(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷を運ぶための装置であって、
管状の一か所が離間した形状または中空の角柱状の一か所が離間した形状の磁束源であって、
互いに反対の極性を有する第１の外側部分及び第１の内側部分であって、前記第１の外側部分及び前記第１の内側部分は、前記磁束源の両端部の間に配置された磁化可能構造の第１の側から水平に間隔を空けるように構成される、第１の外側部分及び第１の内側部分と、
互いに反対の極性を有する第２の外側部分及び第２の内側部分であって、前記第２の外側部分及び前記第２の内側部分は、前記磁化可能構造の第２の側から水平に間隔を空けるように構成され、前記第２の側は前記第１の側の反対であり、前記第１の外側部分及び前記第２の外側部分は、前記磁化可能構造の外側部分に磁気的に引き付けられるように構成され、前記第１の内側部分及び前記第２の内側部分は、前記磁化可能構造の内側部分に磁気的に引き付けられるように構成される、第２の外側部分及び第２の内側部分と、
を含む磁束源と、
前記磁束源の内表面に取り付けられた内側磁束ガイドと、
前記磁束源の外表面に取り付けられた外側磁束ガイドであって、前記内側磁束ガイドと前記外側磁束ガイドは磁化可能材料を含む、外側磁束ガイドと、
前記磁化可能構造に相対的な前記磁束源の位置を制御するように構成されたコントローラと、
を備える装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記磁束源は、１つ又は２つ以上の永久磁石、非磁化可能スペーサによって分けられる複数の磁束源、ボンド磁石、及び半径方向に一様に磁化される磁石のうちの、少なくとも１つを含む、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記内側磁束ガイド及び前記外側磁束ガイドの各自は、前記磁束源によって生成される磁束を集中させるように構成される、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
前記コントローラは、前記磁束源によって生成される磁束にバイアスをかけるために電流を運ぶように構成された制御コイルを含む、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記コントローラは、更に、
前記磁束源の前記部分の少なくとも１つの水平位置を表すセンサデータを生成するように構成された１つ又は２つ以上のセンサと、
前記センサデータに基づいて電流を提供するように構成された回路と、
を含む、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記センサの少なくとも１つは、前記磁束源と前記磁化可能構造との間のギャップ距離を決定するように構成される、装置。
【請求項７】
請求項５に記載の装置であって、
前記電流は、前記磁化可能構造の両側で磁束を等しくするように構成される、装置。
【請求項８】
請求項５に記載の装置であって、
前記電流は、前記磁束源によって生成される磁束を増加又は減少させるためにバイアス磁束を生成する、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記磁化可能構造に沿って推進力を提供するように構成されたエンジンを備える装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、更に、
管状の一か所が離間した形状または中空の角柱状の一か所が離間した形状の追加の磁束源であって、
互いに反対の極性を有する追加の第１の外側部分及び追加の第１の内側部分であって、前記追加の第１の外側部分及び前記追加の第１の内側部分は、前記磁束源の両端部の間に配置された追加の磁化可能構造の第１の側で前記追加の磁化可能構造から水平に間隔を空けるように構成される、追加の第１の外側部分及び追加の第１の内側部分と、
互いに反対の極性を有する追加の第２の外側部分及び追加の第２の内側部分であって、前記追加の第２の外側部分及び前記追加の第２の内側部分は、前記追加の磁化可能構造の第２の側で前記追加の磁化可能構造から水平に間隔を空けるように構成され、前記第２の側は前記第１の側の反対であり、前記第１の外側部分及び前記第２の外側部分は、前記追加の磁化可能構造の外側部分に磁気的に引き付けられるように構成され、前記第１の内側部分及び前記第２の内側部分は、前記追加の磁化可能構造の内側部分に磁気的に引き付けられるように構成され、前記磁化可能構造と前記追加の磁化可能構造とが互いに水平に間隔を空けて配置されている、追加の第２の外側部分及び追加の第２の内側部分と、
を含む追加の磁束源を備える装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、更に、
