KR20190017008A - 차량용 자기 서스펜션 - Google Patents

Abstract

차량(20)용 자기 서스펜션 시스템(MC1; MC2; MC3)이 설명되며 시스템(MC1; MC2; MC3)은: 자기 필드에 대해 반응하는 재료로 이루어지고 2개의 대향 측 표면들(R1, R2)을 포함하는 레일(30); 실질적으로 U-형상이며, 레일 상에서 슬라이딩하고 레일에 의해 부분적으로 점유되는 빈 공간(G)을 한정하는 대면 표면들(P1, P2)을 갖는 2개의 평행 아암들(54)을 포함하는 스키드(50)를 포함하며, 레일의 2개의 대향 측 표면들 각각은 2개의 평행 아암들을 대면하는 표면들 중 하나를 각각 대면하고, 상기 스키드는 그들 대면 표면들에 직각인 극축(Q)을 갖는 자기 필드를 생성할 수 있다.

Description

차량용 자기 서스펜션

본 발명은 일반적으로 차량 또는 승객실, 특히 이하에서 예로서 취해지는 열차와 같은 대중 교통 수단에 대한 자기 서스펜션에 관한 것이다.

순항 속도를 증가시키기 위해, 일부 열차들은 부상 시스템들(levitation systems)을 통해 지면에서 떨어져 주행하며, 이는 2개의 타입들로 분할될 수 있다: 압축 공기 시스템들(US5909710 참조) 및 자기 필드 시스템들(US6664880 또는 인덕트랙(Inductrack) 시스템들 참조). 제1 시스템들은 열차 아래에 고압 공기를 불어 넣어서 쿠션을 형성하며; 2 시스템들에서, 열차 아래의 자석들은 트랙들에 포함되는 권선들 내부에 와전류들을 생성하여, 그것에 의해 지지 자기 필드를 유도한다.이들 시스템들 중 각각의 것은 단점들을 갖는다.

압축 공기는 비싸고, 부피가 큰 터빈들에 의해 생성되고, 많은 에너지에 의해 동력을 공급받는다. 또한, 트랙들 상의 권선들은 부피가 크고 비싸고(예를 들어 구리), 자기 쿠션은 열차가 충분히 빠른 경우에만 출현하며, 그렇지 않으면 느리 속도에서 후자는 휠들 상에서 주행해야만 한다.

그 다음, 에너지 분산들 및 포함된 복잡성을 거의 갖지 않는, 대안, 특히 저렴한 자기 서스펜션 시스템을 제안함으로써 이들 문제들 중 하나 이상을 극복하기를 원한다. 시스템은 첨부된 청구항들에 정의되며, 여기서 종속 청구항들은 유익한 변형예들을 정의한다.

차량 또는 승객실용 자기 서스펜션 시스템은,

- 2개의 대향 측 표면들을 포함하는 제1 요소;

- 실질적으로 U-형상이며, 제1 요소에 대해 슬라이딩 가능하고 제1 요소에 의해 점유되는 빈 공간을 한정하는 대면 표면들을 갖는 2개의 평행 아암들을 포함하는 제2 요소들로서, 제1 요소의 2개의 대향 측 표면들 각각은 2개의 평행 아암들의 대면 표면들 중 하나를 각각 대면하는 제2 요소들;

- 상기 대면 표면들 및 상기 대향 측 표면들과 마주치고 이를 통과하는 자기 필드를 생성하기 위한 자기 필드 생성기로서, 자기 필드의 극축이 그러한 표면들에 직각인 자기 필드 생성기를 포함하며;

제1 및 제2 요소들은 제2 요소의 빈 공간 내부에 수직으로 매달리는 제1 요소를 유지시키기 위한 충분한 힘을 생성할 수 있는 폐쇄 회로를 상기 생성된 자기 필드에 대해 구성한다.

본 발명의 다른 양태는 차량 또는 승객실용 자기 서스펜션 방법이며, 방법은:

바람직하게는 자기 필드에 응답하는 재료로 이루어지는 제 1요소를 실질적으로 U-형상을 갖고 제1 요소에 대한 빈 공간을 한정하는 2개의 평행 아암들을 포함하는 제2 요소 내부에 그것을 삽입시킴으로써, 슬라이딩 가능하게 결합시키는 단계,

제1 및 제2 요소의 대면 표면들에 수직인 극축을 갖고, 그러한 표면들과 마주치고 이를 통과하는 자기 필드를 2개의 평행 아암들의 대면 표면들(P1, P2) 사이에 생성하는 단계를 포함하며;

제1 및 제2 요소들은 제2 요소의 빈 공간 내부에 수직으로 매달리는 제1 요소를 유지시키기 위한 충분한 힘을 생성할 수 있는 자기 필드에 대한 폐쇄 회로를 구성한다.

바람직한 실시예는 하기를 포함하는 시스템을 예상하며, 시스템은,

- 2개의 대향 측 표면들을 포함하는 레일 형태의 제1 요소;

- 실질적으로 U-형상이며, 레일에 대해 슬라이딩 가능하고 레일에 의해(예를 들어 부분적으로) 점유되는 빈 공간을 한정하는 대면 표면들을 갖는 2개의 평행 아암들을 포함하는 제2 요소로서, 레일의 2개의 대향 측 표면들 각각은 2개의 평행 아암들의 대면 표면들 중 하나를 각각 대면하는 제2 요소,

- 그러한 표면들에 직각인 극축을 갖고 상기 대면 표면들 및 상기 대향 측 표면들과 마주치고 이를 통과하는 자기 필드를 생성하기 위한 자기 필드 생성기를 포함하며,

레일 및 슬라이딩 요소는 슬라이딩 요소의 빈 공간 내부에 수직으로 매달리는 제1 요소를 유지시키기 위한 충분한 힘을 생성할 수 있는 폐쇄 회로를 상기 생성된 자기 필들에 대해 구성한다.

