JP2021035237A - 浮上式鉄道用地上コイル - Google Patents

Abstract

【課題】 締結部における応力を低減できる、浮上式鉄道用地上コイルを提供する。【解決手段】 一実施形態にかかる浮上式鉄道用地上コイルは、浮上案内用導体と、推進用導体と、モールド部と、を備える。浮上案内用導体は車両に設けられた超電導磁石と電磁的に作用する。推進用導体は前記車両に設けられた前記超電導磁石と電磁的に作用する。モールド部は、絶縁材料で構成され、前記浮上案内用導体と前記推進用導体とをモールドする。モールド部は、締結孔、並びに、第１凹部、を備える。締結孔は、走行路に配される支持部材に固定される締結部材が挿入される。第１凹部は、第１座面、底部、及び周壁を有する。第１座面は、前記締結孔の周りに形成される。底部は前記第１座面の周りに配される。周壁は、前記底部から締結軸方向の一方側の表面に向けて傾斜または湾曲して連続して延びる連続部を有する。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、浮上式鉄道用地上コイルに関する。

超電導磁石を用いた浮上式鉄道は、浮上式車両側に搭載された超電導磁石と、走行路側に設置された浮上式鉄道用地上コイルが電磁的に作用することで、浮上式車両に推進力・浮上力・案内力を与えて浮上式車両を走行させる。

浮上式鉄道用地上コイルは、浮上案内用導体と、推進用導体と、を備える。また、浮上案内用導体と推進用導体を一体構造とした浮上式鉄道用地上コイルや一つの導体だけで推進、浮上、及び案内機能を持つ浮上式鉄道用地上コイル（ＰＬＧ方式）も提案されている。

浮上式鉄道用地上コイルにおいて、絶縁性、成形性、及び強度を確保するために、浮上案内用導体または推進用導体、もしくはその両方を、エポキシ樹脂等の絶縁材料でモールドする構成が知られている。

例えば走行路に設置されたコンクリート製の側壁であるガイドウェイに、複数の浮上式鉄道用地上コイルが、浮上式車両の推進方向に沿って連続して敷設され、ボルト等の締結部材によって締結される。締結部材が浮上式鉄道用地上コイルの表面から突出しないように、締結ボルトの一部を収容する座繰り部を形成することがある。このような浮上式鉄道用の浮上式鉄道用地上コイルに、締結力、熱膨張力、電磁力などの外力が働くと、締結部に負荷がかかる。

特開２００３−３２８１１号公報

本発明が解決しようとする課題は、締結部における応力を低減させ、さらなる機械的長期信頼性を向上させた浮上式鉄道用地上コイルを提供することである。

一実施形態にかかる浮上式鉄道用地上コイルは、浮上案内用導体と、推進用導体と、モールド部と、を備える。浮上案内用導体は車両に設けられた超電導磁石と電磁的に作用する。推進用導体は前記車両に設けられた前記超電導磁石と電磁的に作用する。モールド部は、絶縁材料で構成され、前記浮上案内用導体と前記推進用導体とをモールドする。モールド部は、締結孔、並びに、第１凹部、を備える。締結孔は、走行路に配される支持部材に固定される締結部材が挿入される。第１凹部は、第１座面、底部、及び周壁を有する。第１座面は、前記締結孔の周りに形成される。底部は前記第１座面の周りに配される。周壁は、前記底部から締結軸方向の一方側の表面に向けて傾斜または湾曲して連続して延びる連続部を有する。

