(57)【要約】本発明は、一定の磁場を受ける、磁気的に浮上され、少なくとも１つの方向に安定であり、少なくとも１つの他の方向に不安定である物体（２，２１，３１，３２，５２，２００）を安定化させる方法に関する。本発明の方法は、第２の磁場を受ける少なくとも１つの導電性の部材（１５ａ−１６ｃ，２７，４４，６２，２１１）に、不安定な方向に補償的なローレンツ力を発生させるように、電流を印可することであり、必要なだけ繰り返される、安定化工程を有することを特徴とする。本発明は、また、本発明の方法により安定化される磁気浮上装置（１，２０，３０，５０）に関する。
2008537872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの一定の磁場を受ける、磁気的に浮上され、少なくとも１つの方向に安定であり、少なくとも１つの他の方向に不安定である物体（２，２１，３１，３２，５２，２００）を安定化させる方法において、第２の磁場を受ける少なくとも１つの導電性の部材（１５ａ−１６ｃ，２７，４４，６２，２１１）に、不安定な方向に補償的なローレンツ力を発生させるように、電流を印可することであり、必要なだけ繰り返される、安定化工程を具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記安定化工程の目的は、所望の平均的な平衡位置を中心とした、上限と下限との間に前記物体（２，３１，３２，５２，２００）を維持することであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記導電性の部材（１５ａ−１６ｃ，２７，４４，６２，２１１）を通る電流の流れを初期化し、並びに／もしくは中断することができる、前記物体(２，２１，３１，３２，５２，２００)の位置を検出する工程を具備していることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの一定の磁場を受ける、浮上する物体（２，２１，３１，３２，５２，２００）を具備し、この物体は、この浮上される物体の対応する磁化手段（７，８，７ａ、３７，３８，５７，５８，２０５，２０６）と相互作用することができる、磁気浮上装置（１，２０，３０，５０）において、一方では、第２の磁場を発生することができる第２の磁気的な複数の部材（１１ａ−１４ｂ，２３−２６，４０−４３，６０−６２，２０７，２０８）を、他方では、前記第２の磁場を受ける少なくとも１つの伝導性の部材(１５ａ−１６ｃ，２７，４４，６２，２１１)とを具備し、この結果、前記導電性の部材を電流が流れる場合に、補償的なローレンツ力が前記浮上された物体に発生されることを特徴とする磁気浮上装置（１，２０，３０，５０）。
【請求項５】
前記磁場は、前記対応する磁化手段（７，８，５７，５８，２０６）と共に、前記浮上される物体（２，２１，５２，２００）にかけられる引力を発生することを特徴とする請求項４に記載の装置（１，２０，５０）。
【請求項６】
前記磁場は、少なくとも２つの磁場のソース（３３，３４）により発生され、これら磁場のソースと、浮上される物体（３１，３２）の相補的な磁化手段（３７，３８）とは、同じ方向に平行な帯磁方向を有していることを特徴とする請求項４に記載の装置（３０）。
【請求項７】
前記伝導性の部材は、コイルであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１に記載の装置（２０，３０，５０）。
【請求項８】
前記磁場のソース（３，４，３ａ，３３，３４，５３，５４，２０１，２０２）、並びに／もしくは相補的な磁化手段(７，８，７ａ，３７，３８，５７，５８，２０５，２０６)、並びに／もしくは第２の磁気的な部材(１１ａ−１４ｂ，２３−２６，４０−４３，６０−６２，２０７，２０８)は、永久磁石であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１に記載の装置（１，２０，３０，５０）。
【請求項９】
前記第２の磁気的な部材（６０）は、前記第２の磁場が再配向されることを可能とするように形状が取られた少なくとも１つの強磁性物質（６１，６２）と相互作用することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１に記載の装置（５０）。
【請求項１０】
前記浮上される物体（５２，２００）の位置により前記導電性の部材（６２，２１１）を通る電流の流れを初期化し、又は中断することができる少なくとも１つのセンサ（１００，１１０）を具備していることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１に記載の装置（５０）。
【請求項１１】
前記センサ（１００）は、前記浮上された物体（５２）と一体で、スイッチ（１０２）を閉じるためにこのスイッチと接触することができる先端（１０１）を有していることを特徴とする請求項１０に記載の装置（５０）。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、磁気的に浮上される物体を安定化させるための方法と、磁気浮上装置とに関する。
【０００２】
磁場は、様々なアクチュエータに力を発生させ、これらアクチュエータに摩擦がなくノイズのない動作を可能とするように、用いられることができる。このような作動の手段は、従来の機械的なシステムがその限界に達し、もはや適切ではない場合に、用いられる。特に、非常に高い回転速度を必要とする複数の用途があり、このような用途では、摩擦による損失を最小にすること、並びに／もしくは磨耗を避けることが特に必要であり、並びに／もしくは、このような用途では、潤滑剤を用いることが不可能である。
