KR20080033440A - 차량의 마그네틱 스위칭에 의해 동작되는 가이드웨이 - Google Patents

차량의 마그네틱 스위칭에 의해 동작되는 가이드웨이 Download PDF

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KR20080033440A
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트라씨 엠. 클락
제시 멘델홀
리차드 디. 토른톤
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마그네모션, 인코포레이티드
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Abstract

수송 차량 스위칭용 시스템은 가이드웨이, 가이드웨이를 따라 이동하는 차량 및 스위치에서 소정의 방향으로 이동하도록 차량에 힘을 발생시키는 자기장 소스를 포함한다. 일단 차량이 스위치를 통해 이동하기 시작하면 가이던스는 표준 가이던스 시스템이 유효할 때까지 영구자석을 사용하여 지속될 수 있다. 스위칭 체계는 휠 및 자기부상을 포함하는 임의의 서스펜션 체계를 사용하여 동작할 수 있고, 수직 가이드 휠과 자기 가이던스를 포함하는 임의의 측방향 가이던스 체계를 사용하여 동작할 수 있다. 시스템은 개인 고속 이동, 물류운용 및 동일 샤프트의 다수의 기관실을 구비한 엘리베이터 등에 사용되고, 매우 가깝게 이격된 차량에 사용될 수 있다.
영구 자석, 가이드웨이, 가이던스,

Description

차량의 마그네틱 스위칭에 의해 동작되는 가이드웨이{GUIDEWAY ACTIVATED MAGNETIC SWITCHING OF VEHICLES}
본 발명은 차량의 수송에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가이드웨이상의 차량의 스위칭에 대한 방법 및 장치에 관한 것이다.
모든 가이드웨이는 다른 이동 방향 사이에서 선택하기 위한 수단을 가져야만 한다. 종래의 기차는 레일을 기계적으로 이동시킬 수 있는 스위치를 사용하는데, 스위티는 활성화하는데 몇 초가 필요하고 유지보수 문제를 갖는다. 자석 또는 에어 쿠션 서스펜션을 사용하는 모노레일 기차 및 시스템은 일반적으로 가이드웨이의 많은 부분의 이동을 요구한다. 어떤 자동화된 여객 수송 수단은 서스펜션을 위해 고무 타이어 휠을 사용하고 가이드웨이의 이동부에 의해 이루어진 스위칭으로 유도하기 위해 수직축 휠을 추가로 사용한다.
공장 또는 엘리베이터의 개인 고속 이동 또는 물류 운용과 같은 어떤 응용에서는, 단지 몇 초의 운행 간격으로 운전할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 이 경우, 가이드웨이 부분의 많은 움직임을 필요로 하는 스위치를 사용하는 것은 안전하지 않다. 따라서 차량 구동 메커니즘을 사용하여 스위칭을 수행하기 위한 다른 방법이 고안되었다. 이렇게 하는 가장 보편적인 방법은 차량을 우회시키기 위해 가이 드웨이와 상호작용하는 기계적인 휠을 사용하거나 미국 특허 제4,132,175 및 제6,857,374 처럼 스위치 포인트에서 직선으로 이동하는 것을 허용한다. 어떤 경우에는 차량에 장착된 스위칭 휠을 사용하고 이뤄지지만, 미국 특허 제5,277,124처럼 가이드웨이에 의해 활성화된다. 이것은 짧은 운행 간격으로 운전할 수 있게 하지만, 차량 제어가 제어기에 기반한 가이드웨이를 통해 조정되어야하기 때문에 신뢰성의 문제가 있다. 차량의 활성화 메커니즘 및 가이드웨이 제어를 사용하는 운행은 일반적으로 잠재적인 간섭 문제를 갖는 무선링크에 의존한다. 또한, 스위칭 메커니즘은 기계적이어서 유지 보수를 필요로 하고 실패하기 쉽다.
자기력을 사용하는 다수의 개선된 기계적 스위칭 체계가 제안되었다. 1) 미국 특허 제3,763,788호 및 제5,778,796호 및 제5,794,535호처럼 가이드웨이의 강자성체 구조에 인력을 발생시키기 위해 차량에 전자석을 사용하고; 2)미국 특허 제3,994,236호, 제5,503,083호, 제5,517,924호, 제5,865,123호 및 제5,904,101호처럼 변하는 자기장에 제어가능한 척력을 발생시키기 위해 단선 회로(open circuited) 또는 단락 회로일 수 있는 가이드웨이상에 코일을 사용하는 두 가지 방식이 존재한다. 이러한 방법 중 어느 것도 폭 넓은 성공 및 스위치 디자인을 돋보이게 하기 위해 지속하는 가이드웨이 기반의 기계적 메커니즘을 달성하지 못한다.
