JP4191999B2 - 車両リニア空気式推進システム - Google Patents

Description

本発明は、軌道に沿って車両を駆動するためのリニア推進システムに関するものであり、例えば、鉄道線路の代わりに利用される。また、本発明は、軌道に沿って車両を推進するための方法を提供する。

今日、ほとんどの鉄道は、鉄の軌道上を走り、電動式でない場合には機関車及び燃料を搭載している、鉄車輪付きの列車を備えている。これらはエネルギー効率が悪く、温暖化ガスやオゾン破壊ガスを放出して環境を害するものであり、車両、軌道、及び信号が故障することがあるために信頼性に欠け、衝突や脱線の危険性を残すものであり、また、乗客の行程に臨機応変に対応することができない。

本発明は、構想を根本的に変えることによって上述の問題点を軽減することを目的とする。私は、２００年以上前に発明された「大気圧の」つまり「空気式の」推進線路を現代の技術を用いて復活させれば、画期的な改善となり、輸送インフラにとって切実に必要とされる利益をもたらすものと考える。車両は、列車の下に設けられた小型の管内を走行するピストンに接続することにより動かされていた。これには、管の上部に連続した溝を設け、それを閉鎖するとともにピストンから車両にコネクタを通せるような柔軟なフラップ又はバルブを設ける必要があった。ピストンの前方に真空が作られ、大気圧のもとでピストンが前方に駆動されていた。

主要な大気圧線路を以下に挙げる。
・ダブリンアンドキングスタウン アイルランド １８４４年から１８５４年 全長２．４ｋｍ（１．５マイル）
・ロンドンアンドクロイドン イングランド １８４６年から１８４７年 ８ｋｍ １２ｋｍに延長
・パリトゥーサンジェルマン フランス １８４７年から１８６０年 全長２．２ｋｍ
・サウスデボン イングランド １８４７年から１８４８年 全長２４ｋｍ（１５マイル） ３２ｋｍに延長

ダブリン及びパリの線路は単線であって、復路は重力のもとで坂を下るようになっていた。イングランドの２つのプロジェクトは、空気圧のもとで両方向に作動するものであったが、開発を妨げるいくつかの重大な問題点があったために短期間しか存続しなかった。蒸気の劇的な進歩、そして、電気及びディーゼル運転の出現により、大気圧線路はあまり重要でなくなった。しかし、近年にもこの構想を利用しようとする試みがなされており、１９８３年にはデモンストレーション路線としてブラジルのポルトアレグレで、また、１９８９年にはインドネシアのジャカルタで、大気圧線路が敷設されている。推進は、車両の下にあるダクト内を走行するプレートを用いてなされ、車両は、軌道に沿って配置されたファンからの低圧の空気によって押し動かされる。複数の車両がコンピュータ制御のもとで環状の単線上を走行する。また、１９世紀から２０世紀には、空気圧により車両全体が管に沿って内に吹き動かされた空気圧線路も存在し、その中で最も有名なものはロンドン及びニューヨークにあった。しかしそれらの用途は制限された特殊なものであるため、内空気式システムにより従来の線路が有する問題点が解決される見込みはない。

大気圧推進システムは、清潔、安全、かつ効率的であり、その空気ポンプステーションは効率が最大となるように設計することができる。列車から機関車が除去されるため、重量を大きく減少させることができ、それに応じてエネルギー消費量が減少する。これまでのシステムが上手く機能しなかった理由を以下に述べる。
・空気パイプの上部に沿って設けた連続バルブに、磨耗、疲労、及び凍結による破壊が生じやすい皮革や柔らかい封止用コンパウンドを用いたことによる問題
・推進力量の非適応性−真空を利用したため、圧力差が１気圧（実質的には０．９気圧）に限定された点
・分岐点及び軌道の転轍器に、特に連続するポンプステーション間において、有効に対処できない点
・システムに入ってきたとき、列車は、動力を確保するためにポンプステーションと連絡している必要があった点

これらの問題はエネルギー消費量等の不利益を超えるものであり、かつ、良質の汽罐用石炭は安価で豊富に存在した。

本発明は、上述の問題を解決するものであり、現代技術の材料を組み合わせ、斬新な基礎推進システムを利用してシステムを作動させることにより、エネルギー消費、安全性、信頼性、及び汚染の今日の課題を満足させるものである。

本発明は、軌道に沿って使用される車両リニア推進システムであって、セクタゲートエアバルブによって終端間を接続され互いに封止された複数のセクタに長手方向に分割された管状のドライブラインと、ドライブラインに空気を供給する又はドライブラインから空気を吸引するための、ドライブラインに近接して延びた少なくとも１本の主供給管と、主供給管と選択的に連通するための、各セクタの各端部近傍に設けられた少なくとも２つの主管エアバルブと、空気を排出又は空気を取り入れるために大気と選択的に導通させるための、各セクタの各端部近傍に設けられた２つの排気エアバルブとを備えたことを特徴とする車両リニア推進システムを提供する。

また、本発明は、複数の互いに封止されたセクタに長手方向に分割された管状のドライブラインが設けられている軌道に沿って、ドライブライン内を走行するピストンに伝動的に接続された車両を推進する方法であって、隣接する単一の主管から又は隣接する２本の主管から現在使用中のセクタの適切な端部に選択的に真空及び／又は加圧された空気を供給してピストンの両端に圧力差を生じさせ、次いで、隣接するセクタを大気に排気して、一時的に空気が流れてピストンが現在のセクタと隣接するセクタとの間を移動するようにすることによって、セクタからセクタにピストンを駆動し、次いで、現在のセクタとなった隣接するセクタに真空及び／又は加圧された空気を供給してサイクルを繰り返すことを特徴とする車両推進方法を提供する。

