JP2002503437A - 磁気浮上車両の走行システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明の磁気浮上車両（２）の走行システムは、車両側の駆動及び／又は支持電磁石装置（１４もしくは１８）を有し、走行路（６）の長手方向（２８）に対して直角に両磁極（２２、２４もしくは４２、４４）を結ぶ磁気軸（２６もしくは４６）を備えたその駆動もしくは支持電磁石（２０もしくは４０）が、この長手方向（２８）に前後して配置された磁極（２２、２４、４２、４４）が同一符号を持つように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気浮上車両の走行システム この発明は磁気浮上車両の走行システムに関する。 磁気浮上車両の走行システムは、例えば、「磁気鉄道トランスラピッド、旅の 新次元(Magnetbahn TRANSRAPID Die neue Dimension des Reisens)」、ヘストラ 出版社、ダルムシュタット、１９８９、ＩＳＤＮ３−７７７１−０２０８−３、 特に７６−７９頁により公知である。この磁気浮上車両走行システムは、その場 合、主として３つの機能、即ち磁気浮上車両を無接触で走行路の上に支持し、案 内しそして駆動する機能を満たしている。この走行システムは、このために、支 持システム、案内システム及び駆動システムを備えている。公知の案内システム は、磁束が車両側にある側部案内レールの長手方向に対して垂直に走り、これに より磁気浮上車両の側部案内を行うように、案内電磁石が側部に配置された案内 電磁石装置を備えている。支持機能は、磁気浮上車両の浮上枠の下部領域に対で 配置された支持電磁石により受け持たれている。このために必要な磁気誘導は、 同時に駆動装置の励磁をも形成するので、この支持システムと駆動システムとは 同一の電磁石装置により形成され、その機能は互いに逆に影響し合っている。こ れらの支持もしくは駆動電磁石装置には、走行路側に鋼板鉄心が対応して設けら れている。支持もしくは駆動電磁石に対応して設けられた鋼板鉄心は電流が流れ る移動磁界巻線を有し、リニア同期の長固定子駆動装置の固定子を形成する。 米国特許第５６０５１００号明細書により、車両側の駆動電磁石が走行路側に 配置された電流導体と共に直流駆動システムを形成する磁気浮上車両の走行シス テムが公知である。この駆動電磁石は、電気導体を収容する走行路側の固定子を 貫通する、水平な磁界を作るように配置される。走行路は、このために、多数の 小さい区間に分割され、そのそれぞれが接離可能な直流を供給されるので、固定 子を取り囲む駆動電磁石の両磁極の近くにある電気導体のみを電流が流れる。こ の公知の走行システムにおいては、固定子の各区間は駆動電磁石の幅より小さく なければならない。さもないと、電流が駆動電磁石により押しやられて、推進力 の発生に貢献しない固定子範囲に電流が流れるからである。このため、高速で開 閉する多数の電子的スイッチを使用する必要があるが、この電子的スイッチは結 果として高い初期費用及び維持費用をもたらす。 「フィリップス・テクニカル・レビュー(Philips techn．REV.)」４０、１９ ８２、Ｎｏ．１１／１２、３２９〜３３７頁からは、コイル巻線を備えた直線的 な固定子の互いに対向する側にそれぞれ１つの駆動電磁石が配置され、その磁気 軸は水平に延び、駆動電磁石の一方の極が固定子に向き、駆動電磁石の他方の極 が固定子と反対側に向くようにしたリニア直流駆動システムが公知である。この システムでは、駆動電磁石により作られた磁界の一部のみがリニア推進力を生み 出すために貢献する。さらに、駆動電磁石により作られる、固定子に対し反対向 きの磁界成分が、後方で固定子を介して閉じて推進力作用を妨害するのを回避す るために、走行路の外側にも付加的な鉄心を配置している。 そこでこの発明の課題は、磁気浮上車両の走行システムであって、特に走行路 側の、長距離にわたって必要とする装置、特に走行路、固定子や区間ケーブルに 対する技術的支出を軽減するものを提供することにある。 前記の課題は、請求項１の特徴を備えた磁気浮上車両の走行システムにより解 決される。この発明によれば、この走行システムは、走行路の長手方向に延長さ れかつ１つの巻線を備えた固定子と共にリニア直流モータを形成する車両側の駆 動電磁石装置を備え、その両磁極を結ぶ磁気軸を走行路の長手方向に対して直角 方向に備えた駆動電磁石が、前記長手方向に前後して配置された磁極が同一の符 号を持ち、それぞれ１つの駆動電磁石に属する磁極が固定子の１つの側に配置さ れかつこれに向かい合うように配置されている駆動システムを有している。 