【０００３】
これらの好都合な点が特に最も望ましい用途の例は、とりわけ、慣性はずみ車システムである。これら慣性はずみ車システムは、毎分数千回転で回転するホイールで運動エネルギーの形態でエネルギーを蓄積する装置を構成し、４００ｋｍ／ｈをはるかに超える速度に到達しえ、空気の摩擦だけが残っている磁気的に浮上された列車を構成する。
【０００４】
現在最も利用可能な磁気的なアクチュエータは、１自由度のみの磁気浮上を用いている。このことは、モータを駆動するための磁気的な力だけが用いられる電気モータであてはまる。
【０００５】
これらの用途のほとんどの場合、エネルギーの損失と発生するノイズとを低減するように現在ある摩擦を最小限にすることが特に望ましい。このことを行なうために、複数自由度で物体を磁気的に制御しなければならないことが必要であることが証明されている。
【０００６】
ところで、磁場を用いることにより物体を完全に浮上させて維持することが望まれる場合、すなわち空間で６自由度を有する浮上を維持することが望まれる場合、この物体を安定化させることが特に難しいことが証明されている。１８３９年に科学者Ｓ．アーンショウは、静的な場で磁気的に分極した粒子を安定化させることは不可能であることを示した。結果として、強磁性の物体を、永久磁石即ち強磁性の部材を用いて磁気浮上させて安定させることは不可能である。しかしながら、アーンショウの法則を回避するための複数の解決法が提案され、磁気的に浮上した物体を安定化するために現在用いられている。
【０００７】
第１の解決法は、反磁性物質を用いることにある。このような物質は、永久磁化を有する強磁性物質と違って、このような物質が受ける外部磁場に反応して磁場を発生させる。この誘起された磁場は、外部磁場に常に反平行であることにより、外部磁場に反対になる傾向があり、この誘起された磁場は、常に磁気浮上された物体がその平衡位置から離れるように動く場合にこの磁気浮上された物体により起こされた場の変化に常に反対である。したがって、物体を安定に保つ復元力が存在する。このことは、超伝導体を用いた磁気浮上にあてはまる。しかしながら、この解決手段は、実行するのが困難である。これらの物質が、超伝導状態を達成することができるために、一般に液体窒素中で非常な低温に冷却されなければならないためである。結果として、この方法は、理論的な見地から満足のいくものであるが、実行するためには特に扱いづらいままであり、非常に大きな量のエネルギーを消費する低温手段を必要とする。
【０００８】
第２の解決法は、電磁石を用いることにある。これは、反磁性物質が受ける外部磁場に反対の磁場を半永久的に発生させるのと同じで、電磁石が浮上された物体の所望の平衡位置からのずれをずらすように、この電磁石により発生された磁場を修正するからである。したがって、アーンショウの法則は、破られず、もし、この電磁石を一定電流が流れ、そのため一定の磁場を発生するならば磁気浮上は不可能なままであるが、アーンショウの法則は、この電磁石により発生される磁場を調整することにより迂回される。したがって、この磁場は、可変であり、結果として生ずるこの場の方向も可変である。
【０００９】
第３の解決法は、複数のコイルにより発生される入れ替わる場をもちいることにある。場の変化により、伝導体中に渦電流と称される誘起電流が発生され、これら電流は、この場合、物体を持上げるのに十分でありうる反発力を生じさせる。
【００１０】
しかしながら、第２及び第３の解決法は、電磁石とコイルとを用いて十分に強い磁場を発生させるために必要とされる電力のために、大きな欠点を有している。さらに、これら電磁石により発生される磁場を半永久的に制御する必要から、複雑な制御システムを設置する必要があり、この制御システムも電力を消費し、非常に短い応答時間を備えていなければならない。この制約は、このようなシステムの一般的な非線形の伝達機能のために、達成するのが難しい。追加的なエネルギーを消費せず、このため「受動的な」浮上と称される、永久磁石を用いる浮上に対照的に、このような浮上の形態は、「能動的」であるといわれる。
【００１１】
第４の解決法に言及するべきである。この第４の解決法により、永久磁化を備える物体を、また半永久的である場に浮上させて維持することが可能となる。この物体は、ＬＥＶＩＴＲＯＮ（商標）の登録商標で販売され、回転している場合、静的な磁場中で浮上されて維持されることができるこまの形態をとっている。外見と逆に、この物体は、アーンショウの法則を破っていない。これは、静的な場の中でのどんな浮上システムにも固有の不安定性が存在するためであるが、この不安定性は、こまの回転に基づくジャイロスコープの安定化効果により、補償されている。しかしながら、このように得られた平衡は、比較的不安定であり、安定性の条件は、特に厳格である。この結果、前記こまの質量は、非常に正確に調整されなければならず、このこまの回転速度と重力の方向に対する磁場の方向も同様である。
【００１２】
