(57)【要約】      （修正有）【課題】浮揚モジュールが軌道に接触し輸送体を減速させることを防止するための車輪を必要としない、ハイブリッド電気動力学浮揚システムのレールを提供する。【解決手段】レール３００は、導電性軌道である第２の部分３０４に接続された超電導軌道である第１の部分３０２を備える。第１の部分は超電導体３０６を含み、第２の部分は導体３０８を含み、レールを含む軌道３１０に磁気的に接続された輸送体が、第１の磁場Ｍ１が第２の磁場と相互作用するときに、第１の部分に対して浮揚し、第１の磁場が、超電導状態にある超電導体を使用して生成され、第２の磁場が、輸送体に取り付けられた磁石から生成され、第２の磁場が導体と相互作用するときに、第２の部分に対して浮揚する。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール（３００）であって、
第２の部分（３０４）に接続された第１の部分（３０２）を備え、前記第１の部分（３０２）が超電導体（３０６）を含み、前記第２の部分（３０４）が導体（３０８）を含み、前記レール（３００）を含む軌道（３１０）に磁気的に接続された輸送体（７００）が、
第１の磁場（Ｍ１）が第２の磁場（Ｍ２）と相互作用するときに、前記第１の部分（３０２）に対して浮揚し（Ｌ）、前記第１の磁場（Ｍ１）が、超電導状態にある前記超電導体（３０６）を使用して生成され、前記第２の磁場（Ｍ２）が、前記輸送体（７００）に取り付けられた磁石（７０２）から生成され、
前記第２の磁場（Ｍ２）が前記導体（３０８）と相互作用するときに、前記第２の部分（３０４）に対して浮揚する（Ｌ）、レール（３００）。
【請求項２】
前記第１の部分（３０２）が第１のテーパが付けられた端部（３１６）を有し、前記第２の部分（３０４）が第２のテーパが付けられた端部（３１８）を有し、
前記第１のテーパが付けられた端部（３１６）が、前記第２のテーパが付けられた端部（３１８）と対合する、請求項１に記載のレール（３００）。
【請求項３】
前記第１の部分（３０２）が、第１の壁（４０４）と第２の壁（４０６）を有する真空が引かれた二重壁管（４０２）を備え、前記第１の壁（４０４）が第１の空間（４０８）を形成し、前記第１の壁（４０４）と前記第２の壁（４０６）が、前記第１の壁（４０４）と前記第２の壁（４０６）の間に第２の空間（４１０）を形成し、
前記超電導体（３０６）が、前記第１の空間（４０８）内に配置され、
前記第２の空間（４１０）が真空（４５０）を含む、請求項２に記載のレール（３００）。
【請求項４】
前記超電導体（３０６）が、複数のYBaCuO結晶（４１４）を含む、請求項３に記載のレール（３００）。
【請求項５】
前記第２の磁場（Ｍ２）が、強磁性材料（１１５０）を含む前記導体（３０８）と相互作用するときに、第２の揚力Ｆ２が生成されたことに反応して、前記輸送体（１１０４）が浮揚する（Ｌ）ように、電磁サスペンションシステム（EMS）を形成するべく、前記導体（３０８）及び前記磁石（７０２）が配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のレール（３００）。
【請求項６】
前記第２の部分（３０４）が積層体（６５０）を備え、前記積層体（６５０）が、絶縁体（６０４）によって分離された導電性材料（６０２）として配置された前記導体（３０８）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のレール（３００）。
【請求項７】
前記第１の部分（３０２）が、前記輸送体（７００）が、前記第１の部分（３０２）から前記第２の部分（３０４）に入るときに、前記第２の部分（３０４）の最大揚抗比を超える揚抗比を受けるような速度に到達するのに十分な長さ（Ｌ２）を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のレール（３００）。
【請求項８】
前記長さ（Ｌ２）が、前記輸送体（７００）が、前記第１の部分（３０２）の一端（３６０）における０mphの初期速度から、前記第２の部分（３０４）に接続された前記第１の部分（３０２）の他端（３６２）における少なくとも１００マイル／時間の速度まで、１ｇの最大加速度で加速するような長さである、請求項１から７のいずれか一項に記載のレール（３００）。
【請求項９】
輸送体（７００）を操作する方法であって、
レール（３００）を含む軌道（３１０）上で前記輸送体（７００）を操作することを含み、前記レール（３００）が、第２の部分（３０４）に接続された第１の部分（３０２）を含み、前記第１の部分（３０２）が超電導体（３０６）を含み、前記第２の部分（３０４）が導体（３０８）を含み、前記軌道（３１０）に磁気的に接続された前記輸送体（７００）が、
超電導状態にある前記超電導体（３０６）を使用して生成された第１の磁場（Ｍ１）が、前記輸送体（７００）に取り付けられた磁石（７０２）から生成された第２の磁場（Ｍ２）と相互作用するときに、生成された第１の揚力に反応して、前記第１の部分（３０２）に対して浮揚し（Ｌ）、
前記第２の磁場（Ｍ２）が前記導体（３０８）と相互作用するときに、生成された第２の揚力に反応して、前記第２の部分（３０４）に対して浮揚する（Ｌ）、方法。
【請求項１０】
前記第１の部分（３０２）が、前記輸送体（７００）が、前記第１の部分（３０２）から前記第２の部分（３０４）に入るときに、前記第２の部分（３０４）の最大揚抗比を超える揚抗比を受けるような速度に到達するのに十分な長さ（Ｌ２）を有する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、浮揚システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の受動的な電気動力学サスペンション（EDS）浮揚システムは、複数の欠点を有する。図１は、導電性軌道上の輸送体の浮揚のために永久磁石を利用し、浮揚力を実現するために導電性軌道に対して輸送体が移動することを必要とする、従来システムを示している。この移動は、浮揚が生じる速度より低い速度で移動するときに、浮揚モジュールが軌道の表面に接触することを防止する、車輪又は別の手段を含める必要性をもたらす。