軌道は、各々独自の主管を有する複数のセクションに分割されるのが好ましく、該複数のセクションは任意により、直接連結された軌道分岐手段（従来の鉄道線路におけるポイントに相当するもの）等によって繋がれ、各セクションは任意により、上記複数のセクタを有する。この配置により、大気圧推進システムにおいて初めて、セクションからセクションへと継続的に車両を駆動することができ、さらには、駆動を止めることなくルートを転換することができる。

従って、本発明はさらに、長手方向に連結され、各々管状のドライブラインを有する複数の互いに封止されたセクションを備えた軌道に沿って、各ドライブライン内を走行でき、継続的な駆動のために互いに隣接するセクションのドライブライン間を渡ることができるピストンに、伝動的に接続された車両を推進する方法であって、セクションごとに独自の主供給管を設けて、現在使用中のセクションの適切な端部に一又は複数の各主管から選択的に真空及び／又は加圧された空気を供給してピストンの両端に圧力差を生じさせ、次いで、隣接するセクションを大気に排気して、一時的に空気が流れてピストンが現在のセクションと隣接するセクションとの間を移動するようにすることによって、セクションからセクションにピストンを駆動し、次いで、現在のセクションとなった隣接するセクションに真空及び／又は加圧された空気を供給してサイクルを繰り返すことを特徴とする車両推進方法を提供する。

同様に、本発明は、軌道に沿って使用される車両リニア推進システムであって、互いに封止され、セクションゲートエアバルブによって終端間を接続された複数のセクションに、長手方向に分割された管状のドライブラインと、ドライブラインに空気を供給する及び／又はドライブラインから空気を吸引するためにセクションごとに設けられた少なくとも一本の主供給管と、主供給管と選択的に連通するための、各セクションの各端部近傍に設けられた少なくとも２つの主管エアバルブと、選択的に大気と通じさせて空気を排出又は空気を取り入れるための、各セクションの各端部近傍に設けられた２つの排気エアバルブとを備え、セクションからセクションへとドライブラインに沿って継続的に走行するピストンに連結されることにより車両が駆動されることを特徴とする車両リニア推進システムを提供する。

本発明をより良く理解できるように、以下、添付の概略的な図面、縮尺図ではない、を参照して、例示として３つの実施形態を説明する。

駆動システム
図１から図５を参照すると、乗客又は貨物用の車両１は、ドライブラインとして知られる車両下のチューブ３内を走行する単一又は複数のピストン２に空気圧を作用させることにより推進される。ピストンは、ドライブラインチューブに対して圧力を逃がさないシールを有しており、また、重量を支える車輪４を有している。さらなる特徴として、ピストンは、緊急の制動状態にある場合に、空気圧を放出するために解放されるダイヤフラムバルブ（図示せず）を有している。

ピストンは、関節接続ロッド５を用いて、ライントラック６として知られる、ドライブライン内を走る車輪付きの台車つまりトロリに接続される。トラックの車輪１３は、チューブ３に放射状に並んでいる。ライントラックから垂直に立っている平らなパイロン７は、ドライブラインの上部に設けた連続的な溝８を通過するようになっており、上方を走る車輪付き車両の下面に結合され、ピストンのスラストを該車両に伝達する。

ドライブラインの加圧状態を維持するために、上部の溝はドライブラインバルブとして知られる連続的なシール９で閉鎖される。このバルブは弾性があり、ライントラックから伸びるパイロン７を通過させることができるとともに、パイロンが通り過ぎると閉鎖するような形状を有する。ドライブラインバルブを構成する方法は多数あるが、最も確実な方法の一つは、可撓性のすり片が隣接面に接着された、一対の弾性を有する独立気泡ポリマー発泡片を使用することである。ドライブラインバルブの４つの重要な要件は、溝を可能な限り密に封止すること、パイロンが容易に通過できるようにすること、ドライブラインの円形の外形を維持すること、バルブに凍結が生じないように水をはじくこと、である。

ピストンに推進力を加えるには３つの異なる方式がある。図６に示される方式１は真空単式として知られるものであり、ピストン前方のドライブラインを真空にし、後方を大気に対して開放することによって、大気圧により推進力が与えられるようにする。図７に示される方式２は加圧単式として知られるものであり、ピストン後方に圧力を加え、前方のドライブラインは外部に通気するようにする。図８に示される方式３は複式として知られるものであり、真空及び加圧の両方をピストンのそれぞれ異なる側に適用することにより、上記２つの方式を組み合わせたものである。これらの方式を適応させるには、ドライブラインバルブ９はドライブラインから内側及び外側の両方に封止可能であることが重要である。

システムにより生じる推進力は複数の要因によって決まる。
・採用される駆動方式
・作られる真空のレベル
・加えられる圧力
・ピストンの表面積
・ピストンシールの有効性

