JP2001301613A

JP2001301613A - 磁気吸込み式浮上体

Info

Publication number: JP2001301613A
Application number: JP2000122287A
Authority: JP
Inventors: Masaru Shibuya; 勝渋谷; Hiromitsu Fujii; 博満藤井
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】漏洩磁界とエネルギーの消費量が少なく、簡
単な構成でかつレール側に磁石体やコイルなどの位置、
磁力などの制御系を付設する必要がなく、また車両や荷
物など搬送用のほか、展示や玩具などの種々の用途に適
用可能な磁気吸込み式浮上体の提供。【解決手段】鉄板等の平行する強磁性体間に永久磁石
が吸込まれる力を利用した構成とし、永久磁石に荷重を
かけると、磁石が一対の鉄板下端よりはみ出した際、こ
れを上に引き上げようとする「吸込み力」が働き、この
吸込み力と負荷の荷重がバランスした位置で浮上安定
し、鉄板間の対応方向の僅かな走行抵抗で鉄板間の長手
方向に移動が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】この発明は、平行配置した鉄
板間に永久磁石が吸込まれる力を利用して磁気浮上させ
る磁気吸込み式浮上体に係り、永久磁石の吸込力を利用
して吸込力の発生にエネルギーを消費しないことを特徴
とし、展示装置や各種機器、あるいは玩具を構成した
り、車両として人を搬送したり、荷物を搬送するシステ
ムとして利用できる磁気吸込み式浮上体に関する。

【0002】

【従来の技術】磁気浮上方式による人や荷物の搬送に
は、車輪方式に比べて走行抵抗が少なく、支持物の強度
要求が低いという特徴を有している。磁気浮上方式に
は、永久磁石、常伝導磁石、超伝導磁石をそれぞれ利用
する方式が考えられる。

【0003】磁気浮上には吸引式と反発式とがあるが、超伝
導磁気浮上式鉄道では車上に超伝導磁石を備えるため、
大きな磁界を利用することができる反面強さを制御する
ことが難しいので、一般に自然に釣合い位置が定まり安
定な反発式が支持方式として採用されている。車両の推
進にはリニアモータが使用される。

【0004】常伝導磁気浮上式鉄道は、鉄心に通常のコイル
巻線を行い、地上の軌道に配された鉄軌道と対向させ、
コイルに流す電流を高速度制御し、電磁石と軌道との間
に作用する吸引力で車両を浮上保持走行させる。この方
式では、速度0でも安定した浮上が可能となることが特
徴で、この電磁石配置と軌道配置により、多くの組合わ
せが提案されている。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】上述の誘導反発浮上に
は、強力な磁界が必要で高速走行と漏洩磁界とエネルギ
ーの消費量が大きい問題があった。また、吸引浮上方式
には精度の高い制御が必要である。

【0006】位相制御による吸引‐反発方式は、長距離にわ
たり敷設が必要なレール側にかかる位相制御のための装
置類が必要であった。また、安定的に浮上させるために
は特別に浮上距離の制御装置や横ずれの防止装置が必要
であった。

【0007】この発明は、走行抵抗が小さな磁気浮上式の搬
送装置の提供を目的とし、漏洩磁界とエネルギーの消費
量が少なく、簡単な構成でかつレール側に磁石体やコイ
ルなどの位置、磁力などの制御系を付設する必要がな
く、また車両や荷物など搬送用のほか、展示や玩具など
の種々の用途に適用可能な磁気吸込み式浮上体の提供を
目的としている。

【0008】

【課題を解決するための手段】発明者らは、簡単な構成
でかつレール側に制御系を付設する必要がない磁気浮上
式の搬送装置について種々検討した結果、以下の知見を
得た。対向配置する磁性体間の中央面(図1、図2参照)
に、1以上の磁石を有する磁石構成体を配置した構成と
なし、磁石構成体に荷重を加えると、磁石構成体の磁石
が磁性体からはみ出す場合、一方の磁性体と磁石との主
たる吸引力は他方の磁性体と磁石との吸引力と同等で方
向が逆のため相殺される。また磁石が磁性体の隙間内部
へ吸い込まれる方向の吸引力(この発明において、吸込
力という)は復元力として働く。この吸い込み力と荷重
とがバランスした位置で浮上安定し、磁性体間の対向方
向のわずかな走行抵抗で磁性体間の長手方向に移動可能
である。