駆動のために必要な車両側の電磁石は、それ故、これを通して走行路に交番磁 界を誘起しないように配置される。換言すれば、走行路に誘起された磁束は車両 の全長にわたって同一の方向を持ち、磁気浮上車両が通過する際にその符号が交 替することはない。 各１つの駆動電磁石の磁極は固定子の１つの側に配置され、これに向かい合っ ているから、駆動電磁石の外側を通る磁界の最大可能な部分が固定子に取り入れ られ、それ故、推進力を生み出すのに有効である。 駆動電磁石は、その通過の際固定子に交番磁界を誘起しないから、固定子は中 実の強磁性鋼で作ることができる。固定子の製造原価は、これにより、鋼板鉄心 及びねじ止めを必要としないので減少する。 リニア直流モータを駆動するためにただ直流電流が供給されるだけなので、そ の他に、変電所にインバータや変圧器並びにこれらに付属する開閉装置を省略す ることができる。さらに、無効電力需要が零に近くなる。さらにまた、周波数や 位相の検出並びにその処理が必要でないから、制御が非常に簡単になる。この理 由から磁気浮上車両の運転に必要な、車両と変電所との間のデータ伝送が著しく 簡単になる。交番磁界が誘起されることがないから、さらにまた磁界の反転に伴 う損失も発生しない。 特に、その両磁極の間に延びる磁気軸を備えた駆動電磁石を垂直に配置するよ うにするのがよい。 この発明のこれに代わる構成においては、駆動電磁石を水平に配置することも できる。 この発明の有利な実施例において、駆動電磁石装置はそれぞれ対をなして互い に対向する駆動電磁石を有し、その間に固定子が配置される。この手段により比 較的低い固定子電流で高い駆動力が得られる。これにより区間ケーブルにおける 損失が減少する。 特に、固定子はその長手方向に並べてもしくは上下に配置された２つの螺旋状 の巻線を有するのがよい。これにより磁極の各々が車両の駆動に貢献し、かつ固 定子の構造が簡単になる。それに代えて、上から見て長手方向に８の字を形成す る固定子巻線を設けることもできる。 駆動電磁石を縦型に配置したこの発明の異なる構成においては、駆動システム は同時に案内システムとして形成される。これにより、駆動及び側部案内に同一 の構造部品を使用するにも係わらず、磁気浮上車両を駆動機能とは完全に分離で き、その結果側部案内の簡単な制御が可能となる。 駆動電磁石を水平に配置する場合、駆動システムは同時に支持システムとして 形成するのがよい。これにより、駆動及び支持のために同一の構造部品を使用す るにも係わらず、磁気浮上車両を駆動機能とは完全に分離できるので、その支持 システムの簡単な制御が可能となる。 この発明の特に有利な構成においては、車両側の支持電磁石装置の支持電磁石 は、水平でかつその両磁極の間に通る磁気軸が、特に走行路の下側において、走 行路の長手方向に対して直角方向であり、その長手方向に前後して配置された磁 極が同一の符号を持つように配置される。この手段により、走行路での交番磁界 の発生が同様に回避され、走行路として強磁性の支持板が使用可能となる。 この発明のその他の有利な構成例は、請求項１に続く請求項に記載されている 。この発明をさらに説明するために図面の実施例を参照する。図面において、 図１はこの発明による走行システムの概略原理図で、 図２はこの走行システムを拡大して、 図３はこの発明の有利な構成例における固定子の構造を、 図４及び５は、それぞれ固定子の適した巻線方法を、 図６は走行路の電圧供給装置を概略ブロック回路図で、 図７は走行路の、特に有利な電力供給装置を同じく原理図で示す。 図１において、浮上枠４を備えた磁気浮上車両２が、走行路６の上に浮上して 案内されている。磁気浮上車両２の走行システムは、支持システム８並びに駆動 システム１０を有している。この支持システム８は、強磁性体の走行路板１２並 びに浮上枠４に固定された支持電磁石装置１４により形成され、この支持電磁石 装置は、走行路板の下において走行路支柱１６の両側に配置されている。 駆動システム１０は、車両側の駆動電磁石装置１８と共にリニア直流電動機を 形成する固定子１６を備える。この駆動システム１０は、その場合、同時に磁気 浮上車両２の側部案内のための案内システムとして形成されている。 