JP2010258201A - 磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 渦電流損失を少なくするとともに、線材コストを極力抑え、巻線コイルの仕上がり寸法精度の向上を図り得る磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法を提供する。
【解決手段】 磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、成形前の円形ストランド線を線材として準備する工程と、前記円形ストランド線を巻枠に巻回し、仮の巻線コイルを形成する工程と、前記仮の巻線コイルをプレス型にセットする工程と、前記プレス型に入った仮の巻線コイルを圧縮し、圧縮成形された最終巻線コイルを製作する工程とを施す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法に関するものである。

従来の磁気浮上式鉄道用地上コイルは、例えば、図１１に示されるように配置されている（下記特許文献１、２参照）。

図１１に示されるように、従来はガイドウェイ１００の軌道の側壁１０１に推進用コイル１０２及び浮上・案内用コイル１０３からなる磁気浮上式鉄道用地上コイル１０４が配置されている。

このガイドウェイ１００を磁気浮上式鉄道用車両が通過する際の磁場変動により、地上コイル１０４の地上コイル導体に渦電流が生ずる。しかしながら、このような過電流は車両走行時の磁気抗力を誘発するばかりでなく地上コイル１０４自体の温度上昇を招く原因ともなるので、極力抑える必要がある。

かかる渦電流を低減させるための対策として、次の２点が検討されている。
（１）地上コイルの巻線コイルに使用する素線をできるだけ細分化（２０並列化、つまり２０パラ程度）する。すると、素線に生ずる渦電流は、素線の断面積に依存するので、細分化する分、渦電流を低減させることができる。
（２）細分化した線材を一定ピッチで転位させる。すると、超電導磁石からの相対位置関係を平均化することができ、素線間の還流を防ぐことができる。

特開２００６−２６２５４２号公報 特開２００８−７０３２９号公報 特許第３１４５０４８号公報

しかしながら、上記した地上コイルの渦電流低減化対策を適用して代表的な線材と巻線コイルを構成しようとすると、以下のような問題が見られた。

（１）分割素線として、１ターン当たりの所要断面を２〜４分割し平角素線を並列に巻回する場合、線材費用は比較的安価で済むが、巻線作業や中間転位を考慮すると３パラ程度が限界であり、目標とする損失低減レベルには遠く及ばない。

（２）転位電線、つまり、１ターン当たりの所要断面を細分化（１０〜２０分割）し、細い平角線を一定ピッチで転位させながら１本の線材に組み上げた電線を用いる場合、並列導体の１本が順次転位する構造であるため、並列導体数が必ず奇数本となる。さらに、特殊な断面形状であるため、巻線作業が難しい上に占積率（所定のコイル断面で隙間や絶縁材を除き導体部が占める割合）が低い。また、線材が高価である点も問題である。

（３）平角成形撚り線（リッツ線）、つまり、細い絶縁被覆線を２０〜３０本撚り合わせ、１ターン当たりの所要断面積を有する円形ストランド線（上記特許文献３参照）とした後に、地上コイル巻線時の作業性を考慮し、円形断面を平角断面に成形加工を施したものを用いる場合、パラ素線を一定ピッチで転位させているため、仕上がり線材に撚り癖がつき、巻線コイルの寸法精度の確保が難しい。また、線材の製造に要する工数が大きく、高価である点も問題である。

このように、従来の方法では、渦電流を低減させるためには地上コイル導体の素線を細分化する必要があり、巻線コイルを構成する上で種々の問題を抱えている。

本発明は、上記状況に鑑みて、渦電流損失を少なくするとともに、線材コストを極力抑え、巻線コイルの仕上がり寸法精度の向上を図り得る磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法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〕磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、成形前の線材を準備する工程と、前記線材を巻枠に巻回して仮の巻線コイルを形成する工程と、前記仮の巻線コイルをプレス型にセットする工程と、前記プレス型にセットされた前記仮の巻線コイルを圧縮し、圧縮成形された最終巻線コイルを製作する工程とを施すことを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記巻枠は第１の側板に固定されている心金を第２の側板で挟み込んだ形状を有し、前記心金に前記線材を巻回し、この巻回された線材を前記仮の巻線コイルとし、前記第２の側板を取り外し、前記第１の側板側に前記プレス型となる外枠を取り付け、圧縮治具で前記仮の巻線コイルを圧縮し、前記最終巻線コイルを成形することを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記巻回された仮の巻線コイルを圧縮成形することにより、前記心金と前記第１の側板と前記外枠で形成される領域に前記最終巻線コイルを成形することを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記成形前の線材が円形ストランド線であることを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記成形前の線材が転位電線であることを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記圧縮成形により、前記線材の素線間の隙間が潰され、前記最終巻線コイルの占積率を向上させることを特徴とする。