【０００３】
更に、（導電性軌道内の導電性プレートの表面上の変化する磁場から生じる）導電性プレート内の渦電流の生成と消散により、磁気抵抗力が輸送体の前方移動に抵抗する。図２は、抵抗力が、増加して（速度が１０mphとなる辺りで）ピークに至り、次いで相対速度が増加するに従って急に減少することを示している。（高速輸送で使用されることが期待される「巡航速度」と比較して）相対的に低い速度でのこの抵抗力に打ち勝つために、大きな電力量が必要とされる。
【０００４】
高温超電導材料を含む軌道を利用するシステムは、効率的だが極端に高価である。超電導軌道上で浮揚する永久磁石に関連付けられる磁気抗力は存在しないが、永久磁場の不完全性によるわずかな損失がある。超電導を実現するために必要とされる臨界温度より下に軌道全体を維持することに関連付けられる冷却電力と共に、軌道の長さ全体のための超電導材料の費用は、高い初期費用及び操業費用をもたらし、長い経路にわたる従来の超電導軌道技術を実現性がないものとしている。
【０００５】
そこで、必要とされるのは、導電性プレート又は超電導体を使用する磁気浮揚レールシステムと比較して、よりエネルギー効率が高く費用効果に優れた磁気浮揚レールシステムである。本開示は、この必要性を満たす。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、鉄道軌道用のハイブリッドレールを説明する。レールは、第２の部分に接続された第１の部分を備え、第１の部分は超電導体を含み、第２の部分は導体を含む。レールを含む軌道に磁気的に接続された輸送体は、第１の磁場が第２の磁場と相互作用するときに、第１の部分に対して浮揚する。第１の磁場は、超電導状態にある超電導体を使用して生成され、第２の磁場は、輸送体に取り付けられた磁石から生成される。輸送体は、第２の磁場が導体と相互作用するときに、第２の部分に対して浮揚する。
【０００７】
レールは、以下の実施例を含む多くのやり方で具現化され得るが、それらに限定されるものではない。
【０００８】
１．
前記第１の部分が第１のテーパが付けられた端部を有し、前記第２の部分が第２のテーパが付けられた端部を有し、それによって、前記第１のテーパが付けられた端部が、前記第２のテーパが付けられた端部と効果的に対合する、レール。
【０００９】
２．
第１の壁と第２の壁を有する真空が引かれた二重壁管を備えた前記第１の部分を含む、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせであるレール。前記第１の壁が、第１の空間を形成／包囲し、前記第１の壁と前記第２の壁が、前記第１の壁と前記第２の壁の間に第２の空間を形成／包囲する。超電導体が前記第１の空間内に配置され、前記第２の空間が真空を含む。
【００１０】
３．
更に別の一実施例では、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記第１の部分が、複数のYBaCuO結晶を含む前記超電導体を含む。
【００１１】
４．
更なる一実施例では、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記導体と前記磁石が、電磁サスペンションシステム（EMS）を形成するように配置されている。それによって、前記輸送体は、前記第２の磁場が強磁性材料を含む前記導体と相互作用するときに生成される第２の揚力に反応して浮揚するＬ。
【００１２】
５．
更に別の一実施例では、実施例１〜３のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記導体と前記磁石が、電気動力学サスペンションシステムEDSを形成するように配置されている。それによって、前記輸送体１１１０は、レンツの法則及びローレンツ力に従って生成される第２の揚力Ｆ２に反応して浮揚する。
【００１３】
６．
更なる一実施例では、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記導体が、スロット及びラング（rung）を含むソリッドな導電性プレートを備える。
【００１４】
７．
更に別の一実施例では、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記第２の部分が、積層体を備え、前記積層体が、絶縁体によって分離された導電性材料として配置された前記導体を含む。
【００１５】
８．
更なる一実施例では、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記磁石が、ハルバッハ配列（Halbach array）で配置されている。
【００１６】
９．
更に別の一実施例では、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記第１の部分が、１００フィート〜２０００フィートの範囲内の長さを有する。
【００１７】
１０．
また更なる一実施例では、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記第１の部分が、前記輸送体が、第１の部分から第２の部分に入るときに、第２の部分の最大揚抗比を超える揚抗比を受けるような速度に到達するのに十分な長さを有する。
【００１８】
１１．
更に別の一実施例では、実施例１０における前記長さが、前記輸送体が、前記第１の部分の一端における０mphの初期速度から、前記第２の部分に接続された前記第１の部分の他端における少なくとも１００マイル／時間の速度まで、１ｇの最大加速度で加速するような長さである。
【００１９】
１２．
以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせの前記レールを含むレールシステムであって、前記第１の部分が前記レールシステム内の軌道の長さ全体の０．１％未満である、レールシステム。
【００２０】
１３．
前記レールシステム上の前記輸送体の速度を制御するように構成されたコンピュータを更に備え、前記輸送体が前記第１の部分から前記第２の部分に入るときの前記速度が、前記輸送体が、少なくとも１００又は前記第２の部分３０４の前記最大揚抗比を超える揚抗比を受けるような速度である、実施例１３のレールシステム。