これら欠点のいくつかを軽減するために、第５の解決法が開発され、この第５の解決法は、永久磁石と電磁石との両方を用いるハイブリッドシステムに基づき、この結果、システムの電力消費がわずかに軽減されることを可能とする。このような浮上は、「部分的に受動的な」浮上と称される。このように、１．１テスラの場を発生させる２つの希土類永久磁石の間で浮上している円柱状のロータを有する、部分的に受動的な浮上の装置が知られているが、径方向の安定性だけが保障されている。相補的な安定性がない場合、このシステムは、したがって、軸方向に非常に不安定である。この安定化を達成するために、各永久磁石は、前記ロータの平均的な平衡位置を中心とした軸方向の安定が保障されるように、サーボ制御された電磁石と関連付けられている。永久磁石を使用することにより、一方では、線形の伝達機能を備えたシステムを有することが可能となり、他方では、印可される半永久的な場を増加させるために又は減少させるためにのみ用いられる電磁石が電力供給されていなくてもリラクタンスにより中心化することを確実にすることが可能となり、この結果、前記ロータにかけられている力の平衡を移動させることが可能となる。しかしながら、このようなシステムの電力消費は、比較的高いままであり、複雑で高速のサーボ制御システムと関連付けられたセンサの設置が依然として必要とされる。
【００１３】
これらの技術的で経済的な制約のために、この技術は、エネルギーのコストがほとんど全く考慮されない非常に特別な用途の脈略でのみ用いられる。
【００１４】
磁気浮上の現在の主な用途のひとつは、磁気ベアリング、特に、慣性はずみ車システム及び他の回転装置のためである。慣性はずみ車システムは、電流が遮断される場合又は不規則な電力供給の場合にエネルギーを復元するように、複数の磁気ベアリングにより軸が一定に保たれる回転するはずみ車に運動エネルギーの形態でエネルギーを蓄えるように用いられる。例えば、風力タービンの発電が電気システムに電力供給するために十分である場合、この電流の幾分かは、モータ／発電機により慣性はずみ車システムを駆動し、この慣性はずみ車システムを毎分数千回転に維持するように用いられる。この風力タービンによる発電が低下する場合には、この慣性はずみ車システムの速度が、この場合発電機モードで動作する同一のモータ／発電機のおかげで、電気に変換される。このことにより、発電が上昇するまで一定の電力供給が保障されることが可能となる。エネルギーの蓄積を最適化し、摩擦損失を最小化し、可能な限り長い時間の間最大の効率でエネルギーを復元するように、はずみ車の浮上は、非常に正確に制御されなければならず、この浮上を制御するために可能な限り最も少ない電力を消費しなければならない。上で説明されたように、現在の解決法のほとんどは、これらの目的を達成することができない−複数の永久磁石を用い、そのため電気エネルギーを消費しない浮上は、アーンショウの法則のために不可能であり、一方、能動的な浮上では、特に、非常に大きな量の電気エネルギーが必要とされる。この問題は、非常に高電力を必要とする複数のコイルを用いて浮上が行なわれていても、浮上が一般に液体窒素浴に維持されなければならない複数の超伝導体を用いていても、既に高い設置コストに加えて、期待される収益性と比較して運転コストが極めて高い磁気的に浮上された列車にもあてはまりうる。
【００１５】
本発明の目的は、上述の欠点を克服し、これを行なうために、少なくとも１つの一定の磁場を受ける、磁気的に浮上され、少なくとも１つの方向に安定であり、少なくとも１つの他の方向に不安定である物体を安定化させる方法において、第２の磁場を受ける少なくとも１つの導電性の部材に、不安定な方向に補償的なローレンツ力を発生させるように、電流を印可することであり、必要なだけ繰り返される、安定化工程を有することを特徴とする方法、からなる。
【００１６】
この結果、補償的なローレンツ力を印可するおかげで、前記システムに固有の磁気的な不安定性を補償する一方で、このシステムの電力消費を最小化することが容易である。
【００１７】
これは、安定な磁場中の物体は、ラプラシアン、すなわち空間座標に関する２次偏微分の和、がゼロである調和型のポテンシャルエネルギーを有しているためである。このように、完全に安定な平衡で望まれるように、空間座標の各々に関する、ポテンシャルエネルギーの２次偏微分が、全ては、負になることができない。結果として、依然として、少なくとも１つの座標があり、この座標に関して２次偏微分は、正であり、したがって、この座標のために安定な平衡位置はない。驚くべきことに、ポテンシャルが２次であるローレンツ力を不安定の方向に印可することにより、前記システムに複数の安定点が存在するポテンシャルエネルギーを与えることができることが見出された。結果として、このようなシステムを安定化させるために強力な電磁石を用いる必要はもはやなく、この結果、全体の電力消費は、著しく低減される。
【００１８】
前記物体を浮上させるための磁場は、この物体の幾何学的形状に応じて、１つ以上の磁力ソースにより発生されてもよい。前記物体の安定性を向上させるように、所望の方向に磁場を発生させるために、少なくとも２つの磁力ソースを用いることが必要であることが示されることができる。
【００１９】
好都合なことに、前記安定化工程の目的は、所望の平均的な平衡位置を中心とした、上限と下限との間に前記物体を維持することである。これは、安定性の所望の程度に応じて、より大きな又はより小さなローレンツ力がかけられなければならないからである。より正確に平衡が維持されなければならないと、より大きな補償的な力を印可することにより前記システムの安定を保証することがますます必要となる。好都合なことに、前記物体を浮上させるために必要とされる全浮き上がりのうちの約１０％を与えるローレンツ力を印可することが可能であり、残りの９０％は、複数の永久磁石により与えられる。
【００２０】