前記磁化可能構造を中心にした荷の回転を前記磁束源によって抑制されるように前記磁束源に結合された前記荷を備える装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、
前記磁束源は、前記磁化可能構造の方に突き出して前記磁束源の垂直変位に対する抵抗を提供するように構成された複数の突出を含む、装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置であって、更に、
前記磁化可能構造に沿って荷を導くように構成された１つ又は２つ以上のフランジ付き車輪を備える装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１の外側部分は、前記第１の側で前記磁化可能構造の前記外側部分に磁束を導入するように構成され、前記第２の外側部分は、前記第２の側で前記磁化可能構造の前記外側部分に磁束を導入するように構成され、前記磁束は、前記磁化可能構造の中を前記内側部分に垂直に伝わり、前記磁束の少なくとも一部分は、前記第１の側で前記磁化可能構造の前記内側部分を通じて前記第１の内側部分に戻り、前記磁束の少なくとも一部分は、前記第２の側で前記磁化可能構造の前記内側部分を通じて前記第２の内側部分に戻る、装置。
【請求項１５】
外側部分、内側部分、第１の側、及び前記第１の側の反対側の第２の側を有する磁化可能構造に相対的に磁束源を制御する方法であって、
内表面、外表面、第１の極性を有する第１の外側部分、前記第１の極性の反対の第２の極性を有する第１の内側部分、前記第１の極性を有する第２の外側部分、及び前記第２の極性を有する第２の内側部分を有し、管状の一か所が離間した形状または中空の角柱状の一か所が離間した形状の磁束源と、第１の磁化可能材料を含み、前記磁束源の前記内表面に取り付けられた第１の磁束ガイドと、第２の磁化可能材料を含み、前記磁束源の前記外表面に取り付けられた第２の磁束ガイドとを提供することと、
前記磁束源の前記第１の外側部分及び前記磁束源の前記第１の内側部分を、前記磁束源の両端部の間に配置された前記磁化可能構造の前記第１の側から間隔を空けて配置することと、
前記磁束源の前記第２の外側部分及び前記磁束源の前記第２の内側部分を前記磁化可能構造の前記第２の側から間隔を空けて配置することであって、前記第１の外側部分及び前記第２の外側部分は、前記磁化可能構造の前記外側部分に磁気的に引き付けられ、前記第１の内側部分及び前記第２の内側部分は、前記磁化可能構造の前記内側部分に磁気的に引き付けられる、ことと、
前記磁化可能構造に相対的な前記磁束源の位置を制御することと、
を備える方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記磁束源は、１つ又は２つ以上の永久磁石、非磁化可能スペーサによって分けられる複数の磁束源、ボンド磁石、及び半径方向に一様に磁化される磁石のうちの、少なくとも１つを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記位置を制御することは、前記磁束源によって生成される前記磁束にバイアスをかけるために電流を生成することを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
前記位置を制御することは、前記磁化可能構造に相対的な前記磁束源の前記部分の少なくとも１つの位置を感知することと、前記感知された位置に基づいて電流を提供することとを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記位置を感知することは、前記磁束源と前記磁化可能構造との間のギャップ距離を決定することを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、
前記位置を制御することは、前記磁化可能構造の両側で前記磁束を等しくすることを含む、方法。
【請求項２１】
荷を運ぶためのシステムであって、
管状の一か所が離間した形状または中空の角柱状の一か所が離間した形状の、磁束を生成するための磁束生成手段であって、
磁束を生成するための第１の外側手段と、
磁束を生成するための第１の内側手段であって、前記第１の外側手段と前記第１の内側手段は、前記磁束生成手段の両端部の間に配置された磁化可能構造の第１の側から水平に間隔を空けられ、前記第１の外側手段と前記第１の内側手段は互いに反対の極性を有している第１の内側手段と、
磁束を生成するための第２の外側手段と、
磁束を生成するための第２の内側手段であって、前記第２の外側手段と前記第２の内側手段は前記磁化可能構造の第２の側から水平に間隔を空けられ、前記第２の外側手段と前記第２の内側手段は互いに反対の極性を有し、前記第２の側は前記第１の側の反対であり、前記第１の外側手段及び前記第２の外側手段は、前記磁化可能構造の外側部分に磁気的に引き付けられるように構成され、前記第１の内側手段及び前記第２の内側手段は、前記磁化可能構造の内側部分に磁気的に引き付けられるように構成される、第２の内側手段と、