第１実施形態に係るガイドウェイ及び地上コイルの構成を示す斜視図。 同地上コイルの構成を示す正面図。 同地上コイルの構成を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ断面を示す。 同地上コイルの構成を示す断面図であり、図２のＢ−Ｂ断面を示す。 同地上コイルの浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す正面図。 同地上コイルの浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す平面図。 同浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す側面図。 同地上コイル及び比較例１に係る地上コイルにおける熱膨張力を示す説明図。 第２実施形態にかかるガイドウェイ及び地上コイルの構成を示す斜視図。 同地上コイルの構成を示す正面図。 同地上コイルの構成を示す断面図であり、図１０のＣ−Ｃ断面を示す。 同地上コイルの浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す正面図。 同地上コイルの浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す側面図。 第３実施形態にかかる地上コイルの構成を示す断面図。 他の実施形態にかかる地上コイルの構成を示す正面図。 同実施形態にかかる地上コイルの構成を示す断面図であり、図１５のＤ−Ｄ断面を示す。 他の実施形態にかかる地上コイルの構成を示す断面図。 他の実施形態にかかる地上コイルの構成を示す断面図。 同地上コイル及び比較例２に係る地上コイルにおける熱膨張力を示す説明図。 他の実施形態にかかる地上コイルの構成を示す断面図。 他の実施形態にかかる地上コイルの構成を示す断面図。 他の実施形態にかかる地上コイルの浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す正面図。 同浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す側面図。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る地上コイル１０（浮上式鉄道用地上コイル）の構成について、図１乃至図８を参照して説明する。図１は第１実施形態に係るガイドウェイ及び地上コイルの構成を示す斜視図である。図２は地上コイルの構成を示す正面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。図５は地上コイルの浮上案内コイル及び推進コイルの構成を示す正面図であり、図６は同平面図、図７は同側面図である。図８は地上コイルにおける熱膨張力を示す説明図である。図中矢印Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸は、互いに直交する３方向を示す。本実施形態において、一例として、推進方向がＸ軸方向に、締結軸方向がＹ軸方向に、浮上方向がＺ軸方向に、沿って配される。なお、本実施形態において、浮上方向が鉛直方向に沿うとともに推進方向が水平方向に沿って配置される例を示すが、走行路の設定や車両及び地上コイル１０の設置姿勢に応じて適宜変更され得る。

図１示すように、地上コイル１０は、例えば超電導磁石を用いた浮上式鉄道用の地上コイル１０であり、浮上式車両が走行する走行路に沿って設置されたガイドウェイ１３に設けられる。浮上式車両の両側部には超電導磁石が設けられている。

ガイドウェイ１３は走行路の両側部にそれぞれ配される例えばコンクリート製の一対の支持部材としての側壁１４を備える。なお、図１において一方の側壁１４のみを示す。側壁１４は締結部材１６によって地上コイル１０が固定される被締結部１４ａを有する。被締結部１４ａは雌ねじを有する。複数の地上コイル１０は、例えば車両の推進方向に沿って並んで敷設される。地上コイル１０は、締結部材１６よって側壁１４の被締結部１４ａに固定される。

締結部材１６は例えば頭部１６ｂ及び軸部１６ｃを有する締結ボルト１６ａと、座金１６ｄとを備える。

図１乃至図７に示すように、地上コイル１０は、浮上案内用導体２１と、推進用導体２２と、モールド部２３と、を一体に備える。

図７に示すように、浮上案内用導体２１は、同形状の２組の浮上コイル２５を備える。各浮上コイル２５は、それぞれ８字状に巻廻されたアルミ導体を備え、矩形状の第１コイル部２５ａ及び第２コイル部２５ｂが、車両のＺ軸方向に並んで配置される、いわゆる８の字コイルである。各地上コイル１０において、２つの浮上コイル２５が推進方向に並んで配置される。例えば第１コイル部２５ａと第２コイル部２５ｂは同様の形状に構成されている。２組の浮上コイル２５が並列された浮上案内用導体２１はＸ軸方向の寸法とＺ軸方向の寸法がほぼ同等であり、矩形の外形を有する。２組の浮上コイル２５を含む浮上案内用導体２１は、側壁１４側に重ねて配される推進用導体２２とともにモールドされ、モールド部２３内に埋設される。

浮上案内用導体２１は、浮上式車両に搭載された超電導磁石が正面を高速で通過したとき、電磁誘導効果により浮上案内用導体２１に電流が流れて磁力を発生させる。浮上案内用導体２１は、車両側に設けられた超電導磁石と電磁的に作用して車両に浮上案内力を与える。

推進用導体２２は、矩形状に巻回されたアルミ導体で構成される。推進用導体２２は、浮上案内用導体２１の側壁１４側に重ねて配される。推進用導体２２は、浮上式車両に設けられた超電動磁石と電磁的に作用して車両に推進力を与える。推進用導体２２は例えばＺ軸方向の寸法とＸ軸方向の寸法の縦横のアスペクト比が同等であり、正方形状の外形を有する。

図２及び図３に示すように、モールド部２３は、絶縁材料で構成される。モールド部２３は例えば板状に形成される。モールド部２３は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で、構成され、浮上案内用導体２１及び推進用導体２２とともに成型され、浮上案内用導体２１と推進用導体２２を覆う板状に構成されている。