図２の拡大図において、支持電磁石装置１４は、特にｕ状の鉄心を備えた支持 電磁石２０を有し、その両磁極２２と２４との間を通る磁気軸２６は、走行路６ の長手方向２８に対して直角に向いている。この長手方向２８は、図２による例 示では、紙面に対して垂直に延びている。この長手方向２８に多数の支持電磁石 ２０が前後して配置され、この前後に配置された磁極２２もしくは２４はそれぞ れ同一の符号を持っている。 磁気浮上車両２が通過する際、即ちその運動が長手方向２８である場合には、 それに伴って走行路板１２に交番磁界が発生しない。即ち、磁化の反転が起こら ないので、走行路板１２として単純な強磁性鋼板を使用することができる。 支持電磁石２０の巻線３０に流れる電流により磁気浮上車両２を支持するため に、必要な支持磁界が調整される。車両底部３４にばね３２を介して支持され、 支持電磁石装置１８に剛直に結合されている鋼鉄製の車輪３６は、仮に運転障害 が起きたときに、車両２を支持するためのものである。 ばね３２の間には床下枠が設けられ、これに駆動電磁石装置１８の、同じくｕ 状の鉄心を持つ駆動電磁石４０が固定されている。駆動電磁石４０の両磁極４２ と４４との間を通る磁気軸４６は、走行路板１２に対して垂直にかつ走行路６の 長手方向２８に対して垂直に向いている。長手方向２８に多数の駆動電磁石４０ が前後して、その前後して配置された磁極４２もしくは４４がそれぞれ同一符号 を持つように配置されている。換言すれば、前後して配置されている電磁石４０ は同一に配列されている。各電磁石装置１８には、対向してかつ鏡面対称に配置 された駆動電磁石４０が対応して設けられているので、この駆動電磁石装置１８ は、対をなして互いに対向する駆動電磁石４０を有する。 対をなして互いに対向する駆動電磁石４０の間には、図の実施例では、２つの 直流電流巻線５２及び５４を備える固定子５０が配置されている。駆動電磁石４ ０は、それ故、各駆動電磁石４０の両磁極４２、４４が固定子５０の１つの側に あり、かつこれと向かい合うように配置される。このようにして、実際上、駆動 電磁石４０の外側を通る全ての磁界が推進力の発生に貢献することとなる。 巻線５２及び５４は、長手方向２８に螺旋状に、固定子５０の上に巻かれてい る。これらは互いに並べられて、即ち図の実施例の場合には上下に並べられて、 固定子５０の上に、１つの巻線、即ち巻線５２が駆動電磁石４０の正極、他方の 巻線５４が駆動電磁石４０の負極側に対応するように配置される。巻線５２及び ５４には逆方向の直流電流が流れるので、駆動電磁石４０により固定子に発生さ れる磁束５６によって、長手方向２８に対して平行な駆動力、或いは制動のため の駆動ないし推進力が作用する。 床下枠３８に配置された液体ブレーキは、故障の場合に磁気浮上車両２を制動 する非常ブレーキの役目をしている。 駆動電磁石４０の磁気軸４６は長手方向２８に対して直角に、即ち磁気浮上車 両２の運動方向に対して直角に配置されているから、固定子５０には交番磁界が 発生しない。固定子５０は、それ故、走行路板１２と同様に中実の鋼材で作るこ とができる。 駆動システム１０は、同時に案内システムとして作用している。駆動電磁石４ ０は、その場合、固定子５０と共に案内電磁石対を形成し、この場合、案内機能 は右側及び左側の駆動電磁石４０の磁束の差から生ずる。駆動機能は右側及び左 側の駆動電磁石４０の磁束の和並びに巻線５２及び５４に流れる直流電流から生 ずるので、駆動機能と案内機能とは互いに分離されている。駆動電磁石対への磁 束密度の分布に応じて、長手方向２８に対して直角に磁気浮上車両２に作用する 力は、長手方向２８に作用する駆動力と無関係に設定される。 支持磁界も側部案内も駆動磁束を決定しないから、全て３つの機能、即ち、支 持機能、案内機能及び駆動機能は、互いに別々に最適化できる。特に、高い駆動 力は、これに関連している誘導インダクタンスを上げることにより行え、大きな 固定子電流を供給する必要はない。この結果ケーブルの損失が減少し、細いケー ブルで済ますことができる。さらに、例えば巻線短絡の場合に、支持及び案内機 能に対する駆動装置からの反作用も排除される。 図２のような、駆動電磁石４０が縦形に配置されている実施例に代わる実施例 として、駆動電磁石を同様、対に互いに対向して、その間にある固定子は原理的 に同じ構成にして、水平に配置することも原理的に可能である。このような代替 的な実施例においては、駆動電磁石は支持機能のために使用される。 図３は、固定子上部或いは下部の構造を図示する。