KR101004511B1 - Magnetic suspension system - Google Patents

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KR101004511B1
KR101004511B1 KR1020057005685A KR20057005685A KR101004511B1 KR 101004511 B1 KR101004511 B1 KR 101004511B1 KR 1020057005685 A KR1020057005685 A KR 1020057005685A KR 20057005685 A KR20057005685 A KR 20057005685A KR 101004511 B1 KR101004511 B1 KR 101004511B1
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리차드 디. 토른톤
트라씨 엠. 클락
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마그네모션, 인코포레이티드
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    • B60L13/00Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
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    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

Abstract

자기 부상(magnetic levitation) 방법 및 장치는 세 가지 힘, 즉 서스펜션력(suspension), 가이드력(guidance) 및 추진력(propulsion)을 제공하는 차량 자석들의 어레이들(arrays of vehicle magnets)을 사용한다. 상기 자석들은, 영구 자석들 또는 지속적인 전류 모드에서 작동하는 초전도체(superconducting) 자석들일 수 있으며, 상기 자석들이 적층 강철 레일(laminated steel rail)에 대해 제어가능한 인력(attractive force)을 제공할 수 있도록 하는 연관된 제어 코일들을 가지고 있다. 상기 제어 코일들은, 제어 코일들에서 현저한 전력 소산(power dissipation) 없이 안정한 균형을 이루도록, 자석들과 레일들 사이의 갭(gap)을 조절한다. 이들 동일의 자석들 및 강철 레일들은 또한, 트랙 상에서 차량을 유지하고 회전시 차량을 조향하기 위한 측방향 가이드력을 제공한다. 서스펜션 제어 코일들은 서스펜션 어레이들에서 오프셋(offset)된 자석들에 의해 측방향 감쇠(lateral damping)를 제공할 수 있다. 강철 레일들의 횡방향 슬롯들(transverse slots)의 권선들(windings)은, 차량 추진을 일으키기 위해 차량 자석들에 의해 생성된 자장에 대해 반발하는 전류로 여기(excite) 된다. 레일을 따라 파장(wavelength)당 권선 슬롯들이 세 개로 작을 시에도, 제공되는 코깅력(cogging force)이 무시할 수 있을 정도로 자석의 크기를 조절한다. 차량을 지지하기 위해 다중 자석 포드들(pods)이 사용될 수 있도록, 단부 효과(end effects)를 완화하기 위한 수단이 사용된다.Magnetic levitation methods and apparatus employ arrays of vehicle magnets that provide three forces: suspension, guidance and propulsion. The magnets may be permanent magnets or superconducting magnets operating in a continuous current mode, the magnets being associated to provide a controllable attractive force to a laminated steel rail. It has control coils. The control coils adjust the gap between the magnets and the rails to achieve a stable balance without significant power dissipation in the control coils. These same magnets and steel rails also provide lateral guide forces for holding the vehicle on the track and steering the vehicle upon rotation. Suspension control coils can provide lateral damping by magnets that are offset in suspension arrays. The windings of the transverse slots of the steel rails are excited with a current that repels the magnetic field generated by the vehicle magnets to cause vehicle propulsion. Even when the number of winding slots per wavelength along the rail is small, the size of the magnet is adjusted so that the cogging force provided is negligible. Means are used to mitigate end effects so that multiple magnet pods can be used to support the vehicle.

서스펜션력, 가이드력, 추진력, 코깅력, 자기 부상, 자력, 자석, 차량, 제어 코일, 초전도체,Suspension force, guiding force, driving force, cogging force, magnetic levitation, magnetic force, magnet, vehicle, control coil, superconductor,

Description

자기 서스펜션 시스템{MAGNETIC SUSPENSION SYSTEM}Magnetic suspension system {MAGNETIC SUSPENSION SYSTEM}

본 출원은 발명의 명칭이 "자력을 사용하는 서스펜션, 가이드 및 추진 차량"인 2002년 10월 1일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/415,013호에 개시된 우선권의 이득을 청구한다. 이 출원은 발명의 명칭이 동기 기계 설계 및 제조 방법인 2002년 10월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/262,541호의 일부 연속 출원이다. 상술한 출원들의 내용이 본 명세서에 참조로 합체되었다.This application claims the benefit of priority disclosed in US Provisional Patent Application No. 60 / 415,013, filed Oct. 1, 2002, entitled "Suspension, Guide, and Propulsion Vehicle Using Magnetic Force." This application is part of a serial application of US Patent Application No. 10 / 262,541, filed Oct. 1, 2002, titled Synchronous Machine Design and Manufacturing Method. The contents of the foregoing applications are incorporated herein by reference.

본 발명은 자기 부상(maglev) 운송 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 자력을 사용하여 차량을 서스펜션, 가이드 및 추진하기 위한 자기 부상 운송 시스템 및 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to maglev transport systems and methods, and more particularly to a maglev transport system and method for the suspension, guide and propulsion of a vehicle using magnetic force.

차량을 서스펜션, 가이드 및 추진하기 위한 자력의 사용은 광범위하게 연구되고 있고, 몇몇 완전한 치수의 전시 모형이 제조되어 왔다. 빠르고, 안락하며, 조용하고 효과적인 작동과 같은 증명된 장점에도 불구하고, 자기 부상은 값비싼 것으로 인식되어 왔고 주로 매우 고속 작동을 위해 적합한 것으로 인식되어 왔다. 도시(시가지)의 사용을 위한 적용은 고속 운송, 경량 레일, 모노레일, 통근 레일 및 고속 버스 전용 도로와 같은 종래의 가이드 시스템과 효과적으로 경쟁하기 위해 제안된 설계 성능에 의해 제한되어 왔다.The use of magnetic force to suspend, guide and propel a vehicle has been extensively studied and several full-scale display models have been manufactured. In spite of proven advantages such as fast, comfortable, quiet and effective operation, magnetic levitation has been recognized as expensive and mainly suitable for very high speed operation. Applications for the use of urban areas have been limited by the proposed design performance to effectively compete with conventional guide systems such as high speed transport, light rails, monorails, commuter rails and highway bus lanes.

실제적으로, 운송 적용을 위해 심각하게 고려되는 모든 자기 부상 설계는 전기 역학 서스펜션(ElectroDynamic Suspension ; EDS) 또는 전자기 서스펜션(ElectroMagnetic Suspension ;EMS) 중 하나에 특징이 있다. EDS 설계는 전류를 발생하는 변경 자장을 갖는 유도 전류의 상호 작용에 의해 생성된 힘을 사용하는 반면에, EMS 설계는 강자성체에 대한 자석의 인력(attractive force)을 사용한다. EDS와 EMS 설계는 실행가능한 것으로 알려진 150m/s(336mph, 540km/h) 이상의 속도로 설계되어 왔고 시험되어 왔다.
각 설계는 장단점이 있는데, EDS는 EMS 보다 큰 자기 갭(magnetic gap)으로 작동되는 장점을 가지나, 저속에서 높은 드래그(drag)를 생성하고 정지시 어떤 서스펜션력을 제공하지 않는 근본적인 단점을 갖는다. 다른 한편, EMS는 저속에서 매우 잘 작동하는 장점을 가지나, 자기 갭이 EDS 설계에서의 실용적인 갭보다 훨씬 적어야 한다는 단점을 가지고 있다.
In practice, all magnetic levitation designs that are seriously considered for transportation applications are characterized by either ElectroDynamic Suspension (EDS) or Electromagnetic Suspension (EMS). EDS designs use the forces generated by the interaction of induced currents with alternating magnetic fields to generate currents, while EMS designs use the magnet's attrative force against ferromagnetic materials. EDS and EMS designs have been designed and tested at speeds above 150 m / s (336 mph, 540 km / h) that are known to be feasible.
Each design has advantages and disadvantages, while EDS has the advantage of operating with a larger magnetic gap than EMS, but has the fundamental disadvantage of generating high drag at low speeds and not providing any suspension force at rest. EMS, on the other hand, has the advantage of working very well at low speeds, but has the disadvantage that the magnetic gap should be much smaller than the practical gap in EDS designs.

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일본의 고속 주행 시험 트랙에 의하면, 100mm의 갭을 갖는 EDS 시스템으로 적어도 150m/s(353mph)의 속도를 달성할 수 있음을 알 수 있고, 독일 운송 EMS 시험 트랙에 의하면, 125m/s(280mph)의 속도에서 10mm의 갭에 대해 신뢰성 있는 작동이 증명되었다. 도시에서의 적용을 위해서는, EMS가 장점이 많은 것으로 보여지며, 만일 자기 갭이 증가한다면 저속과 고속 설계 양자에 대해 장점이 더 커질 것으로 보여진다.According to the Japanese high-speed test track, at least 150 m / s (353 mph) can be achieved with an EDS system with a gap of 100 mm, and 125 m / s (280 mph) according to the German shipping EMS test track. Reliable operation has been demonstrated for gaps of 10 mm at speeds of. For urban applications, EMS is seen to have many advantages, and if magnetic gaps increase, the advantages will be greater for both low and high speed designs.

기존 특허 공보들에 개시된 종래 기술을 고려하여 본 명세서에 개시된 발명이 종래 기술과 얼마나 다르고 어떻게 개량해야 하는지를 이해하기 위하여 기존 특 허 공보들을 재검토하는 것이 유익하다.In view of the prior art disclosed in the existing patent publications, it is beneficial to review the existing patent publications to understand how different from the prior art and how to improve it.

미국 특허 제3,638,093호(1972년 1월 25일자로 제임스 로스에게 허여된 자기 서스펜션 및 추진 시스템)는 서스펜션과 추진을 조합하는 설계의 초기 실예이다. 이 특허 공보에는 1889년경의 오래된 중요한 특허들중 몇개가 참조되어 있다. 이 설계는 동력이 차량을 추진하기 위하여 차량에 전달되는 것을 요구하고 서스펜션이 영구자석을 사용하지 않기 때문에 실질적인 동력을 요구한다.U.S. Patent No. 3,638,093 (a magnetic suspension and propulsion system granted to James Ross on January 25, 1972) is an early example of a design that combines suspension and propulsion. This patent publication refers to some of the old important patents circa 1889. This design requires power to be transferred to the vehicle to propel the vehicle and requires substantial power since the suspension does not use permanent magnets.