자기적으로 부상된 차량에 대해 반발식(ElectroDynamic Suspension, EDS)이 사용되는 특별한 경우에 대해, 한 경로에는 단락된 코일을 사용하고 다른 경로에는 코일을 개방함으로써 자기 스위칭을 생성하는 것이 가능하다. 이것은 이동 자석에 척력을 생성하거나 아무 힘도 생성하지 않으며 이러한 아이디어의 변형이 미국 특 허 제3,994,236호, 제5,503,083호, 제5,517,924호, 제5,865,123호 및 제6,784,572호에 포함되어 있다. 이러한 기술은 가이드웨이가 활성화되고 이동하는 부분을 갖지 않는 장점을 갖지만, 오늘날 사용되는 대부분의 서스펜션 타입으로 작동되지는 않는다.
상기 관점에서, 본 발명의 목적은 차량 스위칭에 대한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 더욱 상세한 목적은 가이드웨이의 차량에 적용할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 차량 서스펜션 및 유도 메커니즘으로 작동하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비제한적인 예에 의해 자동차, 버스 및 트럭과 같은 휠 달린 "도로" 차량으로뿐만 아니라 (비제한적인 예로서) 기차, 트롤리, 개인고속이동 차량 및 화물 운반차량과 같은 "궤도" 차량으로 사용될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 작은 운전 간격을 요구하는 애플리케이션에 적용할 수 있는 소량의, 만약 있다면, 이동 가능한 기계적 유도 성분을 필요로 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 내용은 예를 들어 병합 및/또는 분기 위치와 같은 가이드웨이 스위치 포인트에서 차량 이동 방향을 제어하기 위해 차량에 ,예를 들어 측면의 힘과 같은, 힘을 가이드웨이에 발생시키기 위해, 예를 들어 전자석과 같은 자석을 갖는 운반 및 다른 수송 시스템을 제공하는 발명에 의해 얻어지는 목적 중 하나이다. 자석은 차량의 위치(및, 예를 들어 가이드웨이의 다른 것)를 감시하고 움직이는 차량 자체에 제어 신호를 전송할 필요없이 스위칭을 제어할 수 있는, 예를 들어 가이드웨이 기반 제어기에 의해 제어될 수 있다.
본 발명에 관련된 측면에서, 상기 차량은 예를 들어 휠, 자석, 공기 압력 또는 다른 힘 발생 수단을 이용하는 표준 가이던스 시스템을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 스위칭은 가이드웨이 기반 전자석에 의해 시작된다.
본 발명에 관련된 다른 측면에 따르면, 전자석이 DC 또는 낮은 주파수의 AC를 사용하여 여기되어, 예를 들어, 차량 자체의 강자성체 극판 또는 휠 또는 다른 스위칭 구조에 인력을 발생시키거나, 높은 주파수의 AC를 사용하여 여기되어 도전성 극판 또는 휠 또는 다른 스위칭 구조에 척력을 발생시킬 수 있다. 소정의 방향으로 차량을 이동시키기 위해 가이드웨이의 반대편에 작동하는 인력 및 척력 모두를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 스위칭은 전자석에 의해 시작되지만 일단 차량이 짧은 거리를 이동하면 스위칭은 가이드웨이에 위치하는 하나 이상의 영구자석에 의해 완료된다. 영구 자석은 표준 유도 메커니즘이 유효할 때까지 소정의 경로상에 차량을 유지할 수 있다.
본 발명에 따르는 방법 및 장치는 다른 것들 중에서, 선형 모터에 의해 추진되는 유도 차량에 적합하다. 이러한 추진 체계 및 가이드웨이 기반 자기 스위칭을 사용하여 전체 추진 장치 및 제어 시스템이 가이드웨이 상에 배치되며 따라서 차량은 비활성화되고, 제어신호를 움직이는 차량으로 전송할 필요가 없게 된다.
본 발명의 이러한 측면 및 다른 측면은 하기의 도면 및 청구범위에서 명확하다.
본 발명의 더욱 완벽한 이해는 도면을 참고로 하여 얻어질 수도 있다.
도1은 양 방향일 수 있는 동작의 분기 경로에서 이동하는 차량을 나타낸다. 이 예에서, 표준 유도는 휠에 위해 이뤄지며, 전자석 및 영구 자석 모두는 강자성체 휠를 잡아당겨 스위치 영역에 걸친 스위칭 및 유도를 달성한다.