〔７〕上記〔３〕記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記仮の巻線コイルを前記領域の最終巻線コイルとなるように圧縮面圧３５〜４５ＭＰａにより圧縮成形することを特徴とする。

本発明によれば、渦電流損失を少なくするとともに、線材コストを極力抑え、巻線コイルの仕上がり寸法精度の向上を図ることができる。

本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作工程を示す模式図である。 本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における成形前の線材の模式図である。 本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における仮の巻線コイルの巻線作業の様子を示す図面代用写真である。 本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における仮の巻線コイル形成後の第２の側板の取り外しの様子を示す図面代用写真である。 本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における仮の巻線コイル形成後に第２の側板の取り外した状態を示す図面代用写真である。 本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における外枠の取り付けの様子を示す図面代用写真である。 本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における圧縮治具の取り付けの様子を示す図面代用写真である。 本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における圧縮状態を示す図面代用写真である。 本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における仮の巻線コイルの圧縮成形の様子を示す模式図である。 従来の磁気浮上式鉄道用地上コイルの配置を示す斜視図である。

本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法は、成形前の線材を準備する工程と、前記線材を巻枠に巻回して仮の巻線コイルを形成する工程と、前記仮の巻線コイルをプレス型にセットする工程と、前記プレス型にセットされた仮の巻線コイルを圧縮し、圧縮成形された最終巻線コイルを製作する工程とを施す。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明は、成形前の円形ストランド線又は転位電線を線材として使用し、巻線後に圧縮成形を施すことにより、巻線コイルの寸法精度の向上と製作コストの低減の両立を図るものとした。

図１は本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法を示すフローチャートである。

この図に示すように、磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作フローは、
（１）まず、成形前の線材を準備する工程（ステップＳ１）と、
（２）線材を巻枠に巻回して、仮の巻線コイルを形成する工程（ステップＳ２）と、
（３）仮の巻線コイルをプレス型にセットする工程（ステップＳ３）と、
（４）プレス型にセットされた仮の巻線コイルを圧縮成形し、最終巻線コイルを製作する工程（ステップＳ４）とからなる。

以下、上記各工程についてより具体的に説明する。

図２は本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作工程を示す模式図、図３は本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における成形前の線材の模式図であり、図３（ａ）は円形ストランド線の模式図、図３（ｂ）は転位電線の模式図であり、図３（ａ）において、１は並列素線、２は線材としての円形ストランド線、図３（ｂ）において、１′は並列素線、３は線材としての転位電線である。

（１）まず、図３に示すような成形前の円形ストランド線２又は転位電線３からなる線材Ａを準備する。

（２）次に、図２（ａ）に示すように、第１の側板４に固定されている心金５を第２の側板６で挟み、その心金５に線材Ａを巻回する。

（３）次に、図２（ｂ）に示すように、線材Ａの巻回終了したものを仮の巻線コイル７として、第２の側板６を取り外す。

（４）次いで、図２（ｃ）に示すように、仮の巻線コイル７の周りを囲うようにして第１の側板４に外枠８が取り付けられ、後面板９Ａに固定された圧縮治具９で仮の巻線コイル７を圧縮する。この時、例えば、圧縮面圧を３５〜４５ＭＰａとする。

（５）後面板９Ａ付き圧縮治具９で仮の巻線コイル７が圧縮されることにより、最終巻線コイル（図示なし）が成形される。

以下、各製作工程を詳細に説明する。ここでは、成形前の線材として円形ストランド線を用いる例について説明する。

図４〜図９は本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における各製作工程を示す図面代用写真である。

本発明の製作工程では、まず、図４に示すように、第１の側板４に固定されている心金（図示なし）を第２の側板６で挟み込んだものを用意し、その心金に線材Ａとしての円形ストランド線１を巻回する。

次に、図５に示すように、第２の側板６を取り外す。すると、図６に示すような心金５に巻回された仮の巻線コイル７が形成されている。

次に、図７に示すように、仮の巻線コイル７の周りを囲う圧縮成型のための外枠８を第１の側板４に配置する。

次に、図８に示すように、仮の巻線コイル７の外側に後面板９Ａ付き圧縮治具９を取り付ける。

最後に、図９に示すように、後面板９Ａ付き圧縮治具９に第１の側板４方向への圧力を印加して、最終巻線コイル１０を圧縮成形する。

なお、上記実施例では線材Ａとして円形ストランド線２を用いたが、図３（ｂ）に示すような転位電線３を用いてもよい。

図１０は本発明の本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法における仮の巻線コイルの圧縮成形の様子を示す断面模式図であり、図１０（ａ）は圧縮前の仮の巻線コイルの状態を示す断面模式図、図１０（ｂ）は圧縮成形された最終巻線コイルの成形状態を示す断面模式図である。