また、好都合なことには、本発明による方法は、前記導電性の部材を通る電流の流れを初期化し、並びに／もしくは中断することができる、前記物体の位置を検出する工程を有している。この結果、前記電流は、前記物体をこの物体の平均的な平衡位置に戻すために必要とされる場合にだけ印可され、この結果、さらに消費を低減する。所望の平均の平衡点を中心としたわずかな振動を許容すれば、前記システムの電気消費をさらに低減することが可能である。
【００２１】
本発明の主題は、また、少なくとも１つの一定の磁場を受ける、浮上している物体を有し、この物体は、この浮上された物体の対応する磁化手段と相互作用する、磁気浮上装置において、一方では、第２の磁場を発生することができる第２の磁気的な部材を、他方では、前記第２の磁場を受ける少なくとも１つの伝導性の部材とを有し、この結果、前記導電性の部材を電流が流れる場合に、補償的なローレンツ力が前記浮上された物体に発生されることを特徴とする磁気浮上装置である。
【００２２】
「対応する磁化手段により」という表現は、周囲の磁場に感受性を有するいかなる物質も意味すると理解されるべきであることを銘記されたい。このような物質は、もちろん他の磁石に反応する複数の磁石であるが、同時にそれ自体は磁化されていないが磁場におかれた場合に磁気的に配向される強磁性物質でもある。
【００２３】
前記一定の磁場は、少なくとも１つの場のソースにより発生され、この磁場のソースと対応する磁化手段とは、この場のソースが前記物体に位置し、外部の対応する磁化手段と相互作用するように、逆にされることが可能であることが明確に理解されなければならない。
【００２４】
前記磁場は、前記対応する磁化手段と共に、前記浮上された物体にかかる引力を発生することが好ましい。前記磁場は、前記対応する磁化手段と共に、前記浮上された物体にかかる引力と反発力とを発生させることも可能である。
【００２５】
代わりの実施形態によると、前記磁場は、少なくとも２つの磁場のソースにより発生され、これら磁場のソースと、浮上された物体の対応する磁化手段とは、同じ方向に平行な帯磁方向を有している。例えば、回転対称性を備えたシステムの場合、２つの相互に作用する同心状の永久磁石のリングが用いられ、これらリングの一方は、固定子と一体であり、一方、他方のリングは、前記浮上された物体、例えばロータ、と一体である。
【００２６】
前記導電性の部材は、コイルであることが好ましい。一般に、銀で形成された導電性の部材が好ましい。この金属は、現在知られている最良の導体の１つである。カーボンナノチューブを用いることも考えられる。もちろん、発生されるローレンツ力の強度は、前記コイルのアスペクト比（形状）(forme)に応じて変化することができ、このアスペクト比は、前記コイルの最小限の電流にとっての安定性に寄与する方向のローレンツ力を最大化するように規定されていることが好ましい。このコイルが幅広く薄いと好都合である。
【００２７】
前記磁場のソース、並びに／もしくは相補的な磁化手段、並びに／もしくは第２の磁気的な部材は、永久磁石であることも好ましい。これら永久磁石は、ネオジウム−鉄−ボロンがベースの磁石であると好都合である。これら磁石は、最大限の主な場(un champ principal)と最小限の寄生的な場(des champs parasites)との両方が得られるように、ハルバッハ構成と称される構成にしたがって位置していることも好ましい。
【００２８】
代わりの実施形態によると、前記第２の磁気的な部材は、前記第２の磁場が再配向されることを可能とするように形状が取られた少なくとも１つの強磁性物質と相互作用する。
【００２９】
前記装置が、前記浮上された物体の位置により前記導電性の部材を通る電流の流れを初期化し、又は中断することができる少なくとも１つのセンサを有していることは好ましい。この結果、前記導電性の部材が常に電力供給される必要がなく、この結果、前記システムの電気の消費をさらに低減する。前記導電性の部材内の電流は、オン／オフタイプ、比例、積分もしくは微分タイプ、又は前記浮上された物体の位置に応じてこれらのいずれもの組合せのサーボ制御された回路により制御されることができる。
【００３０】
前記センサが、前記浮上された物体と一体で、スイッチを閉じるためにこのスイッチと接触することができる先端を有していると、好都合である。
【００３１】
本発明の実施は、添付された図面と関連させて、以下に示されている詳細な説明からよりよく理解されるだろう。
【００３２】
慣性はずみ車システム１は、図１に示されているように、下方の磁気源３と上方の磁気源４との間で磁気浮上する円柱状のはずみ車２を有している。各磁気源３、４は、このはずみ車２に対応する、それぞれの円形の磁石７、８に面しているそれぞれの円形の磁石５、６を有している。
【００３３】
さらに、はずみ車２は、中央の下方のキャビティ９と中央の上方のキャビティ１０とを有している。この下方のキャビティ９は、重ねられた２対の追加の磁石１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを収容しており、２対の追加の磁石１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの一方により発生される径方向の磁場は、追加の磁石１２ａ、１２ｂ、１１ａ、１１ｂの他の対により発生された場と反対である。同様に、上方のキャビティ１０は、重ねられた２対の追加の磁石１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂを収容している。
【００３４】