도2는 차량이 직선 경로에서 움직이는 것을 제외하고 도1과 동일한 시스템을 나타낸다.
도3a 및 3b는 강자성체 휠에 인력을 발생시키기 위해 적합한 전자석 디자인의 상부도 및 측면도를 각각 나타낸다.
도4a 및 도4b는 차량의 스위칭 구조로써 작용하는 극판에 힘이 가해지는 것을 제외하고는 도3a 및 도3b와 동일하다.
도5a 및 도5b는 표준 가이던스에는 균열이 있지만 차량이 이미 올바른 경로에 있을 경우 어떻게 영구자석은 끌어당기는 유도력(guidance force)을 제공할 수 있는지를 나타낸다. 도5a는 상이한 방향으로 세 개의 자석을 사용하며, 도5b는 자속을 집중시키는데 사용되는 강자성체 극편을 구비한 단일 자석을 나타낸다. 세 개 자석 구성은 더 많은 유도력을 발생시키지만 많은 비용이 든다.
도6a는 다른 자석 디자인에 대한 자기장 선분(line)을 나타내며, 영구 자석 이 전자석 코일에 의해 발생하는 자기장을 증가시키는데 사용된다.
도6b는 코일 전류가 역류하고 도6a의 자석 디자인에 의해 발생한 매우 작은 힘이 존재할 경우의 자기장 선분을 나타낸다.
서론
여기에 기재된 발명은 본 발명자에 의한 이전 작업의 결과로, 미국특허 제6,101,952에 기재되어 있으며, 본 명세서에 참고로 포함되어 있다. 거기에서 논의된 디자인은 상업적인 응용에 성공적으로 사용되어 왔다. 하기의 논의로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 개시된 자석 스위칭은 다양한 서스펜션 및 안내 체계로 작동시키고, 차량에 제어가능한 힘을 발생시키기 위해 가이드웨이에 전자석을 사용하여 차량이 여러 방향 중 특정 방향으로 진행하도록 하며 병합 지점에서 안전하게 운전하도록 수정된다.
도면과 하기의 내용에 나타난 것처럼, 본 발명의 예시된 실시예는 가이드웨이의 스위치 포인트에서 분기 또는 병합하기 위해 자력을 활용한다. 스위칭은 병합 또는 분기 위치, 즉, 스위치 포인트에서 차량에 힘(즉, 수평력)을 발생시키기 위해 차량의 하나 이상의 휠 또는 극판 또는 다른 형태의 스위칭 구조와 상호작용하는 가이드웨이의 하나 이상의 자석에 의해 발생한 자기장의 상호작용에 의해 이뤄진다. 자기장은 인력 또는 척력을 모두 발생시킬 수 있고, 어떤 경우에는 측면의 인력은 다른 측면의 척력에 의해 증가할 수 있다.
일반적으로, "스위칭 구조"는 스위칭 구조가 결합된(예를 들어 물리적으로) 차량의 궤도에 영향을 줄 수 있는 힘을 발생시키기 위해 자기장과 상호작용할 수 있는 하나 이상의 구조를 설명하는 데 사용된다. 차량의 하나 이상의 휠 또는 하나 이상의 휠의 임의의 조합 및/또는 판 및/또는 다른 구조와 같은 스위칭 구조는 강자성 물질 또는 자기장이 존재할 때 자성을 얻는 상자성(paramagnetic) 물질의 사용을 포함한다.
스위칭 메커니즘은 휠 및 자기부상(자기 부상 열차, maglev)을 포함하는 기지의 다수의 서스펜션 체계 중 어떤 것을 사용하여서도 동작할 수 있고, 수평 가이드 휠 및 자기 유도를 포함하는 임의의 측방유도체계를 사용하여 동작할 수 있다. 또한, 차량은 가이드웨이 보다 위에 있거나 가이드웨이 위에 떠있을 수 있다.가이드웨이에 활성화 매커니즘을 가짐으로써, 차량이 수동조작될 수 있고 움직이는 차량에 제어 정보를 전송할 필요가 없게 된다. 자기장은 몇 초 동안 나타났다가 사라질 수 있으며, 따라서 시스템은 개인 고속 이동, 물류 운용 및 동일 샤프트에 다수의 운전실을 갖는 엘리베이터처럼 매우 가깝게 배치된 차량에 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 활성 차량 제어를 요구하는 시스템에 비해 보다 안전하고 신뢰할 수 있다.