地上コイル１０には、締結部材１６によってガイドウェイ１３の側壁１４に締結される締結部３０が形成される。締結部３０は、例えば複数配置される。本実施形態においては、一例として、モールド部２３内に埋設された一対の浮上案内用導体２１及び推進用導体２２のアルミ導体を避けた位置であって例えば各コイルの開口部分に対応する４箇所に、締結部３０がそれぞれ設けられる。

図４に示すように、各締結部３０は、側壁１４に固定される固定部としての締結孔３１と、第１座面３３を有する第１凹部３２と、第２座面３９と、を有する。

締結孔３１は、所定の厚さを有するプレート状に構成されたモールド部２３をＹ軸方向に沿って貫通する貫通孔である。締結孔３１は、例えば車両のＸ軸方向及びＺ軸方向に直交して延びる。本実施形態では、例えばＹ軸に沿う締結軸Ｃ１を有する締結部材１６としての締結ボルト１６ａが、締結孔３１に挿入されて側壁１４の被締結部１４ａに螺合することで、モールド部２３を含む地上コイル１０が、ガイドウェイ１３に固定される。例えば地上コイル１０が側壁１４に固定された状態において、第１座面３３に座金１６ｄを挟んで締結ボルト１６ａの頭部１６ｂが対向配置され、第２座面３９に側壁１４が対向配置される。

第１凹部３２はモールド部２３の車両側の表面である第１面２３ａに形成された凹みである。第１凹部３２は、座繰り部であり、締結孔３１に連通するとともに締結部材１６の一部である締結ボルト１６ａの頭部１６ｂを収容する空間を形成する。すなわち、第１凹部３２は、締結部材１６が地上コイル１０の表面から突出しないように、締結部材１６の頭部１６ｂを収容する空間を形成する。

第１凹部３２は、締結部材１６の頭部１６ｂを受ける第１座面３３と、第１座面３３の外周に配される底部３４と、底部３４の外周縁から車両側に向けて傾斜して延びる周壁３５と、を有する。第１凹部３２は、モールド部２３の表面における開口縁が底部３４よりも大きくなるように、車両側の表面に向かって拡大する錐台状に構成され、締結軸Ｃ１を通る断面が、台形状に構成される。

例えば第１座面３３は、第１凹部３２における締結孔３１の周りに形成され、車両側に対向するとともに締結軸方向に直交する平面を形成する。第１座面３３は、座金１６ｄを介して締結部材１６の頭部１６ｂを受ける第１の受け面である。第１座面３３は、地上コイル１０の車両側の表面から、締結軸方向の他方側である側壁１４側に向かって所定深さ退避した位置に配置される。第１座面３３は座金１６ｄを挟んで締結ボルト１６ａの頭部１６ｂに対向配置される。

底部３４は、第１座面３３の外周に形成される。

周壁３５は、底部３４の外周縁からモールド部２３の表面に向かって傾斜して延びる連続部としての傾斜面３６を有する。傾斜面３６は、締結孔３１の外周部において締結軸Ｃ１から離れるにしたがって車両側に向かって変位するように、傾斜している。傾斜面３６は、一般的な抜き勾配で採用される５°以下とは異なる角度で傾斜している。例えば、周壁３５の傾斜面３６と締結軸Ｃ１との傾斜角度θ１は、導体の必要絶縁厚を確保できる角度であり、２０°乃至８０°の範囲にするのが望ましい。

複数の締結部３０で囲まれる領域の内側、すなわち地上コイル１０の中心側における周壁３５と締結軸Ｃ１との傾斜角度θ１は、地上コイル１０の外周縁側における周壁３５と締結軸Ｃ１との傾斜角度よりも大きく構成される。例えば本実施形態においては、図２に示すように、複数の締結部３０は、地上コイル１０の４箇所の締結部３０のうち互いに斜めに対向する２組の締結部３０を対角線Ｌ１，Ｌ２で結んだ場合に、一対の対角線Ｌ１，Ｌ２が交差する交点Ｃ２に向けて、第１凹部３２の開口が拡大する。

周壁３５の傾斜面３６によって、第１面２３ａと底部３４との間が滑らかに連続され、地上コイル１０の表面形状が平滑化される。すなわち、モールド部２３は、傾斜面３６を有することにより、モールド部２３に必要な絶縁性を確保できる肉厚を確保しつつ、モールド部２３の形状変化を抑制している。