直方体状の鉄心６２は、そ の平らな側面６４において、同じく直方体状の鉄心部片６６に溶接されている。 この部片は互いに間隔を持って配置され、このようにして固定子導体を納めるた めの側部溝６８を形成している。鉄心６２の一方の狭い方の面において、互いに 対向している鉄心部片６６が横連結体７０に接続されているので、この狭い方の 面に、同様に長手方向２８に対して直角に延びている溝７２が生じている。反対 側の狭い方の面には横連結体７４が設けられ、これは長手方向２８に対して斜め に配置され、鉄心６２の下側の狭い方の面に斜めに延び、隣接する溝６８への接 続を行う溝７６を形成している。このような形状により、製造技術的に簡単に、 固定子導体を鉄心６２の上に螺旋状に巻くことができる。２つのこのような鉄心 ６２は互いに並行して配置されるので、２つの互いに並行して配置された螺旋状 の巻線が生ずる。このようにして形成された巻線を、図４に概略的に図示する。 但し、この場合鉄心６２のみ示され、横連結体及び鉄心部片は示されていない。 ２つの螺旋状の巻線５２、５４の代わりに、図５に概略的に示すように、８の 字の形に巻いた巻線７８を設けることもできる。 図６において、走行路６は多数の固定子区間８０を有している。各固定子区間 ８０は、２つの巻線５２、５４を備えた固定子を有する。巻線５２、５４は、接 続点８２を介して区間ケーブル８４もしくは８６を介して直流を供給されている 。区間ケーブルの代わりに、簡単な電流導体を使用することもできる。区間ケー ブル８４及び８６は変電所８８を介して地上回路網９０に接続されている。この 変電所８８において整流器９２を介して走行システムの給電に必要な直流が作ら れる。 図７のように、車両２からの分散制御の場合、多数の固定子区間８０に１つの 変電所８８から電流を供給することも可能である。このような分散制御は、駆動 電磁石の巻線に流れる電流を制御することによって、即ち、駆動電磁石の磁気誘 導を調整することによって可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．走行路（６）の長手方向（２８）に延長されかつ巻線（５２、５４）を備え た固定子（５０）と共に、リニア直流電動機を形成する車両側の駆動電磁石装置 （１８）を備え、その両磁極（４２、４４）を走行路（６）の長手方向（２８） に対して直角方向に結ぶ磁気軸（４６）を備えた駆動電磁石（４０）が、この長 手方向（２８）に前後して配置された磁極（４２、４４）が同一符号を持ち、そ れぞれ駆動電磁石（４０）に属する磁極（４２、４４）が固定子（５０）の１つ の側に配置され、これに向き合うように配置された駆動システム（１０）を備え る磁気浮上車両の走行システム。 ２．両磁極（４２、４４）の間に延びる磁気軸（４６）を備えた駆動電磁石（４ ０）が縦型に配置されている請求項１に記載の走行システム。 ３．駆動電磁石装置（１８）がそれぞれ対に互いに対向する，駆動電磁石（４０ ）を備え、これらの間に固定子（５０）が配置されている請求項１又は２に記載 の走行システム。 ４．固定子（５０）が互いに並べて配置された、長手方向に螺旋状の２つの巻線 （５２、５４）を有する請求項３に記載の走行システム。 ５．固定子（５０）が、平面で見て長手方向（２８）に８の字を形成する１つの 巻線（７８）を有する請求項４に記載の走行システム。 ６．駆動システム（１０）が同時に案内システムとして構成されている上記請求 項の１つに記載の走行システム。 ７．車両側の支持電磁石装置（１４）を備え、両磁極（２２、２４）の間を通る 磁気軸（２６）を備えた支持電磁石（４０）が走行路（６）の長手方向（２８） に対して水平にかつ直角方向に、この長手方向（２８）に前後して配置された磁 極（２２、２４）が同一符号を持つように配置されている上記請求項の１つに記 載の走行システム。 ８．走行路（６）として強磁性の走行路板（１２）が使用されている請求項６に 記載の走行システム。 ９．支持電磁石（２０）が車両側において走行路板（１２）の下に配置されてい る請求項８に記載の走行システム。 １０．磁気浮上車両（２）に対する推進力が１つの変電所（８８）から集中的に その時々の固定子電流を介して設定可能である上記請求項の１つに記載の走行シ ステム。 １１．磁気浮上車両（２）に対する推進力が分散的に磁気浮上車両（２）自体に おいて駆動電磁石の磁気誘導を介して設定可能である上記請求項の１つに記載の 走行システム。