【0009】また、発明者らは、この吸込力を利用した浮上
体の構成は、生体環境に優しい基本的に静磁界であり、
永久磁石の周囲を鉄板が囲み漏洩磁界が少なく、吸込力
の発生にエネルギーは消費せず、鉄板間の対向方向の吸
着力の差が走行のために車輪にかかる力であることか
ら、バランスをとれば走行抵抗は小さく押さえることが
でき、搬送装置として極めて有用であることを知見し、
この発明を完成した。

【0010】すなわち、この発明は、1以上の磁石を有する
磁石構成体が、対向配置する磁性体板間の中央面を維持
可能に保持され、あるいはさらに該磁性体レールの長手
方向に移動自在に保持され、被搬送物又は車両などの荷
重を付加した際に磁気吸い込み浮上することを特徴とす
る磁気吸込み式浮上体である。

【0011】また、この発明は、上記の構成における磁石構
成体が、磁性体フレームに永久磁石を着設し、対向配置
する磁性体板又は磁性体レールに接触可能な脚部を該フ
レームに設けた構成を提案する。

【0012】また、この発明は、上記の構成における対向す
る磁性体板又は磁性体レールが、その下端部に非磁性板
又は非磁性体レールを接続した構成、あるいは対向間距
離が上方側の狭い部分と下方側の広い部分を有する構成
を提案する。

【0013】さらに、この発明は、上記の構成において、対
向する磁性体板又は磁性体レールを並列又直列に組み合
せて、複数の磁石構成体に被搬送物又は車両などの荷重
が付加される構成、磁石構成体に落下防止用の係止手段
を設けた構成を提案する。

【0014】

【発明の実施の形態】この発明による磁気吸込み式浮上
体の構成と浮上原理を図面に基づいて詳述する。図1A及
び図2において、強磁性体である鉄板等からなる一対の
磁性体レール1,1を所定間隔で各主面が対向するように
平行配置する。ここでは磁性体レール1,1の上端部間を
アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性材からなる接
続部材2を配置して接続している。

【0015】また、磁性体レール1,1の下端にはそれぞれ非
磁性材からなる補助レール3,3が垂下接続してある。こ
れらの磁性体レール1,1等は、脚柱間に掛け渡したり、
建物内での水平梁を構成するなど図示しない支持手段
で、固定、支持される。

【0016】磁石構成体4は、直方体形状の磁性材ヨーク5の
両主面に永久磁石6,6を着設して各磁極面が磁性体レー
ル1主面に対向するよう構成される。また、磁性材ヨー
ク5の四隅部に、両端に水平回転可能な車輪を保持した
脚部7を配置してあり、磁性体レール1,1間の中央面c(想
像線で示す)に磁性材ヨーク5自体が位置する、すなわち
永久磁石6,6の磁極面と磁性体レール1,1との磁気ギャッ
プ長さが常に一定となるように脚部7にて案内されてい
る。

【0017】この磁石構成体4は、平行する磁性体レール1,1
間内に吸い込まれているが、磁石構成体4に荷重8が負荷
されると引き出されて、図1Aに示すように磁石構成体4
の下側脚部7が補助レール3,3間に位置するようになる。

【0018】すなわち、荷重8が負荷されて磁石構成体4の下
側、永久磁石6の一部が磁性体レール1,1下端よりはみ出
た際に、磁石構成体4を上に引き上げようとする「吸込
力」が働くことになり、この「吸込力」と負荷の荷重が
バランスした位置で浮上安定する。また、磁石構成体4
には脚部7が配置されるため、磁性体レール1,1の対向方
向の僅かな走行抵抗で磁性体レール1,1の長手方向に移
動が可能となる。

【0019】図1Bに示す構成は、図1Aの構成において非磁性
材からなる補助レール3,3を、磁性材からなる補助レー
ル9,9としたもので、磁性体レール1,1下端に接続部材9
a,9aを介して補助レール9,9の間隔を磁性体レール1,1よ
り広くとることにより、図1Aと同様に実質的に磁性体レ
ール1,1の下端部に吸込力を発生させるものである。