표준 가이던스가 가이드 휠을 사용할 경우의 자기 스위칭 기반 가이드웨이 사용
도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예의 상부도를 나타낸다. 이 실시예에서, 차량(4)은 가이드 레일(3A, 3B, 3C)과 상호작용하여 측방 유도를 제공하기 위해 수평 휠(5L, 5R)(즉, 종축 휠)을 스위칭 구조로서 사용한다. 차량(4)은 8개의 가이드 휠(5L, 5R)을 갖는다. 명확한 설명을 위해, 서스펜션 및 추진 메커니즘은 도시하지 않는다. 스위치 포인트로부터의 표준 이동을 위해, 수평 휠(5L, 5R)은 차량(4)을 유도한다. 스위치 포인트(7) 근처에서, 가이던스 레일에는 단락이 있으며, 가이던스는 전자석(1D, 1S), 및 영구 자석(2D, 2S)의 조합으로 이뤄진다. 다음은 이 실시예의 동작 측면에 대한 보다 상세한 설명이다.
도1에 관한 동작 예에서, 차량(4)은 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하고 차량(4)를 스위칭하려고 하기 때문에 차량(4)은 우측 지선으로 우회한다. 우회하기 위해, 전자석(1D)은 활성화되고 전자석(1S)은 활성화되지 않는다. 활성화된 자석(1D)은 활성화된 자석(1D)에 가까이 위치한 차량(4)의 우측 강철 휠(5R)을 잡아당기기 때문에, 차량(4)이 우측 지선(8)을 향해 움직인다. 차량(4)이 우회 경로(8) 아래로 출발한 잠시 후에, 차량(4)을 잡아당기고 우회 경로(8)의 이동을 계속하도록 하는 영구자석(2D)을 만난다. 영구자석의 사용은 비용 및 복잡성을 줄일 수 있으며, 차량이 우회하기 위해 일단 출발하면 전력 이상이 있을 경우에도 경로 상에서 계속될 것이라는 것을 보장할 수 있다. 영구자석(2S)으로부터의 자기장은 충분히 빠르게 감소하기 때문에 차량(4)에 많은 인력을 발생시키지는 않는다. 결국 차량(4)은 우측 지선(8)으로 충분히 멀리 이동하기 때문에 좌측 가이드 휠(5L)이 좌측 가이드 레일(3D)에 맞물린다. 우측 가이드 휠(5R)과 함께, 가이드 레일(3B)에 유지되는 접촉인 이러한 맞물림은 차량(4)이 휠 가이던스를 사용하여 우측 지선(8)으로 가는 것을 허용한다.
도2는 차량(4)이 지선(9)을 따라 직선으로 진행하는 것을 바라는 동작 예를 제외하고는 도1과 동일한 시스템을 나타낸다. 직선 운동을 하도록 하기 위해, 전자석(1S)이 활성화되고 전자석(1D)은 활성화되지 않는다. 활성화된 자석(1S)은 차량(4) 좌측의 강철 휠(5L)을 끌어당기기 때문에 차량(4)이 지선(9)의 직선 경로에 머문다. 차량(4)이 전자석(1S)과 마주친 잠시 후, 차량은 계속해서 차량(4)을 잡아당기는 지선(9)의 직선 경로 밑으로 이동하는 것을 방지하는 영구 자석(2S)과 마주칠 것이다. 영구자석의 사용은 비용 및 복잡성을 감소시키며 일당 차량이 직선 경로에서 출발하면 비록 전력 이상이 있을지라도 경로에서 계속 이동하는 것을 보정할 수 있다. 상기 동작예처럼, 영구자석(2D)으로부터의 자기장은 충분히 빠르게 감소하기 때문에 차량(4)에 상당한 인력을 발생시키지는 못한다. 결국 차량(4)은 충분히 멀리 이동하기 때문에 우측 가이드 휠(5R)은 우측 가이드 레일(3C)에 맞물린다. 따라서 가이드 레일(3A)에 맞물리는 좌측 가이드 휠(5L)을 사용하여 차량(4)은 휠 가이던스를 구비한 지선(9)을 따라 계속 이동한다.
다른 동작예에서, 차량(4)이 반대 방향, 즉 도1 및 도2의 우측에서 좌측으로 으로 이동할 경우, 차량(4)은 다른 지선과 합류된다. 차량(4)의 스위칭 구조(예를 들어, 도1 및 도2에 구형된 휠)의 적절한 면에 근접한 전자석은 차량(4)이 영역을 따라 유도되는 것을 보증하기 위해 활성화되는데, 이 영역에서 가이드 휠의 일부는 가이드 레일과 접촉하지 않는다. 만일 어떤 이유에서든지 전자석이 활성화되지 않으면 합류되는 휠은 안전한 방식으로 이동을 계속하려는 경향이 있지만 적절한 전자석이 존재할 때보다는 측방 이동이 더 많을 수 있다.