を含む磁束生成手段と、
前記磁束生成手段の内表面に取り付けられ、前記磁束を導くための第１の手段と、
前記磁束生成手段の外表面に取り付けられ、前記磁束を導くための第２の手段と、
前記磁化可能構造に相対的な前記磁束生成手段の位置を制御するための制御手段と、
を備えるシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムであって、
前記磁束生成手段は、１つ又は２つ以上の永久磁石、非磁化可能スペーサによって分けられる複数の磁束源、ボンド磁石、及び半径方向に一様に磁化される磁石のうちの、少なくとも１つを含む、システム。
【請求項２３】
請求項２１に記載のシステムであって、
前記制御手段は、コントローラ回路を含む、システム。
【請求項２４】
請求項２１に記載のシステムであって、
前記制御手段は、前記磁束源によって生成される前記磁束にバイアスをかけるために電流を生成するための手段を含む、システム。
【請求項２５】
請求項２１に記載のシステムであって、
前記制御手段は、前記磁束源の前記部分の少なくとも１つの水平位置を感知するための位置感知手段と、前記感知された位置に基づいて電流を提供するための手段とを含む、システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、
前記位置感知手段は、前記磁束源と前記磁化可能構造との間のギャップ距離を決定するための手段を含む、システム。
【請求項２７】
請求項２１に記載のシステムであって、
前記制御手段は、前記磁化可能構造の両側で前記磁束を等しくするための手段を含む、システム。
【請求項２８】
請求項１に記載の装置であって、
前記磁束源は、Ｃ字型、または、長方形もしくは三角形の一か所が離間した形状の断面を有する、装置。
【請求項２９】
請求項１５に記載の方法であって、
前記磁束源は、Ｃ字型、または、長方形もしくは三角形の一か所が離間した形状の断面を有する、方法。
【請求項３０】
請求項２１に記載のシステムであって、
前記磁束生成手段は、Ｃ字型、または、長方形もしくは三角形の一か所が離間した形状の断面を有する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願への相互参照＞
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、引用によって本明細書に組み込まれる２００９年３月２６日出願の仮出願第６１／１６３，７７８号の優先権を主張する。本出願は、また、それぞれ引用によって全体を本明細書に組み込まれる米国特許第７，６１７，７７９号、第３，５６９，８０４号、及び第６，９７７，４５１号にも関連する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、総じて、磁気軸受け構造を使用した搬送のための方法及び装置に関するものである。特に、本発明は、搬送のための荷の浮上に一般的に適用される。
【発明の概要】
【０００３】
一態様では、荷を運ぶための装置は、磁束源と、磁化可能構造に相対的な磁束源の位置を制御するように構成されたコントローラとを含む。磁束源は、反対の極性を有する第１の上方部分と第１の下方部分とを含む。これらの第１の部分は、磁化可能構造の第１の側から水平方向に間隔を空けられている。磁束源は、更に、反対の極性を有する第２の上方部分と第２の下方部分とを含む。これらの第２の部分は、磁化可能構造の第２の側から水平方向に間隔を空けられている。第２の側は、第１の側の反対側である。第１及び第２の上方部分は、磁化可能構造の上方部分に磁気的に引き付けられ、第１及び第２の下方部分は、磁化可能構造の下方部分に磁気的に引き付けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】レールに近接して配置された管状の磁気軸受け構造を含むシステムの斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシステムの断面図であり、磁場を表す複数の磁力線を示している。
【図２Ａ】制御コイルを有する管状の磁気軸受け構造を含むシステムの正面図である。
【図２Ｂ】水平位置決めシステムの機能ブロック図である。
【図２Ｃ】受信されたセンサデータに基づいて制御コイルに電流を提供する方法を示した流れ図である。
【図３】レールに近接して磁気軸受け構造を配置された車両を含むシステムの断面図である。
【図４】角柱状の磁気軸受け構造を含むシステムの断面図である。
【図５】複数の磁石を伴う磁気軸受け構造を含むシステムの断面図である。