【0020】この発明による磁気吸込み式浮上体は、永久磁
石6の周囲を鉄板等の磁性材で囲む構成であり、漏洩磁
界が少ないこと、基本的に静磁界であること、また荷重
が車両である場合、永久磁石6は車両と共に移動して、
車両に乗車している人にとり静止していることから、生
体環境に優しい構成である。

【0021】また、この磁気吸込み式浮上体は、被搬送物を
永久磁石6の吸引力を使用して懸架し、吸込力の発生に
エネルギーは消費せずに省エネであるとともに、車輸支
持方式に比べ分散荷重となり、強度上支持構造物に対し
ても優しい構成である。

【0022】さらに、簡単な構成の脚部7を配置することで
磁石構成体4自体の位置制御が不要で、一般的に複雑と
なる位置制御系装置を必要としない。そして、脚部7に
おける磁性体レール1,1の対向方向に掛かる力を平衡さ
せて減少させると、走行の接触部分にきしりはなく騒音
が少なく、また車輪の回転並びに走行抵抗を減少させる
ことにより、僅かな力で移動、搬送が可能となる。

【0023】磁石構成体の構成は、図1のごとくヨーク5に複
数又は一体の単数の大型永久磁石6を着設する構成のほ
か、複数の永久磁石6を着設した場合に磁性体レール1,1
と接続部材2の磁性に応じ、磁性体レール1,1主面に対向
する磁極を同極または異極配置することができる。ま
た、磁性体レール1,1の対向方向に着磁した永久磁石を
非磁性体枠を貫通して枠内に単数又は複数配置保持させ
る構成など種々の構成を採用することができる。

【0024】ここでは、磁石構成体を形成する磁石に永久磁
石を用いた例を説明したが、これを電磁石とすることも
可能である。上述した構成においては、磁石の下部に荷
重をかけた場合を場合を説明したが、荷重の方向は磁性
体板間の中央面内であれば、上下左右いずれの方向でも
よく、荷重のかけ方は引きでも押しでも有効に作用す
る。また、平行する磁性体レールに変えて磁性体レール
を接続して角筒や円筒に構成することで、水平方向に移
動はしないが、磁石構成体に接続した荷重物を磁気浮上
させて保持することが可能である。さらには、この角筒
や円筒に構成された磁気吸込み式浮上体自体を、公知の
搬送手段で移動可能にすることも可能である。

【0025】図1の磁気吸込み式浮上体を、例えば車両の幅
方向に2ないし3組用意して隣接させて並列配置、すなわ
ち磁性体レール1,1を2ないし3組並列配置し、また車両
の長さ方向に複数の磁石構成体を磁性体レール間に配置
し、この複数の磁石構成体に均等に車両の荷重を負荷さ
せるように構成することで、大きな荷重に対応させるこ
とが可能になり、逆に磁石構成体自体を小型化すること
も可能である。

【0026】図3に示すごとく、図1Bに示す構成の磁気吸込
み式浮上体の2組を垂直方向に直列配置した構成も有効
である。すなわち、図1Bに示す構成の磁気吸込み式浮上
体において、補助レール9,9の下端に接続部材9b,9bを介
して、さらにもうひとつの図1Bに示す構成の磁気吸込み
式浮上体の磁性体レール1,1を接続した構成からなり、
内蔵される上下の磁石構成体4,4も接続される。

【0027】ここでは、上側に配置される磁石構成体4の下
側の脚部7aは、その車輪を水平軸で回転可能なものに変
更してあり、上側の補助レール9,9の下端に水平に接続
される接続部材9b,9b上を走行可能に構成してある。こ
れによって、当該2組の磁気吸込み式浮上体の磁石構成
体4,4は、過大な荷重により磁性体レール間からの落下
することがない。なお、下側の磁石構成体4の脚部は一
部省略できる。

【0028】かかる落下防止手段としては、例えば、図4に
示すごとく、図1Bに示す構成の磁気吸込み式浮上体にお
いて、水平配置される接続部材9a,9aをレールに見立
て、磁石構成体4の下側の脚部に、接続部材9a,9a上面を
走行可能な車輪を有する脚部7bを追加することにより、
磁石構成体4が過大な荷重により磁性体レール間から抜
け落ちることが防止される。また、適正な荷重化が負荷
される状態で、図示しない別途の推進力を脚部7bに伝達
して使用することも可能である。

