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【発明の名称】 永久磁石による高速地上輸送の自己調整システム
【発明者】 【氏名】オレグ ヴイ． トゾーニ
【要約】 【課題】摩擦を生ぜず高速移動車両の磁気的な浮上、安定化及び推進のため、指定された永久磁石に基づく高速地上輸送用の自己調整システムを提案する。

【解決手段】機能的に接続され互いに相互作用する磁気ダイナミック浮上と安定化自己調整システムＭＤＬＳＳ、及び永久磁石リニア同期モ−タＰＭＬＳＭを備えている。ＭＤＬＳＳは独自の永久磁石で生ずる磁界内の吊下車両に対し浮上と安定性を与え、ＰＭＬＳＭは一定の周波数の電流で電力が供給される固定子巻線の電流進行波に車両の磁石の磁界が及ぼす作用でガイドウェイの指定された軌道に沿い車両に指定された他の推進力を生ずる。二つの主要な部品は、ＭＤＬＳＳのスチールコアとＰＭＬＳＭの三相巻線とＭＤＬＳＳの浮上機の車両用永久磁石と一緒に動く固定式ガイドウェイ／固定子と、ＰＭＬＳＭの回転子のスチールコアを有した永久磁石を備え各サブシステムは高速応答制御システムなしに自己調整を行い動作する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも１つの装置を備えた磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム（ＭＤＬＳＳ）であって、前記の装置が：固定子部品及び該固定子部品に磁気的に結合され該固定子部品に対し動くことができる浮上機部品とを備え；前記固定子部品が一対のほぼ同一の長くされ積層されたスチールコアを含んでおり、コアのそれぞれは後部と一対のほぼ同一の先端部を含んでおり、該後部は外側と内側に横方向の表面を有しており、前記先端部のそれぞれは該後部より幅が広く該後部に鋭い端を有しており、前記コアは前記コアの一方のコアの先端部を有して置かれており、前記コアの一方のコアの先端部は前記コアの他方のコアの先端部に向かっており、エアーギャップはそれらの間にあり、前記固定子部品は更に前記外側と内側の横方向の平衡位置を覆う非磁性の導電性スクリーンを含んでいる、ことを特徴とする磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項２】 上記構成要素の他に、更に底面と一対の間隔のある側面の壁とを有した共通の基礎を備え、本体が前記の共通の基礎の予め定められた軌道に沿って動き、前記本体が底面と一対の側面の壁を有しており、一番目と二番目の同一の前記装置の対が前記本体及び前記共通の基礎に磁気的に結合されており、前記一番目の実質的に同一の前記装置の対が本体の底面と共通の基礎の間に対称に取り付けられており、前記二番目の対の実質的に同一の装置の各装置が該本体のそれぞれの側面の壁と該共通基盤の間に正確に位置合わせをされて取り付けられており、前記装置の固定子部品が該共通な基盤の上に取り付けられており、前記装置の浮上機部品が該本体の上に取り付けられており、前記平衡位置がずれるとそれぞれの装置内に生ずる前記安定化の力により予め決められた軌道に沿って、該本体の安定したホバリングと飛行が与えられる、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項３】 前記固定子部品が各コアの後部の表面を実質的に広げ、前記浮上機部品が固いつなぎ材により結合され、各レベルが同じ極性の二つの永久磁石を有した二つのレベル置かれている４つの永久磁石を含み、一方が他方の下に位置している前記二つのレベルにある永久磁石のそれぞれは、極性が反対であり、該永久磁石が中間点を有する実質的に同一の矩形の断面を有しており、各コアの先端部の鋭い端の間の距離が前記二つのレベルのそれぞれに位置している永久磁石の中間点の間の距離に実質的に等しく、更に前記永久磁石が固定子部品のコアの先端部の間にあるエアギャップの中に配置されており；前記浮上機部品が平衡位置を有し、該平衡位置内で前記二つのレベルのそれぞれのレベルにある永久磁石が向かい合ったコアのそれぞれの先端部の間のエアギャップの中の中央であり、永久磁石の中間点に対しては該固定子部品のコアの前記先端部のそれぞれの鋭い端と正確に位置合わせをして置かれており；該浮上機部品の前記永久磁石が最初の磁界を発生し、次に二番目の磁界を生ずる固定子部品のスチールコアを磁化し、更に前記浮上機部品が平衡位置からずれると、最初及び二番目の磁界が浮上機部品を予め決められた軌道の長さに戻す安定力を生じ、該固定子部品の向かい合ったスチールコアのそれぞれの先端部の間の距離が予め決められた軌道の長さに沿って不変であり、前記浮上機部品は該本体の長さを実質的に伸ばし、多数の実質的に同一の浮上機部品を含んでおり、それぞれの浮上機部品は堅いつなぎ材により結合され、各レベルが同じ極性の二つの永久磁石を有した二つのレベルに置かれている前記４つの永久磁石を備え、２つの隣接した浮上機部分部品内の隣接した永久磁石は極性が反対で、該本体の長さに沿って、一定の周期で変化する永久磁石の極性を有しており、予め決められた軌道に沿って該本体を動かす間、浮上機部品の永久磁石が固定子部品のスチールコア内に磁束を生じ、前記磁束が該本体の速度に比例し、該本体の長さに沿って永久磁石の極性の交番の周期に逆比例する周波数で周期的に変る、ことを特徴とする請求項２に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項４】 上記構成要素の他に、更に二つの異なる前記レベルに位置する永久磁石に接続され、浮上機部品の前記二つのレベルが同じレベルにある二つの永久磁石の間に置かれている鉄挿入細片を含み、これにより磁気部品を構成し、前記挿入細片は一方の端が該本体に固定されており、前記磁気部品の前記二つのレベルのそれぞれにある永久磁石は向かい合ったコアのそれぞれの前記先端部の鋭い端に接続されている真っ直ぐなラインに平行に磁化されており；前記二つのレベルの一方にある磁化の方向は前記二つのレベルの他のレベルの磁化の方向と反対であり；前記二つのレベルのいずれかにある磁化の方向に平行な方向にある磁気部品を前記二つのスチールコアの一方に向かいずらすことにより内部に不安定な力を生じ、この力は更に磁気部品を二つのスチールコアの前記に一方の引き寄せ；磁化の方向と予め定められた軌道に垂直な方向に磁気部品をずらすことにより該ずれを減少し、更に磁気部品を平衡位置に戻す内部の安定な力を生じ；磁気方向に平行な軸の回りで磁気部品を回転することにより該磁気部品を該平行な位置に戻す内部の安定なトルクを生じ；前記安定化力及び不安定化力の方向が相互に垂直である；ことを特徴とする請求項３に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項５】 磁気部品と該固定子部品の一対の前記スチールコアが一対のループを備えた二重ループ磁気回路を構成しており；前記ループの対のそれぞれが、前記ループの対の両方に共通である鉄挿入細片と、異なった前記二つのレベルに設置され、一方の側面が鉄挿入細片から離れて設置されている二つの永久磁石と、１つのスチールコアと、更に該永久磁石と該スチールコアのそれぞれの先端部との間の二つのエアーギャップとを含んでおり；該鉄挿入細片が未飽和の状態にあり；該未飽和鉄挿入細片のゼロ磁気抵抗により固定子部品のスチールコアの中に磁束が形成され、前記ループの対のそれぞれの中に形成された磁束が独立しており；該磁気部品を前記スチールコアの１つに向かいずらすことが、前記ループの対の１つの中で両方のエアーギャップが減少し、それによりそれぞれのスチールコアの中で磁気抵抗が減少し磁束が増加する様に、更に前記ループの対の他の中で両方のエアーギャップが増加し、それによりそれぞれのスチールコアの中で磁気抵抗が増加し磁束が減少する様に、前記磁気回路の要素に影響を及ぼす；ことを特徴とする請求項４に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項６】 該不安定化力が２つの磁束の差に比例し、一方の磁束が前記スチールコアの１つの先端部の表面全体を通して走り、他方の磁束が向かい合ったスチールコアのそれぞれの先端部表面全体を通して走っており；前記安定化力が２つの和の差に比例し、一方の和は両方の向かい合ったスチールコアの上の先端部の表面の底の半分を通して走る磁束から成り、他方の和は同じ先端部の上側の半分を通して走る磁束から成る；ことを特徴とする請求項５に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項７】 該スチールコアの先端部の長さと幅が、磁気部品のいかなるずれにおいても該先端部の飽和を避け、更に該スチールコアの先端部を貫通する前記磁束密度が、該スチールコアの後部に向かい先端部の鋭い端からずれる時少なくとも２０分の１に減少する様に選択されており、該スチールコアの先端部の前記の端が鋭角で尖っていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項８】 該スチールコアの後部の内側及び外側の横方向の表面が前記装置の内側と外側の両方の非磁性導電性金属スクリーンで覆われており；前記スクリーンが該スチールコアの中で発生する損失磁束を低減し、それにより該本体が移動する間該スチールコアの後部の長さに沿って該スチールコアの飽和を保持し、更にそれにより不安定化力を下げる；ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項９】 永久磁石とそれぞれの先端部の鋭い端との間の該エアーギャップが、予め決められた軌道に沿って動く間飽和するスチールコアの後部を保持する様な大きさに選択されており；該スチールコアの後部の長さと幅を、浮上機部品が前記エアーギャップの距離の半分だけそれぞれのスチールコアに向かいずれる時、向かい合ったスチールコアの後部を飽和に保つ様に選択し；前記鉄挿入細片の厚さを、磁気部品が前記エアーギャップの距離の半分だけあらゆるスチールコアに向かいずれる時、挿入細片を未飽和に保つ様に選択する；ことを特徴とする請求項４に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項１０】 堅い非磁気つなぎ材により結合された前記１対の同一の装置がサブシステムを構成し；該装置のそれぞれの中の固定子部品の長くされたスチールコアがそれぞれ円筒形の母線を有しており；それぞれの前記のサブシステム内の前記の同一の装置を該装置のそれぞれの中の永久磁石の磁化の方向が相互に垂直であり、該両方の装置内の長くされたスチールコアの円筒形の母線が互いに平行であり；該サブシステムのそれぞれの中の浮上機部品が平衡位置からずれる時、不安定化力が発生し；ある装置の不安定力が他の装置の安定化力により補償される；ことを特徴とする請求項１に記載の磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項１１】 車両が予め決まった軌道に沿って動き；一対の前記の同一のサブシステムが前記車両にわたり堅い非磁気つなぎ材によりシステム内に結合されており；前記サブシステムの１つの中に生ずる全ての不安定化力と不安定化トルクが前記サブシステムの他のサブシステムに生ずる安定化力と不安定化トルクにより補償される；ことを特徴とする請求項１０に記載の磁気ダイナブック浮上及び安定化自己調整システム。
【請求項１２】 ガイドウエイ部品と車両浮上機部品とを備え、該ガイドウエイ部品が；共通のコンクリート基礎と；互いに対称に対になって置かれ、ゲートウエイの長さに沿って伸びる多数の円筒形の成層スチールコアであって、それぞれのスチールコアは後部にＣ型の断面と該スチールコアの対の中で向かい合った先端部に向かって伸びる１対の鋭い先端部とを有している多数の円筒形の成層スチールコアと；該成層スチールコアの前記後部の内側と外側の横方向の表面を覆う多数の非磁性金属スクリーンとを含み；該スチールコアが前記共通のコンクリート基礎の上で、堅い非磁性つなぎ材により、ガイドウエイに沿って固定子の長さが不変であるそれぞれの対の該スチールコアの対応し向かい合った先端部の間にエアーギャップを有して固定されており；前記車両浮上機部品が；車両に沿って伸びる多数の同一の鉄挿入細片と；該車両の長さに沿って配置され更に固い非磁性つなぎ材により一緒に結合されている多数の磁石部品とを含み；各磁石部品が該スチールコアの前記対のそれぞれの中の向かい合ったスチールコアの間の前記エアーギャップの中に対称に配置されている；ことを特徴とする磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム（ＭＤＬＳＳ）。
【請求項１３】 底面と１対の間隔のある側面の壁を有した共通の基礎を与え、更に前記の共通の基礎の中に軌道を決定する段階と；底面と１対の間隔のある側面の壁を有した本体を与える段階と；それぞれの装置が固定子と、一緒に磁気的に結合された浮上機部品とを含んでいる少なくとも４つの実質的に同一の装置を与える段階と；を備え軌道に沿って動く本体の磁気ダイナミック浮上の方法であって、前記固定子部品が；１対の実質的に同一の長くされた成層スチールコアを含み、各スチールコアが後部と１対の実質的に同一の先端部とを有しており、該後部が内側と外側の横方向の表面を有しており、前記先端部のそれぞれが該後部より幅が広く、前記のスチールコアの対の中の向かい合ったスチールコアの先端部の鋭い端に向かって伸びる尖った端を有していることを特徴としており；更に前記スチールコアの後部の前記内側と外側の横方向の表面を覆う非磁性導電性スクリーンとを含み；前記浮上機部品が；固くつながれ、更に前記２つのレベルのそれぞれが同じ極性の２つの永久磁石と前記２つのレベルが異なり一方が他方の下にあり反対の極性の永久磁石とにより２つのレベルに配置されている４つの永久磁石を含み、前記永久磁石が固定子部品のスチールコアの先端部の鋭い端の間にあるエアーギャップ内に対称に位置しており；前記４つの装置の１番目の対を本体の底と共通の基礎の間に対称に取り付け、更に前記４つの装置の２番目の対を本体の側面の壁と共通の基礎の間に互いに正確な位置合わせを行い対称に取り付けることを含み；該装置の前記固定子部品が共通の基礎の上に取り付けられ、互いに固くつながれ、更に該装置の前記浮上機部品が本体の上に取り付けられ互いに固くつながれる様にしており；更に、予め定められた軌道に沿って本体を動かすことを含む；ことを特徴とする軌道に沿って動く本体の磁気ダイナミック浮上方法。
