JP2011036056A

JP2011036056A - 超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法及びその装置

Info

Publication number: JP2011036056A
Application number: JP2009181165A
Authority: JP
Inventors: Taku Sasagawa; 卓笹川; Yasuaki Sakamoto; 泰明坂本
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】既設の地上コイルの浮上案内コイルの導体素線に流れる渦電流を利用して、超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での磁気ダンピングを増強することができる超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法及びその装置を提供する。
【解決手段】超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での浮上案内コイル３１の素線３２の導電率をこの低速区間以外の高速区間に比べて高めることにより、前記超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での磁気ダンピングを増加させるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法及びその装置に係り、特に、超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での磁気ダンピングの増加方法及びその装置に関するものである。

従来、超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの発生装置としては、例えば、走行時電力を発生させるための集電コイルを利用したものがあった（下記特許文献１，２参照）。

特開２００１−１０３６１６号公報特開２０００−２２５９３９号公報

超電導磁気浮上式鉄道においては、車上の超電導磁石と地上に配置される地上コイル間の電磁力の磁気ダンピング力が特に低速区間で不足するという問題がある。磁気ダンピング力が小さいと、乗り心地が悪化するほか、ダンパが故障するなど異常時の走行安定性を損なう可能性もある。
本発明は、上記状況に鑑みて、既設の地上コイルの導体素線に流れる渦電流を利用して超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での磁気ダンピングを増強することができる、超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法及びその装置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〕超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での地上コイルの素線の導電率を前記低速区間以外の高速区間に比べて高くなるようにし、前記超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での磁気ダンピングを増加させるようにしたことを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記地上コイルが浮上案内コイルであることを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルは、前記高速区間に配置する浮上案内コイルより素線径を大きくし、素線本数を低減することを特徴とする。

〔４〕上記〔３〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルの素線の導体材料をアルミニウムから銅に変更することを特徴とする。
〔５〕上記〔１〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記低速区間が１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの速度走行する区間であることを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの低速走行区間が駅の前後またはターミナルからそれぞれ１〜２ｋｍの区間であることを特徴とする。
〔７〕超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での地上コイルの素線の導電率を前記低速区間以外の高速区間に比べて高めた地上コイルを配置し、前記超電導磁気浮上式鉄道の低速区間の磁気ダンピングを増加することを特徴とする。

〔８〕上記〔７〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記地上コイルが浮上案内コイルであることを特徴とする。
〔９〕上記〔８〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルは、前記高速区間に配置する浮上案内コイルより素線径を大きくし、素線本数を低減することを特徴とする。

〔１０〕上記〔９〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルの素線の導体材料をアルミニウムから銅に変更することを特徴とする。
〔１１〕上記〔８〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記低速区間が１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの速度で走行する区間であることを特徴とする。

〔１２〕上記〔１１〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの低速走行する区間が駅の前後またはターミナルからそれぞれ１〜２ｋｍの区間であることを特徴とする。

本発明によれば、新たな地上設備を追加することなく、また、高速区間での磁気ダンピング（磁気抗力）を増加することなく、低速区間で磁気ダンピング力を増強することができ、車両運動の安定性に寄与することができる。

車両に搭載される超電導磁石とこれに対向して地上に配置される地上コイルの内の浮上案内コイルを示す模式図である。車両の速度（ｋｍ／ｈ）と磁気ダンピング（Ｎｓ／ｍ／台車）との特性図である。超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルの浮上案内コイルの素線と印加磁界および渦電流の関係を示す図である。同一浮上案内コイル条件の場合の磁気抗力と磁気ダンピングの速度依存性概念図である。従来の浮上案内コイルの導体断面と本発明で用いる浮上案内コイルの導体断面図を示す図である。

本発明の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法は、超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での地上コイルの素線の導電率を前記低速区間以外の高速区間に比べて高くなるようにし、前記超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での磁気ダンピングを増加させるようにした。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は車両に搭載される超電導磁石とこれに対向して地上に配置される地上コイルの内の浮上案内コイルを示す模式図である。
この図において、車両（図示なし）には超電導磁石１が搭載されており、地上にはこの超電導磁石１に対向するように浮上案内コイル２が配置されている。