【００２１】
１４．
前記第１の部分が、第１のセクションと第２のセクションを含み、前記第２の部分が前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間にある、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせのレール。
【００２２】
１５．
前記輸送体が客車を備える、以前の実施例のうちの１つ又は任意の組み合わせのレール。
【００２３】
本開示は、輸送体を操作する方法であって、レールを含む軌道上で輸送体を操作することを含み、レールが第２の部分に接続された第１の部分を含み、第１の部分が超電導体を含み、第２の部分が導体を含む、方法を更に説明する。軌道に磁気的に接続されている輸送体が、
（１）超電導状態にある超電導体を使用して生成された第１の磁場が、輸送体に取り付けられた磁石から生成された第２の磁場と相互作用するときに、生成された第１の揚力に反応して、第１の部分に対して浮揚し、
（２）第２の磁場が導体と相互作用するときに、生成された第２の揚力に反応して、第２の部分に対して浮揚する。
【００２４】
本開示は、輸送体であって、客車に取り付けられた磁石を備え、磁石が、第２の部分に接続された第１の部分を含むレールと相互作用する磁場を生成し、第１の部分が超電導体を含み、第２の部分が導体を含み、輸送体が更に、輸送体の速度を制御する輸送体に接続されたコンピュータシステムを備える、輸送体を更に説明する。輸送体は、
（１）超電導状態にある超電導体を使用して生成された第１の磁場が、輸送体に取り付けられた磁石から生成された第２の磁場と相互作用するときに、生成された第１の揚力に反応して、第１の部分に対して浮揚し、
（２）第２の磁場が導体と相互作用するときに、生成された第２の揚力に反応して、第２の部分に対して浮揚し、
（３）輸送体に関連付けられた揚抗比が軌道の第２の部分に対する揚抗比の最大値にあるような、第１の部分から第２の部分に入る速度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】典型的なEDS浮揚システムを示す。
【図２】受動的なEDSシステム内で見られる典型的な揚力及び抵抗力を示す。
【図３Ａ】１以上の実施例による、超電導軌道と導電性軌道の間の移行領域を含むハイブリッド電気動力学浮揚システムを示す。
【図３Ｂ】導電性軌道（超電導軌道よりかなり長い導電性軌道、縮尺通りに示されていない）の長さと比較した超電導軌道の例示的な長さを示す、１以上の実施例によるハイブリッド電気動力学浮揚システムを示す。この実施例では、導電性軌道が３００マイル（mi）の長さを有し、超電導軌道がそれぞれ３００フィートの長さを有する。
【図４】ハイブリッドシステムの超電導領域内の超電導材料用の例示的な筐体を示す。
【図５】ハイブリッドシステム内の例示的な導電性軌道を示す。導電性軌道は、導電性のスロット付き軌道である。軌道パラメータの最適化は、磁石の幾何学的形状、輸送体の速度、及び所望の揚力に応じて行われる。
【図６】ハイブリッドシステム内の別の例示的な導電性軌道を示す。導電性軌道は積層体を備える。
【図７】浮揚モジュール上の輸送体のベース上に配置されたハルバッハ配列を示す。ハルバッハ配列は、輸送体を浮揚させるように、ハイブリッド軌道又はハイブリッド軌道表面と相互作用する。
【図８】ハイブリッド浮揚システム上で移動する輸送体上で使用されるハルバッハ配列内の永久磁石の例示的な配向を示す。
【図９】ハルバッハ配列の波長の例示的且つ視覚的な描写である。
【図１０】Postらによる「the inductrack approach to magnetic levitation」（https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/237852.pdf）から複写された、ハルバッハ配列を含む輸送体に接続された種々のタイプの導電性軌道に対する、輸送体速度の関数としての揚抗比を示す。
【図１１Ａ】ハイブリッド浮揚システムの導電性セクション内で使用され得る、例示的な電磁サスペンションシステムを示す。
【図１１Ｂ】ハイブリッド浮揚システムの導電性セクション内で使用され得る、例示的な電磁サスペンションシステムを示す。
【図１２】１以上の実施例による、レールシステムを作成し操作するための方法を示すフローチャートである。
【図１３】ハイブリッド軌道に接続された輸送体の速度を制御するための例示的なハードウェア環境を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の説明において、添付図面を参照するが、添付図面は、本明細書の一部を形成するものであり、幾つかの実施形態の例示として示される。他の実施形態も利用可能であり、本開示の範囲を逸脱することなく、構造的な変更を加え得ることが理解される。
【００２７】
技術的な説明
超電導領域と導電性領域を含むハイブリッド軌道
図３Ａは、第２の部分３０４に接続された第１の部分３０２を含むレール３００を示している。第１の部分３０２は超電導体３０６を含み、第２の部分３０４は導体３０８を含む。レール３００を含む軌道３１０に磁気的に接続された輸送体は、（超電導状態にある超電導体を使用して生成された）第１の磁場Ｍ１が、（輸送体に取り付けられた磁石から生成された）第２の磁場Ｍ２と相互作用するときに、生成された第１の揚力Ｆ１に反応して、第１の部分に対して浮揚する。輸送体は、第２の磁場Ｍ２が第２の部分内の導体と相互作用するときに、生成された第２の揚力Ｆ２に反応して、第２の部分に対して浮揚する。
【００２８】