【請求項１４】 １番目の対の中の該装置が該本体の重さと釣り合っており、共通基礎の底の上ではあるレベルで該本体を支えており；２番目の対の中の該装置が該本体の回転する間生ずる遠心力と該本体に加わるあらゆる外側の横方向の力の両方と釣り合っている；ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】 浮上機部品の永久磁石と、固定子部品のスチールコアの前記対と、各永久磁石とそれぞれの先端部の間のエアーギャップとが二重ループ磁気回路を構成し、左ループと右ループを備え、それぞれ磁束を有しており、前記エアーギャップのそれぞれが磁気抵抗を有しており；該永久磁石が右ループの中のスチールコアに向かいずれることにより右ループ内のエアーギャップの磁気抵抗が減少し、左ループ内のエアーギャップの磁気抵抗が増加し、これにより右ループ内の磁束が増加し左ループ内の磁束が減少し、更にこれにより右側コアの後部の飽和が増加し磁気抵抗が増加し、左側コアの後部の飽和が減少し磁気抵抗が減少し；該永久磁石が左ループの中のスチールコアに向かいずれることにより、永久磁石が右ループ内のスチールコアに向かいずれる時生ずる過程に対し反対の対称過程を生じ；該永久磁石の横へのずれにより、該エアーギャップの磁気抵抗の増加がそれぞれのコアの後部の中の飽和スチールの磁気抵抗の増加を逆にすることにより補償し、前記ループのそれぞれの中の発生磁気抵抗が互いにほぼ等しい状態のままであり；該永久磁石の前記横へのずれにより右側と左側のコアの中の磁束の間の差がほぼゼロである；ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】 ガイドウェイ部品と、車両浮上機部品と、高速地上輸送車両用のリニア同期モータとを備え；該ガイドウェイ部品が；共通のコンクリートの基礎と；互いに対称の対に置かれ該ガイドウェイの長さに沿って伸びている多数の円筒形の成層スチールコアであって、各スチールコアが後部に対しＣ型の断面と該対のスチールコアの中で向かい合った方向に伸びている先端部の１対の鋭い先端部とを有しており；該成層スチールコアの前記後部の外側及び内側の横方向の表面を覆う多数の非磁性金属スクリーンと；を含み、該スチールコアが前記の共通のコンクリートの基礎の上に固い非磁性のつなぎ材により、それぞれの対のスチールコアの対応した向かい合った先端部の間にエアーギャップを有して固定されており、それによりガイドウェイに沿った固定子の長さが不変であることを特徴としており；該車両浮上機部品が：車両に沿って広がっている多数の同一の鉄挿入細片と；車両の長さに沿って配置され固い非磁性のつなぎ材により一緒に結合されている多数の磁石部品と；を含み、各磁石部品が該スチールコアのそれぞれの前記の対の中の向かい合ったスチールコアの間の前記エアーギャップの中に対称に配置されていることを特徴としており；該高速地上輸送車両用のリニア同期モータが；
（ａ）前記車両の動きの軌道に沿って広がっているリニア固定子／ガイドウェイ部品と、各々が別個の区分を有している１対のミラー対称固定子巻き線を含む前記固定子／ガイドウェイ部品であって、それぞれの前記固定子巻線は前記の別個の区分に沿って異なる長さを有した多数の巻数を含んでおり；三相交番電流で電力が供給されているので、前記固定子巻線は可変速度と固定子巻線の前記別個の区分での加速とを有する進行波を発生し、前記電流の周波数は該固定子巻線の全ての別個の区分に沿って一定であることを特徴としており、該固定子巻線の前記巻数のそれぞれは二つの垂直に動作するセグメントを含んでおり、各セグメントは導体の層を有しており；
（ｂ）永久磁石の回転子を含み、前記永久磁石の回転子が前記車両に沿って一列に配置された偶数の実質的に同一の磁気装置を備え、前記列は前半と後半に分けられており、それぞれの磁気装置は二つのスチールコアと、垂直に磁化され更に前記スチールコアに対し下方の位置と上方の位置の間で動く永久磁石とを含み、２つのエアーギャップが前記下方及び上方の位置の間にあり、下方の位置にある前記永久磁石により前記エアーギャップ内に永久磁界が形成され、固定子巻線の作用セグメントの導体の前記層が前記エアーギャップを通して伸び、該進行波が該エアーギャップ内の前記永久磁界と相互作用し、それにより前記軌道に沿って車両を推進する推進力を生じ、前記永久磁石の回転子の極のピッチは前記永久磁石が下方の位置にある時増加し、前記永久磁石が上方の位置にある時減少し；
（ｃ）永久磁石を下方及び上方に動かすことにより車両が動く間、該極のピッチの長さを段階的に変化させるため前記回転子と共同する同期装置を含み；
（ｄ）該装置の列の前記前半と後半との間の距離を変化させることにより車両が動く間、該回転子の極のピッチの長さにスムーズな変化を与えるため前記回転子と共同する同期機構とを含み、前記同期装置と機構が固定子巻線の巻数の長さと回転子の極のピッチの長さとの間で調整を行う；ことを特徴としている磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム（ＭＤＬＳＳ）。
【請求項１７】 前記別個の区分が加速区分と、減速区分と、その間に広がっている一定速度区分とを含み、該加速区分では、該固定子巻線の巻数の長さが一定速度区分の方向に増加しており、該一定速度区分に沿って、巻数の長さがほぼ一定であり、該減速区分では、巻数の長さが一定速度区分から離れる方向に減少している、ことを特徴とする請求項１６に記載のリニア同期モータ。
【請求項１８】 前記固定子巻線がＡ，Ｂ，Ｃの相を含む３相巻線であることを特徴とする請求項１６に記載のリニア同期モータ。
【請求項１９】 前記固定子巻線がそれぞれスロットを有するのこぎり歯状のホルダーにより支えられており、該固定子巻線の該垂直作用セグメントの導体の前記層が前記それぞれの前記スロット内に収容されていることを特徴とする請求項１８に記載のリニア同期モータ。
【請求項２０】 前記装置の列の前記前半内の永久磁石の極性が同一であり、前記装置の列の前記後半内の永久磁石の極性が同一でありしかも前記装置の列の前半内の永久磁石の極性に反対であることを特徴とする請求項１６に記載のリニア同期モータ。
【請求項２１】 該固定子巻線のそれぞれの前記巻数が前方と後方の垂直作用セグメントと、前記作用セグメントを接続する横の水平部品とを含み；前記横の水平部品は電気絶縁体の内側の層により分離されたサンドイッチ型導体のモノリシック多層の上側の端の面と底の端の面を構成しており；前記上側の端の面は前記スチールコアのそれぞれのコアと回転子の永久磁石との間の空洞内にゆるく挿入されており；前記底の端の面と前記ホルダーは固定子／ガイドウェイ部品のコンクリートの梁に固く取り付けられており；固定子巻線の相Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれは予め決められた順序で該ホルダーの前記スロット内に置かれている一定の偶数の巻数の母線を備えている；ことを特徴とする請求項１９に記載のリニア同期モータ。
【請求項２２】 該固定子巻線の前記巻数が銅の母線で作られていることを特徴とする請求項２１に記載のリニア同期モータ。
【請求項２３】 固定子巻線の巻数の長さと該母線の厚さが該ガイドウェイの所定の断面内で車両の指定速度に比例することを特徴とする請求項２１に記載のリニア同期モータ。
【請求項２４】 各母線を、該固定子巻線の全てのフラグメントの上で、前記一定数の巻数の半分が右回りに巻かれており、前記一定数の巻数の他の半分が反時計回りに巻かれており、該巻数の長さが進行波の長さに等しいことを特徴とする請求項２１に記載のリニア同期モータ。
【請求項２５】 前記永久磁石が上側と底にエッジを有したほぼ矩形の断面を有しており、１対の鞍型の極シューが与えられており、それぞれのシューは該永久磁石の前記上側及び底のエッジのそれぞれの上に取り付けられており、前記スチールコアは“Ｃ”型のスチールコアを含んでおり、下方にずれると、前記鞍型極シューと“Ｃ”型スチールコアは磁束を二つの等しい部分に分割し、磁力線を水平な位置に曲げ、前記装置の該エアーギャップ内に集中させ、これにより固定子巻線の作用セグメント内の電流の電磁エネルギーを車両の移動用機械エネルギーに強力に変換する、ことを特徴とする請求項１６に記載のリニア同期モータ。
【請求項２６】 前記装置において前記永久磁石が上方にずれると、該エアーギャップ内の磁束が無くなり、磁力線が固定子巻線の前記作用セグメントを省いたスチールコアの上側のコアのシューを通り閉じることを特徴とした請求項２５に記載のＰＭＬＳＭのリニア同期モータ。
【請求項２７】 装置の前記列の前半のスチールコアが固く接続され、前記列の後半のスチールコアが固く接続され、前記車両が縦方向のスロットを有したシャシを含み；前記前半及び後半が該シャシの縦方向のスロットの中に取りつけられ、車両の移動の間離れたり一緒に動き、回転子の極のピッチの長さを円滑に変えることを特徴とする請求項２６に記載のリニア同期モータ。
【請求項２８】 スチールコアが車両のシャシに接続され、専ら車両の移動の方向にのみ動き；永久磁石がスチールコアに接続されており、専ら該スチールコアに対して上方及び下方にのみ動き；該スチールコアに対する永久磁石の吸引力が該スチールコアと該永久磁石の間のつなぎ材の反発により補償されることを特徴とする請求項２７に記載のリニア同期モータ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高速地上輸送システムにおける車両の磁気浮上、安定化、及び推進、より詳細には周波数が一定の三相正弦波電流により生ずる進行波電流により指定された軌道に沿って推進される車両を指定された他の速度で安定に飛行させる永久磁石及びスチールコアを備えた磁気浮上、安定化、及び推進自己調整システムに関する。
【０００２】該提案されたシステムは次の２つの機能的に接続されそれぞれ他のサブシステムと相互作用を備えている：（ａ）磁気ダイナミック浮上及び安定化自己調整システム（ＭＤＬＳＳとも呼ばれる）、（ｂ）永久磁石リニア同期モータ（ＰＭＬＳＭとも呼ばれる）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】車両の懸架装置に必要な磁気力を与えることができる二つのタイプの懸架装置が知られている。これらの装置には次のものが含まれている：１．車両上にある電磁石が強磁性レールを有するガイドウェイに引き付けられている電磁懸架（ＥＭＳ）（トランスラピッド、ドイツ）；
２．車両上にある超電導磁石が非磁性導電性レールを有するガイドウェイから反発される電気ダイナミック懸架（ＥＤＳ）（日本マグレブ）。
【０００４】両方のこれらのシステムは輸送に必要な利用を遅らす重大な欠点がある。
【０００５】ＥＭＳ（トランスラピッド、ドイツ）は電磁石の極とガイドウェイレールとの間のエアーギャップの大きさを制御するための高速応答自動制御システムが無ければ車両の安定した平衡を確実にすることができない。このため、制御システムのあらゆる故障または電磁石内の電流の損失により危険な状態、及びことによると大惨事に至る。更に、高速応答制御システムと電流の大型の発電機（それ自身に電力供給を行う）を車両内に取りつけ、乗客／飛行積み荷が車両の重量の小さな部分であるようにする必要がある。
【０００６】ＥＤＳ（日本マグレブ）には超電導磁石を恒久に冷却する機上システムが必要である。温度を予め決められた制限内に厳密に保持することを失敗すると、大惨事になる場合がある。更に、超電導磁石は強力な磁界を作るが、この磁界は車両を安定に動かすための十分な力を与えることができなく、それ故ＥＤＳにはＥＭＳと同様に、方向転換の間車両の振動を制動するため高速応答制御システム及び高電力電流源も必要である。そのほか、強力な磁界は乗客に危険な場合がある。
【０００７】両方のシステムの他の欠点はシチフネスが低いことである。内部安定化力のずれと増加の間の比例係数ｆs は次式で表される“スチフネス”と呼ばれている：ｆs ＝∂Ｆs ／∂δ更に該比例係数は決定的なパラメータ、即ちスチフネスが大きくなると車両のずれが小さくなる、更にそれ故磁気懸架システムの特性が良くなることを示していることを当業者は評価している。
【０００８】あらゆる懸架システムは（車両上に配置された磁石により発生する）磁界と（前記磁界により誘導される）ガイドウェイレール内の電流との間の相互作用による内部の力を使用することにより動作している。該磁石からの距離が増大すると、該磁界は少なくなり該内部の磁気力は低下し、更にそれらから派生する−スチフネスはより速い速度（秒−度）で低下する。
【０００９】該ＥＭＳシステム（ドイツのトランスラピッド）は決して安定化の内部の力を発生しない。このシステムは内部では不安定であり、そのスチフネスは高速応答制御システムにより発生し、人為的に保持される。
【００１０】該ＥＤＳシステム（日本マグレブ）内の超電導磁石の極は熱絶縁体の厚い層で覆われており、該ガイドウェイレール内に誘導される電流は該層の厚さにわたり配電される。従って、磁石の極と該レール内の誘導電流との間の距離は該磁石の極と該レールとの間のエアーギャップの大きさより大きい。更に、該磁石が動く間非磁気導電性レールの中に誘導される電流の値は該磁気スチールレール中に誘導される電流の値より何分の一も小さい。これにより安定化内部磁化力と該スチフネスが低下する傾向があり、これは安定した動きに必要な量より大幅に小さくなる。
