreendem um circuito controlador, e os dispositivos para gerar fluxo magnético compreendem pelo menos um dentre: um ou mais imãs permanentes, uma pluralidade de fontes de fluxo magnético separadas por espaçadores não magnetizáveis, um imã ligado e um imã magnetizado de forma radialmente uniforme.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os dispositivos para controlar a posição compreendem:

dispositivos para gerar uma corrente elétrica para polarizar o fluxo magnético gerado pela fonte de fluxo magnético;

dispositivos para detectar a posição horizontal de pelo menos uma das partes da fonte de fluxo magnético,

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6/6 em que os dispositivos para detectar a posição horizontal compreendem dispositivos para determinar uma distância de folga entre a fonte de fluxo magnético e a estrutura magnetizável; e dispositivos para prover uma corrente com base na detecção.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os dispositivos para controlar a posição compreendem dispositivos para equalizar o fluxo magnético em ambos os lados da estrutura magnetizável.