第１の部分と第２の部分の間の移行区域３１２も示されている。移行区域３１２では、軌道の外側の揚力安定性を増加させるように、第１の部分３０２が、第２の部分３０４の外側３１４に接続している。移行区域内の第１の部分の量は、第２の部分に向けて移動するにつれて低減される。図３Ａで示されている例示的な移行区域では、第１の部分が第１のテーパが付けられた端部３１６を有し、第２の部分が第２のテーパが付けられた端部３１８を有し、第１のテーパが付けられた端部が、第２のテーパが付けられた端部３１８に対合し／物理的に取り付けられている。より具体的には、上から見た場合、第１のテーパが付けられた端部は、第１の表面３２４を備えた平面内に第１の斜辺３２２を有する第１の三角形断面３２０を備え、第２のテーパが付けられた端部は、第２の表面３３０を備えた平面内に第２の斜辺３２８を有する第２の三角形断面３２６を備え、且つ第１の表面３２４が第２の表面３３０に対合し又は取り付けられている。１以上の実施例では、移行区域が、５０〜２００フィート（例えば、７５フィート）の長さを有する。
【００２９】
図３Ｂは、２つの超電導部分（第１のセクション３３２と第２のセクション３３４）の間又は中間に、導電性部分（第２の部分３０４）を含む、軌道を備えたレールシステム３００ｂを示している。言い換えると、第１の部分３０２は、第１のセクション３３２と第２のセクション３３４を備え、第２の部分３０４は、第１のセクション３３２と第２のセクション３３４の間（又は中間）にある。
【００３０】
超電導軌道（軌道の第１及び第２のセクション）の長さは、超電導軌道上で移動する輸送体がピーク抵抗値よりも高い速度に到達するために、如何ほどの長さを必要とするかによって決まる。しかし、典型的な実施例では、超電導軌道を備えた第１の部分が、導電性軌道を備えた第２の部分より短い。超電導軌道（第１及び第２のセクション）は、軌道の始まり及び終わりにおける加速区域である。それらの区域は、（１）軌道に対する輸送体の相対的な速度なしで輸送体の浮揚を可能にし、それによって、転がるための車輪又は更なる手段を必要とせず、（２）磁気抵抗力を除去することによって加速の効率を高める。一実施例では、乗客の快適さを保証するために１ｇの最大加速度を想定すると、超電導軌道を含む第１の部分上で略３００又は４００フィート移動した後で、１００mphを超える速度が実現される。１００mphを超えるこの高速は、超電導軌道を備えた第１の部分から導電性軌道（中間又は第２の部分）に入るときに、適度に高い揚抗比を保証する。
【００３１】
費用を最小化することを模索する一実施例では、（例えば、超電導軌道に対する冷却要件による）費用及びエネルギー消費を最小化するように、超電導軌道を含む第１及び第２のセクションの長さが、軌道の長さ全体のわずかなパーセンテージ（＜０．１％）である。１以上の実施例では、導電性軌道（第２の部分）が、少なくとも３００マイルの長さを有する。
【００３２】
超電導軌道の実施例
１以上の実施例では、軌道の超電導領域を備える第１の部分は、例えば、液体窒素又は冷凍サイクルを使用した冷却を必要とする。例えば、７７Kの沸点を有する液体窒素を使用して、超電導体（例えば、９２K未満の温度で超伝導性を維持するYBaCuOなどの高温超電導材料）を冷却することができる。液体窒素又は更なる電力の補給によって、超電導軌道を、超電導体の超電導状態を維持するために必要な臨界温度より下に保つことができる。
【００３３】
図４は、軌道の第１の部分３０２が、第１の壁４０４と第２の壁４０６を有する真空が引かれた二重壁管４０２を備えた低温保持装置／低温保持チャンバ４００を含む。第１の壁は、第１の空間４０８を形成又は包囲し、第２の空間４１０が、第１の壁と第２の壁との間に形成又は包囲される。１以上の実施例では、低温保持装置及び壁４０４、４０６が、ステンレス鋼から製作される。
【００３４】
超電導材料４１２を備えた超電導体は、第１の空間内に配置又は包含される。図４は、格子状の様態で配置された超電導結晶４１４を含む超電導材料を収容する低温保持装置を更に示している。超電導結晶のサイズ決定は、超電導材料の最適な粒度に基づく。一実施例では、その結晶が、略２．５インチ×１．２５インチ×０．５インチであるYBaCuOの結晶である。
【００３５】
第１及び第２の壁の間の第２の空間は、ほとんど全ての熱伝達を除去する真空４５０断熱を形成するように、真空が引かれている。管内の第２の空間内の更なる低圧環境は、外部環境からの熱対流の低減ももたらし、それによって、軌道を低温に維持する助けとなる。低温保持装置は、冷凍技術を使用して動的に冷却され得るか（動的冷却の予期される電力消費は、全体で１２００フィートの軌道を冷却するとして１〜５キロワット程度であり、それは、１フィート当たり０．５〜５ワットに相当する）、又は必要に応じて液体窒素が再補給されてよい。一実施例では、第１の空間が、超電導材料を超電導状態に冷却するために使用される冷媒（例えば、液体窒素又は他の冷却剤）も含むことができる。弁が、第１の空間に連結され、第１又は第２の空間の中へ冷媒を受け入れたり移したりするように構成されてよい。
【００３６】
超電導軌道の幅は、浮揚される質量のサイズに従って拡大縮小されてよい。幅が略１２インチであるように設計された軌道は、40,000ポンド（lb）の輸送体を浮揚させることができる（輸送体がより長くなれば、浮揚され得る輸送体がより重くなるので、軌道の幅は、浮揚され得る輸送体の重量に影響を与えないのであるが）。
【００３７】
導電性軌道領域
軌道の主要部分（第２の部分３０４）は、高い揚抗比に対して最適化された低費用の導電性軌道から成る。軌道は、インダクタンス及びしたがって揚抗比を増加させるために、スロット付きであってよく又は積層化されていていよい。
【００３８】
図５は、機械加工された幾何学的形状を有するソリッドな導電性プレート５０２から成る、スロット付き軌道５００の実施形態を示している。軌道を備えたスロット５０４及びラング５０６の幾何学的形状は、磁石の幾何学的形状、輸送体の速度、及び所望の揚力に関連して最適化され得る。例示的な寸法は、１〜２フィートの範囲内にあるスロット幅ＷＳＬＯＴ及びスロット長さＬＳＬＯＴ、０．２〜０．７５フィートの範囲内にあるラング長さ（Ｌｒｕｎｇ）、及び０．５〜３フィートの範囲内にある軌道幅Ｗｔｒａｃｋを含むが、それらに限定されるものではない。導電性プレートに対する例示的な材料は、アルミニウムを含むが、それに限定されるものではない。少なくとも５０の例示的な揚抗比が、この軌道構成を使用して測定された。
【００３９】