미국 특허 제3,842,751호(1974년 10월 22일자로 리차드 토른톤과 헨리 콜름에게 허여된 전자기적 서스펜션, 가이드 및 추진 차량을 사용하는 운송 시스템)는 차량을 서스펜션, 가이드 및 추진하기 위해 단일 세트의 초전도체 또는 영구 자석을 어떻게 사용하는지를 개시하고 있으나, 다른 불안정한 서스펜션을 제어할 필요없이 EDS 기술에 기초하고 있다. 이 설계는 저속 작동용 휠의 사용을 요구하나, 높은 저속 드래그 때문에 저속 작동에 적합하지 않다.U.S. Patent No. 3,842,751 (transportation system using electromagnetic suspension, guides, and propulsion vehicles granted to Richard Torton and Henry Colm on October 22, 1974) is a single set of superconductors for suspension, guiding, and propulsion of vehicles. Or how to use permanent magnets, but based on EDS technology without the need to control other unstable suspensions. This design requires the use of a wheel for low speed operation, but is not suitable for low speed operation due to the high speed drag.

미국 특허 제3,860,300호(1975년 1월 14일자로 조셉 리만에게 허여된 실질적으로 제로 동력식 자기 서스펜션)는 서스펜션 시스템에서 영구 자석을 어떻게 사용하는지를 개시하고 있으나, 이 설계는 자기 베어링용이며 영구 자석과 전자석을 위한 전체적으로 독립적인 구조체를 요구하고 있다. 이 특허는 가이드 또는 추진의 문제는 해결하지 못했다.U.S. Patent No. 3,860,300 (substantially zero powered magnetic suspension issued to Joseph Leeman on January 14, 1975) discloses the use of permanent magnets in suspension systems, but the design is for magnetic bearings and It requires a totally independent structure for the electromagnet. This patent did not solve the problem of guide or propulsion.

미국 특허 제3,937,148호(1976년 2월 10일자로 폴 에이. 심슨에게 허여된 실질적으로 제로 동력식 선형 자기 베어링)는 상기 특허 제3,860,300호가 운송용을 위해 어떻게 사용할 수 있는지를 개시하고 있으나, 독립적인 전자석을 요구하고 가 이드 및 추진의 문제는 해결하지 못했다.U.S. Patent No. 3,937,148 (substantially zero powered linear magnetic bearing to Paul A. Simpson, dated February 10, 1976) discloses how Patent 3,860,300 can be used for transportation, but is an independent electromagnet. The issue of guidance and propulsion has not been solved.

미국 특허 제4,088,379호(1978년 5월 9일자로 로이드 페퍼에게 허여된 가변 영구 자석 서스펜션 시스템)는 상기 특허 제3,860,300호에서의 문제를 해결하기 위한 것이나, EMS를 사용하는 자기 부상에 직접 적용할 수는 없다.U.S. Patent No. 4,088,379 (a variable permanent magnet suspension system granted to Lloyd Pepper as of May 9, 1978) is intended to solve the problem in Patent No. 3,860,300, but can be applied directly to magnetic levitation using EMS. There is no.

미국 특허 제5,722,326호(1998년 3월 3일자로 리차드 포스트에게 허여된 물체 운동용 자기 부상 시스템)는 영구 자석들의 홀배치(Halbach) 어레이(array)를 사용하는 상기 특허 제3,842,751호의 변형예이다. 이 공보는 EDS에 특정되고 EMS 설계에서 영구 자석을 어떻게 사용하는지에 대해선 기술하고 있지 않다.US Pat. No. 5,722,326 (Magnetic Levitation System for Object Movement, issued to Richard Post on March 3, 1998) is a modification of the above Patent No. 3,842,751 that uses a Halbach array of permanent magnets. This publication is specific to EDS and does not describe how permanent magnets are used in EMS designs.

미국 특허 제3,860,300호(1975년 1월 14일자로 조셉 리만에게 허여된 실질적으로 제로 동력식 자기 서스펜션)는 영구 자석이 자기 서스펜션을 제공하기 위해 어떻게 사용되는지를 개시하고 있으나, 개시된 설계는 독립적인 전자석을 요구하고 운송 적용에 쉽게 적용할 수 없다.U.S. Patent No. 3,860,300 (substantially zero powered magnetic suspension granted to Joseph Leeman on January 14, 1975) discloses how permanent magnets are used to provide magnetic suspension, but the disclosed design is an independent electromagnet. Are not required and are not readily applicable to transportation applications.

미국 특허 제3,937,148호(1976년 2월 10일자로 폴 에이. 심슨에게 허여된 실질적으로 제로 동력식 선형 자기 베어링)는 선행 특허가 운송 적용을 위해 어떻게 사용되는지를 개시하고 있으나, 독립적인 전자석을 요구하고 가이드 및 추진의 문제를 해결하지 못했다.U.S. Patent No. 3,937,148 (substantially zero powered linear magnetic bearing to Paul A. Simpson, dated February 10, 1976) discloses how the preceding patent is used for transportation applications, but requires an independent electromagnet. And did not solve the problem of guide and promotion.

상술된 특허들은 본 명세서에 개시된 특허의 목적의 중요성을 지시하고 있으나, 이들은 중요한 성분을 고려하지 않고 있다.While the above-mentioned patents indicate the importance of the purpose of the patents disclosed herein, they do not consider the important components.

상술한 바에 의해, 본 발명의 목적은 자기 부상(maglev)을 위해 향상된 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 특히 자력을 사용하여 차량을 서스펜션, 가이드 및/또는 추진하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.By the foregoing, it is an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for maglev, and in particular to provide a method and apparatus for the suspension, guide and / or propulsion of a vehicle using magnetic force.

다른 목적은 가이드, 서스펜션 및 추진 비용이 저감되도록, 차량 중량이 감소되게끔 상기 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object is to provide the above method and apparatus such that the vehicle weight is reduced so that the guide, suspension and propulsion costs are reduced.

본 발명의 또다른 목적은 특히 대기 시간과 이동 시간 양자를 감소시키도록 짧은 전진 및 고속으로 작동할 수 있는 상기 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide such a method and apparatus that can operate at short forward and high speeds, in particular to reduce both latency and travel time.

관련된 목적은 경제적으로 제조되는 상기 방법 및 장치를 제공하는 것이다.A related object is to provide such a method and apparatus that are economically manufactured.

상술한 내용은, 몇몇 특징에 있어서, 수직 서스펜션력, 측방향 가이드력, 및 길이방향 추진력을 제공하기 위해, 단일 자기 구조체(single magnetic structure), 또는 필요한 경우에는 다중 구조체(multiple structures)를 사용하는 자기 부상 장치를 제공하는 본 발명에 의해 얻어지는 목적들 중 일부이다. 본 발명의 일 특징에 있어서, 자기 구조체(들)는 서스펜션(suspension)을 제공하는 자석을 포함한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 이것은 영구 자석일 수 있다. 자석 주위를 감싸는(또는 이에 인접하게 배치된) 코일들은 소정의 모든 방향으로 안정되도록 서스펜션을 제어한다.The foregoing describes, in some aspects, the use of a single magnetic structure, or multiple structures, if necessary, to provide vertical suspension force, lateral guide force, and longitudinal thrust force. Some of the objects obtained by the present invention for providing a magnetic levitating device. In one aspect of the invention, the magnetic structure (s) comprises a magnet that provides a suspension. According to a preferred embodiment of the invention, this may be a permanent magnet. Coils wrapped around (or disposed adjacent to) the magnet control the suspension to stabilize in any predetermined direction.

본 발명의 관련 특징에 따르면, 상술한 코일들은 예를 들어 차량의 중량이 자석들의 인력과 동일하도록 자기 갭을 제어하는 전류에 의해 여기된다. 이들 제어 전류는 히빙(heave), 피칭(pitch), 요잉(yaw), 롤링(roll) 및/또는 스웨잉(sway)을 적극적으로 감쇠하도록, 피드백 제어 시스템에 의해 발생될 수 있다.According to a related feature of the invention, the coils described above are excited by a current which controls the magnetic gap such that the weight of the vehicle is equal to the attraction of the magnets, for example. These control currents can be generated by the feedback control system to actively attenuate heavy, pitch, yaw, roll and / or sway.

다른 특징에 있어서, 상술한 바와 같은 자기 부상 장치는 제어 전류를 인가하여, 자기 갭을 소정의 값으로부터 변화시키는 어떤 섭동(perturbation)에 대항하는 힘을 생성할 수 있다.In another aspect, the magnetic levitation device as described above may apply a control current to generate a force against any perturbation that changes the magnetic gap from a predetermined value.

본 발명의 또 다른 특징은 자석들이 엇갈리게 배열된 상술한 바와 같은 자기 부상 장치를 제공하는 것인데, 이로써 측방향 운동의 능동 제어를 제공하기 위해, 동일한 제어 코일들을 사용할 수 있다.Another feature of the present invention is to provide a magnetic levitation device as described above in which the magnets are staggered, whereby the same control coils can be used to provide active control of the lateral motion.

본 발명의 또 다른 특징은 종래 기술 시스템에서 실용적인 값의 두 배로 큰 갭(또는 더 큰 갭)으로 배열된 상술한 바와 같은 자기 부상 장치를 제공하는 것이다.Another feature of the present invention is to provide a magnetic levitation device as described above arranged in a gap (or larger gap) twice as large as practical in prior art systems.

본 발명의 또 다른 특징은 상술한 영구 자석 대신에(또는 이에 부가하여) 초전도체 자석들이 사용되는 상술한 바와 같은 자기 부상 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 관련 특징에 있어서, 이들 초전도체 자석들은 초전도체 전류의 제어가 필요없이 지속 모드(persistent mode)로 작동될 수 있다.It is another feature of the present invention to provide a magnetic levitation device as described above in which superconducting magnets are used instead of (or in addition to) the permanent magnet described above. In a related aspect of the invention, these superconductor magnets can be operated in a persistent mode without the need for control of the superconductor current.

본 발명의 또 다른 특징은 상술한 바와 같은 자기 부상 장치를 활용하는 차량을 제공하는 것이다. 이들은 예를 들어 짧은 간격(short headway)으로 운전하는 여객 수송 수단, 수화물 수송 수단, 또는 여타의 주행 장치가 될 수 있다.Another feature of the present invention is to provide a vehicle utilizing the magnetic levitation device as described above. These can be, for example, passenger vehicles, baggage vehicles, or other traveling devices that drive at short headway.

본 발명에 따른 시스템 및 방법은 많은 관점에서 장점을 갖는데, 이들 중 하나는, 높은 가속도가 제공되여 저속으로 급한 회전을 하거나 정지하는 것이 빈번하더라도, 고속 운전이 가능하다는 것이다.The systems and methods according to the present invention have advantages in many respects, one of which is that high accelerations are provided so that high speed operation is possible, even if it is often necessary to make rapid turns or stops at low speeds.