【００１１】当業者に周知なラグランジュの定理（Ｐｏｌ Ａｐｐｅｌｌ；Ｔｒａｉｔｅｄｅ Ｍｅｃａｎｉｑｕｅ Ｒａｔｉｏｎｎｅｌｌｅ．Ｐａｒｉｓ，Ｇａｕｔｈｉｅｒ−Ｖｉｌｌａｒｓ，Ｅｔｃ．Ｅｄｉｔｅｕｒｓ）によれば保存系がある位置にあり、その位置エネルギーが厳密に局所的に最小値を有するならば、その位置は該システムの安定平衡点であり、指定された軌道に沿って車両を安定に飛行させることができ、この種のシステムの位置エネルギーが軌道の全ての点で厳密に局所的に最小値を有することが必要十分である。
【００１２】不都合なことに、現在のシステムの磁石は平衡な位置を有して無く、該磁界は不安定な力のみを生じ、該磁石をそれぞれの鉄心に引き付けるように分布している。
【００１３】現在のシステムに安定性を与えるため、高速応答自動制御システムが必要である。この種の制御は高価であり、残念なことに現在信頼性が無い。
【００１４】現在のシステム（ドイツのトランスラピッド及び日本マグレブ）の欠点の無い車両懸架を与えることが強く望まれていた。
【００１５】米国特許番号第５１４０２０８号；５２１８２５７号と（本発明と同じ発明者により発明された）５３１９２７５号とに開示された別の磁気浮上自己調整システムでは重い本体を安定してホバリングさせるため設計された強力な安定化力を有することが提案されている。
【００１６】例えば、米国特許番号第５１４０２０８号では浮上された車両ガイドウェイ用の自己調整磁気案内システムが開示され、新しい磁気装置が採用されている。前記の磁気装置は該ガイドウェイの上に取りつけられた二つのＣ型スチールコアと、車両の底に取りつけられた永久磁石のグループ（ＰＭs と呼ぶ）とを備えている。磁束はＰＭs 及びスチールコアを通っている。ガイドウェイに取り付けられているため、該スチールコアはＰＭs の右側と左側のエアーギャップの中にある磁束チューブに伸びている。車両の重さでＰＭs が下方にずれると、該磁気チューブは縮まりその結果ずれの値に比例した安定化力によりＰＭs を平衡位置に上方に引っ張る。いかなる故障時にも、車両は磁界内に吊されることが保たれる。
【００１７】不都合なことに、磁石の横方向へのずれにより実質的に不安定な力が生ずる。
【００１８】米国特許番号第５２１８２５７号では前述の特許に記載されたものと同じ磁気装置を備えた磁気浮上自己調整システムを開示している。これらの磁気装置は装置内のそれぞれの不安定化力が隣接の装置の安定化力により補償されるように接続されている。不都合なことに、該システムの不安定化力が該安定化力に勝っており、それ故完全な補償が行われない。
【００１９】米国特許番号第５３１９２７５号は強力な安定化力を有した磁気浮上自己調整システムを開示しており、コアの端の面を覆い固定子全体に沿って伸びている細片スクリーンにより前述の問題を解決している。しかし、効率的にするため、該スクリーンはかなり厚く（該装置ではＰＭs の間の距離の少なくとも２０％）、ＰＭとそれぞれのコアとの間のエアーギャップの二倍であり、従って実質的に安定化力とスチフネスが減少する。これにより該システムの特性が急激に低くなり価格が増加する。
【００２０】前述のシステムの欠点を解決する磁気浮上自己調整システムを提供することが強く望まれていた。
【００２１】車両の推進用の装置−超電導磁石に基づくリニア同期モータの周知の構造には周波数の制御を可変できる多相電力供給が必要である。その結果、それぞれの移動車両には交番周波数の発電機により電力を供給する必要があり、この結果マグレブ輸送システムの維持はかなり複雑になり費用がかなり増加する。
【００２２】経済的及び他の要素としてマグレブ輸送システムのガイドウェイが自動車の高速道路の通路をほぼたどる場合必要になる。該高速道路上での車両の制限速度はほぼ５５−６５ｍ／ｈである。反対に、マグレブ車両に対する無理が無く期待される速度は３００−４００ｍ／ｈであり、自動車の速度の約５−６倍高い。従って、ガイドウェイが高速道路に平行に伸びているならば、該ガイドウェイの曲がった部分を進む車両は該高速道路上の自動車が受ける遠心力より車両装置の重量当たり２５倍から３５倍大きい遠心力を受ける。
【００２３】この結果は、遠心力Ｆc が速度の二乗に比例することから生ずる：Ｆc ＝ｍv Ｖ2 ／Ｒここにｍv は車両の重量でＲは該ガイドウェイの曲率半径である。
【００２４】この遠心力が増加した結果、該力が該ガイドウェイの曲がった部分を横切る時該車両を減速させる手段を与える必要がある。更に、該ガイドウェイ上で車両を安定にする手段も与える必要がある。これらの両方の手段は信頼性があり低価格な方法で与える必要がある。
【００２５】周知のマグレブシステムでは、カーブに沿った減速は高速応答自動システムによって行われる。該システムは車両が駅の間にある時車両に電力を供給する可変周波数発電機に影響を与えることにより車両の動きを制御している。この種のシステムは複雑で高価で信頼性が無い。
【００２６】固定子の推進巻線内の電流進行波の速度はその巻数の長さに比例する。従って、速度を変えるために固定子の異なる区分で巻数の長さを変えることで十分であり、これらの区分で速度が変えられる。
【００２７】車両の極のピッチが可変であってリニア同期モータは米国特許番号第５２０８４８６号及び第５２２５７２６号に記載されており、その開示内容は参考文献としてここに取り入れてある。その欠点は回転子磁石を固定子のコアに引き付ける力が不安定であることである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的は、磁気ダイナミック懸架内で指定された他の速度で指定された軌道に沿って車両の飛行を厳密に安定して行う磁気ダイナミック浮上安定自己調整システム−ＭＤＬＳＳ及び永久磁石リニア同期モータ−ＰＭＬＳＭを提供することである。
【００２９】本発明の他の目的は、浮上機の動きの軌道の全体に沿って、位置エネルギーを厳密に局部的に最小にするＭＤＬＳＳを提供することである。
【００３０】本発明の更に他の目的は、ＰＭs の動きを利用し車両にフレキシブルな軌道の通路を割り当てたＭＤＬＳＳと、該スチールのノンリニアな特別な磁気抵抗と、特別な形のスチールコアと、コアの後部の両側の長さをほぼ覆っている特別なスクリーンとを提供し、ガイドウェイに沿って車両の飛行を安定に保つ力を発生させることである。
【００３１】更に本発明の目的は、所定の軌道からの浮上機のあらゆるずれが、軌道上で該浮上機を戻す安定化力を生ずるシステムＭＤＬＳＳのエアーギャップ内に磁界を分布するように、浮上機のＰＭs と固定子のスチールコアが形成されていることを特徴とする該ＭＤＬＳＳを提供することである。
【００３２】更に本発明の目的は、リニア同期モータが指定された軌道の各点で車両に所定の値の速度を与えるような推進力を生ずることを特徴とするＰＭＬＳＭを提供することである。
【００３３】更に本発明の目的は、リニア同期モータが回転子装置内で永久磁石を使用しているが、前述の特許に記載のＰＭＬＳＭと異なり不安定化力が指定された軌道から車両が横にずれるとゼロになることを特徴とするＰＭＬＳＭを提供することである。
【００３４】更に、本発明の目的は車両が動いている間固定子巻き線の巻数の長さの変化に従い、回転子の極のピッチの長さを変え、これにより電流進行波を使用し推進力を作ることができるＰＭＬＳＭ構造を提供することである。
【００３５】本発明のＭＤＬＳＳのサブシステムは同一の装置を備えたシステムとして形成されている。各装置は次の二種類の内部磁気力を生ずることにより平衡位置からずれを生ずる外部の影響に対応している：該磁気装置を平衡位置に戻す安定化力、及び該磁気装置を平衡位置の外に持っていく不安定化力。本発明により次のことが示されている：−コアの先端部を鋭くすることにより安定化力の値を不安定化力の値に等しくすることが可能である；
−不安定化力が、コアの後部に飽和したスチールを使用することによりかなり低くすることができる；
−飽和したスチールコアの横方向の表面の上に取り付けられた導電性のスクリーンは損失磁束を殆ど全て抑えることができ、これによりコアの後部の長さの全体に沿って必要な飽和レベルを保つ。
【００３６】本発明の原理によれば、ＭＤＬＳＳは移動の軌道を決定する共通の基礎の上と本体（車両）の上に取り付けられた四つの同一の装置を備えている。各装置には固定子部品と、該固定子部品に対し電磁的に結合されしかも該固定子部品に対し動くことができる浮上機部品とを備えている。該固定子部品は、一対のほぼ同一の長い成層のスチールコアを含んでおり、それぞれのスチールコアは後部と一対のほぼ同一の先端部を含み、該後部は外側と内側で横方向に表面を有している。好適には、該スチールコアはＣ型の断面を有している。先端部のそれぞれは後部より幅が広く、鋭い端を有している。
【００３７】各対において、該コアは向かい合ったコアの先端部に向かい先端部と対称に位置している。該固定子部品は更に各コアの後部の外側と内側の横方向の表面を覆っている非磁気導電性スクリーンを含んでいる。
【００３８】該浮上機部品は固いつなぎ材により接続され、更にそれぞれのレベルに同じ磁化ベクトルの二つの永久磁石を有した二つのレベルにある（長く断面が矩形の）４つの永久磁石を含んでいる。一方が他方の下に位置しているこれら二つのレベルにあるそれぞれの永久磁石は極性が反対の磁化ベクトルを有している。
【００３９】各コアの先端部の尖った端の間の距離が、前記二つのレベルのそれぞれにある永久磁石の矩形の断面の中間点の間の距離に等しいことが最も重要かつ基本的なことである。該浮上機部品の永久磁石は該固定子部品のコアの先端部の間に存在するエアーギャップの中に配置されている。
【００４０】該浮上機部品は平衡位置を有しており、該平衡位置で前記二つのレベルのそれぞれのレベルにある永久磁石は、向かい合ったコアのそれぞれの先端部の間のエアーギャップの中の中央であり、永久磁石の中間点に対しては該固定子部品のコアの前記先端部のそれぞれ鋭い端と正確に位置合わせをして置かれている。
【００４１】該浮上機部品の永久磁石は最初の磁界を発生し、順番に二番目の磁界を生ずる固定子部品のスチールコアを磁化する。更に該浮上機部品が平衡位置からずれると、最初及び二番目の磁界が該浮上機部品を平衡位置に戻す安定化力を生ずる。
【００４２】好適には、該ＭＤＬＳＳは底と、軌道に沿って動く重い本体（車両）用の軌道を指定するための（該底に垂直な）１対の離れた側面の壁とを有した共通の基礎を備えている。
【００４３】実質的に同一の前記装置の一番目の対は該本体の底と該共通基礎の間に対称に取り付けられており、実質的に同一の二番目の対の装置は該本体のそれぞれの側面の壁と共通の基礎の間にそれらの間を正確に位置合わせをして取り付けられている。装置の固定子部品は該共通基礎の上に取り付けられ、前記装置の浮上機部品は本体の上に取り付けられていることは明らかである。
【００４４】該固定子部品により軌道の長さに沿って不変な向かい合ったスチールコアのそれぞれの先端部の間の距離だけ予め決められた軌道の長さが実質的に伸びている。
【００４５】該浮上機部品により実質的に本体の長さが伸びており、更に多数の実質的に等しい浮上機部分部品を含んでいる。該浮上機部分部品のそれぞれは固いつなぎ材により接続され、それぞれのレベルに反対極性の二つの永久磁石を有した二つのレベルにある前記四つの永久磁石を備えており、それぞれ二つの隣接した浮上機部分部品の隣接した永久磁石は反対極性で、本体の長さに沿って該永久磁石の極性が一定の周期で変化している。
【００４６】予め決められた軌道に従って本体を動かす間、浮上機部品の永久磁石は固定子部品のスチールコアの中に磁束を発生する。これらの磁束は本体の速度に比例した周波数で周期的に変化しており、該本体の長さに沿った永久磁石の極性の変化の周期に逆比例して変化している。
【００４７】浮上機部品の二つのレベルのそれぞれレベルの永久磁石は向かい合ったコアのそれぞれの先端部の尖った端をつなぐ真っ直ぐなラインに平行に磁化されている。前記二つのレベルの一方の磁化の方向は前記二つのレベルの他方の磁化の方向と反対である。該スチールコアの一方に向かっている前記二つのレベルのいずれかの磁化の方向に平行に該永久磁石をずらすことにより、内部不安定化力が生じ該磁石部品を二つのスチールコアの前記の一方に引き付けるが、磁化の方向及び予め決められた軌道に垂直な方向に永久磁石をずらすことにより内部安定化力を生じ該ずれを減少し該磁石を平衡位置に戻す。磁化の方向に平行な軸の回りに該浮上機部品を任意に回すことにより内部安定化力を生じ該磁石部品を平衡位置に戻す。これらの安定化力及び不安定化力の方向は相互に垂直である。
【００４８】固定子及び浮上機の両方の詳細な形は、浮上機の動きの軌道に平行な母線に対し円筒形である（軸ＯＸ）。ＭＤＬＳＳの主な特殊性は、いかなる能動的な制御システム及びいかなるエネルギー源が無くても、指定された軌道に沿って浮上機を安定に飛行させる能力である。これは軌道から浮上機の動きのずれがいかに小さくても該システム内にこのずれを抑える磁気力を発生することを意味している。
【００４９】ギャップ内で磁石が静止ており対称的に配置されておれば、該磁石は不安定な平衡状態にある。これは磁化ベクトルに平行な方向にある磁石のあらゆる小さなずれΔｙが不安定な力Ｆd を発生し該磁石を最も近いコアに引き付けることを意味している。ずれが大きくなると、不安定な力も大きくなる。その間、不動の磁石は磁化ベクトルと軌道の両方に垂直な方向に安定した平衡状態にある。これは、該磁石のあらゆる小さなずれΔｚが安定化力Ｆs を発生し該ずれを少なくし磁石を元の位置に戻そうとすることを意味している。該ずれが大きくなると、安定化力も大きくなる。装置内の安定化力及び不安定化力の方向は互いに直角である。
【００５０】本発明では特有な方法を取り、軌道に沿って本体の安定した飛行とホバリングを得ており、即ちＭＤＬＳＳにおいて不安定化力を抑え、安定化力を増加している。これらの方法はコアのスチールの非直線特徴と、各コアの後部の飽和と、損失磁束を抑えるため導電性スクリーンで各コアの後部の横方向の表面を覆うこと、及び各コアの先端部の端を鋭くすることを採用することを含んでいる。
【００５１】提案された永久磁石リニア同期モータはリニアガイドウェイ／固定子部品（固定部品）と、同期化装置を有した永久磁石回転部品（移動部品）とを備えている。