【図６】２つの磁石を伴う磁気軸受け構造を含むシステムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下の詳細な説明は、発明の特定の具体的態様を対象としている。しかしながら、発明は、例えば特許請求の範囲によって定義及び網羅されるような、多数の異なる形で具現化されてよい。本明細書における態様は、種々様々な形態で具現化されてよいこと、並びに本明細書で開示される特定の構造、機能、又は構造及び機能がいずれも代表的なものにすぎないことが明らかである。本明細書における教示に基づいて、当業者ならば、本明細書で開示される態様がその他のどの態様からも独立して具現化されてよいこと、及びこれらの態様の２つ若しくは３つ以上が様々なやり方で組み合わせされてよいことがわかる。例えば、装置又は方法は、本明細書に明記された任意の数の態様を使用して具現化されてよい又は実施されてよい。また、このような装置又はこのような方法は、本明細書に明記さ
れた１つ若しくは２つ以上の態様に追加の又は本明細書に明記された１つ若しくは２つ以上の態様以外の他の構造、機能性、又は構造及び機能性を使用して具現化されてよい又は実施されてよい。同様に、本明細書で開示される方法は、コンピュータによる読み出しが可能な記憶媒体から取り出された命令を実行するように構成された１つ又は２つ以上のコンピュータプロセッサによって実施されてよい。コンピュータによる読み出しが可能な記憶媒体は、データ又は命令などの情報を、このような情報が幾らかの一定の間隔でコンピュータによって読み出し可能であるように、そのような一定の間隔で格納する。コンピュータによる読み出しが可能な記憶媒体の例は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのメモリ、並びにハードドライブ、光ディスク、フラッシュメモリ、フロッピィディスク、磁気テープ、紙テープ、及びパンチカードなどのメモリである。
【０００６】
図１は、レール１２０に近接して配置された管状の磁気軸受け構造１００を含むシステム１０の斜視図である。磁気軸受け構造１００は、内側の殻１０６と外側の殻１０２との間に磁束源１０４を含む。一実施形態では、外側の殻１０２は、Ｃ字型の断面を有し、同様にＣ字型の断面を有する内側の殻１０６を中心にして同心に配置される。内側の殻１０６及び外側の殻１０２は、ともに、好ましくは鉄又は鋼などの磁化可能材料で作成される。殻１０２、１０６は、磁束源１０４の磁束を磁気軸受け構造１００の内周及び外周に沿って導いて、それによって磁束源１０４の磁束の閉じ込め及び集中を助けることができる。
【０００７】
磁気軸受け構造１００とレール１２０との間の磁力ゆえに、磁気軸受け構造１００は、レール１２０に接触することなく荷を支えることができる。図３に関して更に説明されるように、このような磁気軸受け構造１００は、車両にかかる重力を無効にする浮上力を提供し、そうして車両がレールに沿って移動する際の摩擦を軽減させるために使用することができる。
【０００８】
一実施形態では、磁束源１０４は、１つの永久磁石を含む。永久磁石は、希土類磁石、サマリウム−コバルト磁石、アルニコ磁石、及びネオジム磁石を含んでよい。永久磁石の使用は、軸受け１００が、電源を必要としない「常時オンの」浮上力を提供することを可能にする。他の実施形態では、磁束源１０４は、１つ若しくは２つ以上の永久磁石及び／又は１つ若しくは２つ以上の電磁石を含んでよい。一実施形態では、磁束源１０４は、外側の殻１０２に接触している磁束源１０４のエッジ面が１つの極性であるとともに内側の殻１０６に接触している磁束源１０４のエッジ面が反対の極性であるように、半径方向に一様に磁化される。磁束源１０４は、ボンド磁石であってよい。一実施形態では、ボンド磁石は、熱可塑性樹脂と混ぜ合わされて注入成形磁石、圧縮磁石、又は可塑性磁石を形成する磁性粉末を含む。磁性粉末は、樹脂が液体である間に好ましい一方向に揃えられ、樹脂が硬化されるときにこの樹脂によってこの好ましい一方向に維持される。ボンド磁石は、例えば磁気軸受け１０の所望境界の外側に突き出す磁束などの浮遊磁束を最小限に抑えるために使用することができる。
【０００９】
図１Ｂは、図１Ａのシステムの断面図であり、複数の磁力線１９０を示している。図には、６本の磁力線１９０のみが示されているが、磁場は連続した場であること、及びそのような磁場を表すために６本よりも多い又は少ない磁力線１９０が使用されてもよいことがわかる。外側の殻１０２は、レール１２０の突出に近接して位置する第１の端１５２及び第２の端１５４を含む。内側の殻１０６も、また、同様にレール１２０の突出に近接して位置する第１の端１６２及び第２の端１６４を含む。一実施形態では、磁束源１０４は、磁束源１０４から始まって磁束源１０４で終わる複数の磁力線１９０によって表される磁場を生成する。外側の殻１０２は、各磁力線１９０を外側の殻１０２に沿って第１の端１５２又は第２の端１５４に導き、そこで、磁力線１９０は、外側の殻１０２とレール１２０との間のギャップを横断する。各磁力線１９０は、引き続きレール１２０を通り、レ