下方のキャビティ９と上方のキャビティ１０とは、各々が、それぞれ、対応する磁場源３、４と一体で、はずみ車２の軸に垂直に位置している一組(un ensemble)の導線１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃを収容することを目的としている。導線１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各組は、電力供給回路（図示されていない）に接続されている。
【００３５】
円形の磁石５乃至８の極の配向は、一方で円形の磁石５、７が、他方で円形の磁石６、８が、それぞれこれらの間に引き合う磁力を発生するように、選択されている。円形の磁石５乃至８の力は、はずみ車２を上方のソース４に向かって動かす傾向の引力が、重力によりかけられる力（シンボルとして矢印に示されている）すなわちこのはずみ車２の重量だけ増加された、このはずみ車２を下方のソース３に向かって動かす傾向の引力と平衡にあるように選択されている。
【００３６】
さらに、磁石５、６は、はずみ車２に大きな中心化力(une force de centrage)をかけ、これら磁石は、対応する磁石７、８の磁気軸をこれら磁石自身の磁気軸と整列させる傾向がある。この中心化力は、前記はずみ車を径方向に安定化させるのに十分である。
【００３７】
アーンショーの法則（Ｅａｒｎｓｈａｗ‘ｓ  ｌａｗ）によると、下方のソース３と上方のソース４との間で浮上したはずみ車２は、安定ではありえない。具体的には、引き合うように配置された磁石５乃至８の中心化力が特に大きいため、この力により、はずみ車２に径方向の安定性が与えられるが、軸方向の不安定性が課される。この結果、いかなる相補的な場の規制もない場合、はずみ車２は、当然、下方の磁力ソース３又は上方の磁力ソース４と接触する傾向を有するだろう。
【００３８】
軸方向の安定性は、追加的な磁石１１ａ乃至１４ｂの各々と、対応する導線１５ａ乃至１６ｃの複数の組との間の相互作用により与えられる。起こることは、垂直な磁場を受ける導体を通して電流が流れる場合、この導体は、ローレンツ力を受け、電流と場のベクトルで、直接直行系(un repe`re orthonormal direct)を形成する。
【００３９】
電流が流れる導線１５ａ乃至１６ｃの組の各々は、対応する追加の磁石１１ａ乃至１４ｂと相互作用する。この場合、複数の対の追加の磁石１１ａ乃至１４ｂの配向と導線１５ａ乃至１６ｃを流れる電流の方向とは、はずみ車２が下方のソース３に接近した場合、発生されたローレンツ力が軸方向に向けられ、このはずみ車２をこの下方のソース３から離れるように動かす傾向を持つように選択されている。対応して、はずみ車２が上方のソース４に接近した場合、発生されたローレンツ力は、軸方向に向けられ、このはずみ車２を上方のソース４から離れるように動かす傾向を持たなければならない。
【００４０】
図１に示されている配置では、はずみ車２が平衡にある場合、導線１５ａ乃至１６ｃの２分の１が、複数の対の追加の磁石１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂの径方向の磁場を受ける一方、導線１５ａ乃至１６ｃの導線の他の半分は、前記対の追加の磁石１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂの場と同じ方向だが向きが反対の、複数の対の追加の磁石１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂの径方向の磁場を受ける。これら２つの効果から結果として生じるローレンツ力は、したがって０である。この場合、例えば、追加の磁石１１ａ乃至１４ｂの力が同じであり、導線１５ａ乃至１６ｃを同じ電流が流れることが考えられてきた。しかしながら、異なる力の磁石と異なる電流とでこのような平衡を得ることはもちろん可能である。
【００４１】
しかしながら、説明されたように、はずみ車２は軸方向に不安定であり、下方のソース３又は上方のソース４とのいずれか一方に向かって動く傾向がある。はずみ車２が下方のソース３に向かって動く場合、この場合、導線１５ａ乃至１５ｃは、主に、前記対の追加の磁石１２ａ、１２ｂの磁場を受ける一方、導線１６ａ乃至１６ｃは、主に、前記対の追加の磁石１２ａ、１２ｂと同じ帯磁方向の対の追加の磁石１３ａ、１３ｂの磁場を受ける。導線１５ａ乃至１６ｃを流れる電流の方向は、はずみ車２が、このはずみ車２を下方のソース３から離れて上方のソース４に向けて動かす傾向のあるローレンツ力を受けるように選択される。この場合は、前記はずみ車が浮上される前のはずみ車にも適用可能であり、このように発生されたローレンツ力は、前記はずみ車を下方の磁力ソースから持上げることに寄与する。
【００４２】
同様に、はずみ車２が上方のソース４に向かって動く場合、導線１５ａ乃至１５ｃの組は、主に、前記対の追加の磁石１１ａ、１１ｂの場を受ける一方、導線１６ａ乃至１６ｃは、同じ帯磁方向の対の追加の磁石１４ａ、１４ｂの場を主に受ける。対１１ａ、１１ｂと１４ａ、１４ｂとの帯磁方向は、一方では前記対１２ａ、１２ｂと、他方では前記対１３ａ、１３ｂと反対であるため、結果として生じるローレンツ力は、したがって、反対の方向を有し、はずみ車２をこのはずみ車を最初の不安定な平衡位置へと戻すために、上方のソース４から離してはずみ車２を動かす傾向がある。
【００４３】
このように、はずみ車２は、電流を調整するためのいかなるセンサ又はいかなるシステムも用いることなく軸方向に安定化され、このはずみ車は、平均の平衡位置のいずれの側にも振動する。実験の結果、２．４ｋｇの質量を有するはずみ車を安定化させるのに必要とされる電流の強さは、わずか約１５ｍｉｌｌｉａｍｐ（ミリアンペア）であることが分かった。