【００５２】ＰＭＬＳＭの回転子は車両に沿って一列になっている車両のシャーシの上に取り付けられた偶数個の同一の装置（図１）から構成されている。各装置は二つのスチールコアと一つの永久磁石を含んでいる。前記スチールコアは円筒形の形をしており、互いに向かい合って置かれた上側と下側のコアのシューを有した“Ｃ”型の断面を有している。該永久磁石は固く取り付けられた鞍型のシューのスチールの極を有した矩形の平行六面体の形に設計されている。前記永久磁石はコアのシューの間のギャップの中に挿入されており、該コアに対して垂直にずれることができる。全ての磁石の磁化ベクトルは方向が垂直である。回転子の前半分に属する磁石の極性は同じであり、後半分に属する極性と反対である。該回転子のそれぞれの半分に属するコアは固く結合されているが、いずれの半分もスムーズに車に沿って引き離され又は一緒になり、これにより車両が動く時回転子の極の間の距離が変化する。
【００５３】ＰＭＬＳＭのガイドウェイ／固定子は、固定子の長さの全体に沿って分布され一定周波数の三相正弦波電流により電力が供給されている推進巻線のミラー対称の二つの平行部分から構成されている。それぞれの部分は有形の共通のビームと前記ビームに取り付けられたのこぎり波状のホルダーとを含んでおり、該ホルダーは三相巻線の導体を有している。全ての巻線は銅の母線の一つの層と二つの多層の端の面とを含んだ垂直動作セグメントを有している。底の端の面はガイドウェイのコンクリートの基礎に固く取り付けられているが、上側の端の面は固定されておらず、回転子のコアの空洞の中に挿入されている。
【００５４】固定子巻線はガイドウェイに沿って不均一に分布しており、次の三つのタイプの区分からなる：１．巻線の巻数の長さが車両の移動に沿って徐々に増加する加速区分；
２．巻線の巻数の長さが不変な一定速度の区分；
３．巻線の巻数の長さが車両の移動に沿って徐々に減少する減速区分。
【００５５】従って、電流進行波の長さと速度もガイドウェイの異なる区分に沿って異なる。
【００５６】永久磁石が下方にずれると、該装置は動作状態に入る；その時点で、コアと一緒に該磁石は二つのエアーギャップを含む二つのループの磁気回路を形成する。この場合、左側巻線と右側巻線の両方の動作セグメントは前記回路のエアーギャップ内に生じ、更に該エアーギャップの大きさが小さいので、磁束密度は相当な値となる（約１Ｔ）。巻線区分の動作セグメント内に生ずる電流進行波は該エアーギャップ内の永久磁石の磁界と相互に作用し、これにより車両を推進する推進力Ｆx を発生する。永久磁石が上方にずれると、該装置は切り離され、その時点で巻線の動作セグメント内の磁束密度はゼロに近くになる。これが発生すると、該磁石の各側面から出る磁束は巻線の上側の端の面を通して閉じる。不活動状態にある装置の推進力は端の面の中の全ての電流が水平に流れるのでゼロである。
【００５７】同期装置と同期機構の両方は回転子に取り付けられており、車が動いている間固定子巻線の巻数の長さと回転子の極のピッチの長さとの間で調整機能を果たす。信号センサは加速区分又は減速区分に沿ったガイドウェイのある点に取り付ける必要がある。車両が次のセンサを通る時、回転子の同期装置は該信号を受け、次の回転子装置と係合又は切り離され、これにより段階的に回転子の極のピッチの長さが増加又は減少する。その時点で、同期機構は徐々に前方の回転子の極と後方の回転子の極と一緒に又は離れるようにし、これにより回転子の極のピッチの長さと回転子の巻線の巻数の長さの間の一致がより正確になる。
【００５８】一定速度の区分に沿ってはセンサが無いので、同期装置と同期機構のいずれもその点では機能せず、該車両は（加速区分の終りで作られる）不変の速度Ｖv ＝２ｆＬR ｎで動き、ここに２ｎは動作中の装置の数である。
【００５９】次にＰＭＬＳＭがどの様に動作するか説明する。回転子は１２個の装置を備えていると仮定する。加速区分の最初の点で、該巻線の巻数の長さは小さいが該装置の長さＬR 以上であり、この区分に沿って徐々に増加する。この区分に近づくにつれて、該車両は速度Ｖv ＝２ｆＬR を増加させ、反対極の２つの中央の装置（装置番号Ｎｏ．６とＮｏ．７）は係合する。これは、回転子の極のピッチが巻線の巻数の長さに等しいことを意味している。この条件の元でのみ該回転子は電流進行波と同期し、車両を加速する。次に、回転子巻線の巻数の長さが増加すると、別の装置が係合し、これにより極のピッチの大きさが増加する。例えば、巻数の長さ２ＬR で別の装置Ｎｏ．５とＮｏ．８が係合する、等…これは巻線の巻数の長さが１．５ｍの値に達するまで続き、車両速度Ｖv ＝１８０ｍ／ｓに相当する。
【００６０】曲がったガイドウェイ区分に近づくにつれ、該ガイドウェイ巻線の巻数の長さは所望の値に達するまで減少し、その後再び増加する。従って、前記の同期装置及び同期機構は一致して働く：該同期装置は対応する装置を引き離し、次に（車両が該ガイドウェイの曲がった部分を通過した後）該装置と再び係合するが、他の機構は該回転子装置の前半分及び後半分を一緒に引っ張り更に離す。その結果、車両の速度及びこの速度に応じた遠心力は該車両が曲がることを終えるまで減少する。
【００６１】それぞれ別の対の装置が係合されると、推進力はほぼ1.7 トンだけ増加し、全ての装置が動作する時最大値は＞１０トンまで達する。減速の間は全ての動作が逆の順序で進む。ＰＭＬＳＭのおおよその計算の例を後程（“発明の実施の形態”の項で）示す。
【００６２】それ故、周波数をｆ＝６０Ｈｚの一定の正弦波電流で推進巻線に電源を供給すると、車両は予め定められた最適な速度Ｖ（ｓ）（ここにｓは軌道の座標）で固定子により指定された軌道に沿って動き、許容遠心力を越えることなくそれぞれ曲がりの前後で減速又は加速を行う。この結果を得るため、該ガイドウェイ巻線の巻数の長さを指定された軌道の曲率半径に対応させる必要がある。
【００６３】駅を出発する車両の最初の加速は、車両の支持された車輪の上に取り付けられ、直流接触母線から電力が供給される直流モータの助けにより与えられる。この特殊性により提案された輸送システムの推進巻線の電源供給が非常に簡単かつ安価になる。該推進巻線は周波数が５０Ｈｚのあらゆるネットワークに取り替えることができる。例えば、高電圧線がガイドウェイに沿って伸びて建設され降圧変圧器のサブステーションが短い間隔で取り付けられていれば、移動中の車両は推進巻線の対応部分の電源のオン、オフを切り替え、これにより推進電流の周波数と電圧の複雑な制御及び調整を必要とすることが取り除かれる。
【００６４】本発明のこれらの及び他の目的は添付の図面に関連して記載した次の明細書を読むことにより明らかになる。
【００６５】
【発明の実施の形態】図１Ａ，１Ｂ及び１Ｃに関連し、重い本体（即ち車両）１５は適当な非導体及び非磁気材料、例えばコンクリートにより作られた共通の基礎１６を備えているガイドウェイに沿って動く。該車両１５は底１７と、該底１７にほぼ垂直な２つの間隔のある側面の壁１８及び１９とを有している。該共通の基礎１６は車両１５の動きの軌道を決定する長く伸びた空洞２０を有している。共通基礎１６内の空洞２０は底２１と一対の側面の壁２２、２３とを有している。車両１５は図１Ａに最も良く示す様に、車両１５の底１７が浮上しており空洞２０の底２１に平行である様に空洞２０の中で動き、壁１８、１９は壁２２、２３間に位置している。該共通の基礎１６の中の空洞２０により予め定められた軌道に沿って該車両１５を安定に飛行及びホバリングさせる必要がある。
【００６６】図１Ａから図１Ｃに最も良く示す様に軸ＯＸは車両１５の動きの軌道に平行であり、軸ＯＹは該軌道にほぼ垂直であり、更に軸ＯＺは共通の基礎１６の底２１に直角であることが当業者により理解される。
【００６７】図１Ａから図１Ｃで最も良く示す様に、車両１５の安定した動きは、該車両１５の底１７と該共通の基礎１６の底２１との間に対称に取り付けられた装置２４と、車両１５の側面の壁１８、２２及び１９、２３と該共通の基礎１５との間に対称に取り付けられた装置２５とによりそれぞれ与えられている。該装置２５は該装置２４と同じく、互いに正確な位置合わせにより、即ち該共通の基礎１６の縦軸及び車両１５に関して正確に対称に取り付けられている。
【００６８】図１Ａ，１Ｂ，１Ｃ及び２Ａに最も良く示す様に、装置２４又は２５のそれぞれ（該装置２４と２５は実質的に同一の装置）は固定子部品２６と、互いに磁気的に結合された浮上機部品２７とを備えている。
【００６９】該装置２４と２５の固定子部品２６は底２１と、該共通の基礎１６の側面の壁２２及び２３との上に取り付けられており、更に固定（不動）構造体である固定子−ガイドウェイ部品を構成している。該固定子部品２６は固いつなぎ材により接続されており、共通の基礎１６により決定される車両の動きの軌道の長さの全てに伸びている。
【００７０】装置２４と２５の浮上機部品２７は車両１５の底１７と側面の壁１８、１９の上に取り付けられており、該車両１５の長さ全体に伸びている。浮上機部品２７は車両１５を横切り固いつなぎ材によりつながれており、該車両１５に対しては動くことができないが該固定子部品２６に対しては（車両１５と一体として）動くことができる。
【００７１】装置２４又は２５のそれぞれの固定子部品２６は好適にはＣ型の断面を有した一対の実質的に同一の長い成層のスチールコア７ａと７ｂとを含んでいる。図１Ａ，１Ｂ及び２Ａに最も良く示す様に、コア７ａ、７ｂのそれぞれは後部１２（長さ２ｌs まで伸び幅ｔs を有している）と、一対の同一の先端部１３とを有している。該コア７ａの先端部は向かい合ったコア７ｂの対称の先端部１３に向かって該コア７ａの後部１２から長さｌt だけ伸びている。該先端部１３の幅ｔtは該コア７ａ，７ｂの幅ｔs より大きい。該後部１２は飽和しているが、該コア７ａ，７ｂの先端部１３は飽和していない。該コアは向かい合ったコア７ａ，７ｂのそれぞれの先端部１３の間のギャップ２８が車両１５の動きの軌道の全体に沿って不変である様に接続されている。図２Ａ及び２Ｃに最も良く示す様に、該先端部１３は尖った端２９を有している。
【００７２】該後部１２は外側の横方向の表面３０と内側の横方向の表面３１とを有している。表面３０と３１の両方は非磁気導電性、例えばアルミニウム及び真鋳のスクリーン８、９、１０及び１１で覆われている。
【００７３】装置２４又は２５の浮上機部品２７は四つの永久磁石３２、３３、３４及び３５を含んでおり、これらは固い非磁性つなぎ材により接続され二つのレベル１及び２に置かれている。図２Ａに最も良く示す様に、レベル１にある磁石３２及び３３は同じ極性で、レベル２にある磁石３４及び３５と同様であるが、レベル１にある磁石３２及び３３の極性とは反対向きである。これは、レベル１及び２で一方が他方の下にある磁石、即ち磁石３２−３４と３３−３５は反対極性であることを意味している。４つの永久磁石３２−３５の全てはリアアース永久磁石“Ｃｒｕｍａｘ”（大きさが２ｈ×Ｗ）であり、断面がほぼ矩形である。
【００７４】鉄挿入細片５はそれぞれのレベル１又は２の二つの磁石の間に対称に挿入されており、レベル１及び２の両方を通り突き出ている。これにより永久磁石３２−３５が磁気部品３６の中に固く接続されている。該挿入細片５は延長部３７を有しており、これにより挿入細片５は浮上機部品の磁気部品３６の全体を車両１５の底１７に接続している。該永久磁石は固い細片５により接続され、平面Ｘ＝一定の断面において異なる層１及び２内の磁化ベクトルＪが断面のそれぞれの中で反対方向を向く様に非磁気コーナープレート３、チャネルバー４及びプレート６により取り付けられている。
【００７５】図１Ｃ，及び図２Ｂに最も良く示す様に、車両の長さ１５に沿って、永久磁石の極性は周期λで周期的に変化している。それ故、簡単にするため、２つの隣接した浮上機部分部品３８のそれぞれにおいて隣接した磁石が反対極性である様に、車両１５の長さに沿って多数の実質的に同一の浮上機部分部品３８が置かれている（それぞれは浮上機部品２７と同一である）。
【００７６】前述の固定子部品２６が共通の基礎１６の上に取り付けられ、前述の浮上機部品２７が車両１５に取り付けられ（車両の長さ１５に沿って周期的に交番する各レベル１及び２内の永久磁石の極性を有して）、更に車両１５が共通基礎１６の中の空洞２０の中に置かれると、浮上機部品２７の永久磁石３２ー３５は固定子部品２６の先端部１３の間のエアーギャップ２８の中に位置する様になる。先端部１３の尖った端２９の間の距離３９が異なるレベル１と２の中で一方が他方に下に位置している磁石（３２−３４又は３３−３５）の矩形区分の中心点４１の間の距離４０に等しいことが基本的かつ重要な部分である。更に、エアーギャップ２８内で、磁石３２−３５が中心に位置し、各磁石３２−３５とそれぞれの先端部１３の尖った端２９とのギャップｇが等しいことが基本的かつ重要な部分である。
【００７７】該永久磁石３２−３５が最初の磁界を発生し順番に二番目の磁界を生ずるスチールコア７ａ，と７ｂとを磁化する。浮上機部品が固定子部品に対し平衡位置から任意にずれると最初及び二番目の磁界の磁束の分布を変えかつ相互作用し、従って装置２４又は２５内の最初の磁界と二番目の磁界の間の相互作用から生ずる種々の力を生じ変化する。
【００７８】再び図２Ａに関し、該エアーギャップ２８内の磁石部品３６が不動で、対称に取り付けられていると、該浮上機部品２７は軸ＯＹに関して不安定な平衡状態にある。これは、図３Ａに最も良く示す様に（図の下側）、それぞれ一番近いコア７ａ又は７ｂに向かう軸ＯＹに沿った磁石部品３６のあらゆる小さいずれδ＝Δｙが不安定な力Ｆd を生じ、該ずれを大きくし該磁石をこの一番近いコアに引き付けることを意味している。該ずれΔｙが大きくなると、該力ｆd は磁石がこの一番近いコア７ａ又は７ｂの先端部１３に触れるまで大きくなる。一方、不動の磁石部品３６は軸ＯＺに関して安定な平衡状態にある。これは軸ＯＺに沿った磁石のあらゆる小さいずれδ＝Δｚが図３Ａに最も良く示す安定した力ｆs を生じ、ずれを少なくし磁石を最初の位置に戻すことを意味している。該ずれΔｚが大きくなると、該安定化力もこれがある大きさＦsmaxになるまで増加し、次に減少する。該装置内の力Ｆs 及びＦd の方向は互いに垂直である。これは、車両１５の底１７及び２１と、共通の基礎１６との間にある装置２４に対し、該力Ｆs が共通の基礎１６の底２１の上で車両１５を安定に持ち上げ（これにより車両が必要なレベルに保たれる）、それぞれ側面の壁１８−２２と１９−２３の間にある装置２５に対しては、該力Ｆs がこれらの側面の壁１８−２２と１９−２３の間の距離を一定にし、これにより両側からの車両の動きを安定にする。