図６に示されるように、心金５に密着して巻回された仮の巻線コイル７に、図１０（ａ）に示すように圧縮治具９をセットして油圧プレス１１で圧縮すると、図１０（ｂ）に示すように、心金５と第１の側板４と外枠８で形成される領域に最終巻線コイル１０が成形される。

このように、仮の巻線コイルを成形後、その仮の巻線コイルをプレス型（外枠）にセットして圧縮成形を施すため、プレス型の寸法に依存して、心金、第１の側板及びプレス型で形成される領域の形状寸法が変更され、最終巻線コイルの形状・寸法を任意に選択することができる。また、平角線を用いた従来の巻線コイルに比べ、寸法精度を格段に向上できる。

特に、厚さ方向の寸法精度が向上することにより、後の工程となる樹脂成形コイルの偏肉が減少（樹脂厚みの安定確保）し、品質の安定化が期待できる。さらに磁気浮上式鉄道用地上コイルの推進用コイルでは、樹脂厚そのものが対地絶縁強度を左右するため、電気的信頼性においても向上が期待できる。

また、仮の巻線コイル形成後の圧縮成形により素線間の隙間が潰されるため、他方式の巻線コイルと比べ巻線コイルの占積率を向上させることができる。

さらに、仮の巻線コイルの形成後の圧縮成形により所定のコイル形状が確保できるため、仮の巻線形成作業を簡素化することが可能であり、結果的に、コイルの製作コストを低減することができる。

なお、一般的には、圧縮成形時に素線の断線や短絡（絶縁被覆の損傷による素線間のショート）が生ずる可能性が考えられるが、本発明では、仮の巻線コイルを実機コイルの１／２スケールの最終巻線コイルとなるように圧縮成形した結果、圧縮荷重２００ｔｆ（３８ＭＰａ）にて所定形状に成形でき、２３本の素線相互の断線や短絡が生じないことを確認した。

また、本発明によると、地上コイルの巻線から樹脂による成形の間に圧縮成型工程が追加となるが、圧縮に要する時間は短時間で済むため、量産時の製作時間・コストへの影響は軽微である。

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。

本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法は、渦電流損失を少なくするとともに、線材コストを極力抑え、巻線コイルの仕上がり寸法精度の向上を図り得る磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法として利用可能である。

１，１′ 並列素線
２ 円形ストランド線（線材）
３ 転位電線（線材）
Ａ 線材
４ 第１の側板
５ 心金
６ 第２の側板
７ 仮の巻線コイル
８ 外枠
９ 圧縮治具
９Ａ 後面板
１０ 最終巻線コイル
１１ 油圧プレス

Claims (7)

1. （ａ）成形前の線材を準備する工程と、
   （ｂ）前記線材を巻枠に巻回して仮の巻線コイルを形成する工程と、
   （ｃ）前記仮の巻線コイルをプレス型にセットする工程と、
   （ｄ）前記プレス型にセットされた前記仮の巻線コイルを圧縮し、圧縮成形された最終巻線コイルを製作する工程とを施すことを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法。
2. 請求項１記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記巻枠は第１の側板に固定されている心金を第２の側板で挟み込んだ形状を有し、前記心金に前記線材を巻回し、該巻回された線材を前記仮の巻線コイルとし、前記第２の側板を取り外し、前記第１の側板側に前記プレス型となる外枠を取り付け、圧縮治具で前記仮の巻線コイルを圧縮し、前記最終巻線コイルを成形することを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法。
3. 請求項２記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記巻回された仮の巻線コイルを圧縮成形することにより、前記心金と前記第１の側板と前記外枠で形成される領域で前記最終巻線コイルを成形することを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法。
4. 請求項１、２又は３記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記成形前の線材が円形ストランド線であることを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法。
5. 請求項１、２又は３記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記成形前の線材が転位電線であることを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法。
6. 請求項１記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記圧縮成形により、前記線材の素線間の隙間が潰され、前記最終巻線コイルの占積率を向上させることを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法。
7. 請求項３記載の磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法において、前記仮の巻線コイルを前記領域の最終巻線コイルとなるように圧縮面圧３５〜４５ＭＰａにより圧縮成形することを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイルの製作方法。