JP2007189820A - 小規模の磁気浮上式搬送システム - Google Patents

小規模の磁気浮上式搬送システム Download PDF

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Abstract

【課題】簡易に構築でき、小型のビークルの搬送を的確に行うことができる小規模の磁気浮上式搬送システムを提供する。
【解決手段】レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、高温超電導バルク体41からなるレールトラックと、磁石42を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークル43と、前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークル43を加速する空気加速機とを具備することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、小規模の磁気浮上式搬送システムに関するものである。
従来、このような分野の技術としては、以下に示されるようなものがあった。
(A)輸送車両は、真空輸送路内に設置された磁気浮上ガイド上を落差による位置エネルギーによって高速に走行し、目的地に輸送物資を運び、かつ磁気浮上ガイド上に超電導を利用して非接触・低摩擦抵抗にて浮上している。超電導磁気浮上は、主に超導電体のピン止め効果による拘束力を利用して、安定した位置が保持される高効率・大容量の位置エネルギーによる輸送システム(下記特許文献1参照)が開示されている。
(B)隔壁内の清浄空間内の、永久磁石を備えた搬送台と、隔壁の外側の超電導バルク材及び保冷材を密閉した保冷容器を搭載した走行装置とから構成され、超電導バルク材のマイスナー効果及びピン止め効果により、走行装置が移動することによって、搬送台が非接触浮上した状態で移動するようにした非接触浮上搬送装置(下記特許文献2参照)が開示されている。
特開2001−63556号公報 特開平5−122807号公報
また、浮上式輸送システムにおいて、ビークルの加速は、浮上式システムに見られるように推進コイルを利用したものがあるが、推進コイルを利用するためには莫大な費用と高度な技術を必要としている。そのため、レールを常電導方式とした簡易で小型の浮上式搬送システムのように搬送距離が短い場合には適用が困難であった。
本発明は、上記状況に鑑みて、簡易に構築でき、小型のビークルの搬送を的確に行うことができる小規模の磁気浮上式搬送システムを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、高温超電導バルク体からなるレールトラックと、磁石を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備することを特徴とする。
〔2〕レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、磁石がタイル状に敷設されたレールトラックと、高温超電導バルク体を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備することを特徴とする。
〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックの所定の箇所に配置される電磁分岐器と、この電磁分岐器で分岐されるレールトラック上に配置されるプラットホームと、このプラットホームの手前に配置されるブレーキシステムとを具備することを特徴とする。
〔4〕上記〔1〕又は〔2〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記高温超電導バルク体がサマリウム系材料からなることを特徴とする。
〔5〕上記〔1〕又は〔2〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックは開放型であることを特徴とする。
〔6〕上記〔1〕又は〔2〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックはドーム型であることを特徴とする。
〔7〕上記〔1〕又は〔2〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記空気加速機は、レールトラックに配置される高さが一定の略漏斗形状の筒を有し、この筒の大きい断面の入口から小さい断面の出口に向かってエアー送り出し機構を備えることを特徴とする。
〔8〕上記〔3〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記電磁分岐器は、前記レールトラックにタイル状に敷設された電磁石の極性パターンを変更することにより前記ビークルの搬送方向を分岐するようにしたことを特徴とする。
〔9〕上記〔3〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記プラットホームには前記ビークルを加速するエアーを送り出す機構を備え、前記ブレーキシステムには前記ビークルを停止させる逆噴射のエアーを送り出す機構とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、現在莫大な費用と高度な技術を必要としている推進コイルを利用したシステムに代わり、簡易で小型の浮上式搬送システムの構築が可能となる。
本発明のレールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムは、高温超電導バルク体からなるレールトラックと、磁石を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備する。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式搬送システムの模式図である。