ール１２０と、内側の殻１０６の第１の端１６２又は第２の端１６４との間のギャップを横断することによって、レール１２０から出る。内側の殻１０６は、各磁力線１９０を内側の殻１０６に沿って導き、各磁力線１９０は、磁束源１０４に戻って終わる。この順序は、磁束源の極性に応じて逆転してもよい。
【００１０】
一実施形態では、軸方向における（レール１２０に沿った）軸受け１００の長さは、殻の半径方向の厚さを上回る。この構成では、外側の殻１０２と内側の殻１０６との間の最短のレラクタンス経路が、軸受け１００とレール１２０との間のギャップを通じてレール１２０を通る経路であるので、非浮揚磁束が最小限に抑えられ、尚且つ浮遊磁場が軽減される。
【００１１】
図１に示された、内側及び外側の殻の第１の端と第２の端との間に配置されたレール１２０は、Ｉ字型の断面を有する。他の実施形態では、他の形状が使用されてよい。一実施形態では、レール１２０は、第１の端１５２、１５４と第２の端１６２、１６４との間のギャップに嵌るのに十分な狭さである。一実施形態では、レール１２０は、磁気軸受け１００に接触することなく第１の端１５２、１５４と第２の端１６２、１６４との間のギャップに嵌るのに十分な狭さである。レール１２０は、浮上に加えて推進も可能にする任意の軸方向長さであってよい。
【００１２】
一実施形態では、レール１２０は、鋼又は鉄などの磁化可能材料を含む。別の実施形態では、レール１２０は、磁性材料を含む。磁気軸受け構造１００の垂直方向の移動は、いずれも、磁束源１０４によって生成される磁力の抵抗を受け、これは、磁力線１９０の長さを最短にする傾向があるので、軸受け１００は、レール１２０を「捕捉及び拘束」することができる。
【００１３】
一実施形態では、レール１２０は、ゲージで分けられた少なくとも２本の実質的に平行なレールを含み、各レールは、ウェブによってヘッドとフットとを分けられた概ねＩ字型の外形を有する。一実施形態では、レール１２０は、標準的なすなわち国際標準のゲージレールを含み、例えば、ゲージは、およそ１，４３５ｍｍである。ゲージは、１，４３５ｍｍよりも小さくてよい又は大きくてよい。一実施形態では、レール１２０は、フランジ付きの車輪がレールのヘッドに沿って走行することを可能にする。したがって、本明細書で説明される実施形態は、既存のレール技術及びその他の車両にも適合可能であることができる。
【００１４】
図２Ａは、制御コイル２２５を有する管状の磁気軸受け構造２００を含むシステムの正面図である。磁気軸受け構造２００は、内側の殻２０６と外側の殻２０２との間に磁束源２０４を含む。図１のシステム１０に関して上述されたように、軸受け２００は、レール２２０を「捕捉及び拘束」することができる。以下で更に説明されるように、制御コイル２２５内の制御電流は、横力が生成又は制御されて接触が阻止されるように、磁束の量を、ひいては磁束源２０４とレール２２０との間のギャップの各側にかかる力を変化させる。
【００１５】
水平位置決めシステム２１０は、コントローラ、プロセッサ、又はその他の回路を含んでよく、レール２２０に対して軸受け２００を水平方向に中心合わせするように構成されてよい。水平位置決めシステム２１０は、センサ２９０及び制御コイル２２５を含んでよい、又はセンサ２９０及び制御コイル２２５に動作可能式に接続されてよい。制御コイル２２５は、コイル２２５内に磁束を生成する電流を運ぶことができる。したがって、制御コイル２２５は、電流を磁束に変換する電磁石として動作する。生成された磁束は、図１Ｂに関して上述された磁場にバイアスをかけ、それによって個別の磁束制御を通じて磁気軸受け構造２００に水平方向の力を提供してよい。したがって、磁束の量は、制御コイル
２２５によって生成されたバイアス磁束を磁束源１０４によって生成された磁束に加えることによって、個別に調節される。図１Ｂからわかるように、レールと外側の殻１０２との間のギャップ１８７における磁束方向と、レールと内側の殻１０６との間のギャップ１８８における磁束方向は、磁束源の極性及び向きゆえに反対方向である。したがって、同方向における正味の横力を適切に生じさせるために、それぞれのコイル巻線の方向が既知若しくは既定の２つ以上の制御コイルが直列に又は並列に使用されてよい。
【００１６】
制御コイル２２５を流れる電流の制御を通じて、水平位置決めシステム２１０は、軸受け２００をレール２２０上で水平方向に中心合わせしてよい。一実施形態では、水平位置決めシステム２１０は、磁束源２０４とレール２２０との間で水平方向の引力をバランスさせることによって、磁束源２０４とレール２２０との間の総エアギャップを一定に維持する。具体的には、磁力が各殻２０２、２０６の両端をレール２２０に向かって引っ張るゆえに、制御の有効性が強化される。一実施形態では、水平位置決めシステム２１０は、レール２２０の両側で磁束を等しくするように動作する。