【００７９】更に、装置２４内に生じ更に該磁石を一番近いコアの先端部１３に引き付ける不安定化力Ｆd （軸ＯＹに平行）は装置２５内に生ずる安定化力（軸ＯＹに平行）により補償される。同様に、装置２５内の不安定化力Ｆd （軸ＯＺに平行）は装置２４内の安定化力（軸ＯＺに平行）により補償される。図３Ａ及び図３Ｂに最も良く示す様に、装置２４又は装置２５内の該安定化力Ｆs と不安定化力Ｆdは互いに垂直である。しかし、該装置２４は該装置２５に対し垂直に置かれているので、該装置２４内の安定化力Ｆs は該装置２５内の不安定化力Ｆd と平行であり（逆の場合も同様）、不安定化力と反対の方向のそれぞれの装置に加わり、この結果平衡位置からのずれにより生ずる不安定化力を補償する。
【００８０】共通基礎１６内の車両１５のホバリングを安定にするため、該システム内の安定化力が不安定化力より大きくなければならないことは明らかである。
【００８１】安定化力を増加し、不安定化力を減少させるため、本発明では次のユニークな方法を採用している：・コア７ａと７ｂの後部１２の中に飽和スチールを使用することにより不安定化力がかなり低くなっている；
・先端部１３の端２９を鋭くすることにより安定化力の力をそれぞれの不安定化力以上にしている；
・スチールコアの非直線性を使用し、導電性のスクリーンによりコアの後部１２の横の表面を覆い損失磁束をほぼ全て抑えることにより不安定力がかなり減少し、これにより後部１２の全ての長さに沿って飽和の必要なレベルを保つ。
【００８２】次に全体として装置２４又は２５及び該システムでの過程をより理解し易くするため説明する。
【００８３】装置２４と装置２５の特有な特徴により、ＭＤＬＳＳを全てのコアカップル（固定子）と全ての磁石カップル（浮上機）を固いつなぎ材で別々に接続する装置の部品として設計することができる。装置２４−２５の各対の永久磁石部品３６は図１Ａに最も良く示しているが、磁化ベクトルＪの方向を互いに直角にし、更に全ての円筒部分の母線を互いに平行にする様につながれている。従って、１つの装置、例えば２４の不安定化力Ｆd は他の装置、例えば２５の安定化力Ｆs により補償される。
【００８４】全ての装置の磁石３２−３５をＭＤＬＳＳの浮上機部分の全体に接続する固いつなぎ材は次の機能を果たす：１．磁石３２−３５の全ての平衡点Ｏi をＭＤＬＳＳの浮上機部分の全体の１つの共通平衡点Ｏに重ねる；
２．磁石のずれΔｙとΔｚを互いに依存させる：Δｙi ＝Δｚi+l ，Δｚi ＝Δｙi+l ；
３．磁石のずれΔｙ，Δｚと、座標軸ＯＸ，ＯＹ，ＯＺの回りの浮上機部分全体の回転ａx ，ａy ，ａz との間に比例関係を作ること；
４．全ての外部力とトルクをまとめ、浮上機部分の全体に加える。
【００８５】ＭＤＬＳＳの浮上機部分全体を運び、永久磁石３２−３５の間に固いつなぎ材を与える車両１５はＭＤＬＳＳの浮上機部分全体として考えられることを当業者は理解できる。
【００８６】次に安定化の条件をＭＤＬＳＳに適用する。
【００８７】車両１５（自由空間にあるあらゆる固体の様に）は六つの自由度を有している：デカルト軸に沿った三つのずれΔX 、Δy ，Δz とこれらの軸の回りの三つの回転角ａx ，ａy ，ａz 。軌道に沿って進行する車両１５に安定した懸架を得るため、ＭＤＬＳＳは６つの自由度の内５つを自動的に抑制する必要がある。安定条件は問題のＭＤＬＳＳでは、軌道からの車両１５のあらゆるずれδにより該車両を元の位置に戻すシステム内に、磁界の二次源（即ち、コア７ａ，７ｂ内の分子磁化電流と、スクリーン８−１１内の渦電流）を分布することにより実現できる。車両に作用する該力と該トルクはシステムの位置エネルギーの部分的な派生物である。安定に関するラグランジュの定理をＭＤＬＳＳに適用することにより、軌道に沿って進行する車両１５の位置は該車両の位置がシステムの位置エネルギーＥの局所的な最小値に対応していれば安定することを結論できる。
【００８８】Ｖ＞Ｖo の速度で動く車両１５を有するＭＤＬＳＳでは、位置エネルギーＥの局所的な最小値は軌道全体に沿って与えられる。これを直接証明するには、指定軌道（軸ＯＸ）の近くδで２つのずれと３つの回転について陽関数の形でＥを決定し、Ｅの値が軌道に沿って最小であることを示すことで十分である。
【００８９】ＭＤＬＳＳの位置エネルギーは抽象的な概念である。その値を直接測定する装置はない。平衡からずれた位置で車両１５に加わる外力Ｆのみを測定できる。ニュートンの第３法則によれば、これらの力はシステムの内部（磁気）力に等しく方向が反対である。この関係を利用して、以下では外力に対する考察を行う。
【００９０】ラグランジュの法則によれば、車両の安定した平衡状態の近くで任意のずれがあれば、位置エネルギーは外力が働く結果としてのみ増加する。平衡状態の点で（即ち、指定された軌道に沿って）、車両１５に働くメインのベクトルＦとメインのトルクＭは等しくゼロになる；一方平衡状態の近くδ≦Δｙ＝Δｚ（即ち、指定された軌道の近く）ではそれらは負になる。この様に、軌道又は回転ａi から車両１５のいかなる僅かなずれδl でも影響を打ち消す力又はトルクが生ずる。この場合、車両１５の平衡状態は安定している。
【００９１】車両１５の動きの軌道は軸ＯＸと一致しているので、該ずれ及び回転は重量の中央の座標に等しい：Δｙ＝ｙ，Δｚ＝ｚ，Δａi ＝ａi 。それ故、内部力を通して表される車両１５の動きの安定の状態は次の様に書くことができる：Ｆy ＝−∂Ｅ／∂ｙ≒（−ｙ）∂Ｆy ／∂ｙ；Ｆz ＝−∂Ｅ／∂ｚ≒（−ｚ）∂Ｆz ／∂ｚ； Ｍx ＝−∂Ｅ／∂ａx ≒（−ａx ）∂Ｍx ／∂ａx ； Ｍy ＝−∂Ｅ／∂ａy ≒（−ａy ）∂Ｍy ／∂ａy ；Ｍz ＝−∂Ｅ／∂ａz ≒（−ａz ）
∂Ｍz ／∂ａz （１）
【００９２】位置エネルギーが最小である場合、軌道の点での磁気力及びトルクはゼロであり、軌道の近くδでは、反対の符号を有するずれ又は回転に比例して大きくなる。
【００９３】前述の固いつなぎ材により行われる機能の１つは（例えば、ＭＤＬＳＳの車両１５のずれｙ，ｚと回転ａx ，ａy ，ａz との間の比例関係）、５つの変数の複雑な関数（位置エネルギーＥ（ｙ，ｚ，ａx ，ａy ，ａz ）と力Ｆ（ｙ，ｚ，ａx ，ａy ，ａz ）を規則的な空間Ｅ（ｙ，ｚ）とＦ（ｙ，ｚ）の２つの可変座標ｙ，ｚの描写関数に変換することにより本質的に証明を簡単にできる。
【００９４】次に、磁石の磁化ベクトルＪが相互に垂直である様に重ねられた二つの装置２４と２５を備えたサブシステムを図１Ａ，１Ｂ及び１Ｃについて検討する。固いつなぎ材は装置２４及び２５に属する磁石の平衡点０l 及び０l をサブシステムの浮上機の１つの共通点０j に接続している。
【００９５】図３Ｃから図３Ｅに最も良く示す様に、抽象数学的な空間が座標系（ｙ，ｚ，Ｆ）により決定される。ここに、ｙとｚは軌道（例えば軸ＯＸ）に垂直な平面内の浮上機のずれで、Ｆは点（ｙ，ｚ）内にずれる浮上機に加えられる外部力であり内部磁気力（Ｆs とＦd ）を補償する。この“空間”内で、外部力Ｆは平衡点０j からはずれて向けられるならば正であり、平衡点に向けられるならば（規則正しい空間内で方向がどの方向であっても）負である。該座標系（ｙ，ｚ，Ｆ）において、外部力Ｆ（ｙ，ｚ）のベクトル（浮上機のずれの関数）の先端部は図３Ｃに示す様に、磁化Ｊの垂直ベクトルを有した二つの装置２４と２５のサブシステムの“力の表面”Ｆ（ｙ，ｚ）と呼ばれる表面を形成している。装置２４と２５が接続された後、両方の装置の安定化力ＦslとＦs2（不安定化力Ｆd1とＦd2も同様）は相互に垂直であり、次の様にベクトルとして要約される：Ｆsu＝√（Ｆs12 ＋Ｆs22 ），Ｆdu＝√（Ｆd12 ＋Ｆd22 ）
ここにＦsuとＦduはそれぞれ生じた安定化力及び不安定化力である。このような構造において、磁石のずれは相互依存する：ｚ1 ＝ｙ2 とｚ2 ＝ｙ1 とサブシステムの浮上機で生じたずれδは次の式により決定される：δ＝√（Δｚ1 2 ＋Δｙ1 2 ）＝√（Δｙ2 2 ＋Δｚ2 2 ）＝√（ｚ2 ＋ｙ2 ）
（サブシステムで接続前の）別々の装置２４又は２５の平衡点の近くで、該力Ｆs とＦd は座標に沿ったずれの値に比例している、Δｚ＝ｚ及びΔｙ＝ｙ，Ｆsl＝ｚ∂Ｆs1／∂ｚ，Ｆd1＝ｙ∂Ｆd1／∂ｙ，Ｆs2＝ｙ∂Ｆs2／∂ｙ，Ｆd2＝ｚ∂Ｆd2／∂ｚ。ここに、∂Ｆsi／∂δ及び∂Ｆdi／∂δは力のスチフネスである。該サブシステムでは、装置２４と２５が一緒に接続された後、力Ｆsu及びＦduは生じたずれδの値に比例する：Ｆsu＝√（Ｆs12 ＋Ｆs22 ）＝√（ｚ2 ＋ｙ2 ）∂Ｆs ／∂δ＝δ∂Ｆs ／∂δＦdu＝√（Ｆd12 ＋Ｆd22 ）＝δ∂Ｆd ／∂δ従って、０j （サブシステムの平衡点）に近くで、生ずる力の表面Ｆsu（ｙ，ｚ）とＦdu（ｙ，ｚ）は点０j で共通の頂点を有する同軸環状円錐形の横表面である。図３Ａと図３Ｂに示す様に、該安定化力により形成される上側の円錐形はさかさまに曲がる。その頂点は平衡点０j 内にあり、その底面は平面Ｆ＝０に平行であり、高さはｈs ＝Ｆsmaxでありスチフネス∂Ｆs ／∂ｚに比例している。底の円錐形は不安定化力により形成され、平面Ｆ＝０より下に位置している。その基礎は半径ｇの円形であり、高さはｈd ＝Ｆd （ｇ）でありスチフネス∂Ｆd ／∂ｙに比例している。
【００９６】二つの得られた円錐形の縦座標をまとめると、固いつなぎ材は新しく生じた力の表面を生ずる。Ｆd とＦs は方向が反対であるので、図３Ｃ，３Ｄ及び３Ｅに示す様に、生ずる力の表面は次の様にスチフネス∂Ｆs ／∂δと∂Ｆd ／∂δの比に左右される三つの異なる形をとる：１．∂Ｆs ／∂δ＜∂Ｆd ／∂δならば、図３Ｃに示す様に、生じた表面は不安定な平衡状態の点０j 内の位置エネルギーの局部的な最大値に対応した円錐形である；
２．∂Ｆs ／∂δ＞∂Ｆd ／∂δならば、図３Ｄに示す様に、生じた表面は安定な平衡状態となる同じ点０j 内の位置エネルギーの局部的な最小値に対応したひっくり返った円錐形である：３．∂Ｆs ／∂δ＝∂Ｆd ／∂δならば、図３Ｅに示す様に、生じた表面は中立な平衡状態の点０j の中心に対し半径δの平らな円盤の形をとる。
【００９７】力の表面をまとめることにより得られるサブシステムのエネルギッシュな表面は浮上機の平衡状態の点０j 内で極端な放物面を示している。∂Ｆs ／∂δ＞∂Ｆd ／∂δの条件のもとではこの極端な状態が最小になる。
【００９８】ここで、次の副命題を証明する：【００９９】共通の基礎１６の空洞２０内の固定子部品２６により指定された軌道に沿って車両１５を安定に動かすＭＤＬＳＳを構成するため、言い換えれば二つのずれと三つの回転の空間内に位置エネルギーの局部的な最小値を有するシステムを構成するため、図４に最も良く示す様に４つの固く接続されたサブシステムを組み立てることが必要十分であり、それぞれのサブシステムは二つのずれの空間の点０j に位置エネルギーの局部的な最小値を有している。
【０１００】エネルギーの最小値が存在することは点０j がｊ番目のサブシステムに属する浮上機の平衡点であり、平面Ｘ＝０の上のあらゆるずれ（ΔｙとΔｚ）が影響を打ち消す力Ｆy ＝Δｙ∂Ｆy ／∂ｙ又はＦz ＝Δｚ∂Ｆz ／∂ｚを生じ、該浮上機を平衡状態に戻す。それ故、あらゆる二つのサブシステムを座標軸ＯＸに平行で長さが２Ｌu （Ｌu ≫Ｌ）の固いつなぎ材で接続することにより、２つの直角な軸ＯＹ及びＯＺの回りで回転ａの方向に構成されたサブシステムの安定を確保することができる。実際に、構成されたサブシステムのそれぞれの回転ａy は浮上機のずれ±△ｚ＝ａy Ｌu （図４）となり、回転の影響を打ち消す一対の力±Ｆz を生ずる。同様に、回転ａz は影響を打ち消す一対の力±Ｆy を生ずる。二つの対のサブシステムを取り長さが２Ｌu で軸ＯＸとＯＹに平行な固いつなぎ材でそれらを接続すると、図１Ａに示す様に指定された軌道に沿って位置エネルギーの局部的な最小値を有し、更に外部の全ての強い影響に対し安定であるＭＤＬＳＳを得ることができる。
【０１０１】このようなＭＤＬＳＳでは、４つの全てのサブシステムの力の表面はひっくり返った円錐形の横の表面である。ＭＤＬＳＳの部品により同軸であり、１つの共通の表面【０１０２】
【数１】

【０１０３】にまとめることができる。これはａx ＝ｚ／Ｌu ，ａy ＝ｙ／Ｌu ，ａz ＝ｚ／Ｌu であり該回転がずれに比例するからである。ＭＤＬＳＳのエネルギッシュな表面は固定子により指定された軌道に沿って位置している最小の点を有した放物面の形をしている。
【０１０４】証明すべき副命題はＭＤＬＳＳ浮上機を安定に動かす条件を決定し二つの装置を備えたサブシステムのそれぞれの位置エネルギーを最小にする問題に変わる（前に解いている）。
【０１０５】上記の考察に基づき、次のことが説明できる：ＭＤＬＳＳ車両１５の動きを安定にするため、各装置は次の条件を満たすことが必要十分である：安定化力のスチフネス∂Ｆs ／∂ｚは平衡状態の近くにある不安定化力のスチフネス∂Ｆd ／∂ｙを越える必要がある。これは次の不等式を満たす必要がある：∂Ｆs ／∂ｚ＞∂Ｆd ／∂ｙ （２）
【０１０６】この不等式の左手の成分と右手の成分との差が大きくなれば、ＭＤＬＳＳにより大きな安定性が得られる。
【０１０７】このことを証明するには、図５に示す様に側面が２Ｌu である正方形の頂点に置かれた８つの装置を備えたシステムの浮上機の上に働く磁気力のメインベクトルとトルクの成分Ｆy ，Ｆz ，Ｍx ，Ｍy ，Ｍz に対する式を構成することで十分である。不等式（２）が次の関係：Ｆs1＝Ｆs2＝Ｆs3＝Ｆs4，Ｆd1＝Ｆd2＝Ｆd3＝Ｆd4及びΔy ＝Δz （これは全ての装置が同一であり、それらの間の全てのつなぎ材が固い条件から生ずる）を満たすならば、ラグランジュの定理の要件（１）が満たされる。