第２座面３９は、モールド部２３の側壁１４側の表面である第２面２３ｂの締結孔３１の周りに形成される部位である。第２座面３９は側壁１４に対向配置される第２の受け面を形成する。

本実施形態にかかる地上コイル１０によれば、締結部３０は機械強度に関して条件が厳しくなるが、樹脂の熱膨張により締結部３０にかかる応力を低減させることにより、機械的長期信頼性向上が可能である。すなわち、図８に示すように、第１凹部が底部から締結軸の方向に沿って延びる周壁を備える比較例１としての地上コイル１１０の構成では、底部と周壁との境界及び表面と周面との境界が９０度屈曲する角部１１０ａを構成しており、両端固定の間に存在する樹脂の熱膨張により、第１凹部に応力集中が起きやすく、変形しやすい。つまり、角部１１０aに応力集中が起こりやすく機械強度上の弱点となりやすい。これに対して、本実施形態にかかる地上コイル１０では、第１凹部３２が傾斜面３６を有していることにより、底部３４からコイル表面である第１面２３aまでの断面変化が緩やかになるため、応力集中を緩和させることができる。

また、地上コイル１０においては、第１凹部３２の周壁３５を傾斜させることにより、締結部３０の第２座面３９にかかる応力を低減させることが可能となる。図８に示すように、地上コイル１０が熱膨張した際、締結部３０が固定されていることにより、地上コイル１０の中心から外側へ向かう熱膨張力は、図８中矢印で示すような力Ｆ１で表される。力Ｆ１の作用点Ｐ１は、比較例１にかかる地上コイル１１０における力Ｆ１０の作用点Ｐ１０よりも第２面２３ｂ側に位置し、支持点である第２座面３９までの距離ｄ１として距離ｄ１０よりも短くなる。したがって、支持点となる締結部３０の第２座面３９で発生する応力が減少する。

さらに、本実施形態にかかる地上コイル１０は、図２及び図３に示すように、斜めに配列された２組の締結部３０をそれぞれ結んだ２本の対角線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｃ２に向かって、最も傾斜角度が大きくなるように傾斜させることで、熱膨張によって生じる地上コイル１０の中心から締結部３０に向かう負荷を、効果的に低減できる。

以上に述べたように地上コイル１０によれば、モールド部２３の締結部３０における形状変化を抑制することで締結部３０にかかる応力を緩和でき、機械的信頼性を向上できる。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態にかかる地上コイル１０Ａの構成について、図９乃至図１３を参照して説明する。なお、第２実施形態の地上コイル１０Ａにおいて、浮上案内用導体２１及び推進用導体２２のＺ軸方向の寸法がＸ軸方向の寸法より小さい構成を示すが、この他の構成については、上記第１実施形態にかかる地上コイル１０と同様であるため、共通する説明を省略する。

図９乃至図１３に示すように、地上コイル１０Ａは、浮上案内用導体２１と、推進用導体２２と、これら浮上案内用導体２１及び推進用導体２２をモールドするモールド部２３と、を備える。地上コイル１０Ａの浮上案内用導体２１において、図１２及び図１３に示すように、上コイルである第１コイル部２５ａは、Ｚ軸方向の寸法Ｈ１がＸ軸方向の寸法Ｗ１よりも小さく構成され、下コイルである第２コイル部２５ｂは、Ｚ軸方向の寸法Ｈ２がＸ軸方向の寸法Ｗ１と同等であって縦横アスペクト比がほぼ１：１の正方形状に構成されている。すなわち、上コイルである第１コイル部２５ａがＺ方向に短縮しており、地上コイル１０Ａにおける浮上案内用導体２１及び推進用導体２２のコイル形状は、Ｚ軸方向の寸法Ｈ０がＸ軸方向の寸法Ｗ０よりも小さく構成されている。なお、各寸法は、導体の中心間の距離を基準としている。