方式１（真空のみ）においては、推進力は、得ることのできる最高の真空によって制限され、これはせいぜい０．９気圧である。加え得る圧力の限界は、主ポンプの能力及び持続的に空気漏れを防止するドライブラインバルブの能力であり、１気圧から１．５気圧（約１バールから１．５バール）が実際的であろう。キロニュートン単位でのピストンに働く推進力は次の式で計算することができる。
Ｆｏｒｃｅ＝π（Ｄ／２）^２＊Ｐ／１００
ここで、Ｄはｃｍ単位でのピストンの直径、Ｐはバール単位でのピストンの差圧である。従って、直径５０ｃｍのピストンにマイナス０．９バールの真空及び１．５バールの加圧を適用した結果生じる推進力は、４７．１２ｋＮつまり４．８トンとなる。比較としては、コンコルドの動力供給に使用される原型仕様のロールスロイスオリンパスのジェットエンジンが生ずるスラストは１０２ｋＮであった。

動力分配
図６から図８に示されるように、車両ドライブライン３は一連のセクションに長手方向に分割され、各セクションは複数のセクタに長手方向に分割されている。各セクションは、駆動モードに応じて加圧された空気及び／又は真空をドライブラインに供給する静的な主ポンプステーション（図示せず）により、供給を受ける。供給するドライブラインセクションに対するポンプの位置は比較的柔軟に対応できるが、作動効率を最適にするには、セクションの中央付近に設ける必要がある。

加圧／真空は、ドライブラインの全長に渡って平行に延びるパイプによってドライブラインに伝えられ、これらは平行管として知られている。一方は真空管、他方は加圧管である。ポンプは必要に応じて作動する、つまり、平行管における加圧及び真空のレベルは監視され、レベルを上げる必要がある場合にのみポンプが作動する。この方法によると、エネルギー入力が必要となるのはセクションのいずれかの部分が作動状態にあるときのみであり、車両が特にポンプを作動させる必要はない。

本実施例では、主管はドライブラインに平行に延びているが、実際的な配置において、異なるドライブライン間の領域を横切るパイプによりポンプステーションをドライブラインに繋げるような構造であってもよく、あるいは、主管がより複雑に構成されている場合にはドライブラインの近傍に非平行に配置してもよい。

一つのセクションの長さの範囲内において、ドライブラインは連続しているが、セクタゲートバルブＳＧ、ＳＧ１からＳＧ６、により開閉されるセクタゲートを用いて複数の短いセクタに分割されている。真空及び／又は加圧は、バルブ（主管接続バルブ）により閉鎖される平行管に接続することによって、各セクタの両端に供給される。図６の真空単式のシステムにおいては、真空管接続バルブＶ１及びＶ２が各セクタの両端付近に配置され、大気中から吸気するための吸気バルブＩ１及びＩ２がそれぞれ設けられている。図７の加圧単式のシステムにおいては、加圧管接続バルブＰ１及びＰ２が各セクタの両端付近に配置され、大気中に排気するための排気バルブＥ１及びＥ２がそれぞれ設けられている。図８の複式システムにおいては、加圧管バルブＰ１、Ｐ２及び排気バルブＥ１、Ｅ２に加えて、各セクタの両端付近に、但し、後に述べる理由により加圧バルブに比べると端部から僅かに離れた位置に、真空管バルブＶ１、Ｖ２が設けられている。

主管接続バルブ及び吸気排気の各バルブを順次開閉することによって、真空管及び／又は加圧管はドライブラインに接続され、ピストンに、及びそこから、結合されている車両に、スラストを伝えられるようになる。車両がセクタゲートバルブＳＧ、ＳＧ１からＳＧ６、に達すると、該バルブが開き、同時に、次のセクタにおける関連バルブが開放又は閉鎖され、駆動が継続される。ドライブラインのポンプ部分の端部に達すると、これと同様の動作が繰り返され、車両は次のセクションに進むことができる。通常、各セクションは連続的に結合されており、それらのドライブラインはセクタゲートバルブと同様のセクションゲートバルブにより連結されているので、セクション内におけると同様にバルブを順次作動させて、一つのセクションの最終セクタから次のセクションの第１セクタへと円滑に駆動が進められる。但し、車両が異なるセクション間で進路を変えて別のルートを取れるようにするためには、分岐手段（図示せず）を用いて軌道の長手方向に隣接するセクションが連結され、これは従来の鉄道線路における「ポイント」から類推される。一つのセクションを２以上の別のセクションに隣接させて設け、分岐手段の横位置を制御することにより、車両が当該別のセクションの中の選択されたセクションに移動できるようにしてもよい。分岐手段は各端部に複数のチューブを有する一種の「マニホルド」であって、該チューブは一端では互いに近接しているが、他端では分岐しており、内ドライブラインが各チューブを「扇形に広がる」ように繋いでいる。分岐手段は横方向にスライドし、一端に上記一つのセクションを、他端に上記選択されたセクションを有する適切な内ドライブラインを結ぶ。この動作は、車両が関連セクションに入る前に行われる。