【０１０８】実際の装置２４と２５は軌道全体に沿って伸びる長いコア７ａ，７ｂと、車両１５の全体に沿って伸びる永久磁石３２−３５とを有している。従って、底（支持用）の装置２４と側面（安定化）の装置２５の両方を備えた実際のサブシステムは、図４と図５に示す様に軸ＯＸに沿って離れていく２つのサブシステムを有した上記の検討され構成されたサブシステムに等しい。従って、ＭＤＬＳＳ全体に必要な安定性を得るには、距離Ｌw ≫Ｌだけ軸ＯＹに沿って離れて行く２つの実際のサブシステムを固く接続することで十分である。この固いつなぎ材は、支持用の装置２４の磁石が出発前に荷を積んだ車両の重さにより影響を受け沈んだ後固定されることが好都合である。この場合、装置２５の安定化磁石は、装置２５の底のコアの方にずれない。更に装置２４内の支持用磁石により補償されるはずの不安定な力を生じない。
【０１０９】前述の特性を有した装置を構成するため、磁石に影響を与える安定化力及び不安定化力Ｆs 及びＦd を発生する機構を検討する。
【０１１０】前述のように、コア７ａ，７ｂの先端部１３は尖った端２９を有している。以下に、該先端部１３の端２９を鋭くすることにより安定化力を増加させ、不安定化力を減少させる機構を説明する。
【０１１１】磁界内にあるスチールコア７ａ，７ｂの平らな表面Ｓの装置当たりに働くあらゆる力ｆ＝ｆn ｎ0 ＋ｆt ｔ0 は次の式により決定される： ｆ＝ｎ0 （１−１／μf 2 ）Ｂn 2 ／（２μ0 ）
＋ｔ0 （１−１／μf ）Ｂn Ｈt （３）
ここにｎ0 とｔ0 はそれぞれ標準状態の単位ベクトルと表面Ｓに対する正接である：Ｂn とＨt はそれぞれ標準磁束密度と外部からのＳの上の正接磁気強度である。
【０１１２】該スチールが未飽和ならば、μf ≒∞でありＨt ≒０である。この場合ｆt ＝０であり ｆ（Ｑ）＝ｎ0 Ｂn 2 ／（２μ0 ） （４）
該スチールが飽和ならば、∞＞μf ＞１及びｆt はｆn で約分できる。
【０１１３】（４）から、未飽和の装置のコアの横表面Ｓに働く磁気力は次の式で表されることが判る： Ｆ＝ｊＦd −ｋＦs ＝ｊＦy ＋ｋＦz ＝ ＝0.5/μ0 [j∫Bn2 (Q)cos(j,nQ 0 )dSQ＋k ∫Bn2 (Q)cos(k,nQ 0 )dSQ］(5) 【０１１４】ニュートンの第三法則によれば、同じ値であるが方向が反対の力が装置の永久磁石に働く。
【０１１５】装置のギャップ内の磁界は面−平行である。等角写像を適用して得られ、図６に最も良く示す先端部１３の表面を覆う磁束密度Ｂn （Ｑ）の分布は、点Ｑが磁石の極から離れて動く時、磁束密度が急速に減少するようになっている；特別な力ｆ（密度の二乗に比例する）は更に急速に減少する。従って、コア７ａ，７ｂの後部１２内を通る磁束は無視でき、厚い不飽和の先端部内を通る磁束により生ずる力Ｆのみ考慮すれば良い。
【０１１６】先端部の対称の形（平面Ｙ＝０及びＺ＝一定に対する）を考慮し、第二の中間値の定理を適用し積分を式（５）に変換すると、力の成分に対する次の式を得る： Fd＝Cd∫[Bn (QR )-Bn（QL)]dSQ ＝Cd( ΨWR−ΨWL) ， （６）
Fs＝CSR ∫[Bn (QR b ) −Bn(QRt )]dSQ＋CSL ∫[Bn (QLb) −Bn(QLt) ]dSQ＝＝CSR ( ΨRb−ΨRt) ＋CSL ( ΨLb−ΨLt) ≒CS[(ΨRb＋ΨLb) −( ΨRt＋ΨLt) ] ， （７）
ここに、Cd＝0.5[Bn(QR ) ＋Bn(QL )]cos(j,nQ0 )/μ0 ，CSR ＝0.5[Bn(QRb) ＋Bn(QRt )]cos(k,nQ0 )/ μ0 ，CSL ＝0.5[Bn(QLb) ＋Bn(QLt)]cos(k,nQ0 )/μ0 ，(Q,QRb,QRt,QLb,QLt∈S),δ（磁石の平衡状態）の近くで、要素についてCSR ≒CSL ，従ってCS≒0.5(CSR＋CSL ) 。上記において、式ΨWRとΨWLは右側（Ｒ）及び左側（Ｌ）の先端部１３の表面を通りコア７ａ，７ｂに入り作用を行う磁束である。ΨRb，ΨRt，ΨLb，ΨLtは先端部表面の底（ｂ）と頂点（ｔ）を通り同じ作用をする磁束（ΨWR及びΨWL）の一部である。
【０１１７】式（６）と（７）から力Ｆd は該先端部の表面に属する同じ点Ｑの磁束密度Bn(QR ) とBn(QL ) との和の半分を乗じた該作用する磁束の間の差に比例していることが判る。この差は該エアーギャップの左部分及び右部分の磁気抵抗の間のアンバランスによる磁石のずれΔｙとして現れる。（７）の右手の部分内に、同じ作用をする磁束の部分の２つの和の部分が判る：Ψb ＝ΨWRb ＋ΨWLb 及びΨt ＝ΨWRt ＋ΨWLtこれらはそれぞれ底と頂点から該先端部を通る。（７）の力Ｆs は垂直のずれΔｚにより生ずるこれらの和の間の差に比例し、該エアーギャップの上側部分及び下側部分のコンダクタンスの再配分が行われる。
【０１１８】式（７）に含まれ作用する磁束の和の差（ΨRb＋ΨLb) −( ΨRt＋ΨLt) は、式（６）の作用する磁束の差（ΨWR−ΨWL) が磁石の垂直のずれΔｚに対して変化しない様に、コアの１つの方向への磁石の水平のずれΔｚに対して値が変化しないことに気がつくであろう。
【０１１９】式（６）と（７）とCd，CSR ，CSL に対する式を分析すると、図２Ａ，２Ｃに最も良く示す様に、ある角度βでコアの先端部のエッジを鋭くすると、矩形の形のコアの先端部の場合より力の比Fs/Fd とそれらのスチフネスを大きくすることができることが結論できる。最適な角度は９０°に近い。
【０１２０】上記の説明をまとめ簡単化し、更に図２Ｃを参照にすると、先端部１３の表面を通りコア７ａ，７ｂに入る磁束の間の差により不安定化力Ｆd が生じ、先端部１３の表面の底を通り更に上部の半分を通りコア７ａ，７ｂを突き抜ける同じ磁束の部分の和の間の差により安定化力Ｆs が生じ、更に該安定化力は先端部１３の表面の底を通りかつ上部の半分を通り突き抜ける磁束の間の差に比例することが明らかになる。従って、先端部１３の前方の表面を鋭くすることにより、該磁束は先端部１３の表面に垂直な方向の該先端部１３を突き抜けるので、該先端部１３の表面を通り突き抜ける磁束の水平成分を減少させ、垂直成分を増加させることができる。これにより平衡状態からのずれの結果該装置内の不安定な力を減少させ、安定化力を増加させることができる。
【０１２１】再び図２Ｃを参照すると、磁石３４が下側にずれると、先端部１３の底の表面を通り突き抜ける磁束が増加し、先端部１３の上部の表面を通り突き抜ける磁束は減少し、これによりそれら磁束の間の差が増加し、更に浮上させる安定化力Ｆs が実質的に増加する。
【０１２２】前述の様に、不安定化力はコア７ａ，７ｂ内にスチールの非直線特性を使用することにより減少する。以下にこの特徴を説明する。
【０１２３】当業者に周知であるが、荷電されたり、帯電されたり又は磁化された本体が静電界又は磁界の中に安定な平衡状態を作ることができないというS.EarnshawとW.Braunbekの定理の主張は媒体のリニア特性（空気又は真空でμ0 ＝一定、ε0 ＝一定）に基づいており、静電力又は磁気力の助けにより重い本体を浮かせることが行われている。μ＝μ0 の時、磁位φm とＡm はラプラスの微分方程式を満たす。該ラプラス方程式は電位又は磁位の局部的に極端な状態は磁界が占める領域内に存在しないという結論から直接導かれる。１８３９年にS.Earnshawにより、更に１００年後W.Braunbekにより、静電界又は磁界内で帯電され又は磁化され分離された粒子の位置エネルギーが局部的に極小値を有することは不可能であることが証明されている。自身の磁界内に安定した形で浮くことができる磁石を固く結合したシステムを作る多くの試み（不成功である）により研究者は前述のシステムの位置エネルギーに関する上記の定理から誤った結論を導き出した。上記のＭＤＬＳＳシステムのエネルギッシュな表面特性の分析により局部的に極端な状態をこの種のシステム内に作ることができることが完全に実証された。
【０１２４】上記に説明した様に、該ＭＤＬＳＳを作るためには、車両１５の動きの軌跡に沿って位置エネルギーが厳密に局部的に最小であることを証明する必要がある。（上記で説明した様に）浮上機の平衡状態の点で該システムの位置エネルギーが局部的に極端な状態であることを与える装置間の間に固いつなぎ材を形成する他に、装置２４、２５の固定子部品２６の中に媒体μ＝μ(B) の非直線の特性を利用して不安定化力を減少し、該極端な状態を最小の位置エネルギーに変えることができる：この場合、磁気回路３６内に電磁スクリーン８−１１を加え、飽和スチールコア７ａ，７ｂ内で損失磁束を少なくし磁界のかなりの部分を維持することができる。
【０１２５】不安定な力（６）に対する式はより簡単である。該式はコアスチールの非直線磁気特性Ｂ（Ｈ）を使用することにより不安定な力Ｆd とそのスチフネス∂Fd／∂y を抑える方法を示している。コアの磁気抵抗は磁束が増加するにつれて急速に増加することが知られている。磁化曲線Ｂf （Ｈ）を作ると、関数ρf (Bf )を再現することができる。ここに、ρf はコアのスチールの比較的単一の磁気抵抗である。Ｍ−５グレーンの配向電気スチール（厚さ＝0.012M) に対する関数ρf (Bf ) を説明している図７に最も良く示す様に、Ｂf ≧2.02Ｔならば、曲線ρf (Bf ) は次式に記載する軸Ｂf に対し大きな傾斜を有した直線フラグメントを含んでいる： ρf (Bf ) ＝(Bf -Bs ) /N （８）
ここに、Bs＝1.996 Ｔ，Ｎ＝1.916。【０１２６】Bf≧1.01Bsの時、ρf(Bf) の早い成長と、Bfの直線関係は全ての軟磁石スチールに固有である。この特性の結果、該飽和スチールコアの断面内の磁気密度Bfは均一化される：Bf＝ΨW/ts。それ故、長さがｌs で厚さがｔs の飽和コア（Bf＞1.01Bs) の磁気抵抗ｒf は次の通りになる： μ0 Rf (Bf)=rf(Bf )=ρf (Bf )ls /ts=ｌs (Bf −Bs)/(Nts)=b(Bf-Bs) (9) ここに、b=ls/(Nts)とRfはコア７ａ，７ｂの絶対磁気抵抗である。
【０１２７】理解を容易にするため、永久磁石３２−３５とコア７、７ａを含む組立装置２４、２５は図８Ａに最も良く示しており、次の起磁力(mmf) 源を含む閉じた磁気回路の形をしている：−e=WHc μ0 (Hc =8.9・105A/m ) 、これには内部磁気抵抗ri=W/(2 μr h)，( μr =1.07)を有している、−磁気抵抗：rgR （右側）とrgL ( 左側）を有した全体の長さが4gの４つのエアーギャップ、−コアの後部１２が飽和している時、磁気抵抗：rfR ( 右側）とrrL ( 左側）を有した２つの“Ｃ”型スチールコア７、７ａ。
【０１２８】装置２４、２５（大きさが2h×W ）内の全ての磁石３２−３５は該磁石の間に鉄挿入細片５を含んでいる。この細片５は互いに全ての磁石を接続する役目をしている。更に、該細片により右側のと左側のコア７と７ａの作用する磁束の間の相互作用が減らされる。ｍｍｆの源により該コア内に閉じた形状で回路内で作用する時速：ΨWRとΨWLと、環境を通り閉じた形状をした損失磁束：ΨidとΨfdとを発生する。Ψidは磁気抵抗rid を通る各磁気抵抗の上部と底で閉じる磁束を表している。Ψfdは磁束が飽和した時後部１２の内側及び外側の横の表面３０及び３１を通り該作用する磁束から分岐した磁束を表している。該損失磁束によりＭＤＬＳＳの安定性が減少する。該損失磁束を抑制即ち少なくするため導電性のスクリーン８−１１が利用されている。
【０１２９】装置２４、２５が平衡状態にある時、作用する磁束は互いに等しく、Fs＝０，Ｆd ＝０である。磁石のずれが小さくΔｙ≪ｇであるならば、該磁石の極とコアの先端部との間のギャップｇR とｇL は変化する。これにより磁気抵抗ｒgRとｒgLは変化する：右側のギャップの磁気抵抗はある値ｒgR≒ｒg −Δｒg まで減少するが、左側のギャップの磁気抵抗はある値ｒgL≒ｒg ＋Δｒg まで増加する。ここにΔｒg ≒Δｙ／2hである。該磁束が等しいことは破られ、生ずる差は力Fdの源である。
【０１３０】しかし、磁石が平衡状態にあり、装置のコアが飽和していれば、（磁気抵抗ｒgRの減少により生ずる）磁束ΨWRの増加により値Δｒfrだけコアの磁気抵抗ｒfRに増加が生じ、逆に（磁気抵抗ｒglの増加により生ずる）磁束ΨWL内の減少により値ΔｒfLだけ磁気抵抗ｒfLが少なくなる。従って、飽和コア７ａ，７ｂを有する装置内では、該磁石の水平方向のずれΔｙは右側のループの磁気抵抗に変化し：ｒmR＝（ｒg −Δｒg ）＋（ｒf ＋Δｒf ）、左側のループでは値ｒmL−ｒmR＝2(Δrg−Δｒf ) だけ回路のｒmL= (rg ＋Δｒg)+(rf−Δrf) が変化する。該ｒmL−ｒmR＝2(Δrg−Δｒf ) はコアが不飽和ならば、即ちｒgL−ｒgR＝2 Δrg＞2(Δｒg −Δｒf ) ならば少ないか同じずれを生ずる。
【０１３１】該装置内ではこの差により生ずる作用する磁束と不安定な力の差Fd=Cd ( ΨWR−ΨWL) はコアスチールの飽和を利用することにより減少することが起こる。
【０１３２】ＭＤＬＳＳ内での機械的及び電磁的な過程は相互に関連し、浮上機の移動速度Ｖx と指定された軌道からのずれΔｙとΔｚに左右され進展する。車両１５が静止しておれば、その安定性は車輪により与えられる。該車両がある速度Ｖ0 まで加速されると、不安定化力は減少し、該車両１５は安定する。