본 발명의 다른 특징은, 상술한 기능들과 병행하여 여객의 수송 수단, 수화물 수송 수단, 및 여타의 자기 부상 장치를 작동시키는 방법을 제공하는 것이다.Another feature of the present invention is to provide a method of operating a passenger vehicle, baggage vehicle, and other maglev devices in parallel with the functions described above.

도 1은 차량의 각 측면이 조합된 서스펜션, 가이드 및 추진을 제공하는 자석 모듈(module)을 갖는 본 발명에 따른 자기 부상 가이드웨이(guideway) 및 서스펜션 시스템의 단면도.1 is a cross-sectional view of a maglev guideway and suspension system according to the present invention with a magnet module in which each side of the vehicle provides a combined suspension, guide and propulsion;

도 2a는 도 1의 시스템의 중심부에 대한 자석 모듈 및 구조체 부분의 측면도.FIG. 2A is a side view of a magnet module and structure portion of the center of the system of FIG. 1; FIG.

도 2b는 자속을 균등화하고 코깅(cogging)을 경감하는 도 1의 시스템의 말단 단면도.FIG. 2B is a distal end view of the system of FIG. 1 to equalize magnetic flux and reduce cogging. FIG.

도 3은 80mm 와이드 레일(wide rail)의 경우에, 도 2a 및 도 2b에 도시된 자석 포드들(magnet pods)의 1파장 섹션(1-wavelength section)에 대한 서스펜션력, 가이드력 및 추진력을 도시하는 그래프.FIG. 3 shows the suspension, guide and propulsion forces for the 1-wavelength section of the magnet pods shown in FIGS. 2A and 2B in the case of an 80 mm wide rail. Graph.

도 4는, (a)추진 권선(propulsion winding)이 있는 스테이터 적층(stator lamination)을 도시하는 본 발명에 따른 짧은 스테이터 섹션과, (b)중심부에 제어가능한 자석을 갖고, 자속(flux)을 균등화하고, 코깅력(cogging force) 및 피칭력(pitching force)을 최소화하는 특정의 단부 자석들(end magnets)을 갖는 차량 자석 포드를 3차원적으로 도시하는 도면.4 shows a short stator section according to the invention showing (a) stator lamination with a propulsion winding, and (b) a controllable magnet at the center, equalizing flux And a three-dimensional illustration of a vehicle magnet pod with specific end magnets that minimize cogging and pitching forces.

도 5는 본 발명에 따른 서스펜션 제어 시스템의 블록선도(block diagram).5 is a block diagram of a suspension control system in accordance with the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 선형 동기 모터(liner synchronous motor, LSM) 제어 시스템의 블록선도.6 is a block diagram of a linear synchronous motor (LSM) control system in accordance with the present invention.

도 7은 수평 및 수직 회전의 절충을 허용하기 위하여 2 차원으로 선회하는 4포드를 갖는 본 발명에 따른 차량을 도시한 도면.7 shows a vehicle according to the invention with four pods turning in two dimensions to allow for compromise of horizontal and vertical rotation.

도 8은 도 7에 도시된 바와 같은 자석 포드들이 본 발명에 따른 차량에 어떻게 부착되는지를 도시한 도면으로, 차량에 대해 상기 포드들의 진동을 감쇠시키는 본 발명에 따른 임의의 기계적 기구를 도시한 도면.8 shows how the magnetic pods as shown in FIG. 7 are attached to a vehicle according to the invention, showing any mechanical mechanism according to the invention for damping vibrations of the pods relative to the vehicle. .

도 9는 본 발명에 따른 시스템에서, 서스펜션 제어 시스템이 측방향 진동(lateral oscillations)을 감쇠하도록, 자석들이 서스펜션 레일에 대해 어떻게 오프셋(offset) 되는지를 도시한 도면.FIG. 9 shows how magnets are offset relative to a suspension rail, such that in a system according to the invention, the suspension control system attenuates lateral oscillations.

도 10은 영구 자석이 초전도체 자석에 의해 대체되는 본 발명에 따른 시스템을 도시한 도면.10 shows a system according to the invention in which permanent magnets are replaced by superconducting magnets.

본 발명에 따른 시스템은 서스펜션, 추진 및 가이드를 제공하기 위한 자기 구조체를 사용한다. 일 실시예에서, 서스펜션는 자기 구조체 중량의 약 10배를 상승시킬 수 있고, 합체된 추진 시스템은 90% 이상의 평균 효율로 작동될 수 있다. 이러한 서스펜션, 추진 및 가이드를 사용하는 운송 시스템은 경량 차량을 갖고, 에너지를 적게 소비하며, 감소된 소음, 보다 높은 상한 속도, 보다 높은 가속력 및 휠 베이스 시스템(wheel-based systen)과 관련된 유지보수가 없는 것과 같은 공지된 자기 부상 설계의 장점을 갖는다.The system according to the invention uses a magnetic structure for providing suspension, propulsion and guides. In one embodiment, the suspension can raise about 10 times the weight of the magnetic structure, and the integrated propulsion system can be operated with an average efficiency of at least 90%. Transport systems using these suspensions, propulsions and guides have light vehicles, consume less energy, reduce noise, higher upper speeds, higher acceleration and maintenance associated with wheel-based systen. Has the advantage of known magnetic levitation designs such as none.

치수의 선택(Choice of Dimensions)Choice of Dimensions

도 1은 본 발명에 따른 시스템에서 기준 서스펜션 설계의 단면도를 도시한다. 차량은 각 측면상에서 일련의 자석들에 의해 지지되고, 이들 자석들은 가이드웨이(guideway)상의 적층된 강철 레일들에 대해 인력(attractive forces)을 생성한다. 도 1에 도시된 치수는 하기와 같은 몇몇 인자들을 고려하여 선택된다.1 shows a cross-sectional view of a reference suspension design in a system according to the invention. The vehicle is supported by a series of magnets on each side, which generate attractive forces against the stacked steel rails on the guideway. The dimension shown in FIG. 1 is selected in consideration of several factors as follows.

(ⅰ) 차량 폭은 여러 적용을 수용하기 위하여 적어도 2.0 내지 3.2m(6.6 내지 10.5ft) 범위 이상을 채용해야 한다. 이러한 범위에는 밴(van), 버스, 및 기차의 폭이 포함되며, 폭이 크면 고속 및 대용량에 적합하고, 폭이 좁으면 저속 및 소용량에 적합하다.(Iv) Vehicle widths shall be employed at least in the range of 2.0 to 3.2 m (6.6 to 10.5 ft) to accommodate various applications. These ranges include the widths of vans, buses and trains, where larger widths are suitable for high speeds and larger capacities, while smaller widths are suitable for lower speeds and smaller capacities.

(ⅱ) 자기 부상 차량 중량은 시장에서 하중에 따라 길이 일메터당 약 0.9tonne(0.9Mg 또는 2,000lbs)으로 예상된다. 도시된 실시예에서, 자석 포드가 차량 길이의 대부분에 걸쳐 연장된다고 가정하면, 각 포드는 메터당 약 0.5tonne을 지지해야 한다. 또한 도시된 실시예에서, 이것은 약 20mm의 자기 갭을 갖는 쉽게 이용가능한 영구 자석들과 약 80mm 폭의 강철 레일들을 사용하여 달성된다.(그러나 다른 형태의 자석들, 다른 크기의 갭과 레일들, 및 다른 재료의 레일들도 사용 가능하다.)(Ii) Maglev vehicle weight is expected to be about 0.9 tonnes (0.9 Mg or 2,000 lbs) per meter of length, depending on the load on the market. In the illustrated embodiment, assuming that the magnet pod extends over most of the vehicle length, each pod should support about 0.5 tonnes per meter. Also in the embodiment shown, this is achieved using readily available permanent magnets having a magnetic gap of about 20 mm and steel rails of about 80 mm width (but other types of magnets, different sized gaps and rails, And rails of other materials are also available.)

(ⅲ) 상승력을 제공하는 동일한 자석들이 또한 가이드력을 제공하는 것이 바람직하다. 측방향 가이드력 조건은, 예를 들어 회전 및 높은 바람의 최악의 상태하에서 0.4g 만큼 클 수 있다. 본 발명자들은 가이드웨이 상의 강철 레일들이 공칭 자기 갭(nominal magnetic gap)의 4배 만큼 넓다면, 상기 조건이 달성되는 것을 깨달았다. 이것은 예를 들어 상술한 바와 같이 20mm 자기 갭과 80mm 와이드 레일과 일치한다.(Iii) It is preferable that the same magnets providing the lifting force also provide the guide force. Lateral guide force conditions can be as high as 0.4 g, for example under worst case conditions of rotation and high wind. The inventors have realized that if the steel rails on the guideway are four times wider than the nominal magnetic gap, this condition is achieved. This coincides with, for example, the 20 mm magnetic gap and the 80 mm wide rail as described above.

(ⅳ) 강철 레일들의 중심 대 중심 간격은, 레일들의 내측 엣지(inside edges) 사이의 간격이 1435mm인 통상적인 기차레일보다 다소 큰, 도시된 바와 같이 1700mm로 선택된다.(Iii) The center-to-center spacing of the steel rails is chosen to be 1700 mm, as shown, which is somewhat larger than a typical train rail with a distance of 1435 mm between the inner edges of the rails.