다른 바람직한 실시예는 하기를 포함하는 시스템을 예상하며, 시스템은,

생성된 자기 필드에 반응하는 재료로 이루어지고 2개의 대향 측 표면들을 포함하는 레일;

실질적으로 U-형상이며, 레일 상에서 슬라이딩 가능하고 레일에 의해(예를 들어 부분적으로) 점유되는 빈 공간을 한정하는 대면 표면들을 갖는 2개의 평행 아암들을 포함하는 스키드(skid) 형태의 슬라이딩 요소를 포함하며,

레일의 2개의 대향 측 표면들 각각은 2개의 평행 아암의 대면 표면들 중 하나를 각각 대면하며,

상기 스키드는 상기 대면 표면들에 수직인 극축을 갖는 자기 필드를 생성할 수 있다.

바람직하게는, 상술한 일반적인 정의 및 본 텍스트에 설명되는 변형예들에서, 레일은 제1 요소에 대응하고, 슬라이딩 요소 또는 스키드는 제2 요소에 대응한다.

바람직하게는, 슬라이딩 요소 또는 스키드 또는 상기 제2 요소는 승객실 또는 차량과 일체형인 반면에, 제1 요소 또는 레일은 승객실 또는 차량의 경로에 대한 지지 구조와 일체형이다. 그러나, 위치들을 바꾸는 것은 가능하다.

제1 요소 또는 레일 및 슬라이딩 요소의 구조를 단순화하기 위해, 제1 요소 또는 레일은 실질적으로 평면이고 제2 요소 또는 스키드는 U-형상인 것이 바람직하지만, 역방향 솔루션이 사용될 수 있다.

레일 또는 제1 요소의 구조를 단순화하기 위해, 자기 필드 생성기가 슬라이딩 요소 또는 제2 요소 상에 장착되거나 존재하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 구조적 단순성을 위해, 자기 필드 생성기는 적어도 하나의 영구 자석 또는 전자석을 포함하거나 이로 구성된다. 특별히, 자기 필드 생성기는 상기 평행 아암들의 단부를 따라서 및/또는 이에 영구 자석 세트를 포함하거나 이로 구성된다.

제2 요소(또는 슬라이딩 요소 또는 스키드)와 제1 요소(또는 레일) 사이의 상대 이동이 제2 요소로부터 제1 요소를 추출하는 경향이 있는 경우, 상기 극축은 상대 이동의 방향 및 제1 요소 또는 레일의 대향 측 표면들에 실질적으로 일정하고 실질적으로 직각으로 잔류한다. 이것은 제1 요소 또는 레일 상에 가해지는 자기 필드의 강도가 상호작용하는 자극들 사이의 거리에 반비례하는 고전적인 경향이 아닌, 일정한 또는 거의 일정한 값을 갖는 것을 허용한다.

부상(levitation)에 대해, 본 발명은 자기 브레이크의 원리, 즉, 자기 필드가 그러한 도체에 작용할 때 도체 내부의 와전류들의 발달을 이용하지 않는다는 점이 주목되어야 한다.

자기 필드에 반응하는 상기 재료는 강자성 재료, 예를 들어 유리하게는 저렴하고 매우 강건한 재료(예를 들어 철 또는 C10 스틸), 또는 자기 필드 소스, 예를 들어 자석일 수 있다.

바람직하게는, 제1 요소 또는 레일은 제1 요소 또는 레일의 종축(즉, 차량 또는 승객실의 주행의 축과 평행한 축)에 직각인 횡단면 평면에서 볼 때,

그 단부에서 제1 부분과 하기의 두께를 갖는 제2 부분을 포함하며, 두께는,

- 제1 단부의 두께보다 더 크고

- 상기 2개의 대향 측방향 표면에 의해 한정된다.

이러한 방식으로, 자기 필드는 제2 부분을 끌어당겨서 그것이 2개의 평행 아암들의 대면 표면들을 분리하는 공간 내에 항상 머물게 한다. 따라서, 자기 필드는 제1 요소 또는 레일이 제2 요소로부터 추출될 때 및 그들이 그 내부로 더욱 밀릴 때 둘 다에서 복귀력(return force)을 생성한다.

바람직하게는, 제1 부분은 직선이고/이거나 일정한 두께이고/이거나 일반적으로 단면(section)의 코어로 구성된다.

자기 필드에 반응하는 상기 재료에 대해, 저탄소 철, 또는 자성강으로 또한 칭하여지는, 낮은 전기 전도성을 갖는 심지어 더 양호한 규소강을 사용하는 것이 특히 유용하다. 이것은 자기 필드 라인들이 열차의 전후에서 제1 요소 또는 레일의 대향 표면들 상에 도달하는 자기 브레이크의 효과를 회피한다. 그러한 포인트에서, 제1 요소 또는 레일은 가변 자기 필드에 의해 마주치게 된다.

본 시스템의 이점은 유지력(sustaining force)의 생성이 외부 에너지 소비를 나타내지 않기 때문에 사실상 수동적인, 에너지를 누출 또는 소산시키지 않는다는 것이다. 유지력은 구성요소들의 기하학적 구조에 의존하고 자기 반력(magnetic reaction force)이다. 시스템의 다른 이점은 저품질 재료로 이루어지고 정교함이 없는 제1 요소 또는 레일을 사용할 수 있다는 것이다.

바람직하고, 단순하고 강건한 구조로서, 상기 제2 요소 또는 스키드는:

2개의 평행 아암들을 포함하는 강자성 재료의 U-형상 피스,

각각의 아암의 단부에 배치되는 자석을 포함하며, 여기서 2개의 자석들은 서로 대향 및 대면하는 자극들9magnetic poles)을 갖고, 그들의 각각의 극축들은 실질적으로,

ㆍ 서로 평행하고,

ㆍ 아암들의 종단 단면에 직각으로 지향되고,

ㆍ 바람직하게 정렬된다.

제1 및 제2 요소들(특히 레일 및 스키드)은 제1 요소 또는 레일의 대향 표면들 및 제2 요소 또는 스키드의 대면 표면들이 2 x 2 중첩되거나 인접하여 자기적으로 최대로 상호작용하고 상호 흡인력(attractive force)을 발생시키도록 상대 위치에 있다.

여기서, 표면들의 거리는 예를 들어 그들의 중심들 사이의 거리 또는 놓인 평면들의 거리로서 의도되고, 예를 들어, 1 mm에서 20 mm까지 변할 수 있다.