本実施形態において、各浮上コイル２５は、上コイルである第１コイル部２５ａのＺ軸方向の寸法Ｈ１が下コイルである第２コイル部２５ｂのＺ軸方向の寸法Ｈ２よりも小さく構成されている。地上コイル１０Ａの締結部３０に発生する応力を低減させるためには、浮上案内用導体２１及び推進用導体２２のＺ方向寸法をＸ軸方向寸法より小さくするのが望ましい。一方で、Ｚ方向寸法の短縮に伴い熱損失は大きくなる。このため、地上コイル１０Ａにおいて、浮上案内用導体２１のＺ軸方向寸法は、Ｘ軸方向寸法の７０％乃至９０％の範囲で構成するのが望ましい。また、推進用導体２２は、縦方向であるＺ軸方向の寸法Ｈ３が、横方向であるＸ軸方向の寸法Ｗ３よりも小さく、Ｘ軸方向寸法の７０％乃至９０％の範囲で構成するのが望ましい。すなわち、浮上案内用導体２１と推進用導体２２共に縦方向が横方向より短く構成されている。なお、浮上案内用導体２１に関しては、上コイルのみ短縮する形態や上コイル及び下コイルを共に短縮させる形態など種々の形態を取り得るが、単一のコイルの縦横のアスペクト比で表すとＺ軸方向寸法は、Ｘ軸方向寸法の４０％〜９０％の範囲となる。その他の構成は、上記第１実施形態にかかる地上コイル１０と同様である。

なお本実施形態において、各締結部３０において、上側である第１コイル部２５ａ側に配される一対の締結部３０は、下側である第２コイル部２５ｂ側に配される一対の締結部３０よりもＺ軸方向の寸法が小さく構成されている。

図１０で示すように、各締結部３０において、周壁３５の傾斜面３６は、複数の締結部３０で囲まれる領域の内側、すなわち地上コイル１０の中心側が、複数の締結部３０で囲まれる領域の外側、すなわち地上コイル１０の外周縁側よりも、締結軸Ｃ１に対して大きな傾斜角度で傾斜している。例えば本実施形態においては、第１コイル部２５ａ側に配される一対の締結部３０は、地上コイル１０におけるＸ軸方向の中央側に向かって、第１凹部３２の開口が拡大する。また、第２コイル部２５ｂ側に配される一対の締結部３０は、地上コイル１０の４箇所の締結部３０のうち互いに斜めに対向する２組の締結部３０を対角線Ｌ１，Ｌ２で結んだ場合に、一対の対角線Ｌ１，Ｌ２が交差する交点Ｃ２に向けて、第１凹部３２の開口が拡大する。

本実施形態にかかる地上コイル１０Ａにおいて、浮上案内用導体２１は、車両に搭載された超電導磁石が正面を高速で通過したとき、電磁誘導効果により浮上案内用導体２１に電流が流れて磁力を発生させる。その際、８字結線された浮上案内用導体２１の上部の第１コイル部２５ａと超電導磁石間には吸引力が発生し、下部の第２コイル部２５ｂと超電導磁石間には反発力が働くことで、浮上走行車両の自重と磁力が釣り合う位置まで車両を浮上させる。このため、浮上走行用車両の通過により、地上コイル１０全体として、Ｚ軸方向において上側が車両側となるように傾く変形モードとなる。この際、８字型の浮上案内用導体２１のＺ軸方向の寸法が長いと発生する曲げモーメントは大きく、支持部である締結部３０の発生応力も大きくなる。これに対し、本実施形態にかかる地上コイル１０Ａは、Ｚ軸方向の寸法Ｈ０を短縮することで、曲げモーメントが小さくなり、締結部３０で発生する応力を緩和させることが可能である。

さらに、本実施形態においては、推進用導体２２もＺ軸方向の寸法Ｈ３を短縮させることで推進用導体２２が超電導磁石に引き付けられる際の応力を低減できる。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態にかかる地上コイル１０Ｂの構成について、図１４を参照して説明する。図１４は、第３実施形態にかかる地上コイル１０Ｂにおける、締結部の断面図である。断面は第１実施形態の断面Ｂ-Ｂと同様に切断したものである。なお、本実施形態にかかる地上コイル１０Ｂは、ガイドウェイ１３に対向する裏側の面である第２面２３ｂに第２の凹部としての第２凹部２６が形成され、この第２凹部２６が平滑化されている。なお、本実施形態において、上記第１実施形態及び第２実施形態の地上コイル１０と同様の構成については説明を省略する。

図１４に示すように、地上コイル１０Ｂは、浮上案内用導体２１と、推進用導体２２と、これらをモールドするモールド部２３と、を備える。

地上コイル１０Ｂには、ガイドウェイ１３に締結される締結部材が配される複数の締結部３０Ｂが形成される。締結部３０Ｂは、例えばモールド部２３内に埋設された一対の浮上案内用導体２１及び推進用導体２２のアルミ導体を避けた位置であって例えば各コイルの開口部分に対応する４箇所に、それぞれ設けられている。締結部３０Ｂは、締結孔３１と第１の凹部である第１凹部３２Ｂと、を備える。