この図において、1はレールトラック、2はビークル(移動体)、3はプラットホーム、4,5は交差点の制御器、6,7は交差点の信号機、8,9は交差点のセンサー、10はエアーブレーキシステム、11はベルトコンベア(アップ)、21,22は空気加速機、23は空気加速機21,22に供給される空気を送るための空気タンク、24は空気タンク23に接続される空気ポンプ、25は空気ポンプ24の駆動源としてのソーラーパネル又は電源であり、空気加速機21,22へ空気タンク23から空気を送り出して、空気加速機21,22で空気の流れをつくる。また、ソーラーパネル26からの電力で駆動される推進用ファン27によって空気加速機21,22で空気の流れをつくるようにしてもよい。
以下、本発明の小規模の磁気浮上式物体搬送システムの各部分の詳細な説明を行う。
〔1〕磁気浮上式搬送システムの規模
基本的に小規模搬送体としてのシステムであり、人・物の搬送に用いる。浮上力は磁力と超電導体の性能とシステムの規模に関係するが、人の場合、1〜2名程度である。
また、工場等の物資搬送用アクチュエーターとしてのシステムに用いる。
〔2〕レールトラックおよび全体のシステム構成の概要
図2に示すような全線ドーム型の場合は、レール31上をビークル32が磁気浮上して走行するが、レールトラックはドーム33で覆われる。また、図3に示すような開放型の場合は、レール31上をビークル32が磁気浮上して走行するが、ドームは設けず、開放される。これらはいずれであってもよい。全線ドーム型の場合は、外部からの汚染がないので、流動空気を清浄空気とすれば、半導体装置製造ラインなどの小型システムに適用できる。また、流動空気を窒素等にすれば酸化等を防止できる。開放型の場合は全線ドーム型より経済的であるが、外部の影響を受けやすい。
単純な小型搬送システムとしての用途ならば、空気加速機のみを設置すればよいが、複雑な小型搬送システムでは、駅、電磁分岐器、信号機、ブレーキ、空気加速機が必要となる。高温超電導体を冷却するための寒剤(液体窒素)注入作業が必要な場合には、そのための注入基地が必要となる。
〔3〕磁気浮上式物体搬送システムの浮上方式について述べる。
(1)マイスナー効果を用いた方式
図4に示すように、レールとして、高温超電導バルク体41を敷設し、その高温超電導バルク体(レール)41上を、磁石42を搭載したビークル(移動体)43を搬送させるようにしている。44はその場合の磁石42が高温超電導バルク体(レール)41に作用する磁束を示している。
図5にその磁気浮上式物体搬送システムの断面図を示している。
レールとして、高温超電導バルク体41を用いて、その高温超電導バルク体(レール)41は液体窒素N2 又はヘリウムガス45を充填して冷却するようにしている。そして、レール(高温超電導バルク体)41上を、磁石42を搭載したビークル(移動体)43を搬送させるように構成している。46は後述するが、空気フローを示している。
(2)トラップ効果を用いた方式
図6に示すように、レールとして、高温超電導バルク体51を敷設し、その高温超電導バルク体(レール)51上を磁石52を搭載したビークル(移動体)53を搬送させる。54はその場合の磁石52が高温超電導バルク体(レール)51に作用する磁束を示している。
〔4〕レール(動線)
レール(動線)は永久磁石でも電磁磁石でもよいので、最も経済的な配置になるように構成する。永久磁石と電磁磁石との混合でも可能である。動線に高温超電導体を使用して、事前に冷却しておけば、図4に示すように、「マイスナー効果」でビークル43を浮上させることができる。また、図6に示すように、「トラップ効果」でビークル53を浮上させることができる。磁束のギャップを与えてから冷却してギャップ分のエネルギーを利用して浮上させ、推進方向は磁束に沿って進む方法(磁束は超電導体中に分散する常電導物質に捕捉、いわゆる「ピン止め効果;ピンニング」されるので、ギャップ分と同一のポテンシャルエネルギーの場のみを移動できる)とは異なり、電磁的なレールではなくエネルギーの面の上に浮上するのみである。このために、これまで動線あるいは動線面を超電導体にする発想はなかった。しかし、本発明では、ビークルの加速のための空気流を流すことにより走行方向が制御できるので、この発想が具体化されることになった。動線側を高温超電導体とするのでレールトラック全線に空気流が必要となる。ビークル(移動体)自体に推進装置等が設置される場合には空気流の設備は不要となる。また、動線側が高温超電導体であるので、磁力を有するものしか反応しないことが非常なメリットとなる。電磁的磁力によってビークル(移動体)自体の浮上の制御が可能となる。デメリットは、動線全線を低温としなければならない点である。しかし、閉じられた動線内のガスを冷却するか寒剤を直接注入するにしてもその設備は動線全体に設置する必要はない。走行は空気流で行うので、動線をドーム型とする場合には、ドームを走行方向に分割することにより、走行路を複数にできる。分割された走行路の空気流の流れを逆方法に変えれば、当然走行方向は逆となる。
また、動線は磁力なので、図7に示すように、上下逆の2つのレール61,62が存在する。ドーム型走行路を上下に2分割すれば、上部ドーム型走行路63にはビークル64が走行し、下部ドーム型走行路65にはビークル66が吊り下げられた状態で走行する。吊り下げ状態ではレールは1本でも走行に支障はないので、これを利用すれば、図8に示すように、下部ドーム型走行路65をさらに2分割にし、全体で3分割走行路ができる。当然、下部ドーム型走行路65の吊り下げ状態のビークル68,69は上部ドーム型走行路63を走行するビークル67よりも軽量でなければならない。
〔5〕高温超電導体
高温超電導のTc(超電導転移温度)は液体窒素温度の77.3K以上の80Kから90Kが実用的であり、この条件をみたす希土類系高温超電導体のイットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、サマリウム(Sm)などが適用できるが、本発明ではサマリウム(Sm)系を用いる。サマリウム(Sm)系はイットリウム(Y)系に比較して高磁場中でも性能が落ちない利点がある。今回作製したサマリウム(Sm)系バルク体であれば、0.5T(テラス)印加時の磁場中冷却で0.2T以上の捕捉磁場を軽く記憶しており、他の系のバルク体に比較して断然有利である。
高温超電導体をビークル側に設置するか動線側に設置するかは場合による。
ビークル側に高温超電導体がある場合はビークルに寒剤を保有するか冷却装置を搭載しなければならない。小型のビークルならば寒剤を保有することになるが、気化した分の補充が必要となる。冷却装置を搭載する場合は大型ビークルになるが、冷却装置の電源等も含めた重量等から性能の高い高温超電導体が必要となる。