제1 요소 또는 레일의 대향 표면들 및 제2 요소 또는 스키드의 대향 표면들은 바람직하게는 (방향의 변경이 예정된 섹션들에서 레일의 약간의 벤딩을 제외하고) 서로 평행하다. 이러한 방식으로, 표면들은 자석의 자기 흐름의 전부 또는 가능한 최대를 둘러싸고 따라서 부상력(levitation force)을 최대화할 수 있다.

상기 정의된 제2 요소 또는 스키드는 승객실 또는 차량의 서스펜션만 허용한다. 본 발명의 다른 독립적인 양태는 승객실 또는 차량에 견인력(traction)을 제공하는 방법의 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명의 다른 독립적인 양태는 각각의 작업 조건에서 제1 요소 및 제2 요소(또는 스키드와 레일 사이의) 정확한 상대 포지셔닝을 보장하는 방법의 문제점을 해결하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 시스템은 바람직하게는:

ㆍ 슬라이딩 요소 또는 스키드 상류에 장착되는 제1의 한 쌍의 포지셔닝 요소들,

ㆍ 슬라이딩 요소 또는 스키드 하류에 장착되는 제2의 한 쌍의 포지셔닝 요소들을 포함하며, 각각의 쌍의 포지셔닝 요소들은,

- 레일 또는 제1 요소의 대향 측면들에 대응하여 배치되고,

- 레일의 각각의 측면 상에 힘을 가할 수 있고,

- 그들을 접합시키고 레일 또는 제1 요소의 측면들에 실질적으로 직각인 기하학적 축을 따라 독립적으로 이동 가능하다.

최종 특징은 포지셔닝 요소들이 전자석들인 경우 필요하지 않다.

상기 포지셔닝 요소들의 위치 제어를 통해, 제2 요소 또는 스키드 내의 제1 요소 또는 레일의 위치를 결정할 수 있으며, 승객실 또는 차량 상에 작용하는 외력들을 보상하기 위해 불안정 힘들의 균형을 유지하거나 스키드에서 옆으로 작용하는 자기력들을 불균형하게 하도록 그들을 상대적으로 중심에 두는 이점을 갖는다.

각각의 쌍의 포지셔닝 요소들은 예를 들어,

- 바람직하게는 또한 견인 및/또는 제동을 승객실 또는 차량에 가하는 휠들, 및/또는

- 압축 공기 쿠션들, 및/또는

- 레일의 측면에 직각인 극축을 갖는 자기 필드를 생성할 수 있는 전자석들 또는 할바흐(Halbach) 어레이들일 수 있다.

각각의 쌍의 포지셔닝 요소들은 예를 들어 선형 가이드 상에 장착되고 엑추에이터, 예를 들어 전기 모터에 의해 작동될 수 있다.

일반적으로, 상기 4개의 포지셔닝 요소들은 또한 서로 독립적인 위치 제어로 제어될 수 있다. 4개의 포지셔닝 요소들의 조정된 위치 제어를 단순화하기 위해, 각각의 쌍의 포지셔닝 요소들은 2개의 독립적인 제어 방법들에 의해서만 이동될 수 있으며, 즉, 그들은 단지,

1. 다른 것에 대해 하나로, 및/또는

2. 스키드에 대해 둘이지만 서로로부터 고정된 거리에 잔류하면서 이동될 수 있다.

이전 결합 및 포인트 1에서 변위들(1. 및 2.)은 서로 독립적이라는 것을 나타낸다.

제1 제어는 또한 레일 상의 포지셔닝 요소들의 조임력(tightening force) - 또는 이에 의해 가해지는 압력 -을 결정하는 것을 허용한다. 제2 제어는 또한 U-형상 스키드 내부의 레일 위치를 설정하는 것을 허용한다.

제1 및/또는 제2 제어는 예를 들어 마이크로프로세서에 의해 달성되며, 바람직하게는 상술한 위치 제어 방법들을 수행하는 명령들을 실행하도록 프로그래밍될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 상기 한 쌍의 포지셔닝 요소에 대한 위치 제어 방법이며, 한 쌍의 2개의 포지셔닝 요소들을 다른 것에 대해, 또는 스키드에 대해 하나만 이동시키지만 서로로부터 고정된 거리에 그들을 유지시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 시스템은 제2 요소의 빈 공간을 점유하거나 제거하기 위해 이동 가능한 가동 부재(movable member)를 포함한다. 가동 기관(movable organ)의 주요 기능은 스키드 시트를 점유함으로써 레일 상의 스키드 설치의 동작들을 용이하게하여 자기 필드에 의한 그것의 비제어 흡인을 방지하는 것이다.

가동 부재의 보조 기능은, 차량이 움직일 때, 이동 부재가 레일에 대해 가압되는 경우, 비상 브레이크로서의 역할을 하는 것이다.

가동 부재는 예를 들어, 유압, 전기 또는 공압 엑추에이터들에 의해 이동된다.

자기 필드에 의해 레일에 유도되는 와전류들의 제동 작용을 최소화하기 위해, 바람직하게는 레일은 적층 플레이트들 또는 소결 재료(예를 들어, 페라이트)에 의해 코팅되거나 형성된다. 플레이트들의 두께의 합은 레일의 길이에 대응한다. 특히, 하나의 플레이트 또는 각각의 플레이트는 레일의 상기 제2 부분을 포위한다.

포지셔닝 요소들로서 휠들, 예를 들어 연료 소비 및 소음을 감소시키기 위해 고속 시스템들에서 특히 유용한 금속 휠들을 사용할 수 있도록 하기 위해, 레일은 휠들과 접촉하는 선형 밴드의 (가황)고무로 라이닝된다. 일반적으로, 레일은 그것의 하나 또는 각각의 측면 상에 배열되는 선형 고무 밴드를 포함한다.

본 발명의 다른 양태는 상기 부상 시스템을 포함하는 자기 부상 차량이다.