다른 실시예들의 치수는 그들 적용에 적합하게 달라질 수 있다. 예를 들면, 저속의 그룹 래피드 트랜짓(Group Rapid Transit, GRT) 적용을 위해선 좁은 레일 게이지(rail gauge)를 사용하는 것이 적합하고, 속력이 매우 높거나 하중이 큰 경우에는 가이드웨이의 메터당 높은 하중을 갖는 보다 넓은 강철 레일들을 사용하는 것이 바람직하다.The dimensions of other embodiments may vary to suit their application. For example, it is appropriate to use a narrow rail gauge for low-speed Group Rapid Transit (GRT) applications, and high loads per meter of the guideway for very high speeds or heavy loads. It is preferable to use wider steel rails having

폴 피치와 자석 크기의 선택(Choice of Pole pitch and Magenet Size)Choice of Pole Pitch and Magenet Size

도 1의 서스펜션의 측면도가 도 2a에 도시되어 있다. 자장은 소위 파장으로 불리는 간격으로 반복된다. 파장의 최적 값은 차량 크기, 속도, 중량 및 가속을 위한 요구 조건에 따라 넓은 범위에 걸쳐 변화할 수 있다. 도 1에 도시된 치수에 대해, 파장은 약 0.5m가 되도록 선택하는 것이 양호하다(그러나 다른 크기도 사용 가능하다.). 이것은 단면이 대략 정사각형인 추진 코일들을 유도하고, 수용가능하게 작은 추진 권선 인덕턴스(propulsion winding inductance)를 부여한다. 0.5m 파장과 45m/s(101mph)의 차속에 대해, 선형 동기 모터(LSM) 여기 주파수(excitation frequency)는 90Hz이다. 보다 긴 파장을 갖는 실시예는 스테이터 레일들(stator rails)에서 및 차량 자석들을 위해서 더 많은 백 아이언(back iron)을 사용한다(이는 가이드웨이 비용과 차량 중량을 증가시킬 수 있다.). 더 짧은 파장을 갖는 실시예는 더 높은 여기 주파수를 갖는다(이는 와류 손실(eddy current loss)과 권선 인덕턱스의 문제점을 증가시킬 수 있다.).
도 3은 상술한 바와 같은 시스템에서, 차량 자석들의 1 파장(0.5m) 섹션과 80mm 레일 폭에 대해, 측방향 변위 함수로서 서스펜션력과 가이드력을 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 40 메가 가우스 에르스텟(Mega Gauss Oersted, MGO)의 에너지를 생성하는 자석들에 대해, 주기적인 경계 조건을 갖는 3D 유한 요소 분석법을 사용하여 작성되었다. 정상 작동은 20mm 수직 변위와 제로(0) 수평 변위를 가지는데, 이 때의 서스펜션력은 그래프에 도시된 바와 같이 파장당 2,700N이다. 이 경우 서스펜션은 자석 포드의 길이 메터당 550Kg 매스(mass)를 지지한다. 상기 포드들의 단부상에서 2 하프-자석들(half-magnets)은, 도 2b에 도시된 바와 같은 치수와 위치를 갖는 자석들에 대해 전체 630N의 부가적인 상승력을 발생하다. 각각 3m의 길이를 갖는 네개의 포드들은 통상적으로 부하된(즉, 시트의 75%가 채워짐) 작은 버스 크기의 차량의 개략적인 중량인 6,700Kg을 부상시킬 것이다.
A side view of the suspension of FIG. 1 is shown in FIG. 2A. The magnetic field is repeated at so-called wavelengths. The optimum value of the wavelength can vary over a wide range depending on the requirements for vehicle size, speed, weight and acceleration. For the dimensions shown in FIG. 1, the wavelength is preferably chosen to be about 0.5 m (but other sizes are also available). This leads to propulsion coils that are approximately square in cross section and impart an acceptable small propulsion winding inductance. For a 0.5 m wavelength and a vehicle speed of 45 m / s (101 mph), the linear synchronous motor (LSM) excitation frequency is 90 Hz. Embodiments with longer wavelengths use more back iron on stator rails and for vehicle magnets (which can increase guideway costs and vehicle weight). Embodiments with shorter wavelengths have higher excitation frequencies (which can increase the problems of eddy current loss and winding inductance).
3 is a graph showing the suspension force and the guide force as a lateral displacement function for one wavelength (0.5 m) section and 80 mm rail width of the vehicle magnets in the system as described above. This graph was created using 3D finite element analysis with periodic boundary conditions for magnets generating 40 Mega Gauss Oersted (MGO) energy. Normal operation has 20 mm vertical displacement and zero horizontal displacement, with a suspension force of 2,700 N per wavelength as shown in the graph. In this case, the suspension supports a 550 kg mass per meter of length of the magnet pod. Two half-magnets on the ends of the pods generate an additional lifting force of 630 N total for magnets having the dimensions and position as shown in FIG. 2B. Four pods, each 3 m long, will injure 6,700 Kg, which is the approximate weight of a small bus-sized vehicle that is typically loaded (ie, 75% of the seat is filled).

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도시된 실시예에서, 스테이터의 치수는, 2001년 10월 1일자로 제출된 미국 특허출원 제60/326,278호의 우선권을 주장하고, 본원과 동일자로 제출된 발명의 명칭이 "동기 기계 설계 및 제조 방법"인 특허 출원에 개시된 바와 같이 정해진다. 상기 양 출원은 본 양수인에게 양도되었고, 그 내용은 본 명세서에 참조로 합체되었다.In the illustrated embodiment, the dimensions of the stator claim the priority of US patent application Ser. No. 60 / 326,278, filed Oct. 1, 2001, and entitled "Synchronous Machine Design and Manufacturing Method." As disclosed in the patent application. Both applications have been assigned to this assignee, the contents of which are hereby incorporated by reference.

인덕턴스를 최소화하고 추진 권선을 단순화하기 위해, 스테이터에서의 권선 슬롯들(winding slots)은 어떤 자극 선단(pole tips) 연장부 없이 수직 측면들을 갖는다. 코깅력을 최소화하기 위해, 자석들의 길이방향 길이는 상기 원용 출원에서 논의된 바와 같이 선정될 수 있다. 예를 들면, 파장당 3 슬롯에 대해, 슬롯 폭이 치차 폭(tooth width)과 동일하다면, 코깅을 최소화하는 자석 길이는 1/2 파장의 0.45 또는 0.77배중 어느 하나이다. 500mm 파장에 대해서, 최적의 자석 길이는 약 112mm 또는 186mm이다. 이들 양자의 선택은 매우 적은 코깅을 부여하고, 짧은 자석은 70%의 서스펜션력만을 부여한다(그러므로, 대개 긴 자석을 선택하는 것이 더 양호하다). 레일 폭에 따른 엣지 효과의 관점에서 코깅을 최소화하기 위해, 186mm의 자석 길이는 상술한 치수를 위해 양호한 선택이다.In order to minimize inductance and simplify the propulsion winding, the winding slots in the stator have vertical sides without any pole tips extension. In order to minimize the cogging force, the longitudinal length of the magnets can be selected as discussed in the original application above. For example, for three slots per wavelength, if the slot width is equal to the tooth width, the magnet length that minimizes cogging is either 0.45 or 0.77 times half the wavelength. For a 500 mm wavelength, the optimum magnet length is about 112 mm or 186 mm. Both of these choices give very little cogging, and short magnets give only 70% suspension force (hence, it is usually better to choose long magnets). In order to minimize cogging in terms of edge effect along rail width, a magnet length of 186 mm is a good choice for the above mentioned dimensions.

슬롯 폭은 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있으나, 치차 폭과 동일한 슬롯 폭을 만들므로써, 스크랩(scrap) 없이 스테이터 적층을 제조할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 소정 효과를 달성하기 위해 상대 권선 슬롯 폭(relative winding slot width)을 변화시키는 것이 바람직하고, 이로인해, 코깅을 최소화하기 위해 다른 길이의 자석을 길이를 사용하는 것이 또한 필요하게 될 수 있다.The slot width can vary over a wide range, but by making the slot width the same as the tooth width, stator stacks can be made without scrap. In some embodiments, it is desirable to change the relative winding slot width to achieve a certain effect, whereby it will also be necessary to use different length magnets to minimize cogging. Can be.

자석들의 높이(즉, 두께)는 공기 갭(air gap) 보다 약 25% 더 많게, 즉 이 갭이 20mm일때 25mm로 되게 선택된다. 더 높은 자석은 많은 인력과 추진력을 부여하나, 제어 코일(control coil)에서 많은 암페어-턴(ampere-turn)의 사용과 자석 중량의 증가를 수반한다. 더 작은 값은 인력을 감소시키고 추진력을 저하시킨다. 25%를 선택하는 것이 몇몇 적용에 있어서 거의 최적으로 나타나고 있다.The height (ie thickness) of the magnets is chosen to be about 25% more than the air gap, ie 25 mm when this gap is 20 mm. Higher magnets impart a lot of attraction and propulsion, but involve a lot of ampere-turns in the control coil and an increase in magnet weight. Smaller values reduce manpower and reduce propulsion. Selecting 25% appears to be nearly optimal for some applications.

권선에서 저항 동력 손실(resistive power loss)을 도약중에 수용가능한 레벨로 감소시키기 위하여, 제어 코일의 높이는 자석 높이보다 크게 할 필요가 있다. 자석들을 받침대(pedestals) 상에 배치함으로써, 이렇게 행하는 것이 가능하다. 일부 적용에 있어서, 중량 증가와 동력 손실 사이에서 절충하여, 제어 코일의 높이를 40mm로 하는 것이 양호하다.
자석 타입 및 형상(Magnet Type and Configuration)
In order to reduce the resistive power loss in the winding to an acceptable level during hopping, the height of the control coil needs to be greater than the height of the magnet. By placing the magnets on pedestals it is possible to do this. In some applications, it is desirable to compromise between weight gain and power loss, so that the height of the control coil is 40 mm.
Magnet Type and Configuration

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현재 기술에 있어서, 자석 재질의 양호한 선택은 니오디뮴-철-붕소(NdFeB)이다. 등급들 중에서의 선택시에, 최대 에너지 산출과 자기소거(소자; demagnetization)를 위해 요구되는 항자력(coercive force)을 가능한 최대 작동 온도에서 평가하는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서는, 자속이 50℃의 온도에서 0으로 구동될 때 실질적으로 자기소거되지 않는 조건을 갖고, 40 MGO의 에너지 산출 비율을 갖고 재료가 사용된다. 현재 이용가능한 재료로 40 MGO를 초과하는 에너지 산출을 갖는 NdFeB 자석들이 사용될 수도 있는데, 이들은 쉽게 자기소거되는 경향이 있다. 본 발명의 몇몇 실시예를 위해, 재료를 선택하는 데 있어서, 갭이 최소치일 때 갭을 증가시키기 위해, 제어 전류가 자속을 요구되는 레벨로 감소시킬 때에 자석의 상당 부분에서 자기소거가 충분히 작게 되도록 하는 것을 목표로 한다. 홀배치 어레이(Halbatch array)와 같은 다른 자석의 형태가 여타 실시예에서 사용될 수 있으나, 이는 그 설계에 실질적으로 영향을 미치지 않는다.In the current art, a good choice of magnet material is niodymium-iron-boron (NdFeB). In choosing among the classes, it is desirable to evaluate the coercive force required for maximum energy yield and demagnetization at the maximum possible operating temperature. In the illustrated embodiment, the material is used with a condition that the magnetic flux is substantially self-erasing when driven to zero at a temperature of 50 ° C., with an energy yield of 40 MGO. NdFeB magnets with energy outputs in excess of 40 MGO may be used as currently available materials, which tend to self-erasing easily. For some embodiments of the present invention, in selecting the material, in order to increase the gap when the gap is at a minimum, the magnetic erasure is sufficiently small at a significant part of the magnet when the control current reduces the magnetic flux to the required level. We aim to do it. Other magnet shapes, such as Hallbatch arrays, may be used in other embodiments, but this does not substantially affect the design.