【０１３３】不安定化力Ｆd を低くするため固定子コアスチールの非直線性を使用するため、長さｌs の全てに沿ってコアの後部の作用する磁束ΨW の磁気密度を、磁化曲線の直線部分ρ（Ｂf ）で全てのコアを動作させる値Ｂf ＞Ｂs まで上げる必要がある（図７に最も良く示す）。これを行うため、飽和コアの後部の横の表面から放射される損失磁束Ψfdを抑制することが必要である。空気の透磁率μ0 は電気的な透過率より５次高い（μ0 ＞1.4 ・105 ε0 ）。それ故、コアの後部が飽和した時、磁束ΨW の磁力線のかなりの部分（２０％まで）は空気を通して閉じた形状を構成している。従って、コアの後部１２の磁束密度が減少し、磁気抵抗は低下し、もはや磁石３２−３５の横のずれΔｙがある時エアーギャップの磁気抵抗の変化を補償しない。
【０１３４】コアの後部１２内で磁束密度が減少することを防ぐため、図１Ｃと図２Ｂに最も良く示す様に、磁石３２−３５の極性が軸ＯＸに平行に動く軌道に沿って交番する様に、該磁石３２−３５を互いに接続している。更に、コアの後部１２は厚さが約０．０２ｍの銅及びアルミニウムで作られた導電性のスクリーン８−１１で覆われている。車両が軌道に沿って速度Ｖ＝１５０ｍ／ｓで動く間、コア７ａ，７ｂ内の磁束は値と方向が変わる。図２Ｂに示す様に、それぞれの磁石の長さｌが１．４５Ｍに等しく、隣接した磁石の間の間隔ｄx が０．０５Ｍならば、エアーギャップ内で進行する磁界の波長λはλ＝２（ｌx ＋ｄx ）＝3.0 Ｍに等しく、該コア７ａ，７ｂ内の磁束の振動の周波数ｆはｆ＝Ｖ／λ＝５０Ｈｚである。上記のスクリーン８−１１を通る交番の損失磁束Ψfdは、更に損失磁束の変動を抑える反対の磁界を生ずる該スクリーン内に渦電流を誘導する。例えば、図２Ａに示す厚さが２ｃｍの二層のスクリーンはコアの後部の表面３０と３１の上の標準磁束密度の値Ｂnfd が５０分の１に減り、環境からコア７ａ，７ｂをほぼ完全に絶縁する。車両１５の速度がＶ＝５０ｍ／ｓに下がると、Ψfdはほぼ３０分の１に減少する。
【０１３５】作用する磁束の値及び力の値Ｆs 及びＦd を求めるため、図８Ａと図８Ｂに示す様に装置の磁気回路を計算する必要がある。各装置が水平面ｚ＝一定に対し対称であり磁位がゼロになることを考慮すると、同等な系統図は低い部分を除去することにより簡単にできる。上側の部分の完全に同等な系統図（４つのループを含む）を図８Ａに示す。次のパラメータを有する等価発電機でループIII とＩＹを置き換える： ｅl ＝ｅ／（ｌ＋ｒi ／ｒid） ｒin＝ｒi ／（ｌ＋ｒi ／ｒid） （１０）
これにより図８Ｂに示す２つのループの同等な系統図に簡単に変えることができる。鉄挿入細片５（ｔd ）の厚さは磁石のずれΔｙ＜ｇに拘わらず，飽和を防ぐ様に決定できる。単一の動作のあらゆるモードで磁気抵抗ｒd ＝０であり、同等な系統図のループは分割され、オームの法則に従うそれぞれのループを分離して計算できる。計算は浮上機がある速度（Ｖ0 又はそれ以上）で完全に磁束Ψfdを抑制する導電性スクリーンを有して進行するとの仮定、即ちｒfd≒∞との仮定の下で行われる。
【０１３６】コア内の作用する磁束は次の様に決定される： ΨWR=el/[(r-Δrg）+rfR(Bf)] ；ΨWL=el/[(r+Δrg)+rfL(Bf)] （１１）
ここに、ｒ＝ｒin＋ｒg【０１３７】コアが未飽和ならばｒfR= ｒfL= ０であり、内部の作用する磁束は次の様になる： ΨWR0=el/(r-Δrg) ；ΨWL0=el/(r+Δrg) （１２）
磁石の平衡状態では（Δｒg ＝０）： ΨWR= ΨWL= ΨW =el/(r＋rf(Bf)) ；ΨWR0=ΨWL0=ΨW0=el/r （１３）
【０１３８】浮上機を安定して揚げるためコアスチールの飽和を有効に活用するため、磁石とコアの間の大きさ（Ｗ，ｈ，ｌs ，ｔs ，ｇ）の間の次の比例を確保し、更に次の適当な特性（Ｎ，Ｂs ）を有するスチールを選択する必要がある：１．コアの後部の磁束密度Ｂf がずれΔｙm ＜ｇにおいて、曲線ρf （Ｂf ）（図７）の直線部分内で変化する、２．コアの後部の飽和がコアの先端部の磁束密度Ｂn より小さくなく、コア内で作用する磁束がΨW0/ ΨW=ε( ε≦1.15) 倍だけ大きく、この倍数はＢf の頂点からの制限に等しい。
【０１３９】該条件１と２は所定のεとコアの後部の長さｌs においてそのスチフネスｔsが次式を満たすならば成立する： ｔs ≒el/{r[Bsε＋elN(ε-1)/(Bsls)]} （１４）
【０１４０】式（９）を（１１）に代入するとコア内を伝わる作用する磁束ΨWRとΨWLに対する二乗式を得る。該式を解くと次のことが判る： ΨWL,R=0.5ts[Bs-(r±Δrg)Nts/ls]{1+ √[1+4elN/(ls[Bs-(r ±Δrg)Nts/ ls]2)]} （１５）
【０１４１】該後部の飽和により先端部の磁位が変化し、更に密度Ｂn の値が減少する。この場合、因子Ｃs とＣd （６、７）と更に作用する磁束（１５）はε分に１に減少する。同時に、該コアの後部の飽和により作用する磁束の差がζ分の１倍減少する。ここに、 ζ= ΔΨW0/ ΔΨW ≒( ΨWR0-ΨWL0)/(ΨWR- ΨWL) （１６）
図２Ａに示す装置に対しては、ε=1.15 の所定の値に対しζ=10.3 ≒9 εである。
【０１４２】次に該装置の磁気回路の計算の例を示す。
初期データ：W=0.03m ，2h=0.025m ，g=0.005m，ls=0.06m，Hc=8.9・105A/m ，Ｂs=1.996T，N=1.916 ，μr=1.07，rg=0.3，Δrg=0.05 ，ε=1.1，V=150m/s同等な系統図のパラメータの計算図：ri=1.12 ，rid=1.53，rin=0.647 ，rgR=0.25，rgL=0.35，e=μ0WHc=3.355・10-2 ，e1=1.936・10-2 ，ts=9.1823・10-3，Δy=2.5mm ，ΨWR=1.87・10-2Wb，ΨWL=1.8466・10-2Wb，ΔΨW0=1.0821・10-3Wb，ΔΨW=1.16966・10-4Wb，ζ=9.25 ，BfR=2.03652T，BfL=2.011044T該ＭＤＬＳＳ内で作用する力を求めるため、（長さがlx=0.06mの）未飽和コアを有した装置の実際のモデルで該力を測定した値を使用した。これらの値は図９に示しており、安定化力及び不安定化力はずれ：Fs0(δz)とFd0(δy)の関数として示している。同等の力Fsc(δz)=Fs0( δz)/ ε2 及びFdc(δy)=Fd0( δy)/ εζと安定化力のスチフネフF'sc( δz)= ∂Fsc(δz)/ ∂z は該コアの後部の飽和を検討に入れて再計算し、図９に示している。全てのグラフの縦座標は磁石の長さlx=1m を基準にして縮尺を取っている。従って、磁石の長さが車両の長さＬv=20Ｍに等しく、ＭＤＬＳＳが（車両がずれΔｚ＝5mm だけ降下した後該浮上機に固く接続された）４つの支持用の装置と２つの安定化装置を備えていれば、重さはFv=22 トン（即ち220,000N) の車両は安定して浮く。この場合、横方向の力Flat=5トンは僅かΔｙ＝2.3mm だけ車両を横に動かす。
【０１４３】概略の計算によりアルミニウムスクリーンの突出アーム８ａ及び９ａ（図２Ａ）は損失磁束を抑えこれにより作用するコアの磁束と安定化力が増加する。
【０１４４】十分な正確性を有した装置の磁石回路を計算するため、損失磁束ΨidとΨfdに対し磁気抵抗の値を決定することが必要である。該磁気抵抗は磁位及び磁束により表すことができる：ｒid= φp/Ψid ｒfd= Δφ/ ΨfdここにΔφp は磁石の極の磁位である：Δ は飽和したコアの後部の長さｌs に沿った磁位の低下である。
【０１４５】該装置の全ての部品が円筒形の形であると同程度に、装置の磁界は平面が平行である。これにより磁束に対する分析解と上側半分に対しポアソン積分を適用した磁気抵抗ｒidとｒfdが求まる。上記の例に対し、図２Ａに示す装置ではｒid=1.53である。磁石にずれΔｙ＝2.5mm がある場合、該コアの後部の磁束密度の値は次の通りである：BfR=2.03652T，BfL=2.011044T 。従って、損失磁束は次の通りである：ΨfdR=2.375・10-3Wb=12.7%ΨWR，ΨfdL=0.8707・10-3Wb=4.7%ΨWL【０１４６】導電性スクリーンの計算も分析的に行った。三層導電性媒体の中で一様な正弦電磁波の伝播の問題に対し正確な解答を得た。従って、実際の電磁波（浮上機の磁石の動きによって生ずる）は、最初の１１個の高調波が検討されるフーリエ級数に展開される。更に磁位の分布及び磁界の強度に対する分析的な式は導電性スクリーンが広がっている前後の固定子の横の表面に近い。このように、電界の分布を知ることにより、次の一定の本質的な大きさを計算できる：ｋsup −スクリーン内に生ずる渦電流により（該コアから来る）損失磁束を抑える次の係数：ksup=Bm(Q1)/Bmscr(Q1)ここにBm(Q1)は非導電性スクリーンのコアの後部の表面に属する点Ｑ1 の磁束密度の大きさで、Bmscr1(Q1)はicl 導電性スクリーンがある場合の同じ点での磁束密度の大きさで；
ｋscr −（スクリーンの後ろに）磁束をふるい落とす係数：kscr=Bm(Q2)/Bmscr(Q2)。
ここにBm(Q2)はスクリーンがある場合スクリーンの表面の後ろにある点Ｑ2 内での磁束密度の大きさであり、Bmscr(Q2) はスクリーンがある場合の同じ点における磁束密度の大きさである。
【０１４７】アルミニウムスクリーンで厚さが0.02m で該浮上機の速度がＶ=180m/s,λ=3m,ならば、ksup=46.2 及びkscr=162.0；
p −該車両のスクリーンのエネルギーの全体の損失。磁石のずれがΔy=2.5mm の時P=54・103W ；
Ｆx −該スクリーン内のエネルギーの損失により現れる浮上機の磁石の動きを防ぐ力とすれば車両全体に対しＦx=300N；
Ｆy −フラットスクリーンから磁石が動くことを反発する力。
電気ダイナミック懸架システムと提案した磁石ダイナミック懸架システム内の該力を比較すると、EDS に対するずれδの関数として安定化力：FsE(δ)=Fy(g- δ)-Fy(g+ δ)(g=0.05m である）の図は図９の点線の様に表される。
【０１４８】従って、当業者は添付の請求項の範囲内で、本発明の次の独特な特徴がＭＤＬＳＳ内で生じた不安定化力を減少させ安定化力を増加させることを使用している限り、本発明がここで特別に記載した他の事項を実施できることを理解できる：１．磁化の周期的な垂直なベクトルを有した安定化力及び支持用装置；
２．ＭＤＬＳＳ内の磁石部品の間の固いつなぎ材；
３．コア内のスチールの非直線特性、飽和した後部及び未飽和の先端部；
４．各コアの後部の横方向の表面を覆い、しかも損失磁石を抑える導電性スクリーン；
５．先端部の尖った端；
６．各コアの後部の幅より大きい先端部の幅；
【０１４９】第二のサブシステム−ＰＭＬＳＭはリニアガイドウェイ／固定子部品（固定部品）と永久磁石回転子部品（可動部品）とを備えている。図１に示す様に、本発明のリニア同期モータは次のものを含んでいる：ａ）車両が動く軌道に沿って伸びている推進巻線４２、４３；
ｂ）車両のシャーシ４５に固定され、極のピッチを変化する磁気装置４６を有した永久磁石の回転子４４；
ｃ）回転子の極のピッチを、対応した装置のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより段階的に変化させる同期装置４７（同時に車両が動いている間固定子巻線の巻数の長さが変化する）；
ｄ）回転子の前半及び後半に属する磁気装置から離し又は一緒にすることにより回転子の極のピッチをスムーズに変化させるための同期機構４８（同時に車両が動いている間固定子の巻線の巻数の長さが変化する）。
【０１５０】図１０Ａから図１０Ｄに示す様にガイドウェイ／固定子は、２つののこぎり歯状のホルダー４９と、ガイドウェイに沿って伸びている２つの三相導電性巻線４２、４３とを備えた共通のコンクリート性の梁１６を有している。図１０Ａと図１０Ｄに示す様に、固定子は２つのミラー対称部品から形成されている。それぞれの部品は“Ｔ”型の断面を有した１つののこぎり歯状のホルダー４９を含んでいる。ホルダー４９は梁１６に取り付けられ、それぞれ三相巻線４２と４３の導体５０を支えている。該三相固定子巻線４２、４３が発電機に結合されている時、（周期の１／３の間相電流の時間遅れと、固定子に沿った巻数の長さＬt の２／３の上で隣接する位相の導体のずれにより）該巻線は固定子に沿って進行する電流波を生ずる。
【０１５１】該進行する電流波は三相巻線の導体が薄く、しかも２／３・Ｌt だけ他の相に対しずれている三つの相（層当たり一つの相）を有して置かれていれば、不変の大きさを有している。次に、相の巻線の巻数の密度（即ち固定子の長さの単位当たりの相の巻線の巻数の数）は長さＸの固定子に沿って正弦波状に変化する。発明者の発明の場合、巻線導体は厚く、三相全てをのこぎり波状のスロットの中に一つの層の状態として置く必要がある。それ故、電流波の大きさの振動を少なくするため、個別の巻線の相の作用するセグメントは図１１に示す順序で入れ替えされ、文字Ａ’，Ｂ’，Ｃ’は三つの相に属する巻数の前方のセグメントを示し、Ａ，Ｂ，Ｃは相の巻数の後方のセグメントを示している。固定子巻線の相Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれには２νの巻数の母線がある。この母線は同じ順序でホルダーのスロット内に置かれており、例えばν＝４の時その順序は次の通りである：図１１に最も良く示す様に、A.C'.C'.A.A.C'.A.A.B'.A.A.B'.B'.A.B'.B'.C.B'.B'.C.C.B.C.C.A'.C.C、等であり、文字Ａ’，Ｂ’，Ｃ’は相の巻数の前方のセグメントを示している。
【０１５２】該電流の進行波の速度Ｖはｆが電流の周波数ならばＶ＝２Ｌt ｆに等しい。
【０１５３】巻線の導体は銅の母線である。個々の巻数には作用するセグメント５１と５２を示す前部と後部と、更に該作用するセグメントを接続している２つの側面の部品５３とがある。該作用するセグメント（これによりローレンツ力、更に反起電力の発生がもたらされる）が一つの層を有したホルダーのスロット内に固定されている。該側面の部品（上側と底の部品）は電気的絶縁体の内側の層６３により互いに固定されているモノリシック多層の導体として端の面を形成している。上側の端の面は回転子の空洞の中に挿入されており、底の端の面はコンクリートの梁に固定されている。