시스템의 기관들은 바람직하게는 전자 제어 유닛 또는 프로그램가능 마이크로프로세서를 통해 제어된다. 적절한 소프트웨어 프로그램을 사용함으로써, 제어 유닛 또는 마이크로프로세서는 예를 들어, 센서들로부터 데이터를 검출하고/하거나 가동 부재의 엑추에이터들 또는 포지셔닝 요소들의 엑추에이터들을 구동함으로써 시스템의 동작을 관리한다.

본 발명의 이점들은 첨부된 도면을 참조하여, 서스펜션의 바람직한 실시예들의 다음 설명으로부터 더 명확하게 될 것이며, 여기서,
도 1은 승객실에 대한 본 발명에 따른 부상 시스템을 수직 횡단면으로 도시하고;
도 2는 도 1의 확대도를 도시하고;
도 3은 승객실에 대한 본 발명에 따른 제2 부상 시스템을 수직 횡단면으로 도시하고;
도 4는 부상 스키드를 도 3의 확대도로 도시하고;
도 5는 도 4의 스키드의 평면도를 도시하고;
도 6은 도 4의 스키드의 측면도를 도시하고;
도 7은 도 5의 원의 확대도를 도시하고;
도 8은 승객실에 대한 본 발명에 따른 제3 부상 시스템의 평면도를 도시하고;
도 9는 승객실의 측면도를 도시하고;
도 10은 레일의 변형예를 측면도로 도시하고;
도 11 내지 도 16은 차량의 변형들의 측면도들을 도시하고;
도 17 및 도 18은 2개의 상이한 동작 구성들의 스키드 변형예를 측방향으로 도시하고;
도 19 및 도 20은 트랙의 변형예를 도시한다.

이러한 맥락에서, 수직 또는 수평과 갖은 용어들은 사용중인 바와 같은 시스템에 대해 언급된다. 도면들에서:

- 동일 번호들은 동일하거나 개념적으로 유사한 부분들을 나타내며;

- 문자들 N 및 S는 자북극 및 자남극을 나타낸다.

사람 또는 물건들(U)을 운반하기 위한 부상 시스템(MC)은 내부에 약간 더 작은 직경의 원통형 승객실(20)을 축방향으로 슬라이딩시키는 관형 가이드 또는 구조체(10)를 포함함으로써, 두 사이에 갭(V)이 있다.

가이드(10)의 상단에서, 승객실(20) 상에 장착되는 자기 스키드(50)와 슬라이딩 가능하게 합치하는 레일(30)(도 3)이 내측으로 장착된다. 레일(30)은 가이드 헤드(36)를 지지하는 수직 넥(34)을 연장시키는 가이드(10)와 합치하기 위한 플랜지(32)를 포함한다. 가이드 헤드(36)는 실질적으로 직사각형 횡단면을 가지며, 따라서 그것은 서로에 대향되는 2개의 주요 측 표면들(R1, R2)을 포함한다.

스키드(50)는 승객실(20)의 시트에 장착되고, 실질적으로 U-형상을 갖는다. 따라서, 그것은 2개의 평행 아암들(54)을 연결하고 빈 공간 또는 홈(G)을 정의하는 중앙 섹션(52)을 포함한다.

헤드(36)는 수직 축(Y)을 따라 연장되는, 승객실(20)의 외부 표면에서, 실질적으로 수직 슬롯인, 홈(G)을 거의 완전히 점유한다.

아암들(54)은 구조에 의해 공간 또는 홈(G)을 한정하고, 각각의 아암(32)의 단부에 배치되는 자석 블록(56)으로 각각 구성되는, 대면 표면들(P1, P2)을 포함한다.

2개의 자석들(56)은 표면(P1, P2)을 대면하는 자극 및 아암(32)의 내부를 대면하는 다른 극을 갖는다. 대향 아암들(54) 상에 배치되는 자석들(56)의 대면 극들은 대향하는 타입이고(N극은 S극을 대면하거나, 역 또한 같음), 각각의 극축들은 실질적으로 평행하고 공통 축(Q)과 일치한다.

헤드(36)의 표면들(R1, R2)은 서로 및 자석들(56)의 표면들(R1, R2)에 실질적으로 평행하다. 또한, 표면들(P1, P2)은 서로 실질적으로 평행하다.

그 다음, 자석들(56)은 표면들(R1, R2)과 직각으로 마주치는 Q 축을 따라 표면들(P1, P2) 사이에 자기 필드를 생성하고, 헤드(36)는 대응하는 자기 회로의 에어 갭을 점유 및 형성한다.

시스템(MC)의 동작 원리를 이해하기 위해, 그것을 도 2에서와 같은 정지 위치(resting position)에서 고려하며, 여기서 표면들(P1, P2)의 마진들(margins)은 표면들(R1, R2)의 마진들과 수평으로 정렬된다. 표면들(P1, P2)은 또한 표면들(R1, R2)로부터 부분적으로 제거될 수 있으며: 그 다음, 자기 필드는(도 1에서와 같은) 그들이 평행 위치로 복귀하게 할 것이다. 승객실(20)의 중량은 (승객실(20)이 도 2에서 하향으로 이동할) Y를 따라 공간(G)으로부터 헤드(36)를 가져오는 경향이 있지만, 그러한 상대 슬라이딩은 중량 힘과 대조를 이루는, 자기 흡인력의 생성을 반응으로서 수반한다. 반력(reaction force)은 표면들(R1, R2)이 표면들(P1, P2)과 심지어 부분적으로 중첩되거나, 헤드(36)가 적어도 홈(G)에 삽입되는 세그먼트에 대한 것이기만 하면 거의 일정하다. 자석들(56)의 중심을 향하여(즉, 극축(Q)을 향하여) 언제나 지향되는 동일한 반력은 헤드(36)가 대향 측면 상에서, 즉, 도 2의 하향으로 홈으로부터 벗어나려고 시도하는 경우에도 발생한다. 그것이 동일한 시스템(MC)이 대척적 위치(도 1)에서 승객실(20) 상에 대칭적으로 장착되는 서포터로서 작동하는 이유이다.