일부 실시예에서, 스위치 포인트의 길이를 따라 영구자석을 전자석으로 대체 할 수도 있다. 이러한 선택은 좀 더 비싼 경향이 있지만 가이드웨이 자석과 접촉하여 도착할 수 있는 상당량의 강자성체 물질이 존재하는 영역에서 차량이 작동할 경우, 또는 영구 자석이 다른 이유로 바람직하지 않은 경우에 적당할 수도 있다.
휠에 충분한 자력을 얻기 위해 강철 휠 또는 다른 타입의 휠 사용이 불가능할 경우, 인력을 얻기 위해 차량의 스위칭 구조로써 하나 이상의 강자성체 극판을 차량에 사용할 수 있다. 또한 이러한 상호작용이 필요할 경우 척력을 얻기 위해 도전성 극판이 사용될 수 있다. 강자성체 극판을 구현하는 방법은 전자석(1D) 또는 영구자석(2D)에 접촉하지는 않지만 근접하게 배치된 강자성체 극판(6)을 구비한 도1에 나타나 있다.
자기 스위칭이 휠 서스펜션 시스템으로 사용될 경우 스위치에서 선회를 제공하기 위한 둘 이상의 아주 명확한 방법이 있다. 자기력은 서스펜션 휠을 조종하는 데 사용될 수 있기 때문에 가이던스를 수행하며, 또는 자기력은 서스펜션 휠을 잡아끈 다음 회전시키는데 사용된다. 예를 들어, 선형 모터에 의해 추진이 이뤄질 경우 휠 견인을 요구하지 않는 경우는 적기 때문에, 휠은 낮은 마찰 접촉 표면을 가질 수 있으며, 따라서 서스펜션 휠을 측면으로 짧은 거리만큼 잡아끄는데 너무 많은 힘을 필요로 하지 않을 수도 있다. 서스펜션 휠 조종 동작 발생은 더욱 어려울 수도 있지만 보다 적은 가이던스력을 필요로 할 것이다. 조종을 위한 이러한 접근법 모두는 본 명세서에 기재된 다양한 자기 스위칭 실시예로 이룰 수 있다.
차량을 조종하기 위해 자기력을 사용하는 경우, 함께 결합된 차량의 반대측의 휠를 갖는 것이 바람직하기 때문에 차량의 일측면의 자기력이 양측 휠을 조종할 수 있다. 이러한 결합은 다른 유형 및 조합의 스위칭 구조 사용에도 수행될 수 있다(예를 들어, 조종은 차량을 조정하기 위해 결합된 극판과 같은 스위칭 구조의 이동에 의해 이뤄질 수 있다.
자석 디자인
도3a 및 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 가이드 휠의 인력을 발생시키기 위한 U형 전자석을 사용하기 위해 가능한 방법의 상부도 및 단면도이다. 가이드 휠(14)은 잡음 및 가이드웨이의 마모를 줄이기 위해 탄성 물질의 얇은 림(rim)을 가지며, 강자성체 코어를 포함하기 때문에 전자석이 휠에 인력을 발생시킬 수 있다. 휠(14)은 상대적으로 높은 저항률을 갖는 스테인리스 스틸 또는 다른 비 강자성체 물질로 만들어진 주행 표면(13)에 접촉한다. 전자석(1S, 1D)은 코어(10), 렉(leg)(12) 및 렉(12)에 코일을 구성한 권선(11)을 가지며, 휠(14) 근처에 강력한 자기장를 발생시키기 위해 코일은 전류로 여기(勵起)되며, 코일은 주행 표면(13)에 감긴다.
가이드웨이 및 자석의 크기는 차량의 휠 크기에 따라 다양하다. 예를 들어, 자석 구조에 가능한 한 작은 간극을 사용하도록 가이드웨이 및 자석 구조를 선택, 및/또는 차량이 소정의 방향으로 이동할 것을 보증하도록 충분히 큰 힘을 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
휠의 탄성 접지면을 제거하는 단계 및/또는 주행 표면 제거 단계를 포함하여 휠이 전자석의 렉에 접촉하도록 하는 다양한 변형이 가능하다. 이러한 변형은 비록 소음과 가이드웨이 자석의 마모가 클지라도 힘을 증가시킬 것이다.
도4a 및 도4b는 휠 대신에, 스위칭 구조로 작용하는 강자성체 극판(16)에 인력이 인가된다는 것을 제외하고는 도3a 및 도3b에 나타난 것과 유사한 시스템의 다른 실시예를 나타낸다. 커버가 필요 없더라도, 코일 및 적층물을 보호하기 위해 커버(17)가 사용될 수도 있다.