【００１７】
水平位置を決定するために、１つ又は２つ以上のセンサ２９０が使用されてよい。センサ２９０は、センサ２９０から対象又は所定の基準点までの距離を表すセンサデータを生成してよい。例えば、センサ２９０は、レール２２０に対する磁気軸受け構造２００の水平方向の位置を表すセンサデータを生成してよい。センサ２９０は、誘導式近接センサ、容量式変位センサ、又はレーザ式距離計を含んでよいが、これらに限定はされない。一実施形態では、センサ２９０は、光信号又は音響信号を発し、それに応答する場の変化を測定する。別の実施形態では、センサ２９０は、センサ２９０から対象までの距離の変化の率を表すセンサデータを生成してもよい。例えば、センサ２９０は、磁気軸受け構造２００がどれくらいの速さでレール２２０に近づいているかを表すセンサデータを生成してよい。センサ２９０は、ドップラベースのセンサを含んでよい。一実施形態では、センサ２９０は、光信号又は音響信号を発し、それに応答する信号の波長の変化を測定する。
【００１８】
一実施形態では、水平位置決めシステム２１０による定めに応じて制御コイル２２５によって運ばれる電流は、センサ２９０によって決定される水平位置に基づく。一実施形態では、電流は、電流がセンサ２９０によって表される距離に線形比例する一次方程式に基づいて増幅される。別の実施形態では、電流は、電流がセンサ２９０によって表される距離の二乗の逆に比例する逆二次方程式に基づいて増幅される。別の実施形態では、電流は、レール２２０の両側の２つのセンサによって表される距離の差に線形的に又は非線形的に比例する。電流は、少なくとも一部にはセンサ２９０からの測定結果に基づき、該測定結果は、少なくとも一部には提供される電流に基づくので、水平位置決めシステム２１０は、このフィードバック状況を効率良く実施するためのサーボドライブを含んでよい。総じて、サーボドライブは、制御システムからコマンド信号を受信し、該信号を増幅し、コマンド信号に比例する運動を生じさせるために電流を送る。
【００１９】
一実施形態では、制御コイル２２５は、外側の殻２０２に巻き付いている。別の実施形態では、制御コイル２２５は、内側の殻２０６に巻き付いている。別の実施形態では、外側の殻２０２及び内側の殻２０６の少なくとも一方に、複数の制御コイルが巻き付いてよい。例えば、一実施形態では、第１の制御コイルが外側の殻２０２に巻き付いて、第２のコイルが内側の殻２０６に巻き付いている。制御コイル２２５は、外側の殻２０２、磁束源２０４、及び内側の殻２０６から電気的な絶縁材料によって物理的に分離されてよい。
【００２０】
図２Ｂは、一実施形態にしたがった水平位置決めシステム２１０の機能ブロック図である。水平位置決めシステム２１０は、レール２２０に対する軸受け２００の水平位置を表す信号をセンサ２９０から受信する。コントローラ２１２は、制御コイル２２５に提供するための適切な補正電流を決定するために、センサ２９０からの信号を処理する。コント
ローラ２１２は、バッテリ又はその他の電流源などの電源２１６を制御する（とともに、このような電源２１６によって作動されてよい）。コントローラ２１２は、制御コイル２２５に電流を提供するように電源２１６を制御する。一実施形態では、水平位置決めシステム２１０は、センサ２９０から受信される信号に基づいて適切な電流を決定するためのアルゴリズムを格納するためのメモリ２１４を含む。
【００２１】
コントローラ２１２は、本明細書で説明される機能を実施するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくはその他のプログラマブルロジックデバイス、個別のゲート若しくはトランジスタのロジック、個別のハードウェアコンポーネント、又はこれらの任意の適切な組み合わせであってよい。コントローラ２１２は、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、１つ若しくは２つ以上のマイクロプロセッサとＤＳＰコアとの併用、又はこのようなその他の任意の構成のように、コンピュータデバイスの組み合わせとして具現化されてもよい。
【００２２】
コントローラ２１２は、情報の読み書きを行うために、１本又は２本以上のバスを介してメモリ２１４に結合されてよい。コントローラ２１４は、更に、又は代わりに、プロセッサレジスタなどのメモリを含んでよい。メモリ２１４は、レベルごとに異なる容量及びアクセス速度を有するマルチレベル階層キャッシュを含むプロセッサキャッシュを含んでよい。メモリ２１４は、また、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、その他の揮発性記憶装置、又は非揮発性記憶装置を含んでよい。
【００２３】