〔6〕空気加速機
空気加速機は、弱い空気の流れがあればよいので小型送風機でも可能である。小型送風機ならば電源は太陽光発電で可能である。流量については、ビークルの断面積と空気抵抗の関係から流量を調整すればよい。室内であれば開放型でよい。大型ビークルならば、ビークル自体に推進用ファンあるいは噴射装置を設置することも可能である。
空気加速機の側面方向は、図9(b)に示すように、空気加速機のカバー71の出口の断面S2 はドームの入口の断面S1 より狭くなっているが、図9(a)に示すように、空気加速機のカバー71の上下方向は入口の高さH1 と出口の高さH2 は同一である。上下方向の入口の断面Si が出口の断面So より広くなるとドームの入口の断面S1 からの空気の流れ72が発生し、結果的にビークルを加速させる力で推進力を発生させることができる。
従来の鉄道システムにおける分岐器には、片開き分岐器、両開き分岐器、振分分岐器、内方分岐器及び外方分岐器などの普通分岐器と、シーサースクロッシング、ダイヤモンドクロッシング、シングルスリップスイッチ、ダブルスリップスイッチ、三枝分岐器、複分岐器および三線式分岐器などの特殊分岐器があるが、ここでは片開き分岐器にあたるY型電磁分岐器と両開き分岐器に相当する交差電磁分岐器について述べる。
〔7〕電磁分岐器
動線を磁石あるいは電磁石で構成した場合、電磁分岐器を構成する磁石の全ての極を反転させる必要はない。
図10にその一例を示す。ここでは、Y型電磁分岐器を示す。本線81にはタイル状に敷設された永久磁石82を用い、分岐線83には極を反転可能なタイル状に敷設された電磁石84を配置し、この電磁石84をONの状態にする。分岐線85にはタイル状に敷設された電磁石86を配置して、その電磁石86はOFFの状態にして、分岐線83への分岐を促すようにする。当然、分岐線85に分岐するようにしたい場合には、電磁石86をONの状態にし、電磁石84をOFFの状態にする。なお、極を反転させる必要のない本線81の磁石は永久磁石でもよい。また、同極である電磁レールのカーブの外側は必ずしも極度に連続した磁石でなくともビークルの逸脱はない。なぜなら、短時間であれば片側だけで走行できるからである。動線が高温超電導バルク体の場合には、道路と同じであるので、ビークル側の電磁石の制御によることになる。
次に、図11に交差電磁分岐器の例を示す。
従来の鉄道システムでは複線は平行に敷設され、相互の線の交差は両開き分岐器などによっているが、分岐器角が極端に交差する場合には原理上同一平面に構成することができず立体交差構造とならざるをえない。本発明では、本線81Aと81Bが直交する場合には、直交部分に交差電磁分岐器87を組み入れることにより、本線81Aと81Bを立体交差することなくビークルの進行を行うことができる。
本線81Aおよび81Bにはタイル状に敷設された永久磁石(図示なし)を用い、本線81Aと81Bが交差(図示では直交)している場合について述べる。
本線81Aと81Bが交差する箇所に交差電磁分岐器87を組み入れる。交差電磁分岐器87には極を反転可能なタイル状に敷設された電磁石88(図面では着色されている)を配置し、この電磁石88の磁石パターンがビークル搭載位置のコイル89と同極の第1の磁石パターン87Aであれば、本線81Aを走行してきたビークルは逸脱することなく進行方向Aに進める。一方、交差電磁分岐路87の磁石パターンがビークル搭載位置のコイル89に対して切り替えられた第2の磁石パターン87Bであれば、本線81Aを走行してきたビークルは進行方向Bへ逸脱することなく進める。
〔8〕緊急用空気ブレーキ
緊急用空気ブレーキは空気加速機と逆の向きに強い流量を流すことが必要であるが、ビークル内の人あるいは物に影響のない流量に調整する必要がある。極く短時間の噴射を考えなければならないので、図12に示すように、緊急用空気ブレーキをかけるためにビークル91の走行とは逆方向に空気送出機92から空気を流す。そのために、空気タンク93、空気ポンプ(コンプレッサー)94および電源95を必要とする。電磁ブレーキやタイヤブレーキ等との併用も可能である。大型ビークルならば、ビークル自体に噴射装置を設置することも可能である。
また、停止したビークルを駆動するために、加速のための空気の送出が必要であるので、空気送出機92から走行方向に空気を送風する。そのために、ソーラーパネル96からの電力で駆動される推進用ファン97を備えるようにしている。
〔9〕信号システム
ビークル2(図1参照)の検知はセンサー8,9でも無線システムでもよいが、信号システムの目的は電磁分岐器の制御とビークル走行速度を検知し、空気加速機あるいは空気ブレーキの制御を行うことにある。
〔10〕プラットホーム
プラットホーム3(図1参照)は、動線より高い位置にあれば、出発時に落下による走行を利用できる(平坦な位置であってもよい)。プラットホーム3までのビークル2の移動はベルトコンベア11で行うことができる。このベルトコンベア11は動線から浮上高さまでに差し込まれていれば、自然にビークル2をベルトに搭載することができる。これらのベルトコンベア11のシステムは、急な上り勾配の動線の補助としても使用することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明の小規模の磁気浮上式搬送システムは、塵埃を嫌う半導体装置や精密機器などの搬送システムとして好適である。