하기를 보장하는 것은 자석들(56)의 극축(Q) 및 헤드(36)의 슬라이딩 방향(Y)의 특별한 기하학적 배열이라는 점을 주목한다:

- 자기 흡입 반응은 2개의 표면들(R1, R2)과 표면들(P1, P2) 사이에 중첩이 있는 한 일정한 또는 거의 일정하고;

- 자석들(56)은 대칭적인 센터링(홈(G)의 대칭 축과 일치하는 헤드(36)의 대칭 축)의 경우에 대향하는 힘들로, 그리고 동일하게 축(Q)을 따라 헤드(36)를 일정하게 끌어당긴다.

표면들(R1, R2)과 표면들(P1, P2) 사이에 중첩되는 것에 의해, 비-제로 영역을 갖는 제2 표면들 상으로 제1 표면들의 (Q를 따른) 직각 투영을 의미한다.

자기 반력은 스키드(50)의 길이에 비례하므로, 그것은 임의의 승객실을 지지하기 위한 적절한 힘을 생성하기 위해 이러한 길이의 크기를 정하기에 충분하다. 도 7은 더 작은 자석들이 사용되거나 높은 힘이 요구될 때 스키드(50)를 형성하기 위한 일련의 자석들(56)의 예를 도시한다.

해결되어야 할 일반적인 문제는 높은 비용들 및 과도하게 정교한 구조를 갖는 레일들을 수반하는 선형 모터들의 공지된 사용에 직면하여, 승객실(20)에 견인력을 제공하는 방법이다.

도 3은 승객실(20)에 대한 견인 수단들(60)을 갖는 시스템(MC2)의 일 예를 예시한다. 수단들(60)은 도 4 내지 도 6에서 가장 잘 예시되며, 여기서 레일(30)은 일 예로서, 축(X)을 따라 선형으로 연장된다.

스키드(50) 및 승객실(20)과 일체형인 플레이트(62) 상에서, 2쌍의 휠들(64a, 64b)은 레일(30)의 헤드(36) 상에 파지되어 장착되고 모터들(74)에 의해 회전된다. 두 쌍들은 동일한 방식으로 작동하므로 하나만 설명할 것이다.

휠들(64a)은 2개의 각각의 모터들(66a, 66b)에 의해 위치 제어를 받는다. 각각의 휠(64a, 64b)은 수직 회전 축을 갖고 (Y와 평행한) 이러한 축은 선형적으로 이동할 수 있어서, X 및 Y 축들을 포함하는 평면에 직각이고 극축(Q)과 평행한, 수평 축 Z를 따라, 수직으로 잔류한다. 특히, 각각의 휠(64a, 64b)은 선형 가이드(72)(일부만이 도 5에서 투시도로 볼 수 있음) 상의 플레이트(62)에 대해 이동 가능한 트롤리(70a, 70b) 상에서 각각 피봇된다.

휠(64a)의 트롤리(70a)는 플레이트(62)와 트롤리(70a)를 체결하는 나사(68)에 의해 플레이트(62)에 대해 모터(66a)에 의해 이동 가능하다.

트롤리들(70a, 70b)은 트롤리들(70a, 70b)을 체결하는 나사에 의해 모터(66b)에 의해 서로에 대해 상대적으로 변위 가능하다.

로드 셀은 레일(30)에 대한 휠(64a)의 압력을 간접적으로 검출하기 위해 나사(68) 상에 장착된다.

다른 양-방향 로드 셀은 2개의 트롤리들(70a, 70b) 상에 나사에 의해 가해지는 압력을 검출하기 위해 모터(66b)에 의해 구동되는 나사 상에 장착된다.

모터들(66a, 66b)을 제어함으로써, 휠들(64a, 64b)은 축(Z)을 따라서, 즉 레일(30)로부터 멀리 또는 이를 향해 독립적으로 이동될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 로드 셀들 및 모터들(66a, 66b) 둘 다에 연결되는 전자 제어 유닛(미도시)이 존재한다.

특히, 모터(66b)를 제어하고 각각의 로드 셀의 신호를 검출함으로써, 휠들(64a, 64b)의 상대 거리, 및 따라서 레일(30) 상의 휠들(64a, 64b)의 조임 압력을 제어할 수 있다. 모터(66a)를 제어하고 각각의 로드 셀의 신호를 검출함으로써, 휠들(64a, 64b)의 회전 축들의 위치 또는, 다시 말해서, 회전 축들의 중심점의 위치를 제어할 수 있다. 이것은 예를 들어 홈(G) 내부에서 헤드(36)의 위치를 수평으로 오프셋하고/하거나 제어하는 것을 허용한다.

레일(30) 상의 휠들(64, b)의 조임 압력의 제어는 구성요소들의 마찰 및 마모를 감소시키는 이점을 갖는다. 승객실(20)이 정지하고 이동하기 시작할 때, 제어 유닛은 미끄럼 없는 시동을 위해 더 큰 클램핑 압력을 생성하도록 프로그래밍된다. 승객실(20)이 레짐 속도(regime speed)에 있을 때, 제어 유닛은 레일(30) 상에서 미끄럼 없이 휠들(64a, 64b)로부터 필요한 기계적 동력(power)을 제거하기에 충분한, 최소 압력을 생성하도록 프로그래밍된다.

제2 제어(모터(66a)를 통함)는 2개의 이점들을 갖는다: 헤드(36)를 홈(G)의 중심에 있도록 유지하고 곡선 상에서 주행할 때 원심력의 보상을 유지한다.

승객실(20)이 직선 레일 상에서 주행할 때, 헤드(36)가 자석(56)을 행하여 이동하지 않지만 동일하고 대향하는 힘들로 자석들(56)에 의해 끌어당겨지는 것을 보장하는 것이 중요하며, 그렇지 않으면 자기 필드의 불균형은 휠들(64a, 64b) 중 하나 상에 마찰을 증가시킬 불균일한 측방향 힘들을 생성한다. 그 다음, 제어 유닛은 측방향 자석들(56)로부터 등거리인, 즉 거리들(D1 및 D2)이 동일한(도 2), 홈(G)의 중심에 헤드(36)를 위치시키도록 프로그래밍된다.