【0029】

【実施例】図1Aに示す構成の磁気吸込み式浮上体におい
て、永久磁石に厚み11mm×高さ25mm×長さ49mm寸法から
なるNd-Fe-B系永久磁石(最大エネルギー積320kJ/m³)を
用い、厚み10mm×高さ105mm×長さ220m寸法からなるヨ
ークの両面に2枚ずつ着設し、磁気ギャップ長さを2.5mm
に設定して、吸い込み部の幅55mm、長さ106mmの20kg台
車を作製した。この台車で種々荷重を負荷してヨークか
ら磁石のはみだし寸法(mm)と吸込力(kg)との関係を調べ
た。

【0030】表1に測定結果を示すごとく、20kg/0.00583m²
の吸込力を発揮しており、これは、単位当たり3400kg/m
²の吸込力が得られたことを示している。

【0031】

【表1】

【0032】

【発明の効果】この発明による磁気吸込み式浮上体は、
磁気浮上式の搬送装置として走行抵抗が小さく、漏洩磁
界とエネルギーの消費量が少なく、実施例に示すごとく
磁性体レールと永久磁石からなる磁石構成という簡単な
構成でかつレール側に磁石体やコイルなどの位置、磁力
などの制御系を付設する必要がなく、また車両や荷物な
ど搬送用のほか、展示や玩具などの種々の用途に適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図1】Aはこの発明による磁気吸込み式浮上体の垂直方
向の構成を示す説明図、Bは同様に磁気吸込み式浮上体
の他の構成を示す垂直方向の説明図である。

【図2】図1Aの磁気吸込み式浮上体の水平方向の構成を
示す説明図である。

【図3】図1Bの磁気吸込み式浮上体を垂直方向に直列配
置した構成を示す説明図である。

【図4】Aはこの発明による磁気吸込み式浮上体に落下防
止用の係止手段を設けた構成を示す垂直方向の説明図、
Bは同様に落下防止用の係止手段を設けた他の垂直方向
の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

c 中央面 1 磁性体レール 2,9a,9b,9c 接続部材 3 補助レール 4 磁石構成体 5 磁性材ヨーク 6 永久磁石 7,7a,7b 脚部 8 荷重 9 磁性材補助レール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C150 BA03 BA07 CA08 DA06 EB43 3F021 AA06 CA02 CA06 5H113 BB08 CC01 DA01 DB05 DB15 DC05 DC15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】 1以上の磁石を有する磁石構成体が、対向
配置する磁性体板間の中央面を維持可能に保持され、荷
重を付加した際に磁気吸い込み浮上する磁気吸込み式浮
上体。
【請求項2】 1以上の永久磁石を有する磁石構成体が、
対向配置する磁性体レール間の中央面を維持可能でかつ
該磁性体レールの長手方向に移動自在に保持され、磁石
構成体に荷重を付加した際に磁気吸い込み浮上する磁気
吸込み式浮上体。
【請求項3】磁石構成体が、磁性体フレームに永久磁
石を着設し、対向配置する磁性体板又は磁性体レールに
接触可能な脚部を該フレームに設けた構成からなる請求
項1又は請求項2に記載の磁気吸込み式浮上体。
【請求項4】対向する磁性体板又は磁性体レールは、
その上端部側で接続された構成からなる請求項1〜請求
項3に記載の磁気吸込み式浮上体。
【請求項5】対向する磁性体板又は磁性体レールは、
その下端部に非磁性板又は非磁性体レールを接続した構
成からなる請求項1から請求項4に記載の磁気吸込み式浮
上体。
【請求項6】対向する磁性体板又は磁性体レールは、
対向間距離が上方側の狭い部分と下方側の広い部分を有
する請求項1から請求項4に記載の磁気吸込み式浮上体。
【請求項7】対向する磁性体板又は磁性体レールを並
列又直列に組み合せて構成し、複数の磁石構成体に荷重
が付加される請求項1から請求項6に記載の磁気吸込み式
浮上体。
【請求項8】磁石構成体に落下防止用の係止手段を有
する請求項1から請求項7に記載の磁気吸込み式浮上体。
【請求項9】荷重が被搬送物又は車両である請求項1か
ら請求項8に記載の磁気吸込み式浮上体。