단부 자석들(End Magnets)
본 발명에 따른 시스템에서, 차량 자석 어레이는 통상적으로 수 파장 길이에 불과하다. 단부 자석 배열을 결정할 시에는 다음 사항들을 고려하는 것이 바람직하다.
End Magnets
In the system according to the invention, the vehicle magnet array is typically only a few wavelengths long. When determining the end magnet arrangement, it is desirable to consider the following:

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1. 차량 어레이가 매우 긴 경우와 매우 유사하게 되는 스테이터 자속을 생성하도록, 자석들이 어레이의 주기적 부분(periodic part)으로부터 자속을 종료시키는 것이 바람직하다.1. It is desirable for the magnets to terminate the magnetic flux from the periodic part of the array so that the stator magnetic flux becomes very similar to when the vehicle array is very long.

2. 주기적 어레이(periodic array)가 코깅력(cogging force)을 발생시키기 않는다면, 단부 자석들이 코깅을 일으키지 않는 것이 바람직하다..2. If the periodic array does not generate a cogging force, it is desirable that the end magnets do not cause cogging.

3. 단부 자석들은 어레이 상에서 과도한 피칭력을 발생시키지 않는 것이 바람직하다.3. The end magnets preferably do not generate excessive pitching forces on the array.

이로 인해, 몇몇 실시예에서 다음과 같은 형태가 초래된다.This results in the following form in some embodiments.

1. 자석들은 대략 규정 자석만큼 길지만, 감소된 높이를 갖는다. 그들의 크기와 배치는 인접한 자석들로부터의 자속의 절반이 각 길이방향으로 나아가도록 선택된다.1. The magnets are approximately as long as the prescribed magnet, but have a reduced height. Their size and placement are chosen so that half of the magnetic flux from adjacent magnets is directed in each longitudinal direction.

2. 단부 자석들의 길이와 간격은 코깅이 없도록 선택된다.2. The length and spacing of the end magnets are chosen so that there is no cogging.

3. 짝수의 자석들이 주기적인 어레이에 사용되고, 단부 자석들에 의해 생성되는 피칭력이 매우 작게 되도록, 주의 깊게 계산된 크기와 배치가 사용된다.3. An even number of magnets are used in the periodic array and a carefully calculated size and placement is used so that the pitching force produced by the end magnets is very small.

도 2b에 도시된 관련 치수는 이러한 기준에 따라 선택된다. 네개의 전체 자석들과 두개의 단부 자석들을 갖는 자석 포드가 도 4에 도시되어 있다.The relevant dimensions shown in FIG. 2B are selected according to this criterion. A magnet pod with four full magnets and two end magnets is shown in FIG. 4.

도 2b에서, 단부 자석들은 전체 높이가 아니고 제어 코일들을 갖지 않는다. 감소된 높이는 자기 갭이 작을 때 인력을 감소시키고, 이것은 제어 코일들에서 요구되는 피크 전류를 감소시킨다. 몇몇 실시예에서, 제어 코일은 단부 자석들 주위에 배치된다. 단부 자석들의 설계는 자석 어레이가 매우 짧거나 또는 높은 서스펜션력이 요구된다면 아주 다를 것이고, 이것은 본 명세서에서 계획된다.In FIG. 2B, the end magnets are not full height and do not have control coils. The reduced height reduces the attractive force when the magnetic gap is small, which reduces the peak current required in the control coils. In some embodiments, the control coil is disposed around the end magnets. The design of the end magnets will be very different if the magnet array is very short or high suspension force is required, which is envisioned herein.

서스펜션 제어(Suspension Control)Suspension Control

본 발명에 따른 시스템에서, 서스펜션 자석들 둘레에 권선된 코일들에서, 전류의 변화는 수직 서스펜션력을 제어한다. 제어의 두가지 목적은 다음과 같다.In the system according to the invention, in coils wound around suspension magnets, the change of current controls the vertical suspension force. The two purposes of control are as follows.

1. 불안정한(unstable) 균형 지점(equilibrium point)을 안정한(stable) 균형 지점으로 변환.1. Convert an unstable equilibrium point to a stable balance point.

2. 제어 코일들에서의 동력 소산(power dissipation)을 최소화시키는 값으로 자기 갭(magnetic gap)을 조절.2. Adjust the magnetic gap to a value that minimizes power dissipation in the control coils.

이러한 작업을 달성하는 제어 시스템은 통상적으로 두개의 독립적인 피드백 제어 루프(feedback control loops)로서 구성된다. 갭과 가속 센서들(gap and acceleration sensors)를 사용하는 빠른 루프(fast loop)는 안정화를 제공하고, 전류 센서(current sensors)를 사용하는 느린 루프(slower loop)는 제어 전류를 최소화시킨다.Control systems that accomplish this task are typically configured as two independent feedback control loops. Fast loops using gap and acceleration sensors provide stabilization, while slower loops using current sensors minimize control current.

정전자석(static electromagnets)의 시스템이 본질적으로 적어도 하나의 자유도에서 불안정하기 때문에 안정화(stabilization)가 사용된다. 본 명세서에 설명된 설계는 수직 방향으로 불안정하나, 다른 모든 방향으로는 안정하다. 통상적인 작동에서, 자기 갭이 공칭 하중(nominal load)을 지니고 20mm로 설계된다면, 서스펜션 자력이 제어 코일들에서의 작은 전류로 하중력에 밀접하게 매치될 때, 20mm가 균형점이 되도록 자석 포드들의 길이를 선택한다. 하중이 증가하면, 제어 시스템의 빠른 반응 부분은 증가된 하중을 방해하는 제어 전류를 즉시 인가하고, 시간에 걸쳐서, 제로 동력 제어 루프(zero-power control loop)는 균형 근처에서 요구되는 제어 전류가 작게 되게끔 서스펜션 갭을 감소시킨다. 통상적인 차량은 공칭 값에 대해 대략 ±20%로 변화하는 하중을 갖는데, 이로 인해 자기 갭이 그 공칭 값으로부터 약 ±3mm로 변화하게 되며, 하중이 무거우면 작은 갭이 요구된다(도 3 참조).Stabilization is used because the system of static electromagnets is inherently unstable in at least one degree of freedom. The design described herein is unstable in the vertical direction but stable in all other directions. In normal operation, if the magnetic gap is designed at 20 mm with a nominal load, the length of the magnet pods is such that 20 mm is the balance point when the suspension magnetic force closely matches the load force with a small current in the control coils. Select. As the load increases, the fast response portion of the control system immediately applies a control current that hinders the increased load, and over time, a zero-power control loop results in a smaller control current required near the balance. To reduce the suspension gap. A typical vehicle has a load that changes approximately ± 20% relative to its nominal value, which causes the magnetic gap to change from its nominal value to about ± 3 mm, requiring a small gap at heavy loads (see Figure 3). .

도 5는 본 발명에 따른 통상적인 포드를 위한 제어 시스템의 간단한 블록선도이다. 상기 포드는 n으로 표시되는 임의의 수량의 제어 코일들을 가질 수 있으며, 상기 제어 코일 각각은, 교대로 디지탈 신호 프로세서(digital signal processor, DSP)에 의해 제어되는 H-브릿지(H-bridge)에 의해 제어된다. 상기 포드 각 단부에서의 갭과 가속 센서는 안정한 갭을 유지하기 위해 필요한 센서 입력을 제공한다. 실용상으로는, 제어 시스템의 실패시에 여분이 있도록 하나 이상의 프로세서가 있을 수 있다.5 is a simplified block diagram of a control system for a conventional pod in accordance with the present invention. The pod may have any number of control coils, denoted by n, each of which is alternately controlled by an H-bridge controlled by a digital signal processor (DSP). Controlled. The gaps and acceleration sensors at each end of the pod provide the sensor inputs needed to maintain a stable gap. In practice, there may be more than one processor to spare in case of failure of the control system.

LSM 및 그 제어(LSM and Its Control)LSM and Its Control

도시된 실시예의 선형 동기 모터(LSM)는 상기 원용된 출원들(미국 특허 출원 제60/326,278호 및 동일 명칭으로 본원과 동일한 날에 출원된 출원서)에 기재된 것에 기초하거나, 또는 다른 설게된 방법(종래의 방법 또는 기타 방법)을 사용할 수 있다. 상기 LSM 및 서스펜션 설계는, 가이드를 제공하기 위한 추가적인 자기 구조체가 필요치 않게끔, 충분한 측방향 힘(lateral force)이 존재하도록 선택되는 것이 바람직하다. 만일 상기 갭이 작으면, 서스펜션 레일을 둘 이상의 부분으로 분할하는 것이 수반될 수 있으며, 이들 부분 각각은, 예를 들어, 일본의 HSST 자기 부상(maglev) 시스템의 방식으로 가이드를 제공한다. 상기 LSM은 도 6에 제어 시스템 블록선도로 도시된 바와 같이 다상(多相; multiphase) 인버터를 구동하는 마이크로프로세서에 의해 제어될 수 있다.The linear synchronous motor (LSM) of the illustrated embodiment is based on the above-mentioned applications (US Patent Application No. 60 / 326,278 and an application filed on the same day as the present application under the same name), or other designed methods ( Conventional methods or other methods) can be used. The LSM and suspension design is preferably selected so that there is sufficient lateral force so that no additional magnetic structure for providing the guide is needed. If the gap is small, it may involve dividing the suspension rail into two or more parts, each of which provides a guide, for example in the manner of the HSST maglev system in Japan. The LSM may be controlled by a microprocessor driving a multiphase inverter as shown in the control system block diagram in FIG.