그 대신, 승객실(20)이 곡선 레일 상에서 주행할 때, 한 쌍의 휠들(64a, 64b)에서, 곡선의 내부에 위치되는 것은 레일(30)을 향하여 윈심력에 의해 푸시되는 반면에, 다른 휠은 외부를 향하여 이탈한다. 더 많은 가압 휠이 더 많은 마찰을 생성하는 것을 방지하기 위해, 제어 유닛은 직선-라인 경우의 평행 위치로부터, 즉, 이제 D1 <> D2인 헤드(36)를 이동시키기 위해 모터(66a)를 구동하도록 프로그래밍된다. 그러한 시프트는(Q 및 X와 평행한) 레일의 곡률 반경을 향함으로써, 헤드(36)는 곡률 중심에 더 근접한 자석들(56)에 접근하고 그들에 의해 더욱 끌어당겨진다. 그것은 자석들(56)의 흡인력(attractive force)의 차이가 원심형 추력을 보상하여, 휠들(64a, 64b) 상의 마찰력을 최소로 되돌리도록 배열된다.

휠들을 요구하지 않는 견인 및/또는 제동 시스텀의 다른 예는 선형 유도 모터를 통해 달성될 수 있다.

도 8은 시스템(MC2)의 변형예로서, 승객실(20)에 대한 견인 수단이 없는 시스템(MC3)의 다른 예를 예시한다.

시스템(MC2)과 비교하여, 휠들(64a, 64b)은 공압 스키드들(90), 레일(30)에 대해 압축 공기를 블로잉할 수 있는 장치들에 의해 대체된다. 바람직하게는, 공기 압력 또는 유속은 일정하다.

트롤리들(70a, 70b)의 위치 제어는 이전의 것과 동일하며, 유사한 이점들을 갖는다.

도 9는 설명된 부상 시스템들을 열차에 적용하는 방법의 일 예를 도시한다.

본 발명의 일 양태는 레일(30)의 구조에 관한 것이다.

휠들(64a, 64b)의 저 마모, 및 조용한 이동을 보장하기 위해, 레일(30)은 예를 들어 넥(34) 상에서 또는 일반적으로 휠들(64a, 64b)의 슬라이딩이 예정된 밴드 상에서 가황 고무로 커버되는, 바람직하게는 고무로 처리된다.

따라서, 휠들(64a, 64b)은 그들의 높은 각속도에 저항하는 재료로 생산될 수 있는 반면, 레일(30)의 고무는 휠(64a, 64b)의 빠른 롤링으로 인해 순간적인 가열만을 겪는다.

시스템들(MC, MC2, MC3)은 상단 스키드(50, 60, 90), 또는 단지 하단 스키드 중 어느 하나만, 또는 승객실(20)에 대한 보다 큰 안정성을 위해 둘 다를 예상한다.

도 10 및 이하를 참조하여, 설명되는 변형예들 중 하나 또는 각각에 적용 가능한, 시스템의 유리한 변형예들을 설명한다.

도 10은 레일(130)로서 여기에 지정되는, 레일(30)에 대한 바람직한 형상을 도시한다. 레일(130)은 가이드 헤드(136)를 지지하는 수직 넥(134)을 포함한다. 가이드 헤드(136)는 넥(134)의 단면보다 더 큰 횡단면을 갖고 서로 대향하고 평행한 2개의 주요 측방향 표면들(1R1, 1R2)을 포함한다. 표면들(1R1, 1R2)은 여기서 자기 필드 생성기에 의해 생성되는 N, S 자극들 및 자기 플럭스를 폐쇄하는 환형 부분(142)으로 개략적으로 도시된, 스키드(140)의 자극들을 직접 대면하고 있다.

이러한 레일(130)의 기하학적 형상은 스키드(140) 내의 레일(130)에 대한 균형 위치를 생성하는 것을 허용한다. 극들(N, S) 사이의 자기 필드는 그러한 극들(N, S)(최소 자기 저항을 갖는 회로 조건)로 표면들(1R1, 1R2)을 정렬시키기 위해 극들(N, S) 사이에서 헤드(136)를 끌어당기는 경향이 있다. 그 다음, 레일(130)은 스키드(140)로부터 그것을 당기거나 그것을 안으로 미는 경향에도 불구하고 극들(N, S) 사이의 중심에 남아 있을 것이다. 결과적으로 스키드(140)를 사용하면 하중(load)이 위와 아래 둘 다로부터 레일(130) 상에 가해질 수 있다는 것이 된다.

다른 이점은 전기 열차들에 대한 많은 기존의 레일들이 도 10에서와 같이 이루어짐으로써, 그것에 자기 스키드를 합치시키는 것이 매우 쉽고 비용 효과적이라는 것이다.

도 11 내지 도 15에서, 부상 스키드들의 레이아웃과 관련하여 일부 차량 변형예들을 이해할 수 있다.

도 11에서, 승객실(20)의 하부 부분은 2개의 수단들을 구비하며, 각각은 도크(150)로부터 상승하는 하나의 대응하는 하부 레일(30 또는 130)에 결합된다.

도 12에서, 승객실(20)의 상부 부분은 2개의 수단들(60)을 구비하며, 각각은 도크(150)로부터 아래로 수직 연장되는 각각의 상단 레일(30 또는 130)에 결합된다.

도 13에서, 승객실(20)의 하부 부분은 도크(150)로부터 상승하는 대응하는 레일(30 또는 130)에 결합되는 수단(60)을 구비한다. 게다가, 승객실(20)의 상부 부분은 도크(150)로부터 아래로 수직 연장되는 각각의 상부 레일(30, 130)에 결합되는 수단(60)을 구비한다.

도 14에서, 승객실(20)의 상부 부분은 도크(150)로부터 아래로 수직 연장되는 각각의 상부 레일(30, 130)에 결합되는 수단(60)을 구비한다.

도 15에서, 승객실(20)은 승객실(20)의 종축 상에 무게 중심을 갖는 정삼각형의 꼭지점으로서 배치되는, 3개의 수단들(60)을 구비한다. 각각의 수단은(60) 도크(150)로부터 연장되는 각각의 레일(30 또는 130)에 결합된다.