図８の複式方式を参照して説明すると、車両が２つのセクタ間の連結部に近付いたとき、次のセクタにおいて排気バルブが閉じるとともに真空管バルブが開き、その後、セクタゲートバルブが開いて駆動が継続される。車両がセクタゲートバルブを通過すると、該バルブが閉じるとともに、前のセクタにおいて主管接続バルブが閉じる。そして、排気バルブが開いてセクタは非作動状態に戻る。隣り合うセクタにおけるバルブは、特定の配置においてのみ作動されるように連動させている。これは、セクタが既に作動状態にある場合、すなわち、別の車両が走っている場合に、該セクタに車両が入れないようにするためである。この結果、車両は当然に引き離され、よって衝突の危険を防ぐことができ、安全なシステムとなる。この安全システムは、次のセクタの排気バルブが開いている場合にのみ「スルー」シーケンスが進行し、開いていない場合には、セクタゲートバルブは閉鎖したままとなり、現セクタにおける駆動状態が逆転して車両を停止させるように、バルブを連動させることによって作動する。

加圧管接続バルブＰ１、Ｐ２及び排気バルブＥ１、Ｅ２は、セクタゲートバルブＳＧｎに近い、又はすぐ隣の、各セクタの両端付近に設けられるのに対し、真空管接続バルブＶ１、Ｖ２は、セクタの少し内側寄りに設けられる。これは、上述した衝突防止システムが作動する場合において制動距離を与えるためのセーフティゾーンを設けるためである。セーフティゾーンの長さは軌道を利用する交通の最大速度によって様々となる。

単式システムも複式システムと同様に作動するものであり、後に詳しく説明する。

主管及びドライブラインは、ドライブラインバルブの凝縮又は浸透から集まった水分を除去するための排水設備を備える必要がある。ドライブラインへの排水設備の接続は、ラインが動作していない排気状態にあるときのみ開放されるのに対し、主管排水設備の接続は、主管における真空／加圧状態を維持するため、排出する必要のある水分のレベルにより開放される。どちらのシステムも、外部の水分がシステム内に侵入しないように、逆止めでなければならない。

暖房、照明等のため車両に補助的な電力を供給するには、ドライブラインの内側に低圧電気レール１０を設け、ライントラック上に設けたスライド式のピックアップコンタクト１１により連結部を介して車両に接続するようにしてもよい。万一システムが故障した場合には、車両に設けたスタンバイバッテリにより上記設備を維持する。

制動及び速度制御
車両のブレーキシステムは３段階にて行われる。
・ドライブライン空気圧力制動
・ドライブラインに対するライントラックの機械制動
・車両停止車輪制動

上記段階の第１、ドライブライン圧力制動、は主要システムであり、正常運転時及び非常時の制動である。これは、主管接続バルブの一連の開閉動作を逆に行うことにより作動する。これにより、ピストンの前方が加圧されるとともに後方が真空にされて（複式方式の場合）、ピストンは停止し、この時点で主管接続バルブが閉じて排気バルブが開く。この構成によると、列車の運動エネルギーをシステムに返還し、後に利用するために保存することが可能となる（回生制動）。

ライントラック機械制動は、機械的な摩擦制動が得られるように、ドライブラインチューブ３の内面に当接するブレーキパッド１２を備える。この制動は、正常な制動動作においては、車両がドライブライン圧力制動によってほぼ停止した状態にあるときにのみ作動されるものであり、車両を停止位置に保持する機能を有する。但し、非常時の制動において、圧力制動と合わせて使用したり、システムが故障した場合における代替手段として使用することも可能である。

車両停止車輪制動は、稀にしか使用されないバックアップシステムである。この制動は、当該車両（又は他の車両）１がライントラック６から離れた場合に「暴走」するのを防ぐ機能を有する。これは、従来の制動を停止車輪４に適用することによって得られる。

万一、非常制動を要すると同時に制御システムが故障して、ドライブラインが動作状態のままになった場合に備えて、既に述べたように、ピストンには、車両から推進力を逃がすために開放されるダイヤフラムバルブが設けられている。

車両の速度は、主管接続バルブを開放する度合いを調節することにより、実際にはスロットルを絞ることにより、制御される。制御システムに故障が生じた場合には、前パラグラフで説明したピストンのダイヤフラムバルブを用いて、手動による非常速度制御が成される。大幅な減速を必要とするとき、又は列車が急勾配の下り坂にあるときは、制動時と同様、ドライブラインの逆作動により速度制御される。これは、回生式である点で有利である。

急な上り坂のあるセクションが軌道にある場合、速度を一定に保つには、主ポンプの動力を増加させる必要がある。また、車両がそのような坂を下り方向に進むときには、回生式に走行し、エネルギーをシステムに戻すことができる。

制御システム
正常時の走行、速度調節、及び制動には、主管接続バルブ及び排気バルブを制御地点から遠隔操作し得るようにする必要があり、この制御地点は、中央制御であってもよいし、車両の制御盤による制御であってもよい。バルブを作動させるバルブ作動部、つまり、電動式、空気式又は油圧式のバルブ駆動部（図示せず）との連絡は電子的に行われ、無線により、又は好ましくは、ドライブラインの補助電力レール１０を介して変調電気信号として伝送される信号による。また、制御システムに故障が生じた場合における作動を可能にするため、油圧接続等の手段によって、車両から操作する機械的な手動装置を設けることが好ましい。

ポンプ及び動力源
本システムの重要な特徴の一つは、ポンプの駆動に事実上いかなるエネルギー源を使用してもよい点である。ポンプに必要な唯一の条件は、所望の運転速度を維持するため、十分なレベル及び量の真空又は加圧が得られるだけの容量を有することである。上述したように、実現可能な真空の限度はマイナス０．９バールであり、加圧は１．５バールである。これらの圧力で必要とされる程度の体積を得るには、ドライブラインの直径が５０ｃｍで、車両を時速１００ｋｍで走らせる場合、１分あたり３３０立方メートル程度の空気を必要とする。この程度の容量を得るためには、ポンプは大規模な高速タービン型のものである必要がある。