【００４４】
慣性はずみ車システム２０は、図２に示されているように、はずみ車２１を有し、主に、このはずみ車２１の重力（シンボルとして矢印により示されている）による落下に抗する反発力をこのはずみ車と下方の磁力ソース３ａとの間で発生させるように、このはずみ車２１は、はずみ車２１の対応する円形の磁石７ａと相互作用する円形の磁石５ａを有する下方の磁石ソース３ａを受けている(soumis)を受けるという事実によりはずみ車２と異なっている。慣性はずみ車システム１のはずみ車２と違って、はずみ車２１は、軸方向に安定だが径方向に不安定であり、下方の磁力ソース３は、はずみ車２１を横方向に押圧する傾向がある。したがって、結果として、はずみ車２１は、本発明による方法を用いて径方向に安定化されなければならない。
【００４５】
これを行なうために、はずみ車２１は、周方向で横方向の溝２２を有し、この溝は、隣接する円形の上方の追加の磁石２３、２４と、円形で隣接している下方の追加の磁石２５、２６とを有し、横方向の溝２２は、一定の電流が流れる複数巻のコイル２７を形成している一組の導線２７ａ、２７ｂ、２７ｃを収容することを目的としている。追加の磁石２３、２５は、互いに向き合って位置し、同一の帯磁方向を有している。追加の磁石２４、２６も互いに向き合って位置し同一の帯磁方向を有しているが、追加の磁石２３、２５の帯磁方向と反対である。
【００４６】
慣性はずみ車システム１の場合のように、はずみ車２０が平衡にある場合、コイル２７は、追加の磁石２４、２６の磁場を受ける巻数と同じで、追加の磁石２３、２５の磁場を受ける巻数を有し、結果として生じるローレンツ力は、したがって、０である。はずみ車２１が径方向にずれる場合、コイル２７は、はずみ車２１がずれる方向に、この方向に関係なく、主に追加の磁石２４、２６の磁場を受ける一方で、正反対の方向にコイル２７は、追加の磁石２４、２６の磁場と反対方向である、追加の磁石２３、２４の磁場を主に受ける。コイル２７を流れる電流の向きは、はずみ車２１がずれる方向にしたがって(selon laquelle)、正反対方向の向きに反対であるため、はずみ車２１のいずれの側にも発生されるローレンツ力は、一方向を有し、同一の向きを有する。コイル２７を流れる電流の向きと、追加の磁石２３乃至２６の向きは、はずみ車２１がずれる方向にかけられるローレンツ力が求心性であるように、選択され、この結果、はずみ車２１をはずみ車の平衡位置に戻し、この場合、正反対方向にかけられる対応するローレンツ力は、遠心性である。
【００４７】
このように、はずみ車２１は、径方向に安定化され、その軸を中心として振動する。
【００４８】
図３は、本発明の方法を用いる慣性はずみ車システムの第３実施形態を示している。この慣性はずみ車システム３０は、シャフト３２を備えた円筒状のはずみ車３１を有し、下方の磁力ソース３３と上方の磁力ソース３４との間で磁気浮上で保持されている。各磁力ソースは、中をシャフト３２が通過する環状の磁石３５、３６を有し、これら磁石３５、３６は、軸方向の帯磁方向を有し、各々が、これら磁石３５、３６と同じ高さの、はずみ車３１のシャフト３２に位置している対応する同心状の磁石３７、３８と相互作用している。
【００４９】
これら磁石３５乃至３８の向きは、同一であるように選ばれ、一方では、磁石３５、３７は、他方では、磁石３６、３８は、これらの間にそれぞれシャフト３２を中心化するための磁力を発生させる。はずみ車３１は、したがって、径方向に安定であるが、本発明の方法により安定化される軸方向の不安定性を示す。
【００５０】
このことを行なうために、はずみ車３１は、２つの重ねられた円形で外側の追加の磁石４０、４１と、２つの重ねられた追加の内側の追加の磁石４２、４３とを収容している上方の周方向の溝３９を有しており、この溝３９は、一定の電流が流れる複数巻のコイル４４を形成している一組の導線４４ａ、４４ｂ、４４ｃを収容することを目的としている。追加の磁石４０、４２は、同心状であり、同一の帯磁方向を有している。追加の磁石４１、４３も、同心状であり、同一の帯磁方向を有しているが、この帯磁方向は、追加の磁石４０、４２の帯磁方向の反対である。
【００５１】
慣性はずみ車システム１、２０の場合のように、はずみ車３０が平衡にある場合、コイル４４は、追加の磁石４１、４３の磁場を受ける巻数と同じだけの、追加の磁石４１、４３の磁場を受ける巻数を有しており、結果として生じるローレンツ力は、したがって０である。はずみ車３０が軸方向にずれ、下方の磁力ソース３３に向かって動く場合、コイル４４は、主に追加の磁石４１、４３の磁場を受ける。これら追加の磁石４１、４３の向きと、コイル４４を流れる電流の向きとは、発生されるローレンツ力がはずみ車３０を下方のソース３３から離れるように動かし、このはずみ車をその初期の不安定な平衡位置に戻すように選ばれている。同様に、はずみ車３０が上方の磁力ソース３４に向かって動く場合、コイル４４は、主に追加の磁石４０、４２の磁場を受ける。追加の磁石４０、４２の向きは、磁石４１、４３の向きの反対であるため、発生されるローレンツ力は、はずみ車３０を上方のソース３４から離れるように動かし、このはずみ車をその初期の不安定な平衡位置に戻す傾向がある。
【００５２】
このように、はずみ車３０は、軸方向に安定化され、平均の平衡位置を中心として振動する。
【００５３】