図２Ｃは、制御コイルに電流を提供する方法２７０を示した流れ図である。方法２７０は、例えば、図２Ｂの水平位置決めシステム２１０によって実施されてよい。方法２７０は、水平位置を表すセンサデータの受信によって、ブロック２７１から開始する。一実施形態では、センサデータは、センサから対象又は所定の基準点までの距離を表す。例えば、一実施形態では、センサデータは、レールに対する磁気軸受けの水平位置を表す。一実施形態では、センサデータは、センサから対象までの距離の変化の率を表す。例えば、一実施形態では、センサデータは、磁気軸受け構造がどれくらいの速さでレールに近づいているかを表す。別の実施形態では、センサデータは、距離又は距離の変化の率をそれぞれ表す複数センサからのデータを含む。
【００２４】
次に、ブロック２７２では、センサデータが既定の閾値を超える距離又は速度を表しているかどうかが決定される。決定は、例えば、図２Ｂのコントローラ２１２によって実施されてよい。一実施形態では、既定の閾値は、ゼロであってよい。もし距離又は速度が既定の閾値未満であるならば、方法２００は、方法２００が既定の長さの時間にわたって一時的に停止するブロック２７３に進む。ブロック２７２、２７３を含むことによって、方法２７０は、エネルギ的に非効率的になる又は過剰ながたつきをもたらす可能性がある連続調整を実施しない。
【００２５】
もしセンサデータが既定の閾値を超える距離又は速度を表すと決定されたならば、方法２００は、受信されたセンサデータに対応する電流が決定されるブロック２７４に続く。決定は、例えば、図２Ｂのコントローラ２１２によって実施されてよい。一実施形態では、電流は、電流がセンサによって表される距離に線形比例する一次方程式に基づいて増幅される。別の実施形態では、電流は、電流がセンサによって表される距離の二乗の逆に比例する逆二次方程式に基づいて増幅される。別の実施形態では、電流は、レールの両側の２つのセンサによって表される距離の差に線形的に又は非線形的に比例する。更に別の実施形態では、電流は、ルックアップテーブルに基づいて増幅される。このようなルックアップテーブルは、例えば、図２Ｂのメモリ２１４に格納されてよい。一実施形態では、電流は、センサによって表される速度に比例して決定される。別の実施形態では、電流は、
センサによって表される距離及び速度に基づいて決定される。
【００２６】
ブロック２７５に進むと、決定された電流は、１つ又は２つ以上の制御コイルに提供される。電流は、例えば、図２Ｂのコントローラ２１２による制御に応じて電源２１６によって提供されてよい。制御コイルに提供された電流は、水平方向の力を提供して軸受けをレール上で水平方向に中心合わせするように、制御コイル内に磁束を生成してそれによって図１Ｂに関して上述された磁場にバイアスをかけることができる。一部の実施形態では、決定される電流は、ゼロであってよいことがわかる。例えば、決定される電流は、外部の力がない状態で磁気軸受けがレールに対して中心合わせされる場合にゼロであってよい。
【００２７】
ブロック２７５の後、方法２７０は、ブロック２７１に戻って繰り返される。したがって、方法２７０は、センサデータに基づいて継続的に電流を提供する。一実施形態では、水平位置決めシステム２１０は、レールに対して継続的に磁気軸受けの中心合わせを行う。
【００２８】
図３は、レール３２０、３２２に近接して配置された磁気軸受け構造３１０、３１２に荷３６０を結合された車両３３０を含むシステム３０の断面図である。１本のレールではなく２本のレールを使用することによって、レールに対する車両の回転を抑制することができる。車両は、第１のレール３２０に近接して配置された第１の軸受け３１０と、第２のレール３２２に近接して配置された第２の軸受け３１２とを含む。軸受け３１０、３１２は、車両３３０及び荷３６０に作用する重力を打ち消す浮揚力又は浮上力を提供し、そうしてレールに沿った摩擦を軽減する。軸受け３１０、３１２は、１つ又は２つ以上の支え構造３６２を介して荷３６０に取り付けられる。軸受けは、溶接、ネジ、又はその他の装着技術を介して取り付けられてよい。
【００２９】
１つ又は２つ以上の位置センサ及び１つ又は２つ以上の制御コイルを含む水平位置決めシステム（不図示）は、軸受けを、それらがレールに接触しないように水平方向に中心合わせされた状態に維持し、そうして更に摩擦を軽減することができる。一実施形態では、水平位置決めシステムは、図２に関して上述されたような水平力を提供するように１つ又は２つ以上の電流を運ぶようにそれぞれ構成された１つ又は２つ以上の制御コイルを含む。
【００３０】
一実施形態では、システムは、引用によって本明細書に全体を組み込まれる米国特許出願第１２／０４８，０６２号に記載されるような非対称エアギャップを使用してよい。一実施形態では、軸受け３１０、３１２とレール３２０、３２２との間の内側のギャップ３８０は、軸受け３１０，３１２とレール３２０、３２２との間の外側のギャップ３８２と異なる大きさである。したがって、車両３３０が水平方向に変位されたときは、一方の軸受けのみがレールに接触するであろう。