도 16은 자기 스키드(200), 시스템(MC3)의 변형예를 도시한다. 여기서, 센터링 시스템은 공지된 홀바흐(Hallbach) 어레이(210)를 사용한다. 도 16에 도시된 바와 같은 어레이(210)에서, 화살표들의 방향은 자석들에 의해 생성되는 자기 플럭스의 방향을 나타낸다. 어레이(210)는 레일(30, 130)을 향하여 지향되는 자기 필드를 생성하여 거기에 3개의 와전류들을 야기한다. 그러한 전류들은 어레이(210)의 자기 필드에 대향하는 자기 필드를 생성함으로써, 자기 쿠션이 생성되어 스키드(200)를 레일(30, 130)로부터 떨어진 상태로 유지시킨다.

다른 변형예는 도 8의 공압 스키드들(90)을 레일(30, 130)에 직각인 극축을 갖는 자기 필드를 생성하는 전자석들로 대체하는 것을 고려한다. 따라서, 동작은 이번에는 모든 전자석이 레일(30, 130)에 반발하는 것을 제외하고, 도 16의 동작과 유사하게 된다.

도 2 또는 도 10에 예시되는 스키드의 문제는 레일(30, 130) 상의 그것의 장착이다. 레일(30, 130) 상에 몇 톤의 구획들을 설치하는 것은 금속 레일 상의 자기 필드의 순간적인 견인으로 인해 힘에 대응하거나 이를 제어할 필요가 있는 경우 매우 어렵다.

해결책은 도 17 및 도 18에 도시된다.

상술한 것들 중에서 임의의 구조를 가질 수 있는 자기 스키드(300)에서, 그것이 자석들과 그것이 공간(G)으로부터 멀리 떨어져 있는 다른 위치(도 18) 사이의 공간(G)을 점유하는 위치 사이에 이동 가능한 가동 요소(302)(예를 들어 피스톤)가 존재한다. 이동 요소(302)는 예를 들어 이동 가능한 유압, 전기 또는 공압 엑추에이터들(304)이다.

스키드(300)의 설치 동안에, 요소(302)는 제1 위치(도 17)로 이동되어, 레일(30, 130)이 자기적으로 흡인되는 것을 방지하고 따라서 그것이 용이하게 위치되는 것을 허용한다. 그 이후, 요소(302)는 제2 위치(도 18)로 이동되어 레일(30, 130)이 공간(G) 내부로 점진적으로 진입하게 한다.

요소(302)는 또한 레일(30, 130)에 대해 요소(302)를 푸시하고 그것에 의해 드래깅(dragging)에 의해 제동함으로써, 비상 브레이크로 사용될 수 있다.

다른 문제는 레일 내부의 기생 전류들이며, 이는 승객실의 동작을 제동한다. 특히, 스키드의 단부가 새로운 레일 섹션을 만날 때, 그러한 포인트에서, 자기 플럭스 변형은 레일 내의 기생 전류들 및 스키드를 감속시키는 경향이 있는 대향 자기 필드를 유도한다.

이러한 문제를 회피하거나 저감시키기 위해, 레일(130)의 헤드(136)는 레일(130)의 종축(X)을 따라 행으로 배열되는, 열들로 패키징되는 플레이트들(360)로 라이닝된다. 블레이드들(360)은 예를 들어 C-형상 또는 U-형상, 및 다른 2개의 치수들 보다 훨씬 더 적은 X를 따른 두께를 갖는다.

또는, 레일(130)의 헤드(136)는 절연 산화물로 커버되는 금속 입자들로 형성되는, 소결 재료(Somaloy® type)로 코팅된다. 두 경우들에서, 기생 전류들의 생성을 위해 이용 가능한 자유 경로는 매우 많이 수축된다.

다른 옵션은 가황 고무로 휠들(64a, 64b)과 접촉하는 레일(30)의 측 벽들을 커버하는 것이다. 따라서, 수단들(60)에서, 금속 휠들(64a, 64b)은 연료 소비 및 소음을 감소기키기 위해 사용될 수 있으며, 특히 고속 시스템들에서 유용할 수 있다. 휠들(64a, 64b) 상에 설정되는 고무는 너무 강한 응력을 받는 반면에, 레일 상에서 그것은 휠들의 신속한 통과에만 저항해야 한다.

Claims (18)