도시된 실시예에서의 위치 감지는, 그 내용이 본 명세서에 참조로 합체된 미국 특허 제6,011,508호 "가이드웨이 작동식 차량용 정확한 위치 감지 및 통신"에 기재된 바와 같이 달성되며, 다른 메카니즘(종래에 공지되거나 그렇지 않은)이 사용될 수도 있다. 상기 위치 감지 시스템은 LSM에 통합되며, 이는 인버터의 전환을 제어한다. 요구되는 쓰러스트(thrust)가 낮을 때에는, 전류가 모터 백-전압(motor back-voltage)과 동조되도록 하고, 전류의 부호에 의해 모터가 전방 쓰러스트를 제공하는지 또는 후방 쓰러스트를 제공하는지가 결정되도록, 인버터를 작동시키는 것이 바람직하다. 동조 작동(operating in-phase)은 LSM 권선에서의 전력 소산을 최소화시킨다.Position sensing in the illustrated embodiment is accomplished as described in US Pat. No. 6,011,508 "Accurate Positioning and Communication for Guideway Operated Vehicles," the disclosure of which is incorporated herein by reference. May or may not be used). The position sensing system is integrated in the LSM, which controls the switching of the inverter. When the required thrust is low, the current is synchronized with the motor back-voltage, and the sign of the current determines whether the motor provides a forward thrust or a rear thrust. Preferably, it is desirable to operate the inverter. Operating in-phase minimizes power dissipation in the LSM windings.

도시된 실시예의 통상적인 적용을 위해, LSM의 인덕턴스는 상당히 크며, 쓰러스트가 클 때, LSM 제어는 권선에서의 전력 소산이 최소인 상태에서 요구되는 쓰러스트와 속도를 얻기 위해, 모터 백 전압과 전류 사이의 위상각을 조정해야 한다. 이 경우 전류 및 백 전압은 동조되지 못할 것이며, 제어는 보다 복잡해진다. 이러한 상황은 회전식 모터에서는 일반적이지 않은데, 그 이유는 회전식 모터가 대개 작은 공기 갭을 갖고, 모든 권선을 여기(exicting)시키는 자계의 자석을 가짐으로써, 단위 인덕턴스(per-unit inductance)가 크지 않기 때문이다.For the typical application of the illustrated embodiment, the inductance of the LSM is quite large, and when the thrust is large, the LSM control can be used to achieve the required thrust and speed with minimal power dissipation in the windings. The phase angle between the currents needs to be adjusted. In this case, the current and the back voltage will not be tuned, and the control becomes more complicated. This situation is not common with rotary motors, since rotary motors usually have small air gaps and have magnetic fields of magnetic fields that excite all windings, so that the per-unit inductance is not large. to be.

측방향 힘의 감쇠(Damping of Lateral Force)Damping of Lateral Force

도 1, 도 2a, 및 도 2b에 도시된 설계는 회전을 실행할 수 있고, 측방향의 바람 힘에 대해 저항할 수 있게끔 충분한 측방향 힘을 생성한다. 이 측방향 힘의 감쇠를 제공하기 위하여, 자석 쌍들(pairs of magnets)은 도 9에 도시한 바와 같이 오프셋되며, 상기 도 9는 네 개의 전장(full-length) 자석들(91, 92)과 두 개의 단부 자석들(93)을 구비한 본 발명에 따른 짧은 자석 포드(pod)의 평면도이다.The designs shown in FIGS. 1, 2A, and 2B are capable of carrying out rotation and generate sufficient lateral forces to be able to resist lateral wind forces. In order to provide this lateral force attenuation, the pairs of magnets are offset as shown in FIG. 9, which shows four full-length magnets 91, 92 and two Top view of a short magnet pod according to the invention with two end magnets 93.

상당한 측방향 힘을 생성하기 위해서, 수직 서스펜션 힘에 있어서 단지 작은 감소만을 제공하는 오프셋이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 코일들이 일방향으로 오프셋되는 코일들(및 자석들)의 힘을 증가시키고, 반대방향으로 오프셋되는 코일들(및 자석들)의 힘을 감소시키면, 수직방향 힘의 변화는 전혀 없이 순수 측방향 힘이 있을 수 있다. 레일에 대한 자석들의 측방향 운동을 검출하기 위해 센서들을 사용함으로써, 이들 전류를 제어하여 진동을 감쇠시킬 수 있다. 이 제어는 측방향 가이드 힘을 제공하고자 함이 아니고, 단지 측방향 운동 공진과 연관된 진동을 감쇠시키고자 하는 것이다.In order to create a significant lateral force, an offset can be used that provides only a small reduction in vertical suspension force. For example, if the control coils increase the force of coils (and magnets) that are offset in one direction and decrease the force of coils (and magnets) that are offset in the opposite direction, there is no change in vertical force at all. There can be pure lateral forces. By using sensors to detect the lateral movement of the magnets relative to the rail, these currents can be controlled to damp the vibrations. This control is not intended to provide lateral guide forces, but merely attenuates vibrations associated with lateral kinetic resonance.

자석이 포드상에 장착되고 몇 개의 포드들이 차량을 지지하기 위해 사용되면, 몇 가지 형태의 운동을 감쇠시키기 위해 측방향 힘을 사용할 수 있다. 예를 들면, 스웨잉은 차량의 측방(side-to-side) 운동이며, 롤링은 차량의 종축 주위로의 회전 운동이다. 차량 아래에서의 서스펜션 자석에 의해 가해지는 어떤 측방향 힘이 스웨잉 및 롤링을 생성하므로 상기 두 모드는 결합된다. 수직 및 측방향 자력을 제어함으로써, 스웨잉 및 롤링을 감쇠시킬 수 있다.If a magnet is mounted on the pod and several pods are used to support the vehicle, lateral forces can be used to dampen some form of motion. For example, swaging is a side-to-side movement of a vehicle and rolling is a rotational movement about the longitudinal axis of the vehicle. The two modes combine because some lateral force exerted by the suspension magnet under the vehicle creates swaging and rolling. By controlling the vertical and lateral magnetic forces, swaging and rolling can be attenuated.

요잉은 차량의 수직 축에 관한 차량의 회전 운동이며, 이는 후방 포드에 가해지는 측방향 힘에 대해 반대 방향으로 전방 포드에 측방향 힘을 가함으로써 감쇠될 수 있다. 차량 아래에 가해지는 이들 측방향 힘은 소량의 롤링을 생성할 수 있는데, 상기 롤링은 상술한 바와 같이 감쇠되어야 한다.Yawing is the rotational movement of the vehicle about the vertical axis of the vehicle, which can be damped by applying a lateral force to the front pod in a direction opposite to the lateral force applied to the rear pod. These lateral forces applied under the vehicle can produce a small amount of rolling, which rolling must be damped as described above.

많은 경우에 있어서, 하나 이상의 자유도의 기계적 감쇠를 추가하는 것이 또한 바람직할 것이다. 그러나, 저속 시스템에서는, 모든 또는 대부분의 기계적 감쇠를 제거하고 제어를 위한 자력만을 사용할 수도 있다.In many cases, it will also be desirable to add mechanical damping of one or more degrees of freedom. However, in low speed systems it may be possible to eliminate all or most mechanical attenuation and use only magnetic force for control.

초전도체 자석의 사용(Use of Superconducting Magnets)Use of Superconducting Magnets

본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 영구 자석에 추가적으로 또는 영구자석을 대신하여 초전도체 자석들이 사용될 수 있다. 이는, 예를 들면 갭을 안정시키기 위해 초전도체 코일내의 전류를 제어하거나, 초전도체 코일을 영구 전류 모드로 작동시키고, 전술된 영구 자석 서스펜션의 경우와 같이 외부 제어 코일을 사용함으로써, 이루어질 수 있다. 후자의 접근 방식은 초전도체 자석이 현저히 단순화될 수 있다는 장점을 갖는다.In one embodiment according to the invention, superconducting magnets may be used in addition to or in place of the permanent magnet. This can be done, for example, by controlling the current in the superconductor coil to stabilize the gap, or by operating the superconductor coil in a permanent current mode and using an external control coil as in the case of the permanent magnet suspension described above. The latter approach has the advantage that superconductor magnets can be significantly simplified.

초전도체 자석들을 사용하는 바람직한 방법은, 영구 자석 구조체를 도 10에 도시된 것과 유사한 구조체로 대체하는 것이다. 여기서 초전도체 코일들(102a, 102b)은 고온 초전도체들로 구성될 수 있으며, 코깅력을 최소화하는 방식으로 자속을 분포시키기 위해 사용되는 자극 선단(pole tips)(104)을 갖는 적층 강철 자극들(laminated steel poles)(103) 주위에 권선된다. 상기 코일용으로 강철 코어(steel core)의 사용은 필요한 초전도체 코일의 크기를 감소시키고 제어 코일의 크기를 감소시키는 이점을 갖는다. 이는 또한 저온에서 발생하는 초전도체에서의 와류 손실(eddy current loss)을 감소시킨다.A preferred method of using superconductor magnets is to replace the permanent magnet structure with a structure similar to that shown in FIG. The superconductor coils 102a, 102b here can be composed of high temperature superconductors, laminated steel poles with pole tips 104 used to distribute magnetic flux in a manner that minimizes cogging forces. steel poles) (103). The use of a steel core for the coil has the advantage of reducing the size of the superconducting coil required and the size of the control coil. It also reduces eddy current loss in superconductors that occur at low temperatures.

도 10에서, 초전도체 권선은 독립적으로 구성되고, 자극 선단 및 제어 권선 위에 삽입될 수 있다.In FIG. 10, the superconductor windings are configured independently and can be inserted over the pole tip and control windings.

단일 오버헤드 서스펜션 레일의 사용(Use of a Single Overhead Suspension Rail)Use of a Single Overhead Suspension Rail

본 발명의 부가적인 실시예들은 케이블카가 오버헤드 케이블에 의해 지지되 는 것과 유사한 방식으로 차량을 지지하는 단일 오버헤드 서스펜션 레일을 사용한다. 이 서스펜션 방법은 하기의 몇가지 장점을 갖는다.Additional embodiments of the present invention use a single overhead suspension rail that supports the vehicle in a similar manner as the cable car is supported by the overhead cable. This suspension method has several advantages as follows.

(ⅰ) 하나의 서스펜션 레일 및 하나의 추진 권선 만이 필요하므로 비용을 절감할 수 있다.(Iii) Only one suspension rail and one propulsion winding are needed, thus saving costs.

(ⅱ) 신속하게 작용하는 스위치를 설계하기가 보다 용이하다.(Ii) It is easier to design a switch that acts quickly.

(ⅲ) 지지 빔이 보다 작을 수 있고 덜 튈 수 있다.(Iii) The support beam may be smaller and less curved.