図６は、非限定的に、薄いプラスチックシートや陽極酸化アルミニウムなどの非導電性材料又は絶縁体６０４によって二三ミリメートル毎（例えば、１〜１０mmの範囲内の間隔）に分離された導電性材料６０２（例えば、アルミニウム）から成る積層化された軌道６００の実施例を示している。積層化された軌道に対する例示的な寸法は、０．５〜２フィートの範囲内（例えば、１フィート）にある軌道幅Ｗｔｒａｃｋを含むが、それに限定されるものではない。これらの寸法に対する理論的な揚抗比は、１００mphより上の速度で１５０を超える。導電性材料の間隔Ｓは、渦電流を局所化するように設定することができる。
【００４０】
導電性軌道の実施態様は、超電導軌道の使用と比較して極めて費用効果に優れる。軌道の高速部分で導電性軌道を使用することによって、磁気抵抗による損失の量を少なくすることができるだけでなく、浮揚のフェイルセーフモードを提供することもできる。軌道又は輸送体に対する電力が失われた場合、輸送体は、１０mph辺りの速度に到達するまで安定的な浮揚を継続するようになる。
【００４１】
例示的な輸送体
図７は、輸送体を軌道上に浮揚させるように、軌道と相互作用する磁場Ｍ２を生成するように構成された、磁石７０２を含む磁気モジュール７５０を備えた、輸送体７００、又は輸送体（例えば、客室７００ｂ又はトレインエンジン７００ｃ）を含む客車７００ａを示している。図７の実施例では、磁気浮揚を可能にする磁場Ｍ２が、「ハルバッハ配列」で配向された輸送体上の永久磁石の配列７０２によって生成される。１以上の磁石７０２を含む磁石モジュール７５０が、輸送体７００に取り付けられている（連結部７５２）。図８は、ハルバッハ配列８００が、その配列の片側上の磁束密度を増強し、他方の側上では磁束密度を略無効にする、永久磁石の特定の構成であることを示している。ハルバッハ配列は、増強された磁場が軌道３１０の表面と相互作用するように、輸送体７００上に配向されている。１以上の実施例では、ハルバッハ配列で配置された磁石が、ネオジム、鉄、及びホウ素の合金を含む。
【００４２】
ハルバッハ配列８００は、浮揚システムの揚抗比を増加させるために、より長い波長で最適化することができる（図９で示されているように、波長は、ハルバッハ配列の繰り返しセクション間の長さと定義される）。図１０は、種々のタイプの導電性軌道に対して、ハルバッハ配列の波長及び速度の関数としての揚抗比を示している。
【００４３】
ハルバッハ配列の実施態様は、磁石の単位質量当たりのより高い浮揚される質量を可能にする。というのも、ハルバッハ配列は、永久磁石の効率（単位質量当たりの磁束）を増加させるからである。磁石の配向と位置決めは、導電性軌道と共に使用するために最適化することができ、未だ超電導軌道（第１の部分）内の超電導体とのそれらの相互作用中に適切に機能することとなる。
【００４４】
例示的なレールシステム：真空管トレイン（Ｖａｃｔｒａｉｎ）
図１１Ａ〜図１１Ｂは、真空トンネル１１００内のハイブリッド軌道３１０の導電性領域又は部分（第２の部分３０４）を示している（すなわち、輸送体は、更に抵抗力を低減させるために、真空が引かれたトンネル内の軌道３１０上で移動する客車を備える）。
【００４５】
図１１Ａは、第２の磁場（Ｍ２）が、強磁性材料（１１５０）を含む導体（３０８）と相互作用するときに、輸送体（１１０４）が浮揚する（Ｌ）ように、電磁サスペンションシステム（EMS）を形成するべく、導体（３０８）及び磁石（７０２）が配置された、レール（３００）を示している。１以上の実施例では、磁石が、輸送体１１０４に取り付けられた電磁石１１０２を含む。電磁石は、（例えば、積層化された強磁性の）軌道１１０６を備えた導電性軌道（第２の部分３０４）と相互作用する。１以上の実施例では、軌道１１０６と磁石との間に１〜４cmの範囲内の間隙を設けるために、電磁石が動的に制御される。一定の間隙を維持するために、近接センサからのフィードバックが電磁石に供給される。電磁石は、（エネルギー要求を低減させる）超電導コイルで電力供給され、安定性を改善するために更なるコイルが位置決めされてよい。電磁サスペンションシステムが、導電性軌道１１０６と電磁石１１０２との間の引き合う磁力を利用するので、軌道１１０６は、電磁石よりも上でなければならない。電磁石と強磁性軌道との間の引き合う磁力は、スチール軌道からの距離が増加するにつれて、指数関数的に衰微する。図１１Ａの実施例は、積層化された強磁性軌道を含む導電性軌道を示しているが、他の強磁性軌道も使用されてよい。揚抗比は、（ソリッドな強磁性軌道に対する）２０から（積層化された軌道を使用する）理論的に１００以上までの範囲内に入り得る。
【００４６】
図１１Ｂは、レンツの法則及びローレンツ力に従って生成される第２の揚力Ｆ２に反応して、輸送体（１１１０）が浮揚するように、電気動力学サスペンションシステム（EDS）を形成するべく、導体（３０８）及び磁石（７０２）が配置された、レール（３００）を示している。１以上の実施例では、輸送体１１１０上の磁石１１０８が、導電性軌道１１１２（第２の部分３０４）と相互作用する。例示的な受動的システムでは、永久磁石が、例えば図５又は図６で示されているように、ラダー（ladder）又はインダクトラック（Inductrack）軌道表面を含む、導電性軌道１１１２を有する片側ハルバッハ配列で、輸送体上に取り付けられている。別の例示的な受動的システムでは、永久磁石が、ラダー又はインダクトラック軌道表面を含む、導電性軌道を有する二重ハルバッハ配列（ヌルフラックス）で、輸送体上に取り付けられている。更に別の例示的な受動的システムでは、永久磁石が、ループを備えた導電性軌道を有する片側ハルバッハ配列（ヌルフラックス）で、輸送体上に取り付けられている。一実施例では、レールが、6061アルミニウムを含む（例示的な寸法は、幅１２フィート及び厚さ０．２５フィートを有する軌道を含むが、それに限定されるものではない）。
【００４７】
特定の科学的理論によって拘束されることなしに、電気動力学サスペンションシステムは、レンツの法則及びローレンツ力を使用して動作する。その場合、（導電性軌道上の輸送体内の磁石の動きによってもたらされる）導電性軌道１１１２の導電性表面内の磁場の変化は、渦電流を生成する。次に、磁場の変化が、導電性表面に引き起こされた磁場の変化に抵抗するような磁場を生成する。これは、輸送体の浮揚をもたらす反力をもたらす。