本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの模式図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのドーム型のレールトラックの構造を示す図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの開放型のレールトラックの構造を示す図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの磁気浮上方式の模式図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの構造を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの構造を示す断面図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのドーム型走行路(その1)の構成図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのドーム型走行路(その2)の構成図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの空気加速機の断面図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのY型電磁分岐器の構成例を示す図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの交差電磁分岐器の構成例を示す図である。 本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの緊急用空気ブレーキの構成を示す模式図図である。
符号の説明
1 レールトラック
2,32,43,53,64,66,67,68,69,91 ビークル(移動体)
3 プラットホーム
4,5 交差点の制御器
6,7 交差点の信号機
8,9 交差点のセンサー
10 エアーブレーキシステム
11 ベルトコンベア(アップ)
21,22 空気加速機
23,93 空気タンク
24 空気ポンプ
25,95 ソーラーパネル又は電源
26,96 ソーラーパネル
27,97 推進用ファン
31 レール
33 ドーム
41,51 高温超電導バルク体(レール)
42,52 磁石
44,54 磁束
45 液体窒素N2 又はヘリウムガス溜
46 空気フロー
61,62 上下逆の2つのレール
63 上部ドーム型走行路
65 下部ドーム型走行路
71 空気加速機のカバー
72 空気の流れ
81,81A,81B 本線
82 タイル状に敷設された永久磁石
83,85 分岐線
84,86 タイル状に敷設された電磁石
87 交差電磁分岐路
88 電磁石
89 ビークル搭載位置のコイル
87A 第1の磁石パターン
87B 第2の磁石パターン
92 空気送出機
94 空気ポンプ(コンプレッサー)

Claims (9)

  1. レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、
    (a)高温超電導バルク体からなるレールトラックと、
    (b)磁石を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、
    (c)前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備することを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  2. レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、
    (a)磁石がタイル状に敷設されたレールトラックと、
    (b)高温超電導バルク体を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、
    (c)前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備することを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  3. 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックの所定の箇所に配置される電磁分岐器と、該電磁分岐器で分岐されるレールトラック上に配置されるプラットホームと、該プラットホームの手前に配置されるブレーキシステムとを具備することを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  4. 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記高温超電導バルク体がサマリウム系材料からなることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  5. 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックは開放型であることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  6. 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックはドーム型であることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  7. 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記空気加速機は、レールトラックに配置される高さが一定の略漏斗形状の筒を有し、該筒の大きい断面の入口から小さい断面の出口に向かってエアー送り出し機構を備えることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  8. 請求項3記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記電磁分岐器は、前記レールトラックにタイル状に敷設された磁石の極性パターンを変更することにより前記ビークルの搬送方向を分岐するようにしたことを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
  9. 請求項3記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記プラットホームには前記ビークルを加速するエアーを送り出す機構を備え、前記ブレーキシステムには前記ビークルを停止させる逆噴射のエアーを送り出す機構とを備えることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
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