공항과 같은 실내에서의 사용을 위해서, 오버헤드 시스템은 양호한 선택이 될 수 있다. 차량이 정지하거나 천천히 이동할 때에는 스윙 운동에 저항하기 위한 기계적 가이드 휠이 있을 수 있으며, 바람이 없으면 스윙 운동이 억제될 수 있다. 오버헤드 서스펜션은 또한 터널 내에서 사용하기에 바람직할 수도 있다. 이 경우에 스윙 운동을 억제하기 위한 척력(repulsive force)을 생성하는 자석이 있을 수 있으며, 오버헤드 서스펜션은 보다 소직경의 터널 및 보다 저비용의 서스펜션 및 추진 시스템을 가능하게 한다.For use indoors such as airports, overhead systems can be a good choice. When the vehicle is stationary or moving slowly, there may be mechanical guide wheels to resist swing movement, and without wind the swing movement can be suppressed. Overhead suspension may also be desirable for use in tunnels. In this case there may be a magnet that generates a repulsive force to suppress swing motion, and the overhead suspension enables smaller diameter tunnels and lower cost suspension and propulsion systems.

스케일링(Scaling)Scaling

본 발명에 따른 서스펜션 시스템의 크기는 사람을 이동시키기에는 잘 맞지만, 물건을 이동시키기에는 최적이지 않을 수 있다. 예를 들면, 휠베이스 서스펜션(wheel-based suspension)으로부터의 오염이 문제될 수 있는 반도체 제조 설비에서와 같은 클린룸(clean room)에서 사용하기 위해, 보다 작은 스케일 버전(sacale version)으로 구성되는 것이 요구될 수도 있다. 다른 예로는 방사능 재료를 이동하기 위한 것이며, 이 경우, 차량은 밀폐된 덕트(duct) 내부에서 작동될 수 있고, 추진 권선은 덕트 외부에 배치된다. 또한, 보다 많은 힘을 다루기 위해 보다 넓은 서스펜션 레일을 사용함으로써, 설계가 확대될 수 있으며, 또는, 보다 높은 속력을 위해, 보다 큰 갭과 보다 긴 파장을 갖게끔 설계될 수도 있다. 이러한 모든 변형들이 가능하며, 여기에서 논의된 설계 원리는 여전히 적용가능하다.The size of the suspension system according to the invention fits well to move a person but may not be optimal to move an object. For example, a smaller scale version may be used for use in a clean room, such as in a semiconductor manufacturing facility where contamination from wheel-based suspension may be a problem. May be required. Another example is for moving radioactive material, in which case the vehicle can be operated inside a closed duct and the propulsion winding is arranged outside the duct. In addition, by using a wider suspension rail to handle more force, the design can be extended, or can be designed to have larger gaps and longer wavelengths for higher speeds. All these variations are possible, and the design principles discussed here are still applicable.

상술한 것은 소정 목표를 달성하기 위한 시스템 및 방법이다. 본 명세서에 개시되고 논의된 실시예들은 단지 본 발명의 일예이며, 그 변화를 이용하는 다른 실시예들이 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 알아야 한다.What has been described above are systems and methods for achieving certain goals. It is to be understood that the embodiments disclosed and discussed herein are merely examples of the invention and other embodiments that utilize such variations are included in the scope of the invention.

Claims (19)