すでに述べたように、エネルギー入力はいかなる形式を利用してもよい。従来の、又は代替の燃料を用いて発生される電気を利用してもよいし、ガスタービン、風力、波力、水力、地熱、又は潮力の動力装置であってもよい。後者の場合、動力は、発電に伴うロスをなくすため、ポンプに直接接続することによって入力され、これにより、システムのエネルギー効率が向上する。

軌道
車両を支持する軌道１４は図面に概略的に示されている。駆動、誘導、及び制動を行うのは軌道の中央部に沿って延びるドライブラインであり、軌道１４の機能は単に、車両の車輪４が走行するための滑らかな連続した面を形成することである。適切な構成の一つは、表面を滑らかに仕上げたコンクリートからなる路面構造である。熱の移動を可能にするために、間隔を置いて伸縮継手を設ける必要があるが、これらを、表面に切れ目が生じないように、例えば、「櫛型」継手等を用いて構成すれば、システムの円滑な走行に多いに寄与する。

軌道は事実上、従来の路面と同様のものであるため、保守又は故障復旧用の路面車両を走らせるのに使用することができる。車両の車輪は、車両の運転、操縦、又は制御を行うものではないため、軌道上に水分があっても問題はない。但し、客車の場合、排出される水を撥ね上げて雑音が生じると困るので、水分を落とせるよう、軌道を僅かに反り上がった形状にするのが最善である。カーブ部分においては、軌道に傾斜を設けて車両にかかる遠心力を打ち消すようにしている。車両が傾斜の程度に最適な速度より速く又は遅く走行しているとき、ドライブラインバルブに過度の負荷がかからないようにするため、カーブ部分には一種の横方向誘導レールを設けることが好ましい。正常運転には必要ないが、軌道の縁を曲線状に高くすると望ましい。これにより、万一車両がドライブラインから離れても、車両を軌道上に保持することができる。

平行管の一又は複数は軌道に隣接して設けられているが、その位置はかなり自由に決定することができる。２以上の軌道を設ける場合、十分な容量を有する主管であれば、単一の平行管システムにて複数の軌道に対応することが可能である。

図９に示されるように、軌道構成の一実施例では、標準ゲージの従来型線路を備えている。これにより、現在の鉄道における車両、及び機関車さえも、軌道１４で使用することが可能になる。左側の軌道上には空気タイヤを有する車両が示され、軌間の広い平面軌道部を使用しており、右側の軌道上には従来型の鉄道客車が示され、平面軌道部の内側にある標準仕様の軌間の狭い従来型レール上を走行している。本例では、２本の平行したドライブラインが設けられているが、同一の主管を利用して、単一の、又は３本以上のドライブラインを設けてもよい。

別の実施例としては、システムを逆にして、車両を頭上の軌道から吊り下げるようにしてもよい。このとき、軌道は逆にされる。

車両構造及び懸架
車両１は、従来型の鉄道車両とは異なり、大きく離れた車輪付きのボギーの間に渡す必要がないため、強固なシャーシを必要としない。また、乗客車両１は、脱線や衝突に耐えるよう頑丈に構成する必要もない。その結果、軽量であって、長手方向に配置された車輪４によって支持可能な構造となる。

車輪は高圧の空気タイヤを有しており、該タイヤは、軌道に粘着する必要性がないため、トレッドパターンを設ける必要がない。タイヤは滑らかで、軌道表面を静かに走行することができ、また、耐久性及び強度が最大になるように材質を選択することが可能となる。

軌道の表面が非常に均一であるため、車輪の懸架は、傾斜部での変化を吸収するだけの最小限の移動量を有するのみでよい。カーブした軌道上における車輪の走行状態を最適にするため、一部をある程度回転できるようにし、ライントラックの連結部に機械的に連動させることにより、ドライブラインに対して平行を保つようにする。

駆動方式及びバルブ配列
上述したように駆動システムには３つの方式があるが、これらの方式を以下に詳細に説明する。この説明は、図６から図８、及び関連バルブの状態を表形式にしたものを用いて行う。
１．真空単式システム−このシステムにおいては、ドライブラインは、主ポンプで排気される単一の平行管によって対応される。ピストンの前方にある真空管バルブ及び後方にある吸気バルブを開放することによって（後者は、このシステムでは「吸気」バルブとしているが、その他の場合は「排気」バルブと呼ばれる）、ドライブラインに推進（及び制動）力が生じる。このシステムの動力は、ポンプが作り得る真空の程度により制限され、この真空の程度は１気圧を超えることはない。従って、このシステムには少々制約がある。
２．加圧単式システム−平行管、ドライブライン、及びバルブの構成は上記真空単式システムと同様であり、相違点は、ポンプが正圧を送る点、及びバルブの配列にある。このシステムで得られる駆動力は、主ポンプの能力、及びバルブ、特にドライブラインバルブ、の耐圧性能によってのみ制限される。このシステムは、単一の平行管を利用するためにコストを抑えることができるとともに、駆動力を増加することができ、好ましい選択肢である。
３．複式システム−このシステムでは、ドライブラインは、一つは加圧され一つは真空にされた２本の平行管を上記と同様にバルブを介してドライブラインに接続することにより、対応される。これは最も用途の広いシステムであり、強力かつ高速な運転が必要とされる場合に利用される。このシステムは、最大の駆動力及び制動力を送り出す能力を有する上に、加圧及び真空が別個に適用されるため、ドライブラインバルブにかかる圧力は相当減少する。