【００３１】
システム３０は、垂直方向の力を提供する軸受けと、水平力を提供する水平位置決めシステムとを含むことができるが、レール３２０、３２２の方向に推進力を提供するエンジンも含んでよい。したがって、システム３０は、自由度６を付与されえる。一実施形態では、エンジンは、車両３３０に接続された従来の回転式機関車エンジンを含む。別の実施形態では、エンジンは、引用によって本明細書に全体を組み込まれる米国特許出願第１２／０４８，０６２号又は米国特許第７，６１７，７７９号に記載されるようなリニアモータを含む。
【００３２】
図３に示される軸受け３１０、３１２は、２つのみであるが、車両又はシステムは、独立した追加の軸受けを様々な構成で含んでもよいことがわかる。例えば、軸受けは、概ね
車両の四隅に配置されてよい。別の例では、車両の軸長と概ね同じ長さの軸長を有する軸受けが、車両の各側に配置されてよい。一実施形態では、軸受けを有する複数の車両が、１つ若しくは２つ以上の回転式又は浮上式のエンジンによって引っ張られてよい又は押されてよい。
【００３３】
回転式のカートとは対照的に、図３の車両３３０のような浮上式のプラットフォームが有する幾つかの利点としては、特に、機械的部品の磨耗の低減、過剰な熱発生の減少、及びノイズの減少が挙げられる。浮上式のハイブリッドシステムは、摩擦が低減されるゆえに、従来のシステムよりもエネルギ効率に優れている可能性がある。発明の一実施形態は、１つ又は２つ以上の軸受けを含むマグレブシステムを含む。
【００３４】
図４は、角柱状の磁気軸受け構造４００を含むシステム４０の断面図である。システム４０は、磁気軸受け構造４００が管状ではなく角柱状に成形されているという点で、上述された実施形態と異なる。図４には、直角柱が示されているが、その他の形状が使用されてもよい。例えば、一実施形態では、磁気軸受け構造４００の断面は、三角形である。それ以外では、システム４０の構造及び機能性は、上述のような図２のシステム２０と同様であってよい。磁気軸受け構造４００は、角柱状であるので、車両への取り付け又は貯蔵がより容易になるであろう。角柱状の構造は、一般的に、平面を含むので、磁束源の製造が簡略化され尚且つ制御コイルの装着がより容易になるであろう。
【００３５】
図５は、磁気軸受け構造５００を含む別のシステム５０の断面図である。システム５０は、磁束源５０４が、一方の極性が外側の殻５０２に面するように尚且つ他方の極性が内側の殻５０６に面するように配置された複数の磁石５０４を含むという点で、上述された実施形態と異なる。磁石５０４の間には、ガラス、木、樹脂、又は空気などの非磁化可能物質５１５があり、より大きなスペースと、場合によっては制御巻き線の配置に適した場所とを提供する。それ以外では、システム５０の構造及び機能性は、上述のような図２のシステム２０と同様であってよい。磁気軸受け構造５００は、１つの磁石ではなく複数の磁石５０４を有するので、磁束源５０４は、より安価であろう。しかしながら、もし複数の磁石５０４どうしの間隔が広すぎると、レール５２０を通るのではなく非磁化可能材料を通る磁力線が存在して浮上力を減少させる可能性がある。
【００３６】
図６は、２つの磁石を伴う磁気軸受け構造を含むシステムの断面図である。磁気軸受け構造６００は、支え構造６３０と、レール６２０の各側に配された２つの磁石６０４ａ、６０４ｂを伴う磁束源とを含む。磁石６０４ａ、６０４ｂは、各磁石６０４ａ、６０４ｂの上部が一方の極性であるとともに各磁石６０４ａ、６０４ｂの底部が他方の極性であるように配される。一実施形態では、支え構造３６０は、磁石６０４ａ、６０４ｂの場所を互いに対して固定する。それ以外では、システム６０の構造及び機能性は、上述のような図２のシステム２０と同様であってよい。磁気軸受け構造６００が有する磁石は、２つのみであるので、生産が簡略化される又はコストが削減されるであろう。しかしながら、レール６２０を通るのではなく左の磁石６０４ａの左又は右の磁石６０４ｂの右にある磁力線が存在して浮上力を減少させる可能性がある。
【００３７】
一実施形態では、レールに近接して配置された磁束源は、リラクタンスの変化による垂直変位に対する抵抗を提供するために、垂直方向に狭くてよい、又はレールの方に突き出した狭い突出を含んでよい。
【００３８】
上記の詳細な説明は、様々な実施形態に照らして発明の新規な特徴を指摘してきたが、例示された装置又はプロセスの形態及び詳細には、発明の趣旨から逸脱することなく当業者によって様々な省略、置換、及び変更がなされてよいことが理解される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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