가이드웨이(guideway)와, 차량(vehicle)과, 적어도 하나의 제어 코일(control coil) 및 제 1 제어 시스템(first control system)을 포함하는 자기 서스펜션 시스템(magnetic suspension system)으로서,A magnetic suspension system comprising a guideway, a vehicle, at least one control coil and a first control system, 상기 가이드웨이는 하나 또는 복수 개의(one or more) 강자성체 레일들(ferromagnetic rails)을 포함하고, 상기 강자성체 레일들 중 적어도 하나가 선형 동기 모터용 권선들(windings for a linear synchronous motor)을 부가로 포함하며;The guideway includes one or more ferromagnetic rails, and at least one of the ferromagnetic rails further comprises windings for a linear synchronous motor. To; 상기 차량은 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들(arrays of magnets)을 포함하고, 상기 자석 어레이들 중 적어도 하나가, (ⅰ)적어도 하나의 가이드웨이 레일(rail)에 대해 자기 인력(magnetic attraction forces)을 초래하고, (ⅱ)상기 차량에 대해 측방향 복원력(lateral restoring forces)을 초래하고, (ⅲ)하나 또는 복수 개의 권선들(windings)에서의 전류에 반응하여, 길이방향의 힘(longitudinal forces)을 초래하며;The vehicle comprises one or a plurality of arrays of magnets, wherein at least one of the magnet arrays (i) exerts magnetic attraction forces on at least one guideway rail. (Ii) induce lateral restoring forces on the vehicle, and (i) in response to a current in one or a plurality of windings, thereby applying longitudinal forces Cause; 상기 적어도 하나의 제어 코일은, 상기 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들 및 상기 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들 사이의 수직 갭(gap)을 안정시키기 위해 자석들 둘레에 권선되어 있으며; The at least one control coil is wound around magnets to stabilize a vertical gap between the one or more magnet arrays and the one or more ferromagnetic rails; 상기 제 1 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 제어 코일을 제어하기 위한; The first control system for controlling the at least one control coil; 자기 서스펜션 시스템.Magnetic suspension system. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동기 모터의 권선들을 구동하기 위한 제 2 제어 시스템을 포함하는 자기 서스펜션 시스템.And a second control system for driving the windings of the synchronous motor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 스웨잉(sway) 및 요잉(yaw)력을 감쇠하기 위해 측방향 오프셋(lateral offset) 방식으로 배치된 적어도 한 쌍의 자석들을 부가로 포함하는 자기 서스펜션 시스템.A magnetic suspension system further comprising at least a pair of magnets arranged in a lateral offset manner to dampen sway and yaw forces. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 히빙(heave), 롤링(roll), 스웨잉, 및 요잉 진동을 감쇠하기 위한, 상기 차량 상에 배치된 하나 또는 복수 개의 장치들(devices)을 부가로 포함하는 자기 서스펜션 시스템.A magnetic suspension system further comprising one or a plurality of devices disposed on the vehicle for damping heavy, roll, swiveling, and yawing vibrations. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 코깅력(cogging forces)을 발생하지 않으면서, 쓰러스트 힘(thrust forces)을 발생하기 위한 선형 동기 모터를 부가로 포함하는 자기 서스펜션 시스템.A magnetic suspension system further comprising a linear synchronous motor for generating thrust forces without generating cogging forces. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가이드웨이에 대해 상기 차량의 위치를 결정하기 위한 위치 감지 시스템(position sensing system)을 부가로 포함하는 자기 서스펜션 시스템.And a position sensing system for determining the position of the vehicle relative to the guideway. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자석 어레이는, 단부 효과(end effects)와 코깅력을 감소시키게끔, 크기와 위치를 갖는 단부 자석들(end magnets)을 부가로 포함하는 자기 서스펜션 시스템.The magnet array further comprises end magnets having size and position to reduce end effects and cogging forces. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 자석 어레이는, 측방향으로 오프셋(offset) 되어 배치된 적어도 한 쌍의 자석들을 부가로 포함하는 자기 서스펜션 시스템.The magnet array further comprises at least a pair of magnets disposed laterally offset. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 히빙, 스웨잉 및 요잉 진동을 감쇠하기 위한, 상기 차량 상에 배치된 하나 또는 복수 개의 장치들을 부가로 포함하는 자기 서스펜션 시스템.A magnetic suspension system further comprising one or a plurality of devices disposed on the vehicle for damping hiving, swaging and yawing vibrations. 가이드웨이(guideway)와, 차량(vehicle)과, 시스템(system)을 포함하는 자기 서스펜션 시스템(magnetic suspension system)으로서,A magnetic suspension system comprising a guideway, a vehicle, and a system, 상기 가이드웨이는 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들(ferromagnetic rails)을 포함하고, 상기 강자성체 레일들 중 적어도 하나가 선형 동기 모터용 권선들(windings for a linear synchronous motor)을 부가로 포함하며;The guideway comprises one or a plurality of ferromagnetic rails, at least one of the ferromagnetic rails further comprising windings for a linear synchronous motor; 상기 차량은 하나 또는 복수 개의 초전도체 자석 어레이들(arrays of superconducting magnets)을 포함하고, 상기 초전도체 자석 어레이들 중 적어도 하나가, (ⅰ)적어도 하나의 가이드웨이 레일(rail)에 대해 자기 인력(magnetic attraction forces)을 초래하고, (ⅱ)상기 차량에 대해 측방향 복원력(lateral restoring forces)을 초래하고, (ⅲ)하나 또는 복수 개의 권선들(windings)에서의 전류에 반응하여, 길이방향의 힘(longitudinal forces)을 초래하며;The vehicle comprises one or a plurality of arrays of superconducting magnets, wherein at least one of the superconducting magnet arrays is (i) magnetic attraction against at least one guideway rail. forces), (ii) induce lateral restoring forces on the vehicle, and (i) in response to current in one or a plurality of windings, longitudinal forces forces); 상기 시스템은 수직 갭(vertical gap)을 안정시키는; The system stabilizes the vertical gap; 자기 서스펜션 시스템.Magnetic suspension system. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 가속력(acceleration forces)을 발생시키기 위한 권선 제어 시스템(winding contro system)을 포함하는 자기 서스펜션 시스템.A magnetic suspension system comprising a winding contro system for generating acceleration forces. 가이드웨이(guideway)와, 차량(vehicle)과, 적어도 하나의 제어 코일(control coil)과, 제 1 제어 시스템(first control system)과, 제 2 제어 시스템을 포함하는 자기 서스펜션 시스템(magnetic suspension system)으로서,Magnetic suspension system comprising a guideway, a vehicle, at least one control coil, a first control system, and a second control system As 상기 가이드웨이는 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들(ferromagnetic rails)을 포함하고, 상기 강자성체 레일들 중 적어도 하나가 선형 동기 모터용 권선들(windings for a linear synchronous motor)을 부가로 포함하며;The guideway comprises one or a plurality of ferromagnetic rails, at least one of the ferromagnetic rails further comprising windings for a linear synchronous motor; 상기 차량은 하나 또는 복수 개의 초전도체 자석 어레이(array of superconducting magnets)를 포함하고, 상기 초전도체 자석 어레이 중 적어도 하나가, (ⅰ)적어도 하나의 가이드웨이 레일(rail)에 대해 자기 인력(magnetic attraction forces)을 초래하고, (ⅱ)상기 차량에 대해 측방향 복원력(lateral restoring forces)을 초래하고, (ⅲ)하나 또는 복수 개의 권선들(windings)에서의 전류에 반응하여, 길이방향의 힘(longitudinal forces)을 초래하며;The vehicle comprises one or a plurality of arrays of superconducting magnets, wherein at least one of the superconducting magnet arrays is (i) magnetic attraction forces against at least one guideway rail. (Ii) induce lateral restoring forces on the vehicle, and (i) in response to current in one or a plurality of windings, longitudinal forces Results in; 상기 적어도 하나의 제어 코일은 안정된 수직 갭(vertical gap)을 초래하기 위해 자석들 둘레에 권선되어 있으며;The at least one control coil is wound around the magnets to result in a stable vertical gap; 상기 제 1 제어 시스템은 상기 코일들을 제어하며;The first control system controls the coils; 상기 제 2 제어 시스템은, 상기 차량을 가속시키는 권선들을 구동하는; The second control system includes: driving windings to accelerate the vehicle; 자기 서스펜션 시스템.Magnetic suspension system. 가이드웨이(guideway)와, 차량(vehicle)과, 적어도 하나의 제어 코일(control coil) 및 제 1 제어 시스템(first control system)을 포함하는 자기 서스펜션 시스템(magnetic suspension system)으로서,A magnetic suspension system comprising a guideway, a vehicle, at least one control coil and a first control system, 상기 가이드웨이는 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들(ferromagnetic rails)을 포함하고, 상기 강자성체 레일들 중 적어도 하나가 선형 동기 모터용 권선들(windings for a linear synchronous motor)을 부가로 포함하며;The guideway comprises one or a plurality of ferromagnetic rails, at least one of the ferromagnetic rails further comprising windings for a linear synchronous motor; 상기 차량은 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들(arrays of magnets)을 포함하고, 상기 자석 어레이들 중 적어도 하나가, (ⅰ)적어도 하나의 가이드웨이 레일(rail)에 대해 평면인 갭 전체에 걸쳐 자기 인력(magnetic attraction forces)을 초래하고, (ⅱ)상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐, 추가적인 구조체의 필요 없이, 상기 차량에 대한 가이던스(guidance)를 제공하기에 충분한 측방향 복원력(lateral restoring forces)을 초래하고, (ⅲ)하나 또는 복수 개의 권선들(windings)에서의 전류에 반응하여, 상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐 길이방향의 힘(longitudinal forces)을 초래하며;The vehicle comprises one or a plurality of arrays of magnets, wherein at least one of the magnet arrays is magnetically attracted across a gap that is (i) planar to at least one guideway rail. lateral restoring forces sufficient to result in magnetic attraction forces and (ii) provide guidance for the vehicle, without the need for additional structures, throughout the same planar gap as above. (I) in response to a current in one or a plurality of windings, resulting in longitudinal forces across the gap which is coplanar as above; 상기 적어도 하나의 제어 코일은, 상기 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들 및 상기 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들 사이의 수직 갭(gap)을 안정시키기 위해 자석들 둘레에 권선되어 있으며; The at least one control coil is wound around magnets to stabilize a vertical gap between the one or more magnet arrays and the one or more ferromagnetic rails; 상기 제 1 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 제어 코일을 제어하기 위한; The first control system for controlling the at least one control coil; 자기 서스펜션 시스템.Magnetic suspension system. 삭제delete 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 동기 모터의 권선들을 구동하기 위한 제 2 제어 시스템을 포함하는 자기 서스펜션 시스템.And a second control system for driving the windings of the synchronous motor. 가이드웨이(guideway)와, 차량(vehicle)과, 적어도 하나의 제어 코일(control coil) 및 제 1 제어 시스템(first control system)을 포함하는 자기 서스펜션 시스템(magnetic suspension system)으로서,A magnetic suspension system comprising a guideway, a vehicle, at least one control coil and a first control system, 상기 가이드웨이는 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들(ferromagnetic rails)을 포함하고, 상기 강자성체 레일들 중 적어도 하나가 선형 동기 모터용 권선들(windings for a linear synchronous motor)을 부가로 포함하며;The guideway comprises one or a plurality of ferromagnetic rails, at least one of the ferromagnetic rails further comprising windings for a linear synchronous motor; 상기 차량은 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들(arrays of magnets)를 포함하고, 상기 자석 어레이들 중 적어도 하나가, (ⅰ)적어도 하나의 가이드웨이 레일(rail)에 대해 평면인 갭 전체에 걸쳐 자기 인력(magnetic attraction forces)을 초래하고, (ⅱ)상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐, 적어도 하나의 회전을 수행할 수 있도록 하고 측방향 바람의 힘에 저항할 수 있도록 하기에 충분한 측방향 복원력(lateral restoring forces)을 초래하고, (ⅲ)하나 또는 복수 개의 권선들(windings)에서의 전류에 반응하여, 상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐 길이방향의 힘(longitudinal forces)을 초래하며;The vehicle comprises one or a plurality of arrays of magnets, wherein at least one of the magnet arrays is magnetically attracted over a gap that is (i) planar to at least one guideway rail. lateral restoring force sufficient to cause magnetic attraction forces and (ii) to perform at least one rotation and to resist lateral wind forces throughout the same planar gap as above. results in restoring forces, and (i) in response to a current in one or a plurality of windings, results in longitudinal forces across the gap which is coplanar as above; 상기 적어도 하나의 제어 코일은, 상기 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들 및 상기 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들 사이의 수직 갭(gap)을 안정시키기 위해 자석들 둘레에 권선되어 있으며; The at least one control coil is wound around magnets to stabilize a vertical gap between the one or more magnet arrays and the one or more ferromagnetic rails; 상기 제 1 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 제어 코일을 제어하기 위한; The first control system for controlling the at least one control coil; 자기 서스펜션 시스템.Magnetic suspension system. 가이드웨이(guideway)와, 차량(vehicle)과, 시스템(system)을 포함하는 자기 서스펜션 시스템(magnetic suspension system)으로서,A magnetic suspension system comprising a guideway, a vehicle, and a system, 상기 가이드웨이는 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들(ferromagnetic rails)을 포함하고, 상기 강자성체 레일들 중 적어도 하나가 선형 동기 모터용 권선들(windings for a linear synchronous motor)을 부가로 포함하며;The guideway comprises one or a plurality of ferromagnetic rails, at least one of the ferromagnetic rails further comprising windings for a linear synchronous motor; 상기 차량은 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들(arrays of magnets)을 포함하고, 상기 자석 어레이들 중 적어도 하나가, (ⅰ)적어도 하나의 가이드웨이 레일(rail)에 대해 평면인 갭 전체에 걸쳐 자기 인력(magnetic attraction forces)을 초래하고, (ⅱ)상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐, 적어도 하나의 회전을 수행할 수 있도록 하고 측방향 바람의 힘에 저항할 수 있도록 하기에 충분한 측방향 복원력(lateral restoring forces)을 초래하고, (ⅲ)하나 또는 복수 개의 권선들(windings)에서의 전류에 반응하여, 상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐 길이방향의 힘(longitudinal forces)을 초래하며;The vehicle comprises one or a plurality of arrays of magnets, wherein at least one of the magnet arrays is magnetically attracted across a gap that is (i) planar to at least one guideway rail. lateral restoring force sufficient to cause magnetic attraction forces and (ii) to perform at least one rotation and to resist lateral wind forces throughout the same planar gap as above. results in restoring forces, and (i) in response to a current in one or a plurality of windings, results in longitudinal forces across the gap which is coplanar as above; 상기 시스템은 수직 갭(vertical gap)을 안정시키며; The system stabilizes the vertical gap; 상기 하나 또는 복수 개의 자석 어레이들은 초전도체 자석들 및 영구 자석들 중 어느 하나 또는 둘 다를 포함하는;The one or the plurality of magnet arrays comprise any one or both of superconductor magnets and permanent magnets; 자기 서스펜션 시스템.Magnetic suspension system. 가이드웨이(guideway)와, 차량(vehicle)과, 적어도 하나의 제어 코일(control coil)과, 제 1 제어 시스템(first control system)과, 제 2 제어 시스템을 포함하는 자기 서스펜션 시스템(magnetic suspension system)으로서,Magnetic suspension system comprising a guideway, a vehicle, at least one control coil, a first control system, and a second control system As 상기 가이드웨이는 하나 또는 복수 개의 강자성체 레일들(ferromagnetic rails)을 포함하고, 상기 강자성체 레일들 중 적어도 하나가 선형 동기 모터용 권선들(windings for a linear synchronous motor)을 부가로 포함하며;The guideway comprises one or a plurality of ferromagnetic rails, at least one of the ferromagnetic rails further comprising windings for a linear synchronous motor; 상기 차량은 하나 또는 복수 개의 자석 어레이(array of magnets)를 포함하고, 상기 자석 어레이들 중 적어도 하나가, (ⅰ)적어도 하나의 가이드웨이 레일(rail)에 대해 평면인 갭 전체에 걸쳐 자기 인력(magnetic attraction forces)을 초래하고, (ⅱ)상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐, 적어도 하나의 회전을 수행할 수 있도록 하고 측방향 바람의 힘에 저항할 수 있도록 하기에 충분한 측방향 복원력(lateral restoring forces)을 초래하고, (ⅲ)하나 또는 복수 개의 권선들(windings)에서의 전류에 반응하여, 상기와 동일한 평면인 갭 전체에 걸쳐 길이방향의 힘(longitudinal forces)을 초래하며;The vehicle includes one or a plurality of arrays of magnets, wherein at least one of the magnet arrays (i) has a magnetic attraction across the gap that is planar with respect to at least one guideway rail. lateral restoring sufficient to cause magnetic attraction forces and (ii) be able to perform at least one rotation and resist lateral wind forces throughout the same planar gap as above. forces, and (i) in response to a current in one or a plurality of windings, results in longitudinal forces across the gap which is coplanar as above; 상기 적어도 하나의 제어 코일은 안정된 수직 갭(vertical gap)을 초래하기 위해 자석들 둘레에 권선되어 있으며;The at least one control coil is wound around the magnets to result in a stable vertical gap; 상기 제 1 제어 시스템은 상기 코일들을 제어하며;The first control system controls the coils; 상기 제 2 제어 시스템은, 상기 차량을 가속시키는 권선들을 구동하며;The second control system drives the windings to accelerate the vehicle; 상기 하나 또는 복수 개의 자석 어레이는 초전도체 자석들 및 영구 자석들 중 어느 하나 또는 둘 다를 포함하는;The one or the plurality of magnet arrays comprise any one or both of superconductor magnets and permanent magnets; 자기 서스펜션 시스템.Magnetic suspension system.
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