또한, 도4a 및 도4b의 강자성체 극판(16)은 도전성 극판이 아닌 비강자성체로 교체되고, 권선(11)에 의해 구성된 코일은 적절한 AC 주파수에 의해 여기된 다음, 척력이 극판에 작용한다. 척력은 차량을 소정의 방향으로 미는데 사용된다. 어떤 경우에는 충분히 높은 전기 주파수를 사용하여 강자성체 극판이 반발하게 할 수 있다. 비강자성체 극판을 밀어내기 위한 AC 주파수는 일반적으로 50 내지 500Hz이고, 강자성체 극판을 밀어내기 위한 AC 주파수는 더 높다.
도5a 및 도5b는 영구자석이 어떻게 본 발명의 일실시예에 사용되는 힘을 발생시킬 수 있는지를 보여준다. 영구자석의 사용은 일단 차량이 스위치 포인트에서 소정의 방향으로 출발하고 표준 가이던스 메커니즘의 브레이크가 있는 영역에 존재할 때만 유효하다. 도5a는 화살표(41, 42, 43)로 표시된 상이한 필드 방향을 갖는 영구자석(21, 22, 23) 사용의 단면도이다. 도5b는 자속을 공기 간극으로 이송하는 쐐기형 강철 기둥(25, 26)으로 교체된 도5a의 자석(21, 23)을 나타낸다. 두 경우 모두에는 공기 간극의 필드 화살표에 의해 체계적으로 표시된 강한 인력이 존재한다. 자석의 사용은 비록 비용이 어느 정도 높기는 해도 강력한 힘을 제공할 것이다. 다른 가이던스력을 사용할 수 없을 경우 이들 모두 또는 또 다른 영구자석의 구조는 가이드웨이의 올바른 측면으로 차량을 유지하는데 사용될 수 있다. 자석은 단면에 수직인 방향으로 모든 임의의 길이일 수 있으며, 자석의 표면은 가이드레일의 외형을 따라 선택될 수 있다.
어떤 경우에는, 제어가능한 인력을 발생시키기 위해 전자석과 결합된 영구자석을 사용하는 것도 바람직할 수 있다. 본 발명의 실시예와 일치하는 도6a 및 도6b는 전자석 렉(34)이 전자석 렉에 부착된 영구자석(32)을 갖는다는 점을 제외하고는 도3a, 3b, 4a, 4b의 것과 유사한 U형 자석에 대한 자기장선분을 나타낸다. 코일(33)은 자석(32) 및 렉(34) 모두의 둘레에 감긴다. 차량 자석구조(31)를 잡아당기기 위해, 도6a에 표시된 것처럼, 영구자석의 자기장을 보조하기 위해 권선(33)이 여기된다. 도6에 표시된 것처럼, 차량을 잡아당기지 않기 위해, 전류가 역전되어 대부분의 자기장을 취소한다. 어떤 경우에는, 이 디자인은 특히 자석 간극이 클 경우, 일정한 코일 낭비에 대해 더욱 강력한 힘을 발생시킬 수 있다.
당업계에 명백한 것처럼 또 다른 자석 구성이 사용될 수 있다.
엘리베이터
본 명세서에 기재된 스위칭 체계는 엘리베이터 샤프트 경사면의 상승 동작 또는 수직 이동을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 차량은 한 샤프트를 올리고 다른 샤프트를 내리는 선형 모터에 의해 추진될 수 있으며, 샤프트는 가이드웨이처럼 동작한다. 샤프트 내의 자기 스위칭은 한 샤프트에서 다른 샤프트로 차량(즉, 기관실)을 이동시키는데 사용될 수 있다.
이러한 시스템은, 직선 가이드웨이(9)는 수직이고 지선 가이드웨이(8)는 지면에 대해 수평으로 변경된 도1 내지 도2의 시스템과 공통점을 가질 수 있다. 전자 석(1S, 1D) 및 또는 영구자석(2S, 2D)은 지선 가이드웨이(8) 측면의 한 엘리베이터 샤프트에서 다른 엘리베이터 샤프트(다른 직선 가이드웨이)로 차량(4)을 이동시키기 위한 적정한 측 방향 힘을 제공할 수 있다. 또한, 지선 가이드웨이(8)는 차량(4)이 항상 수직을 유지하기 때문에 방향을 맞출 수 있게 된다. 예를 들어, 직선 가이드웨이(8)는 지선 가이드웨이(8)에 수직일 수 있기 때문에 차량(4)이 가이드웨이(8, 9)의 교차점에 접근할 경우, 전자석(1S)이 차량(4)의 측면을 지선 가이드웨이(8)로 밀기 위해 활성화될 수 있다. 또한, 전자석(1D)은 차량(4)을 지선(8)에서 당기기 위해 활성화될 수 있으며, 또는 두 전자석(1S, 1D) 모두 상보적으로 동작할 수 있다.