変形例として、より少ない磁石と用い、軟鉄を用いてこれら磁石の場の向きを制御することが可能である。図４に示されているような慣性はずみ車システム５０は、この変形例の１つの例示的な実施形態を構成している。
【００５４】
この慣性はずみ車システム５０は、下方の磁力ソース５３と上方の磁力ソース５４との間で磁気浮上している円柱状のはずみ車５２を有している。各磁力ソース５３、５４は、はずみ車５２の対応する円形の磁石５７、５８に面しているそれぞれの円形の磁石５５、５６を有している。
【００５５】
さらに、はずみ車５２は、中心の環状の溝５９を有し、この溝の中心は、軸方向の磁場を発生させる追加の磁石６０を収容し、この溝５９は、追加の磁石６０の磁場を径方向に再配向させる(re’orienter)ために、軟鉄の層６１で覆われている複数の壁を有している。複数の追加の磁石の近くに軟鉄を他に設けることが、図６、７に示されている。
【００５６】
溝５９は、上方の磁力ソース６４と一体のコイル６２を形成している、一組の導線６２ａ、６２ｂ、６２ｃを収容する目的である。このコイル６２は、はずみ車５２の軸と合流する(confound)軸を有している。コイル６２は、電力供給回路（図示されていない）に接続されている。
【００５７】
慣性はずみ車システム１の場合のように、磁石５５乃至５８の帯磁方向は、一方では、磁石５５、５７が、他方では、磁石５６、５８が、これらの間にそれぞれ引き合う磁力を発生させるように選ばれている。これら磁石５５乃至５８の力は、はずみ車５２を上方のソース５４に向かって動かす傾向のある引力が、このはずみ車５２を重力（シンボルとして矢印により示されている）によりかけられた力、すなわちはずみ車５２の重量、により増加された、下方のソース５３に向かってはずみ車５２を動かす傾向のある引力と平衡するように、選ばれている。
【００５８】
軸方向の安定性は、コイル６２と追加の磁石６０により発生される磁場との間の相互作用により、相補的なローレンツ力を発生させて与えられる。
【００５９】
図４と図５とに示されている配置によると、はずみ車５２が平衡にある場合、ローレンツ力は全く発生されず、コイル６２は、電力供給されていない。はずみ車５２が下方のソース５３に向かって動く場合、電流がコイル６２の端子に印可される。この電流の方向は、このはずみ車をその初期の不安定な平衡位置に戻すために、軸方向に向き付けられ、はずみ車５２を下方のソース５３から離れるように動かす傾向のあるローレンツ力を発生するように選ばれている。はずみ車５２が上方のソース５４に向かって動く場合、はずみ車５２を上方のソース５４から離れるように動かす傾向のあるローレンツ力を発生させる必要がある。このことを行なうために、コイル６２に作用する、追加の磁石の磁場は、一定のため、このコイル６２を流れる電流の向きを反対にする必要がある。
【００６０】
したがって、この装置を補足するものとして、必要な場合に所望の方向に電流を印可するように、はずみ車５２が下方のソース５３に向かって動いているのか、もしくは上方のソース５４に向かって動いているのかを検出するためのセンサを設ける必要がある。センサが必要ないが導体に常に電力供給される上述の装置と違って、慣性はずみ車システム６０のコイル６２は、常に電力供給される必要はなく、この結果、装置の電力消費をさらに低減させることができる。しかしながら、このコイルは、電力供給回路がセンサに結合されることを必要とする。
【００６１】
センサの例が図８乃至１０に示されている。
【００６２】
図８は、非常に硬い材料で形成され、非常に小さな直径（１ｍｍ未満）のボール(bille)で終端している、非常に細く強い突部を備えた先端１０１を有している機械的なセンサ１００を示している。この先端は、はずみ車５２の中心に固定されることを目的としている。スイッチ１０２は、２つの導電プレート１０３、１０４を有し、このプレート１０４は、静止しており、前記慣性はずみ車システムの枠組みに固定されている。これら２つのプレート１０３、１０４は、電力供給源に接続されている。より正確には、プレート１０３は、先端１０１と接触する目的で、この目的のために、ルビーで形成された極めて硬いプレート１０５を有している。ローレンツ力の効果の下で、はずみ車５２が上方のソース５３に向かって動く場合、前記先端は、非常に小さな力（数百ミリグラム）をプレート１０５にかけ、プレート１０３をプレート１０４と接触するように押圧し、この結果、電気回路を閉じ、電流を流させる。このことは、ローレンツ力をなくす効果を有し、はずみ車５２は、この場合、上方のソース５４から離れるように動き、降下する。このことは、先端１０１を離れるように動かし、前記電気回路を再び開き、ローレンツ力が再び確立されるという効果を有する。同じことは、下方のソース５３に対して、第２のセンサであてはまる。このタイプの動作は、はずみ車５２が非常に小さな振幅で不安定なアーンショウの平衡点のいずれの側にも又はこの点の非常に近くで振動し、この結果、はずみ車５２の質量を考慮にいれると、浮上力を非常に小さな値に制限することを可能とする。
【００６３】