【０１５４】該固定子巻線は３つのタイプの個別の区分を有している：加速区分、定速区分及び減速区分。
【０１５５】該固定子の加速区分では、巻数の長さは動く方向にスムーズに増加する。従って、ガイドウェイ／固定子の加速区分に沿った電流の進行波の波長λと速度Ｖは、速度が車両の所望の速度Ｖに等しくなるまで増加する。反対に、減速区分では、巻数の長さは動く方向にスムーズに減少する。
【０１５６】固定子巻線内で進行する電流波の長さλは巻線の巻数の長さＬt の２倍に等しい：λ＝２Ｌt 。更にその速度Ｖはその長さと電流の周波数ｆの積に等しく：Ｖ＝ｆλ、従ってガイドウェイの曲がりの極率半径Ｒと車両の重量ｍv に関係した許容遠心力Ｆc が判れば、次式によりガイドウェイのあらゆる断面で巻線の巻数の長さを計算することが可能である：Ｌt ＝√（Ｆc Ｒ／４ｆ2 ｍv ）
【０１５７】ＰＭＬＳＭの回転子は車両に沿って一列に車両のシャーシに取り付けられた偶数個の同一の装置（図１０Ａと図１０Ｃを参照）を備えている。装置のそれぞれは円筒形をしており、互いに向かい合って置かれている上側のコアのシュー６０と下側のコアのシュー５６とを備えた“Ｃ”型の断面の２つのスチールコア５４、５５と、磁石に固く取り付けられたスチールの極のシュー５８、５９に対し矩形の平行六面体（高さがｈm で幅がｗm ）の形に設計された永久磁石５７とを含んでいる。該永久磁石はコアのシュー５６、６０の間のギャップ内に挿入されており、コア５４、５５に対し垂直な方向にずれることができる。回転子の前半に属する磁石の極性は後半に属する磁石の極性と同じか反対である。しかし、固定子の半分のそれぞれに属するコアは固く結合されており、更に両方の半分は車に沿ってスムーズに離れたり一緒になることができ、これにより車両が動いている間回転子の極の間の距離が変化する。
【０１５８】上側のコアのシュー６０の間の距離は磁石の幅ｗm に等しいが、底のコアのシュー５６の間の距離はｗm ＋２ｇ以上である。それ故、磁石５７が上方にずれると、磁界は上側のコアのシューを通して閉じ、該装置（この装置は磁石に属する）は切り離される。永久磁石が下方にずれると、該装置は係合し、その後コアと一緒になり、該磁石は２つのギャップ（距離ｇ）を含む２つのループの磁気回路を生ずる。この場合、巻線の両方の部品の作用するセグメントは前述の回路のエアーギャップ内に挿入される。更に該エアーギャップの大きさが小さいので、生ずる磁束密度はかなり大きい値である（約１Ｔ）。
【０１５９】該巻線が一定周波数の三相発電機に取り付けられている時、該導体内を進行する前述の電流は磁気装置の作用するギャップを横切り、回転子と車両を支える推進力Ｆ＝ΣＢＬＩ（即ち、ローレンツ力の和）を発生する。
【０１６０】同時に該装置の作用するギャップ内の磁界は巻線の導体を横切り、反起電力Ｅ＝ΣＢＬＶを誘導する。該反起電力は車両を前進させるため必要な機械的な仕事に電磁エネルギーを変換する過程を伴っている。図１Ａと図１０Ａから図１０Ｃに最も良く示す様に、スチールコア５４、５５と永久磁石５７は該車両の上に取り付けられている。
【０１６１】回転子のコア５４、５５は車両のシャーシ４５に固く接続されており、車両の動く方向にのみ（即ち、軸ＯＸに沿って）動くことができる。更に、該装置の磁石は該コアに接続され、該コアに対して上側及び下側にのみ（即ち、軸ＯＺに沿って）動くことができ、更に軸ＯＺに垂直な軸ＯＹに沿った水平方向のスチールコア５４、５５の間では動くことができない。それ故、該磁石をコアに引き付ける力Ｆy はスチールコア５４、５５とそれぞれの永久磁石５７との間のつなぎ材の反作用により補償される：これは更にガイドウェイの上に取り付けられたコアを有した既知のシステム（例えば、米国特許番号第５２２５７２６号及び第５２０８４９６号に開示されている）とは異なり、本発明のＰＭＬＳＭ内の軸ＯＸに沿った水平方向に車両を移動させる不安定化力が無いことを意味している。
【０１６２】磁気回路の等価系統図を図１２に示す。記号は次の通りである；Ｈc は磁石の保持力；μr は磁石の相対的透磁率；ｈg はコアの底のシューの高さ。従って、起磁力ｅm は；
ｅm ＝μ0 Ｈc ｈm ，磁石本体の内部磁気抵抗はｒin＝ｈm/( μr ｗm ），二つのエアーギャップの全体の磁気抵抗はｒg ＝ｇ／（２ｈg ），従って、磁気回路に関するオームの法則に従うと、作用するギャップ内の全体の磁束２Ψは２Ψ＝ｅm ／（ｒin＋ｒg ），更に作用するギャップ内の磁束密度はＢ＝Ψ／ｈg ，従って、該装置の最大推進力は次式で表される：Ｆpropuls.＝２Ｂｈg ｊＳb ｋ，ここにｊは固定子巻線の作用するセグメント内での（過熱による）許容電流密度；Ｓb は母線の断面；ｋは個々の装置内のエアーギャップ内の母線の数。
【０１６３】過熱された時巻線の母線の断面内の許容電流密度ｊの概略の評価により、許容温度上昇がΔt0＝１００°Ｃならば（１つの変圧器により電力が供給されている）３００ｍのガイドウェイのフラグメントに沿ってＶm ＝１８０ｍ／ｓの速度で車両が動く間、ｊ＝１０7 Ａ／ｍ2 を越してはいけないことが示された。
【０１６４】ＰＭＬＳＭの回転子の大きさと重量は該コアの大きさにかなり左右される。該コアも又次の方法で固定子巻線の上側の端の面の断面に左右される：端の面の正方形ＳW が大きくなれば、コアの大きさが大きくなる。推進力は巻線の巻数の垂直（的に作用する）セグメントによりのみ生ずる。従って、閉じた巻線の巻数を作る必要は無い。回転子が動いている間、固定子巻線の上側の端の面は固定子の“Ｃ”型のコアの空洞を接触することなく自由に動く必要がある。従って、上側の端の面の正方形をできるだけ小さく作る様に該固定子巻線を設計することが好適である。これによりかなりコアの重さが減少し、更に車両が反発する巻線の耐久性を増加する。
【０１６５】巻線の構造を述べるため、車両が動いている固定子のフラグメントに電源を供給する回路を最初に検討する。降圧変圧器はこのフラグメントに対する電力源の役目をしている（図１３）。二次巻線の各相のコイルは右手及び左手の固定子巻線の両方の位相に給電している。
【０１６６】回転子の左手及び右手のエアーギャップ内の磁力線は反対方向である。それ故、右手及び左手の巻線により生ずるローレンツの力の集約を行うため、左手と右手の母線の電流は必ず反対方向に流れる。これは、（右手及び左手の巻線が直列に接続されている時）このフラグメントの端で、位相の順序を変える必要があることを意味している。
【０１６７】各コイルはのこぎり歯状のホルダーの歯の間に入れられた母線に給電している。同じ位相に属する左手と右手の両方の巻線の全ての母線は巻線の巻数を形成する一つの層（図１０Ｂに示す様に）を有した右手及び左手ののこぎり歯状のホルダーの中にそれぞれ置かれている。巻線を組み立てる時、提案したＰＭＬＳＭの中の上側の端の面の正方形を小さくするため、（進行波の長さに等しい長さを有した固定子の全てのフラグメントの上に）巻数のνが右回りに巻き付けられ他のνの巻数が左回りに巻き付けられている様に全ての母線は曲げられている。この場合、図３で判る様に、上側の端の面の断面の最大の大きさは2.5 νSbm まで減少し、これにより回転子の重量が減る。
【０１６８】次に数“ν”とＳW を決定する−ＳW は電流の進行波が最大速度Vm＝f λm で伝わる時、最大の巻線の巻数の長さＬtmを有したガイドウェイの区分の上の巻数の上側の端の面の断面の最大の値である。この区分の上での母線の断面も必ず最大値を取る、即ちＳb ＝Ｓbm 。
【０１６９】全断面Ｓ＝12Ｓbmνを有した巻線の作用するセグメントに対して12νであり、これは回転子のエアーギャップ内に入っている。次の技術的な検討により、母線の最大断面Ｓbmは側面ｗb ＝√Ｓbm＝ｇ−２δを有した正方形であることが必要である。ここに、δは（コアと磁石の）極のシューと、回転子のエアーギャップ内の表面即ち作用する区分との間の距離である（図１０Ａ参照）。耐久性に関する限り、のこぎり歯状のホルダーの補強された歯の厚さは母線の厚さの半分に等しいことが必要である、即ちｗb ／２。従って、回転子のギャップ内の作用するセグメントの厚さの全断面は次式により決定される；
Ｓ＝2 ／3・λm √Ｓbm【０１７０】Ｓに対する両方の式を一致させると、式λm ／18／（ｇ−２δ）の数の端数を丸めたνの値を見つけることができる。
【０１７１】従って、回転子のコアの大きさを決める上側の端の面の巻線の断面の所望の値を得ることができる：ＳW ＝2.5 ν( ｇ−２δ）2【０１７２】巻線の巻数の長さＬt がＬtm未満であり可変である他のガイドウェイの区分では、母線の厚さ（即ち、固定子に沿った作用するセグメントの大きさ）は母線の幅ｗb ＝√Ｓbmを不変のままとするｌt に比例して減少し（ｇ−２δ）に等しくする必要がある。
【０１７３】ＰＭＬＳＭのエアーギャップ内の許容電流Ｉp は次式の様になる；
Ｉp ＝12νｊ（ｇ−２δ）2全体としてリニアモータの最大推進力は次式の様になる；
Ｆprop.m≦２Ｂｈg Ｉp ｑここにｑは回転子の極のずれと、位相巻線の巻線数の非正弦的な分布を考慮に入れた係数である。
【０１７４】完全な左側の巻線の（ν＝４）図を図１１に示す。
【０１７５】車両が駅を出発し始めると、直流モータにより回転される車輪が使用される。該直流モータはガイドウェイのコンクリート製の梁の上にある定電圧母線から電源が供給されている。これらの区分では固定子の巻線の巻数の長さは一定で装置の長さＬR に等しい。該区分の巻線は三相交流電流源システムから電力を得ている。巻線内の電流を制限するため、上記の様に与えられた補助抵抗は該巻線と直列に接続されている。この抵抗は必要があれば並列にすることができる。ＰＭＬＳＭの回転子は加速の時最小の極のピッチＬp ＝ＬR を取る必要があり、これは中央の２つの装置のみが動作していることを意味している。
【０１７６】加速区分に入る前に、車両は巻線内に進行波の速度と同じ速度を得る必要がある。更に、回転子のエアーギャップ内の磁界は進行波の磁界と同じ方向に向く必要がある。これが行われた丁度その時、前記抵抗は短絡され、更にモータは同期され、車両を推進し始める。次の（加速の）区分では巻線の巻数の長さが徐々に増加し、電流の進行波の速度が増加する。
【０１７７】上記に示した様に、車両の加速は同期装置と同期機構の両方により行われる。該同期装置は対応する装置のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより階段状に回転子の極のピッチを変える役目をしている（同時に、車両が動いている間固定子の巻数の長さが変わる）。同期機構は回転子の前半及び後半に属する磁気装置と離れたり一緒になったりすることにより回転子の極のピッチをスムーズに変化する様に設計されている。同期装置４７と同期機構６１の働きは異なる組み合わせに変えることができる。
【０１７８】次に、車両が加速区分に沿って動く時同期装置４７がどの様に働くか検討する。この装置はセンサーの信号によりオンに切り替えられ、進行波の速度の増加に従って極のピッチの長さを段階的に増加する。次に推進力は大きくなり車両が空気の抵抗と車両の慣性が大きくなることに打ち勝つことを助ける。
【０１７９】同期装置は正確な順序で回転子装置をＯＮに切り替える必要がある。次のセンサーからの各信号は、回転子の中央に一番近い逆極性のこれらの２つの磁石（回転子の前方部及び後方部に属する）を下方に動かす時、駆動ギヤをオンに切り替える必要がある。駆動ギヤのどちらか一方が電気的、油圧的又は空気圧的に使用される。
【０１８０】同期機構６１は回転子装置の前半及び後半に属する磁気装置と離れ又は一緒になることにより極のピッチの長さをスムーズに増加する。前記同期機構は幾つかの装置の対が係合した直後に動作を開始する。該機構は巻線の巻数の長さが増加する時変化し、回転子の両方の半分の間の距離を変える。これにより推進力と車両の速度が増加する。この最も簡単な形態において、この機構は両方の該半分の上に右手と左手の両方に矩形のねじ山を有した長いねじ山から形成されている。
ＰＭＬＳＭの概略の評価の例初期データ細部の大きさ（メータ）：ｗm ＝0.2 ，ｈm ＝0.24，ｈg ＝0.1 ，ｔt ＝0.05，ｇ＝0.06，δ＝0.01m ，保持力Ｈc ＝8.9・105 A/m ，Ｖm ＝180M/s，ｆ＝60Hz，ｊ＝107 A/m2，磁石材料の比重ｄm ＝7.4kG/dm3 ，コアスチールの比重ｄFe＝7.8kG/dm3 ．
【０１８１】装置内の起磁力ｅm はｅm ＝μ0 Ｈc ｈm ＝0.2684，１ｍ当たりの内部磁気抵抗ｒin＝ｈm ／μr ／ｗm ＝1.1215，１ｍ当たりの２つのギャップの全抵抗ｒg＝ｇ／２／ｈg ＝0.3 ，１ｍ当たりの１つのギャップの磁束Ψ＝ｅ／２／（ｒin＋ｒg ）＝0.0944Ｗｂ，ギャップ内の磁束密度Ｂ＝Ψ／ｈg ＝0.944 Ｔ，の時、１つのギャップ内の許容電流値はＩm ≒12νj(g −２δ）2 ＝7.68・105Ａリニアモータの最大推進力はＦmax ≒２ＢＩm ｈg ｑ≧10トン、上側の巻数の端の面の最大断面はＳW ＝2.5 ν（ｇ−２δ）2 ＝0.016 ｍ2モータの磁石の重量はＧm ＝λm ｈm ｗm ｄm ・0.8 ≒0.9 トン回転子のスチールコアの重量はＧc ≒２Ｇm ＝1.8 トン回転子のＰＭＬＳＭの重量はＧPMLSM ≒2.8 トン回転子ＰＭＬＳＭの全体の大きさは（0.6 ×0.6 ×3.1 ）ｍ
【出願人】 【識別番号】５９７１２６４０２
【氏名又は名称】オレグ ヴイ． トゾーニ
【氏名又は名称原語表記】ＯＬＥＧ Ｖ． ＴＯＺＯＮＩ
【出願日】 平成９年（１９９７）７月２８日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】山本 恵一
【公開番号】 特開平１１−６９５１３
【公開日】 平成１１年（１９９９）３月９日
【出願番号】 特願平９−２３８７９７