여기에 기재된 자기 스위칭 사용의 장점은 한 샤프트에서 다른 샤프트로 이동하는 엘리베이터에 대해 짧은 운행간격으로 믿을 수 있게 작동하는 능력이다. 높은 빌딩에 대해, 본 발명의 실시예는 한 샤프트당 적어도 4개의 기관실 사용 및 10 내지 15초 간격의 운행을 허용할 수 있다. 본 발명의 실시예는 플로어에 더 많은 사용가능한 공간을 만들기 위해 감소된 엘리베이터 영역 및 일정한 용량을 달성하기 위해 필요한 샤프트 수의 더 많은 감소 또는 4라는 계수를 허용한다.
변형
여기에 기재된 것 이외에 많은 변형이 있을 수 있다. 다음은 몇 개의 예이다.
도1 및 도2에 예시된 실시예 및 이러한 실시예에 대해 기재된 동작 모드는 모두 단순히 예시적인 것임을 알 수 있다. 구성 요소의 다양한 변형, 및 이러한 구 성 요소의 동작은 본 명세서의 범주 내에서 구현될 수 있다. 예를 들어 스위칭 구조(예를 들어, 하나 이상)로 작용하는 휠의 수; 가이드웨이에 대해 배치된 임의의 자석의 수, 사이즈, 강도; 가이드웨이에 대한 휠의 방향(즉, 휠은 수평으로 향할 필요가 없고, 수직으로 향하거나 임의의 다른 각도로 향할 수 있다.); 차량 서스펜션의 유형(예를 들어, 휠, 자석, 에어 쿠션 등에 의해); 가이드웨이의 구조(예를 들어, U형 가이드웨이처럼, 차량의 스위칭 구조에 근접한 자석을 향하도록 가이드웨이에서 이동하는 차량을 향해 측방향으로 연장되는 부분을 갖는 구조); 스위칭 포인트에서의 지선 수(예를 들어 3 이상의 수); 및 여기에 기재된 본 발명의 임의의 실시예를 활용하는 철도 차량의 수;가 변할 수 있다. 여기에 기재되고 당업자에 의해 이해될 이러한 변형은 본 명세서의 범주 내에 있다.
표준 가이던스에 대한 가이드 휠과 다른 방법을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 미국특허 6,101,952에 기재된 바와 같이 표준 차량 가이던스가 자석일 경우, 자기 스위칭력은 차량 판이 자석에 붙을 정도로 크다. 이 경우,스위칭력을 제어하기 위해 간극 센서 및 피드백을 사용하는 것이 바람직하고, 따라서 접촉은 발생하지 않는다.
차량은 일반적인 철도차량에 사용되는 것처럼, 둘 이상의 보기(bogie)에 의해 유지될 수도 있다. 이 경우, 각 보기는 강자성체 휠 또는 판 또는 다른 스위칭 구조를 가질 수 있기 때문에 자기 스위칭력은 보기를 소정의 방향으로 향하게 할 수 있다.
도1은 8개의 가이드 휠을 구비한 차량을 나타낸다. 물론 오직 4개의 가이드 휠을 사용하여 작동시킬 수도 있으며, 어떤 경우에는 두 개의 휠로 충분할 수도 있다.
많은 경우에 차량은 휠로 지지되지만, 자기력과 같은 다른 메커니즘에 의해 지지되는 차량을 스위칭할 수도 있다. 도전성 시트 또는 다른 도전성 구조에 작용하는 척력을 구비한 반발식(EDS)을 사용하는 시스템의 경우, 자기 스위칭력은 스위치 영역을 통과하는 차량의 측방향 위치를 제어할 수 있다. 가이드웨이 아래로 매달린 차량을 구비한 흡인식(ElectroMagnetic Suspension, EMS)을 사용하는 시스템의 경우, 자기 스위칭은 스위치 영역에서 차량을 측방향으로 이동시키는데 사용될 수 있다.
전술된 내용에 대한 또 다른 이해는 가이던스 및 스위칭 모두에 자기력을 사용하는 것을 언급한 미국특허 제6,101,952를 참고로 하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 기재되어 있지만, 당업자에게 나타날 다른 실시예 및 변경은 본 발명의 정신 및 범주 내에 있음을 이해할 것이다. 실제로 일 실시예와 연관지어 예시되고 설명된 하나 이상의 특징들이 다른 실시예의 하나 이상의 특징들과 결합될 수도 있다. 이러한 변경 및 변형은 본 발명의 범주내에 포함되도록 하기 위한 것이다.