【００４８】
１以上の実施例では、EDSシステムが、２０の揚抗比、輸送体と導電性軌道の間の略１０mmの間隙、及び５０：１である輸送体の質量の磁石の質量に対する比を示す。
【００４９】
工程ステップ
図１２は、レールシステムを作成し且つ／又は操作する方法を示すフローチャートである。
【００５０】
ブロック１２００は、レールを備えた軌道を取得又は提供（例えば、組み立て又は敷設）することを表している。そのレールは、第２の部分に接続された第１の部分を含み、第１の部分は超電導体を含み、第２の部分は導体を含む。１以上の実施例では、前記第１の部分（３０２）が第１のテーパが付けられた端部（３１６）を有し、前記第２の部分（３０４）が第２のテーパが付けられた端部（３１８）を有し、前記第１のテーパが付けられた端部（３１６）が、前記第２のテーパが付けられた端部（３１８）と対合する。このやり方で、軌道の外側の揚力安定性を増加させるように、第１の部分３０２が、第２の部分３０４の外側３１４に接続している。
【００５１】
超電導体の実施例は、YBaCuO超電導材料又は他の高温超電導材料を含むが、それらに限定されるものではない。
【００５２】
１以上の実施例では、導体３０８が、スロット５０４及びラング５０６を含む、ソリッドな導電性プレート５０２を備える。
【００５３】
１以上の実施例では、第２の部分３０４が積層体６５０を備え、積層体６５０は、絶縁体６０４によって分離された導電性材料６０２として配置された導体３０８を含む。
【００５４】
第１の部分に対する例示的な長さＬ２は、１００フィート〜２０００フィートの範囲内の長さＬ２、又は、輸送体７００が、第１の部分３０２から第２の部分３０４に入るときに、輸送体７００が第２の部分の最大揚抗比を超える（例えば、１００を超える）揚抗比を受けるような速度に到達するのに十分な長さＬ２を含むが、それらに限定されるものではない。１以上の実施例では、長さＬ２が、前記輸送体７００が、第１の部分３０２の一端３６０における０mphの初期速度から、又は第２の部分３０４に接続された第１の部分３０２の他端３６２における少なくとも１００マイル／時間のスピード／速度まで、１ｇの最大加速度で加速するような長さである。１以上の更なる実施例では、第１の部分３０２が、レールシステム３００ｂ内の軌道３１０の全体の長さＬ３の０．１％未満を備える。
【００５５】
ブロック１２０２は、任意選択的に、輸送体７００を軌道３１０に磁気的に接続することを表している。その場合、輸送体７００は、輸送体７００に取り付けられた磁石７０２を備える。１以上の実施例では、磁石７０２が、希土類永久磁石（例えば、ネオジム、鉄、及びホウ素の合金を含む磁石）を備える。磁石７０２は、レール３００（第１の部分３０２又は第２の部分３０４）と相互作用する磁場Ｍ２を生成する。
【００５６】
ブロック１２０４は、任意選択的に、（超電導状態にある超電導体３０６を使用して生成された）第１の磁場Ｍ１が、輸送体７００に取り付けられた磁石７０２から生成された第２の磁場Ｍ２と相互作用するときに、生成された第１の揚力Ｆ１に反応して、輸送体７００が、第１の部分３０２に対して浮揚するＬことを可能にすることを表している。
【００５７】
輸送体７００に接続された推進システムが、レール３００によって軌道３１０に沿ってガイドされた輸送体７００のスピード／速度を制御する。
【００５８】
ブロック１２０６は、任意選択的に、第２の磁場Ｍ２が導体３０８と相互作用するときに、生成された第２の揚力Ｆ２に反応して、輸送体７００が、第２の部分３０４に対して浮揚するＬことを可能にすることを表している。
【００５９】
輸送体７００に接続されたコンピュータシステム１３００が、輸送体７００の速度を制御する。それによって、輸送体７００は、輸送体７００に関連付けられた揚抗比が第２の部分３０４に対する揚抗比の最大値であるような、（第１の部分３０２から第２の部分３０４に入る）スピード又は速度を有する。
【００６０】
処理環境
図１３は、軌道の導電性部分に入る揚抗比が十分に高い（例えば、１００より大きい）ように、輸送体１３１４、７００の速度を制御するために必要とされる処理要素を実装する、例示的なシステム１３００を示している。
【００６１】
コンピュータ１３０２は、プロセッサ１３０４（汎用プロセッサ１３０４Ａ及び専用プロセッサ１３０４Ｂ）、並びにランダムアクセスメモリ（RAM）１３０６などのメモリを備える。概して、コンピュータ１３０２は、メモリ１３０６内に記憶されたオペレーティングシステム１３０８の制御の下で動作し、入力と命令（例えば、乗務員又は自動氷検出器からのアナログ又はデジタル信号）を受け付け且つ入力／出力（I／O）モジュール１３１０を介して結果を提示する、ユーザ／他のコンピュータと相互作用する。コンピュータプログラムアプリケーション１３１２は、コンピュータ１３０２のメモリ１３０６内に記憶されたデータにアクセスし、そのデータを操作する。オペレーティングシステム１３０８とコンピュータプログラム１３１２は、コンピュータ１３０２によって読み込まれ実行されたときに、コンピュータ１３０２に本明細書で説明される動作及び／又は方法を実行させる指示命令から成る。一実施形態では、オペレーティングシステム１３０８とコンピュータプログラム１３１２を実施する指示命令が、メモリ１３０６内で有形に具現化され、それによって、１以上のコンピュータプログラム製品又は製造品が、本明細書で説明されるように、ハイブリッド軌道上の輸送体の速度を制御することを可能にする。そのようにして、本明細書で使用される際に、「製造品」、「プログラム記憶デバイス」、及び「コンピュータプログラム製品」という用語は、任意のコンピュータ可読デバイス又は媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することが意図されている。
【００６２】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項１.