図９と図１０とは、はずみ車５２と一体で反対の帯磁方向を有することができる２つの磁石１１４、１１５のための通路の上方と下方とに位置している下方の磁気ループ１１１と上方の磁気ループ１１２とを有しているセンサ１１０を示している。場合に応じて帯磁方向を入れ替えながら、磁石１１４、１１５に似た複数の磁石をはずみ車５２の周囲にわたって規則的な間隔で位置させることはもちろん可能である。このはずみ車が回転している時、下方の磁気ループ１１１と上方の磁気ループ１１２とは、入れ替わる場を受けて、これらループ１１１、１１２に位相が逆の(en opposition de phase)交流電流を誘起する。これら誘起された電流は、比較器により加算され、結果として生じる電流は、コイル６２に電力供給するために、このコイルに導かれる。場合に応じて、もし、誘起された電動力が不十分ならば、ここに(y)、演算増幅器を追加することが可能である。これは、はずみ車５２が上方のソース５４に向かって動く場合、上方の磁気ループ１１２は、下方の磁気ループ１１１よりも強い磁場を受け、したがって、誘起された電動力の和は、上方のループ１１２に有利で(en faveur de)あり、コイル６２は、対応する方向に流れる電流により電力供給される。逆に、はずみ車５２が下方のソース５３に向かって動く場合、上方の磁気ループ１１２は、下方の磁気ループ１１１よりも弱い磁場を受け、したがって、より弱い誘起された電動力を発生させる。したがって、この誘起された電動力の和は、下方のループ１１１に有利であり、コイル６２は、上述の場合と逆方向に流れる電流により電力供給され逆のローレンツ力を発生させる。
【００６４】
言及された複数の例で、前記上方のソース並びに／もしくは下方のソースと一体である複数のコイル又は導線が述べられた一方で、複数の前記はずみ車は、複数の追加の磁石を有していることを銘記されたい。もちろん、この配置は、逆にされてもよく、前記コイル又は導線は、前記はずみ車に一体化されている一方で、複数の前記追加の磁石は、前記上方の並びに／もしくは下方のソースに一体化され、これらコイル又は導線のための電力供給は、前記はずみ車の内部の発電機を用いて生ぜられる。しかしながら、この実施形態は、実行するのが比較的難しく、上述のような配置が好ましい。
【００６５】
図１１は、本発明による方法を磁気浮上列車２００に適用する代替的な方法を示している。この列車２００は、磁石２０３、２０４により下方のレール２０１と上方のレール２０２との間で浮上している。これら磁石は、各々、前記列車の磁石２０５、２０６と、下方のレール２０１の磁石２０３が列車２００の対応する磁石２０５と反発力を発生させる一方で、上方のレール２０２の磁石２０４が列車２００の対応する磁石２０６と引力を発生させるように、協働する。アーンショウの法則によれば、前記列車は、横方向に不安定であり、本発明による方法を用いて安定化されなければならない。このことを行なうために、列車２００には、軟鉄で形成された複数の横方向レール２０７が備えられ、これらレールは、垂直方向の磁化を備えた追加の磁石２０８を有している。このレール２０７は、前記列車が沿って走る通路２１０と一体の固定された追加のレール２０９を収容することを目的としている。電流が供給された複数の導線２１１がこの追加のレール２０９を通過し、追加の磁石２０８により発生された磁場を受ける。したがって、列車２００にかけられるローレンツ力を発生させることができ、この列車の磁気的な不安定性を修正することが可能となる。
【００６６】
本発明の主題を形成する装置と方法との複数の主な有利な点の１つは、これ(il)が、持上げと位置づけとの磁場を修正することにより動作しないことと、浮上された物体の位置は、不安定なアーンショウの平衡点又はこの点に非常に近くに位置している結果、浮上された物体の質量の大きさを考慮に入れると、浮上力を極めて小さな値に制限することが可能となることとにある。
【００６７】
本発明は、複数の特定の実施形態と関連させて説明されてきたが、本発明が、これらの実施形態に限定されず、本発明が説明された手段の全ての技術的な等価物と本発明の範囲に入るこれら等価物の組合せとを含むことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の方法を用いて軸方向に安定化される、慣性はずみ車システムの第１実施形態の概略的な縦断面図である。
【図２】本発明の方法を用いて径方向に安定化される、慣性はずみ車システムの第２実施形態の概略的な縦断面図である。
【図３】本発明の方法を用いて軸方向に安定化される、慣性はずみ車システムの第３実施形態の概略的な縦断面図である。
【図４】本発明により軸方向に安定化され、磁場を再配向するように軟鉄を用いる、慣性はずみ車システムの第４実施形態の概略的な縦断面図である。
【図５】図４の慣性はずみ車システムの上断面図である。
【図６】軟鉄を用いた磁場の再配向の実施形態を示す図である。
【図７】軟鉄を用いた磁場の再配向の実施形態を示す図である。
【図８】不安定性の検出器の第１実施形態の概略図である。
【図９】不安定性の検出器の第２実施形態の概略図である。
【図１０】図９のセンサの上面図である。
【図１１】磁気的に浮上される列車に、本発明による安定化の方法を適用する代わりの方法の概略図である。
【図１】
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【図２】
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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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【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１１】
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【国際調査報告】
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