1. 차량(20)용 자기 서스펜션 시스템(MC1; MC2; MC3)에 있어서,
   - 2개의 대향 측 표면들(R1, R2)을 포함하는 제1 요소(30);
   - 실질적으로 U-형상이며, 상기 제1 요소에 대해 슬라이딩 가능하고 상기 제1 요소에 의해 점유되는 빈 공간(G)을 한정하는 대면 표면들(P1, P2)을 갖는 2개의 평행 아암들(54)을 포함하는 제2 요소(50)로서, 상기 제1 요소의 상기 2개의 대향 측 표면들 각각이 상기 2개의 평행 아암들의 상기 대면 표면들 중 하나를 각각 대면하는 상기 제2 요소(50);
   - 상기 대면 표면들 및 상기 대향 측 표면들과 마주치고 이를 통과하는 자기 필드를 생성하기 위한 자기 필드 생성기로서, 상기 자기 필드의 극축(Q)은 그러한 표면들에 직각인 상기 자기 필드 생성기를 포함하며;
   상기 제1 및 제2 요소들은 상기 제2 요소의 상기 빈 공간 내부로 수직 매달린 상기 제1 요소를 유지시키기에 충분한 힘을 생성할 수 있는 폐쇄회로를 상기 생성된 자기 필드들에 대해 구성하는 시스템(MC1; MC2; MC3).
2. 제1항에 있어서,
   제1 요소로서, 상기 생성된 자기 필드에 반응하는 재료로 이루어지고 2개의 대향 측 표면들(R1, R2)을 포함하는 레일(30);
   제2 요소로서, 실질적으로 U-형상이며, 상기 레일 상에서 슬라이딩 가능하고 상기 레일에 의해 점유되는 빈 공간(G)을 한정하는 대면 표면들(P1, P2)을 갖는 2개의 평행 아암들(54)을 포함하는 스키드(50)의 형태의 슬라이딩 요소를 포함하며,
   상기 레일의 상기 2개의 대향 측 표면들 각각은 상기 2개의 평행 아암들의 상기 대면 표면들 중 하나를 각각 대면하고,
   상기 스키드는 상기 대면 표면들에 수직인 극축(Q)을 갖는 자기 필드를 생성할 수 있는 시스템(MC1; MC2; MC3).
3. 제2항에 있어서,
   상기 슬라이딩 요소는 차량과 일체형이고 상기 레일은 상기 차량의 경로를 위한 지지 구조(10)와 일체형인 시스템(MC1; MC2; MC3).
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 자기 필드에 반응하는 상기 재료는 강자성 재료, 예를 들어 C10 철 또는 스틸 또는 저탄소 철 또는 저 전기 전도성 규소강인 시스템(MC1; MC2; MC3).
5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 슬라이딩 요소(50)는:
   상기 2개의 평행 아암들(54)을 포함하는 강자성 재료의 U-형상 피스,
   각각의 아암의 단부에 배치되는 자석(56)을 포함하며,
   상기 2개의 자석들(56)은 대면하고 대향하는 자극들(N, S)을 갖고, 그들의 각각의 극축들(Q)은 실질적으로,
   ㆍ서로 평행하고,
   ㆍ상기 아암들의 단부 표면에 직각으로 지향되고,
   ㆍ바람직하게 정렬되는 시스템(MC1; MC2; MC3).
6. 제2항 또는 제3항 또는 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 레일(130)은, 상기 레일의 상기 종축에 직각인 횡단면 평면에서 볼 때,
   그 단부에서의 제1 부분 및
   하기 두께를 갖는 제2 부분을 포함하며, 상기 두께는,
   - 상기 제1 부분보다 더 크고
   - 상기 2개의 대향 측방향 표면들(1R1 ; 1 R2)에 의해 한정되는 시스템(MC1; MC2; MC3).
7. 제2항 또는 제3항 또는 제4항 또는 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 레일(130)은 적층 플레이트들(360) 또는 소결 재료에 의해 코팅되거나 형성되는 시스템(MC1; MC2; MC3).
8. 제7항에 있어서,
   각각의 플레이트(360)는 상기 레일(130)의 상기 제2 부분(136)을 둘러싸는 시스템(MC1; MC2; MC3).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레일은 하나 또는 각각의 측면 상에 배열되는 선형 고무 밴드를 포함하는 시스템(MC1; MC2; MC3).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    ㆍ상기 슬라이딩 요소의 상류에 장착되는 제1의 한 쌍의 포지셔닝 요소 (64a, 64b),
    ㆍ상기 슬라이딩 요소 하류에 장착되는 제2의 한 쌍의 포지셔닝 요소들(64a, 64b)를 포함하며, 상기 각각의 쌍의 포지셔닝 요소들은,
    - 상기 레일의 대향 측면들에 대응하여 배치되고,
    - 상기 슬라이딩 요소에 연결되고;
    - 상기 레일의 각각의 측면 상에 힘을 가할 수 있는 시스템(MC1; MC2; MC3).
11. 제10항에 있어서,
    상기 각각의 쌍의 포지셔닝 요소들은 그들을 접합시키고 상기 레일의 상기 측면들에 실질적으로 직각인 기하학적 축(Z)을 따라 독립적으로 이동 가능한 시스템(MC1; MC2; MC3).
12. 제11항에 있어서,
    상기 한 쌍의 포지셔닝 요소들은 2개의 휠들(64a, 64b) 또는 2개의 압축-공기 쿠션들(90) 또는 2개의 전자석들 또는 2개의 홀바흐(Hallbach) 어레이들로 구성되는 시스템(MC1; MC2; MC3).
13. 제10항 또는 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 각각의 쌍의 요소들(64a, 64b)은:
    - 그들을 함께 접합시키는 기하학적 축(Z)에 따라 서로 상대적으로,
    - 상기 스키드에 대해 둘 다의
    2개의 독립적인 이동들에 따라서만 변위 가능한 시스템(MC1; MC2; MC3).
14. 제10항 또는 제11항 또는 제12항 또는 제13항에 있어서,
    - 상기 각각의 쌍의 요소들이 그들을 접합시키는 상기 기하학적 축(Z)을 따라 서로를 향해 푸시되는 힘 및 둘 다가 상기 스키드에 대해 푸시되는 힘을 검출하기 위한 압력 및/또는 유도 센서들;
    - 상기 센서들에 연결되고 상기 2개의 힘들을 제어하도록 프로그래밍되는 마이크로프로세서를 포함하는 시스템(MC1; MC2; MC3).
15. 제10항 또는 제11항 또는 제12항 또는 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 한 쌍의 포지셔닝 요소들은 상기 차량에 대한 제동력을 생성하도록 구성되는 시스템(MC1; MC2; MC3).
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 요소의 상기 빈 공간을 점유하거나 제거하기 위해 엑추에이터를 통해 이동 가능한 가동 부재(302)를 포함하는 시스템(MC1; MC2; MC3).
17. 차량(20)용 자기 서스펜션 방법에 있어서,
    - 바람직하게는 자기 필드에 대응하는 재료로 이루어지는 제1 요소(30)를 실질적으로 U-형상을 갖고 상기 제1 요소의 빈 공간을 한정하는 2개의 평행 아암들(54)을 포함하는 제2 요소(50) 내부로 그것을 삽입함으로써 슬라이딩 가능하게 결합시키는 단계,
    - 상기 제1 및 제2 요소의 상기 대면 표면들(R1, R2)에 수직인 극축(Q)을 갖고, 그러한 표면들과 마주치고 이를 통과하는 자기 필드를 상기 2개의 평행 아암들의 대면 표면들(P1, P2) 사이에 생성하는 단계를 포함하며;
    상기 제1 및 제2 요소들은 상기 제2 요소의 상기 빈 공간 내부에 수직으로 매달리는 상기 제1 요소를 유지시키기 위한 충분한 힘을 생성할 수 있는 상기 자기 필드에 대한 폐쇄 회로를 구성하는 자기 서스펜션 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서와 같은 상기 시스템을 포함하는자기 서스펜션 차량.

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