このように、超電導磁気浮上式鉄道で、車両に浮上力・案内力・推進力を付与するために、浮上案内コイルと推進コイルとからなる地上コイルを設置している。その浮上案内コイル素線に車両走行時に誘起される渦電流は、車両の振動に対し正の磁気ダンピング力を発生する。
この磁気ダンピング力の生成機構を利用して、浮上案内コイルの素線を走行速度に応じて適切な素線径にコントロールすることにより、磁気抗力による走行抵抗増のデメリットを回避しつつ磁気ダンピング力を向上させることができる。

なお、以上の磁気ダンピング力のコントロールは、浮上案内コイルの素線径および導電率を制御することにより行う。
図２は車両の速度（ｋｍ／ｈ）と磁気ダンピング（Ｎｓ／ｍ／台車）との特性図であり、図２（ａ）は１Ｈｚの場合の上下方向ダンピング力、図２（ｂ）は５Ｈｚの場合の上下方向ダンピング力の場合であり、それぞれ曲線Ａ，Ｃは超電導磁石の外槽の影響を無視した場合、曲線Ｂ，Ｄは超電導磁石の外槽の影響を考慮した場合を示している。

図２では、浮上・案内コイルが持つ磁気ダンピング力の一例を示しているが、特に低速区間で磁気ダンピング力が低下もしくは負となる。なお、磁気ダンピング力は正の方向に大きいほど、乗り心地および走行安定性の両面で望ましい。
図３は超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルの浮上案内コイルの素線と印加磁界および渦電流の関係を示す図である。ａは素線幅、ｂは素線高さ、Ｘ方向に変動磁界がかかる場合を示しており、Ｘは枕木方向、Ｙは車両進行方向、Ｚは上下方向である。

図３に示す素線で作製した同一断面形状の浮上案内コイルの場合、素線渦電流による反作用界を無視する仮定の下では以下の簡単な関係が知られる。
−σ（∂Ｂｘ／∂ｔ）（∂Ｂｘ／∂ｚ）ｂ³ａ／１２,
−σ（∂Ｂｚ／∂ｔ）（∂Ｂｚ／∂ｚ）ｂａ³／１２，
−σ（∂Ｂｙ／∂ｔ）（∂Ｂｚ／∂ｙ）×Ｃ（ａ, ｂ）
ここで、浮上案内コイルの素線１１の長手方向は車両進行方向であり、ａは素線幅、ｂは素線高さ、Ｃ（ａ, ｂ）は素線幅ａと素線高さｂに依存する長さに関して４乗の単位を有する定数、σは導電率である。

よって、磁気ダンピング力（磁気抗力）∝導電率、磁気ダンピング力（磁気抗力）∝１／素線本数（素線のアスペクト比は一定とする）となる。
以上から、特に、磁気ダンピング力が低下もしくは負となる低速区間（１００ｋｍ／ｈ〜２００ｋｍ／ｈ程度での走行区間）のみ、
（１）浮上案内コイルの導体材料をアルミニウムから銅に変更する。
（２）浮上案内コイルの素線径を大きくし素線本数を削減する。

ことにより、磁気ダンピング力を増加することができる。
図４は同一浮上案内コイル条件の場合の磁気抗力と磁気ダンピングの速度依存性概念図であり、横軸は車両の走行速度（ｋｍ／ｈ）、縦軸は磁気抗力または磁気ダンピングの大きさを示している。
低速区間に限定して上記の（１），（２）のように構成する理由は、磁気抗力にも同様の関係があり、また、図４に示すように、特に高速区間では磁気抗力が増加するため（磁気抗力は同一条件では速度に比例）、上記（１）と（２）の方策による高速での走行抵抗が増加するのを避ける必要があるためである。