レール（３００）であって、
第２の部分（３０４）に接続された第１の部分（３０２）を備え、前記第１の部分（３０２）が超電導体（３０６）を含み、前記第２の部分（３０４）が導体（３０８）を含み、前記レール（３００）を含む軌道（３１０）に磁気的に接続された輸送体（７００）が、
第１の磁場（Ｍ１）が第２の磁場（Ｍ２）と相互作用するときに、前記第１の部分（３０２）に対して浮揚し（Ｌ）、前記第１の磁場（Ｍ１）が、超電導状態にある前記超電導体（３０６）を使用して生成され、前記第２の磁場（Ｍ２）が、前記輸送体（７００）に取り付けられた磁石（７０２）から生成され、
前記第２の磁場（Ｍ２）が前記導体（３０８）と相互作用するときに、前記第２の部分（３０４）に対して浮揚する（Ｌ）、レール（３００）。
条項２．
前記第１の部分（３０２）が第１のテーパが付けられた端部（３１６）を有し、前記第２の部分（３０４）が第２のテーパが付けられた端部（３１８）を有し、
前記第１のテーパが付けられた端部（３１６）が、前記第２のテーパが付けられた端部（３１８）と対合する、条項１に記載のレール（３００）。
条項３．
前記第１の部分（３０２）が、第１の壁（４０４）と第２の壁（４０６）を有する真空が引かれた二重壁管（４０２）を備え、前記第１の壁（４０４）が第１の空間（４０８）を形成し、前記第１の壁（４０４）と前記第２の壁（４０６）が、前記第１の壁（４０４）と前記第２の壁（４０６）の間に第２の空間（４１０）を形成し、
前記超電導体（３０６）が、前記第１の空間（４０８）内に配置され、
前記第２の空間（４１０）が真空（４５０）を含む、条項２に記載のレール（３００）。
条項４．
前記超電導体（３０６）が、複数のYBaCuO結晶（４１４）を含む、条項３に記載のレール（３００）。
条項５．
前記第２の磁場（Ｍ２）が、強磁性材料（１１５０）を含む前記導体（３０８）と相互作用するときに、第２の揚力Ｆ２が生成されたことに反応して、前記輸送体（１１０４）が浮揚する（Ｌ）ように、電磁サスペンションシステム（EMS）を形成するべく、前記導体（３０８）及び前記磁石（７０２）が配置されている、条項１に記載のレール（３００）。
条項６．
レンツの法則及びローレンツ力に従って生成される揚力Ｆ２に反応して、前記輸送体（１１１０）が浮揚するように、電気動力学サスペンションシステム（EDS）を形成するべく、前記導体（３０８）及び前記磁石（７０２）が配置されている、条項１に記載のレール（３００）。
条項７．
前記導体（３０８）が、スロット（５０４）及びラング（５０６）を含む、ソリッドな導電性プレート（５０２）を備える、条項１に記載のレール（３００）。
条項８．
前記第２の部分（３０４）が積層体（６５０）を備え、前記積層体（６５０）が、絶縁体（６０４）によって分離された導電性材料（６０２）として配置された前記導体（３０８）を含む、条項１に記載のレール（３００）。
条項９．
前記磁石（７０２）が、ハルバッハ配列（８００）で配置されている、条項１に記載のレール（３００）。
条項１０．
前記第１の部分（３０２）が、１００フィート〜２０００フィートの範囲内の長さ（Ｌ２）を有する、条項１に記載のレール（３００）。
条項１１．
前記第１の部分（３０２）が、前記輸送体（７００）が、前記第１の部分（３０２）から前記第２の部分（３０４）に入るときに、前記第２の部分（３０４）の最大揚抗比を超える揚抗比を受けるような速度に到達するのに十分な長さ（Ｌ２）を有する、条項１に記載のレール（３００）。
条項１２．
前記長さ（Ｌ２）が、前記輸送体（７００）が、前記第１の部分（３０２）の一端（３６０）における０mphの初期速度から、前記第２の部分（３０４）に接続された前記第１の部分（３０２）の他端（３６２）における少なくとも１００マイル／時間の速度まで、１ｇの最大加速度で加速するような長さである、条項１に記載のレール（３００）。
条項１３．
条項１に記載のレール（３００）を含むレールシステム（３００ｂ）であって、前記第１の部分（３０２）が、前記レールシステム（３００ｂ）内の軌道（３１０）の全体の長さ（Ｌ３）の０．１％未満を備える、レールシステム（３００ｂ）。
条項１４．
前記レールシステム（３００ｂ）上の前記輸送体（７００）の速度を制御するように構成されたコンピュータ（１３０２）を更に備え、前記輸送体（７００）が前記第１の部分（３０２）から前記第２の部分（３０４）に入るときの速度が、前記輸送体（７００）が少なくとも１００又は前記第２の部分（３０４）の最大揚抗比を超える揚抗比を受けるような速度である、条項１３のレールシステム（３００ｂ）。
条項１５．
前記第１の部分（３０２）が、第１のセクション（３３２）と第２のセクション（３３４）を含み、前記第２の部分（３０４）が、前記第１のセクション（３３２）と前記第２のセクション（３３４）の間にある、条項１に記載のレール（３００）。
条項１６．
前記輸送体（７００）が、客車（７００ａ）内にある、条項１に記載のレール（３００）。
条項１７．