Claims (21)

  1. 차량에 배치된 제1 스위칭 구조;
    차량의 이동을 유도하는 가이드웨이; 및
    제1 전자석 및 상기 전자석 부근의 상기 제1 스위칭 구조의 적어도 한 부분 사이의 자기력을 포함하여 스위치 포인트에서 상기 차량을 유도하기 위해 가이드웨이 부분에 배치된 제1 전자석;을 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 구조는 하나 이상의 가이드 휠을 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 구조는 하나 이상의 극판을 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 구조는 강자성체 또는 상자성체 물질을 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    영구자석 부근의 제1 스위칭 구조의 적어도 일부분 및 영구자석 사이에 자기력을 유도하기 위해 가이드웨이 부분에 배치된 하나 이상의 영구자석을 더 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자석은 교류에 의해 여기되는 차량 스위칭 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차량은 적어도 두 개의 보기를 포함하고, 상기 전자석은 상기 전자석 및 각각의 상기 보기 사이에 힘을 유도하는 차량 스위칭 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가이드웨이는 경사지거나 수직인 차량 스위칭 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자석은 전자석의 전력 요구를 줄이거나 자기력을 증가시키기 위해 하나 이상의 완전한 영구자석을 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    차량에 배치된 제2 스위칭 구조; 및
    제2 전자석 및 상기 제2 스위칭 구조의 적어도 일 부분 사이에 자기력을 유도하기 위해 상기 제1 전자석에 관련된 상기 가이드웨이의 반대 부분에 배치되는 제2 전자석;을 더 포함하는 차량 스위치 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가이드웨이는 차량의 이동을 유도하기 위한 제1 가이드레일을 포함하고, 상기 제1 전자석은 상기 제1 가이드레일 부근의 상기 제1 스위칭 구조의 적어도 일부분 및 상기 제1 가이드 레일 사이에 자기력을 유도하기 위해 구성되는 차량 스위치 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    가이드웨이의 일부로 작용하는 제2 가이드레일;
    상기 제2 가이드레일을 끌어당기기 위해 상기 차량에 배치된 제2 스위칭 구조; 및
    상기 제2 가이드레일 부근의 상기 제2 스위칭 구조의 적어도 일부분 및 상기 제2 가이드레일 사이에 제2 자기력을 유도하기 위한 제2 전자석;을 더 포함하고, 상기 차량은 상기 제1 가이드레일 및 상기 제2 가이드레일 사이에서 이동하도록 구성되는 차량 스위칭 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 시스템이 엘리베이터 시스템으로 구성되는 차량 스위칭 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가이드웨이는 다수의 연결된 엘리베이터 샤프트로 구성되는 차량 스위칭 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 다수의 연결된 엘리베이터 샤프트를 통해 운행하도록 구성된 다수의 엘리베이터 기관실을 더 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 다수의 엘리베이터 기관실은 네 개 이상의 엘리베이터 기관실을 포함하는 차량 스위칭 시스템.
  17. 가이드웨이에서 차량을 이동시키는 단계;
    가이드웨이에 배치된 자석을 사용하여 차량의 측방향으로 배치된 가이드웨이의 적어도 일부분 및 차량 사이에 자기력을 유도하여 스위치 포인트에서 차량을 끌어당기는 단계;를 포함하는 차량 스위칭 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자기력을 유도하는 단계는 상기 자석이 상기 자기력을 유도하기 위해 차량에 결합된 스위칭 구조와 상호작용하는 단계를 포함하는 차량 스위칭 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 자기력을 유도하는 단계는 교류를 사용하여 전자석을 활성화하는 단계를 포함하는 차량 스위칭 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 자기력을 유도하는 단계는 상기 스위치 포인트에서 상기 차량을 끌어당기기 위해 상기 가이드웨이에 배치된 영구자석을 사용하는 단계를 포함하는 차량 스위칭 방법.
  21. 차량에 배치된 스위칭 구조;
    상기 차량의 이동을 유도하는 가이드웨이; 및
    하나 이상의 자석 부근의 스위칭 구조의 적어도 일부분 및 하나 이상의 자석 사이에 자기력을 유도하기 위해 가이드웨이 부분에 배치되어 스위치 포인트에서 상기 차량을 끌어당기는 하나 이상의 자석;을 포함하는 차량 스위칭 시스템.
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