よって、本発明は、車両の走行速度（ｋｍ／ｈ）が２００ｋｍ以下の低速区間の場合に適用するものとする。
図５は従来の浮上案内コイルの導体断面と本発明で用いる浮上案内コイルの導体断面図を示す図であり、図５（ａ）は本発明で用いる浮上案内コイルの導体断面図、図５（ｂ）は従来の浮上案内コイルの導体断面図である。

図５（ｂ）に示すように従来の浮上案内コイル２１は幅方向に８本の素線、高さ方向に１０本の素線（合計８０本の素線２２）を有するアルミニウムの浮上案内コイル２１であったものを、本発明では、車両１００〜２００ｋｍ／ｈ程度で浮上走行する低速区間において、例えば、浮上案内コイル３１の素線の導体材料を導電率の高い銅に変更し、図５（ａ）に示すように浮上案内コイル３１の素線３２の数を幅方向に４本、高さ方向に５本（合計２０本の素線３２）として素線本数を低減することにより、浮上案内コイル２２より渦電流を発生しやすいものへと変更し、磁気ダンピングを増加させるようにした。

より具体的には、素線幅ａを１７ｍｍ、高さｂを１２ｍｍとした場合、上下方向では、１３００Ｎｓ／ｍ／台車、左右方向では１７００Ｎｓ／ｍ／台車の磁気ダンピングを増加させることができる。
このように、１００〜２００ｋｍ／ｈ程度の低速で浮上走行する区間、例えば、駅の前後またはターミナルからそれぞれ１〜２ｋｍの区間では図５（ａ）に示すような低速区間用の浮上案内コイルを、それ以上の速度の走行区間では図５（ｂ）に示すような従来の浮上案内コイルを使用する。それぞれ低速区間用の浮上案内コイルはダンピング力重視、高速区間用の浮上案内コイルでは走行抵抗低減重視の設計とするようにしている。なお、以上の実施例では浮上案内コイルの場合について説明したが、推進コイルの場合も同様のことが言える。

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。

本発明の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法及びその装置は、新たな地上設備を追加することなく、また、高速区間での磁気抗力を増加することなく、低速区間での磁気ダンピング力を増強することができ、車両運動の安定性に寄与するツールとして利用可能である。

１超電導磁石
２浮上案内コイル
１１浮上案内コイルの素線
２１従来の浮上案内コイル
２２従来の浮上案内コイルの素線
３１本発明に用いる浮上案内コイル
３２本発明に用いる浮上案内コイルの素線

Claims

超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での地上コイルの素線の導電率を前記低速区間以外の高速区間に比べて高くなるようにし、前記超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での磁気ダンピングを増加させるようにしたことを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法。
請求項１記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記地上コイルが浮上案内コイルであることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法。
請求項２記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルは、前記高速区間に配置する浮上案内コイルより素線径を大きくし、素線本数を低減することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法。
請求項３記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルの素線の導体材料をアルミニウムから銅に変更することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法。
請求項１記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記低速区間が１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの速度走行する区間であることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法。
請求項５記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法において、前記１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの低速走行区間が駅の前後またはターミナルからそれぞれ１〜２ｋｍの区間であることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加方法。
超電導磁気浮上式鉄道の低速区間での地上コイルの素線の導電率を前記低速区間以外の高速区間に比べて高めた地上コイルを配置し、前記超電導磁気浮上式鉄道の低速区間の磁気ダンピングを増加することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置。
請求項７記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記地上コイルが浮上案内コイルであることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置。
請求項８記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルは、前記高速区間に配置する浮上案内コイルより素線径を大きくし、素線本数を低減することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置。
請求項９記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記低速区間に配置する浮上案内コイルの素線の導体材料をアルミニウムから銅に変更することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置。
請求項８記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記低速区間が１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの速度で走行する区間であることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置。
請求項１１記載の超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置において、前記１００ｋｍ／ｈから２００ｋｍ／ｈの低速走行する区間が駅の前後またはターミナルからそれぞれ１〜２ｋｍの区間であることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の磁気ダンピングの増加装置。