真空単式駆動のバルブシーケンス（図６）
正常走行
スタート状態
・主管は作動レベルまで真空になっている
・非作動セクタの主管接続バルブは全て閉鎖され、吸気バルブは開放されている
・セクタゲートバルブは全て閉鎖されている
・セクタ３が作動状態にあり、その途中を車両がセクタ４に向かって走行している

このシーケンスは、次いで、セクタ４及び５等に繰り返される。
＊注釈：上記シーケンス２は、セクタ４においてバルブＩ１及びＩ２の両方が開放状態にあることを条件とする。Ｉ１／４及びＩ２／４のいずれかが閉鎖状態である場合、該セクタは既に作動状態にあり、車両が走行中であることを表す。この場合には次のような代替シーケンスとなる。

車両が停止すると、ライントラック制動がかけられ、Ｖ１／３が閉鎖されてピストンの安全バルブが開放される。この状態は、Ｉ１／４及びＩ２／４の両方が開放状態に戻るまで維持され、開放状態に戻ると、ピストン安全バルブが閉鎖されて元の駆動シーケンスが再開される。この安全連動の目的は、既に作動状態にあるセクタに車両が侵入するのを確実に防止することにより、自動車両分離を提供することである。

ドライブライン空気圧力制動
車両を停止させ、停止位置に保持し、その後再始動するには、ドライブライン圧力を逆にする。一例として、車両が上記走行シーケンスの終端にある、すなわち、セクタ４の途中をセクタ５に向かって走行しているとすると、バルブシーケンスは以下のようになる。

加圧単式駆動のバルブシーケンス（図７）
正常走行
スタート状態
・主管は作動レベルまで加圧されている
・非作動セクタの主管接続バルブは全て閉鎖され、排気バルブは開放されている
・セクタゲートバルブは全て閉鎖されている
・セクタ３が作動状態にあり、その途中を車両がセクタ４に向かって走行している

このシーケンスは、次いで、セクタ４及び５等に繰り返される。
＊注釈：上記シーケンス２は、セクタ４においてバルブＥ１及びＥ２の両方が開放状態にあることを条件とする。Ｅ１／４及びＥ２／４のいずれかが閉鎖状態である場合、該セクタは既に作動状態にあり、車両が走行中であることを表す。この場合には次のような代替シーケンスとなる。

車両が停止すると、ライントラック制動がかけられ、Ｐ２／３が閉鎖されてピストンの安全バルブが開放される。この状態は、Ｅ１／４及びＥ２／４の両方が開放状態に戻るまで維持され、開放状態に戻ると、ピストン安全バルブが閉鎖されて元の駆動シーケンスが再開される。この安全連動の目的は、既に作動状態にあるセクタに車両が侵入するのを確実に防止することにより、自動車両分離を提供することである。

ドライブライン空気圧力制動
車両を停止させ、停止位置に保持し、その後再始動するには、ドライブライン圧力を逆にする。一例として、車両が上記走行シーケンスの終端にある、すなわち、セクタ４の途中をセクタ５に向かって走行しているとすると、バルブシーケンスは以下のようになる。

複式駆動のバルブシーケンス（図８）
正常走行
スタート状態
・両主管は作動レベルまで加圧され又は真空になっている
・非作動セクタの主管接続バルブは全て閉鎖され、排気バルブは開放されている
・セクタ３が作動状態にあり、その途中を車両がセクタ４に向かって走行している
・セクタゲートバルブは全て閉鎖されている

このシーケンスは、次いで、セクタ４及び５等に繰り返される。
＊注釈：上記シーケンス２は、セクタ４においてバルブＥ１及びＥ２の両方が開放状態にあることを条件とする。Ｅ１／４が閉鎖状態である場合、該セクタは既に作動状態にあり、車両が走行中であることを表す。この場合には次のような代替シーケンスとなる。

車両が停止すると、ライントラック制動がかけられ、Ｖ１／３及びＰ２／３が閉鎖されてピストンの安全バルブが開放される。この状態は、Ｅ１／４及びＥ２／４が開放状態に戻るまで維持され、開放状態に戻ると、ピストン安全バルブが閉鎖されて元の駆動シーケンスが再開される。この安全連動の目的は、既に作動状態にあるセクタに車両が侵入するのを確実に防止することにより、自動車両分離を提供することである。

ドライブライン空気圧力制動
車両を停止させ、停止位置に保持し、その後再始動するには、ドライブライン圧力を逆にする。一例として、車両が上記走行シーケンスの終端にある、すなわち、セクタ４の途中をセクタ５に向かって走行しているとすると、バルブシーケンスは以下のようになる。

停止シーケンスにおいては、ピストン安全バルブは駆動力を逃がすために開放され、その後、再始動シーケンスが開始されると再び閉鎖される。

将来的には、車両とドライブラインピストンとの間を直接機械的に連結する代わりに、例えば永久磁石や電磁石を用いて間接的に連結しても、車両を駆動するのに十分強力なものとなるであろう。この場合、連続した溝８及びバルブは不要となる。