輸送体（７００）を操作する方法であって、
レール（３００）を含む軌道（３１０）上で前記輸送体（７００）を操作することを含み、前記レール（３００）が、第２の部分（３０４）に接続された第１の部分（３０２）を含み、前記第１の部分（３０２）が超電導体（３０６）を含み、前記第２の部分（３０４）が導体（３０８）を含み、前記軌道（３１０）に磁気的に接続された前記輸送体（７００）が、
超電導状態にある前記超電導体（３０６）を使用して生成された第１の磁場（Ｍ１）が、前記輸送体（７００）に取り付けられた磁石（７０２）から生成された第２の磁場（Ｍ２）と相互作用するときに、生成された第１の揚力に反応して、前記第１の部分（３０２）に対して浮揚し（Ｌ）、
前記第２の磁場（Ｍ２）が前記導体（３０８）と相互作用するときに、生成された第２の揚力に反応して、前記第２の部分（３０４）に対して浮揚する（Ｌ）、方法。
条項１８．
前記第１の部分（３０２）が、前記輸送体（７００）が、前記第１の部分（３０２）から前記第２の部分（３０４）に入るときに、前記第２の部分（３０４）の最大揚抗比を超える揚抗比を受けるような速度に到達するのに十分な長さ（Ｌ２）を有する、条項１７に記載の方法。
条項１９．
輸送体（７００）であって、
前記輸送体（７００）に取り付けられた磁石（７０２）を備え、前記磁石（７０２）が、第２の部分（３０４）に接続された第１の部分（３０２）を含むレール（３００）と相互作用する磁場を生成し、前記第１の部分（３０２）が超電導体（３０６）を含み、前記第２の部分（３０４）が導体（３０８）を含み、
前記輸送体（７００）が更に、前記輸送体（７００）の速度を制御する、前記輸送体（７００）に接続されたコンピュータシステム（１３００）を備え、
前記輸送体（７００）が、
超電導状態にある前記超電導体（３０６）を使用して生成された第１の磁場（Ｍ１）が、前記輸送体（７００）に取り付けられた磁石（７０２）から生成された第２の磁場と相互作用するときに、生成された第１の揚力（Ｆ１）に反応して、第１の部分（３０２）に対して浮揚し（Ｌ）、
前記第２の磁場（Ｍ２）が前記導体（３０８）と相互作用するときに、生成された第２の揚力（Ｆ２）に反応して、前記第２の部分（３０４）に対して浮揚し（Ｌ）、
前記輸送体（７００）に関連付けられた揚抗比が、前記第２の部分（３０４）に対する揚抗比の最大値となるような、前記第１の部分（３０２）から前記第２の部分（３０４）に入る速度を有する、輸送体（７００）。
条項２０．
条項１９に記載の輸送体を備える客車（７００ｂ）。
【００６３】
本開示の範囲から逸脱することなしにこの構成に多くの修正が行われ得ることを、当業者は理解するだろう。例えば、上述の構成要素、又は任意の数の種々の構成要素、周辺機器、及び他のデバイスの任意の組み合わせが使用され得ることを、当業者は理解するだろう。
【００６４】
利点及び改良
本明細書で説明された１以上の実施例による、ハイブリッド超電導／導電性軌道の実施態様は、問題を解決する。
【００６５】
浮揚モジュールが軌道に接触し、輸送体を減速させることを防止するための、車輪又は更なる手段が必要でない。本明細書で説明された輸送体は、輸送体の加速を支援するための車輪が必要でない。
【００６６】
低い揚抗比による効率の低減がない。本明細書で説明されたレールシステムの実施形態は、輸送体が、適切な高い揚抗比で導電性領域に入ることを保証することによって、（例えば、真空が引かれた管内で）輸送体の加速を支援する。本明細書で説明されたレールシステムの実施形態は、巡航速度までの加速の効率を少なくとも５０％だけ増加させる。
【００６７】
高い費用がなくなる。本明細書で説明されたレールシステムの実施形態は、全体的に初期費用と操業費用の両方を低減させる。
【００６８】
浮揚の不具合がなくなる。本明細書で説明されたハイブリッドレールシステムの実施例は、高速度領域においてフェイルセーフな浮揚を可能にする。
【００６９】
結論
これで、本開示の好適な実施形態の説明を終了する。好適な実施形態の前述の説明は、例示及び説明を目的として提示されてきた。網羅的であること、又は開示された精密な形態に本開示を限定することは意図されていない。多くの修正例及び変形例が、上述の教示に照らして可能である。権利範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって限定されることが意図されている。
【図１】
2020054221.tif 000003
【図２】
2020054221.tif 000004
【図３Ａ】
2020054221.tif 000005
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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2020054221000002.pdf
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