本発明の一実施形態による車両及びドライブラインの、中心を通る縦断面図である。 図１の車両及びドライブラインの横断面図である。 図１の構造の一部を拡大した、中心を通る縦断面図であり、関連部分を共通の縮尺で図面に収められるように、ドライブラインの一部を中断して省略している。 図２の構造の一部分を拡大した横断面図である。 Ａは、図４のドライブラインバルブを大幅に拡大した横断面図であって、該バルブが閉鎖されている状態を示し、Ｂは、Ａに対応する図であり、該バルブが開放されている状態を示す。 本発明の一実施形態による真空単式システムのドライブラインにおいて、各バルブが作動される５つの段階を順次示した図である。 本発明の一実施形態による加圧単式システムのドライブラインにおいて、各バルブが作動される５つの段階を順次示した図である。 本発明の一実施形態による真空・加圧複式システムのドライブラインにおいて、各バルブが作動される５つの段階を順次示した図である。 本発明の一実施形態による複式複線軌道の断面図である。

符号の説明

１ 車両
２ ピストン
３ ドライブライン
４ 車輪
５ 関節接続ロッド
６ ライントラック
７ パイロン
８ 溝
９ ドライブラインバルブ
１０ 電気レール
１１ ピックアップコンタクト
１２ ブレーキパッド
１３ 車輪
１４ 軌道

Claims (32)

1. 軌道に沿って使用される車両リニア推進システムであって、セクタゲートエアバルブによって終端間を接続され互いに封止された複数のセクタに長手方向に分割された管状のドライブラインと、前記ドライブラインの複数のセクタの各々に空気を供給する又は前記ドライブラインの複数のセクタの各々から空気を吸引するための、前記ドライブラインに近接して延びる少なくとも１本の主供給管と、前記主供給管と選択的に連通するための、各セクタの各端部近傍に設けられた少なくとも２つの主管エアバルブと、空気を排出又は空気を取り入れるために大気と選択的に導通させるための、各セクタの各端部近傍に設けられた２つの更なるエアバルブとを備えたことを特徴とする車両リニア推進システム。
2. 前記主供給管は使用時に抽気ポンプに接続される真空管であり、前記抽気ポンプは前記主供給管を経由して前記各セクタと連通し、前記２つの更なるエアバルブは空気を取り入れるために設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両リニア推進システム。
3. 前記主供給管は使用時に加圧空気源に接続される加圧管であり、前記加圧空気源は前記主供給管を経由して前記各セクタと連通し、前記２つの更なるエアバルブは空気を排出するために設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両リニア推進システム。
4. ２本の同様の主供給管が平行に設けられ、一方は使用時に抽気ポンプに接続される真空管であり、前記抽気ポンプは前記２本の主供給管のうち第１の主供給管を経由して前記各セクタと連通し、他方は使用時に加圧空気源に接続される加圧管であり、前記加圧空気源は前記２本の主供給管のうち第２の主供給管を経由して前記各セクタと連通することを特徴とする請求項１に記載の車両リニア推進システム。
5. 各セクタの各端部近傍に、それぞれ前記真空管及び前記加圧管と通じさせる２つずつのエアバルブを設けることを特徴とする請求項４に記載の車両リニア推進システム。
6. 使用されている前記軌道に沿って車両を駆動するために前記ドライブラインに沿ってシール状態でスライド自在に設けたピストンと、前記車両に接続するために前記ピストンに伝動的に連結されたドライブ手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
7. 前記ドライブライン内をスライドするトロリをさらに備え、前記ピストンは、使用されている前記車両に前記トロリを介して接続されていることを特徴とする請求項６に記載の車両リニア推進システム。
8. 使用されている前記軌道に沿って車両を駆動するために前記ドライブラインに沿ってシール状態でスライド自在な更なるピストンをさらに備え、前記車両に接続するためにドライブ手段は前記更なるピストンに伝動的に連結され、前記更なるピストンは初述の前記ピストンと反対方向に向いていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の車両リニア推進システム。
9. 前記ドライブ手段に伝動的に連結され、前記軌道に沿ってリニア運動するように適合された車両を備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
10. 前記車両は車輪を有することを特徴とする請求項９に記載の車両リニア推進システム。
11. 軌道と組み合わされ、前記軌道は前記車両の上方に位置し、前記車両は軌道に結合する車輪によってそこから吊り下げられることを特徴とする請求項９に記載の車両リニア推進システム。
12. 路面の形状をした軌道と組み合わされたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
13. 前記ドライブ手段は、使用時に前記ドライブラインの壁面の細長い溝を通る、前記ピストンに接続されたパイロンを備え、前記溝は前記パイロンが通過できるように柔軟に封止されることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
14. 使用されている前記車両に補助的な電力を供給するための給電レールを前記ドライブラインに備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項１３のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
15. 使用されている前記車両を制動するための機械的な摩擦ブレーキシステムを有することを特徴とする請求項６乃至請求項１４のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
16. 前記ドライブ手段と前記ドライブラインの内壁との間に、使用されている前記車両を制動するための機械的な摩擦ブレーキシステムを備えたことを特徴とする請求項６乃至請求項１４のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
17. 前記ピストンは、一方から他方への通気を選択的に可能にする非常用圧力解放ダイヤフラムを有することを特徴とする請求項６乃至請求項１６のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
18. 前記主管エアバルブは、空気の流れを段階的に調節することによって車両の速度及び加速度の調節を可能にする絞り弁であることを特徴とする請求項６乃至請求項１７のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
19. 前記主供給管又は前記各主供給管に接続されたエアポンプを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
20. 前記エアポンプ又は前記各エアポンプはタービンを備えることを特徴とする請求項１９に記載の車両リニア推進システム。
21. 前記主管エアバルブ、前記セクタゲートエアバルブ、及び前記更なるエアバルブを一又は複数の所定の順序で開閉して、使用中の前記車両を推進又は制動するようにされたバルブ制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
22. 前記バルブ制御手段は、制動命令に応じて、前記ピストンの駆動方向が逆になるように前記各バルブを順次作動させ、前記ピストンが前記加圧管に空気を送り込む又は前記真空管から空気を引き出すようにすることにより回生制動を生じさせることを特徴とする請求項２１に記載の車両リニア推進システム。
23. 前記バルブ制御手段は、あるセクタに隣接するセクタにおける前記更なるバルブが閉鎖状態にあるとき、該セクタ間のセクタゲートエアバルブを閉鎖状態に保ち、前記あるセクタにおける主管エアバルブを駆動方向が逆になるように作動させることにより、前記隣接するセクタにおける前記更なるバルブが再び開放されるまで、前記あるセクタ内の車両を制動して停止させる、衝突防止用の安全連動システムをセクタごとに備えることを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の車両リニア推進システム。
24. 前記バルブ制御手段は、前記ドライブラインセクタの長手方向における前記ピストンの位置、及び必要な加速度、減速度、速度及び／又は方向を表す命令信号に応じることを特徴とする請求項２１乃至請求項２３のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
25. 前記バルブ制御手段は、前記主管エアバルブ、前記セクタゲートエアバルブ、及び前記更なるエアバルブと、無線手段を介して通じていることを特徴とする請求項２１乃至請求項２４のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
26. 前記バルブ制御手段は、前記主管エアバルブ、前記セクタゲートエアバルブ、及び前記更なるエアバルブと、前記給電レールを介して通じていることを特徴とする、請求項２１が請求項１４に従属するときの請求項２１乃至請求項２４のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
27. 前記バルブ制御手段は、前記主管エアバルブ、前記セクタゲートエアバルブ、前記更なるエアバルブと、機械式、油圧式、又は空気式の連結機構を介して通じていることを特徴とする請求項２１乃至請求項２４のいずれかに記載の車両リニア推進システム。
28. ３つ以上の互いに封止されたセクタに長手方向に分割された管状のドライブラインが設けられている軌道に沿って、前記ドライブライン内を走行するピストンに伝動的に接続された車両を推進する方法であって、
    隣接する単一の主管から前記の互いに封止された各セクタに真空又は加圧空気を供給し、前記の真空又は加圧空気は、現在使用中のセクタの適切な端部に選択的に供給されて前記ピストンの両端に圧力差を生じさせ、次いで、隣接するセクタを大気に導通して、一時的に空気が流れて前記ピストンが前記現在のセクタと前記隣接するセクタとの間を移動するようにすることによって、セクタからセクタに前記ピストンを駆動し、次いで、現在のセクタとなった前記隣接するセクタに前記真空又は前記加圧空気を前記主管から供給してサイクルを繰り返すことを特徴とする車両推進方法。
29. ３つ以上の互いに封止されたセクタに長手方向に分割された管状のドライブラインが設けられている軌道に沿って、前記ドライブライン内を走行するピストンに伝動的に接続された車両を推進する方法であって、
    隣接する複数の主管から前記の互いに封止された各セクタに真空と加圧空気を供給し、前記の真空と加圧空気は、前記ピストンの両端に圧力差を生じさせるように現在使用中のセクタの適切な端部に選択的に供給され、次いで、隣接するセクタに前記真空を前記主管から供給して、一時的に空気が流れて前記ピストンが前記現在のセクタと前記隣接するセクタとの間を移動するようにすることによって、セクタからセクタに前記ピストンを駆動し、次いで、現在のセクタとなった前記隣接するセクタに前記加圧空気を前記主管から供給してサイクルを繰り返すことを特徴とする車両推進方法。
30. 制動命令に応じて、前記ピストンの駆動方向が逆になるような順序で前記空気又は真空の供給を行い、前記ピストンが前記加圧管に空気を送り込む又は前記真空管から空気を引き出すようにすることにより回生制動を生じさせることを特徴とする請求項２８又は請求項２９に記載の方法。
31. 現在使用中のセクタごとに、隣接するセクタが大気に導通されていない状態にあるとき、該セクタ間の隔離状態を維持し、前記車両と他の更なる車両のうち１車両又は各車両の前記ピストンの駆動方向を逆にして、前記隣接するセクタが導通された状態になるまで前記使用中のセクタ内の前記の車両若しくは他の車両又はその両方の車両を制動して停止させることにより、前記ドライブラインにおいて前記車両と他の車両が衝突しないように監視することを特徴とする請求項２８乃至請求項３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記ドライブラインセクタの長手方向における前記ピストンの位置、及び必要な加速度、減速度、速度及び／又は方向を表す命令信号に応じて、各セクタの端部の内外への空気の流れを制御することによって前記車両を駆動又は制動することを特徴とする請求項２８乃至請求項３１のいずれか一項に記載の方法。

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