締結孔３１は、例えば車両のＸ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向に沿う締結軸Ｃ１を有する貫通孔であり、モールド部２３を貫通する。締結孔３１に、締結ボルト１６ａ等の締結部材１６が挿入される。

第１凹部３２Ｂは、モールド部２３の車両側の表面である第１面２３ａに形成された凹みであり、締結孔３１に連通するとともに締結部材１６の頭部１６ｂを収容する空間を形成する。すなわち、第１凹部３２Ｂは、締結部材１６が地上コイル１０の表面から突出しないように、締結部材１６の頭部１６ｂを収容する空間を形成する。第１凹部３２Ｂは、平面状の第１座面３３Ｂと、第１座面３３Ｂの周りに形成される平面状の底部３４Ｂと、底部３４Ｂの外周縁から車両側に向けて延びる周壁３５Ｂと、を有する。本実施形態において、周壁３５Ｂは締結軸方向に沿う周面を形成しており、傾斜面を有していない。

例えば第１座面３３Ｂは、締結孔３１の周りに形成され、締結軸方向に直交する平面である。第１座面３３Ｂは、車両側に対向し、座金１６ｄを受ける受け面であり、地上コイル１０の車両側の表面から、ガイドウェイ１３側に向かって所定深さ退避した位置に配置される。底部３４Ｂは、第１座面３３Ｂの外周に形成された平面を有し、第１座面３３Ｂよりも、締結軸方向の他方側であるガイドウェイ１３側に僅かに退避した位置に配置される。

本実施形態において、周壁３５Ｂは、底部３４Ｂの外周縁からモールド部２３の表面に向かって締結軸Ｃ１に沿って延びる。

第２座面３９は、モールド部２３の側壁１４側の表面である第２面２３ｂの締結孔３１の周りに形成される部位であり、締結部材１６を受ける第２の受け面を形成する。

地上コイル１０Ｂにおいて、ガイドウェイ１３の側壁１４に対向する裏側の表面である第２面２３ｂには、車両側に向かって凹む第２凹部２６が形成されている。第２凹部２６の内面２６ａは、締結孔３１の周りに形成された第２座面３９の外周部から、締結孔３１から離れるにしたがって車両側に向かうように傾斜して延びる連続部としての傾斜面２７を備える。傾斜面２７は、一般的な抜き勾配で採用される５°以下とは異なる角度で傾斜している。例えば傾斜面２７と締結軸Ｃ１との傾斜角度は、導体の必要絶縁厚を確保できる角度であり、２０°乃至８０°の範囲にするのが望ましい。傾斜面２７によって、第２面２３ｂが滑らかに連続され、地上コイル１０の表面形状が平滑化される。すなわち、第２凹部２６は、モールド部２３に必要な絶縁性を確保できる肉厚を確保しつつ、モールド部２３の形状変化を抑制している。

本実施形態にかかる地上コイル１０Ｂによれば、熱膨張により締結部３０Ｂにかかる応力を低減させることにより、運用時の信頼性向上が可能である。例えば側壁側の第２凹部の内面が締結軸方向に沿って延びる構成は、表面に角部が形成されるため、熱膨張による地上コイル中心から外側に伸びる動きに対して、角部１２０ｃに応力集中が起きやすく、変形しやすい。つまり、角部に応力集中が起こりやすく機械強度上の弱点となりやすい。これに対して、本実施形態にかかる地上コイル１０Ｂでは、第２凹部２６の内面２６ａが傾斜しており、角部を無くすことで、第２面２３ｂを滑らかに連続させることにより、応力集中を緩和させることができる。また、地上コイル１０Ｂにおいて、第２凹部２６の内面２６ａを傾斜させることにより、熱膨張により締結部３０にかかる応力を低減させることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、適宜変更可能である。

例えば上記第１実施形態においては、第１凹部３２の周壁３５が傾斜面３６を有する断面視台形状に構成したことで表面を平滑化して形状変化を抑制した例を示したが、これに限られるものではない。例えば、他の実施形態として、図１５及び図１６に示すように、表面を湾曲させる構成であってもよい。図１５は、他の実施形態にかかる地上コイル１０Ｃの正面図であり、図１６は、図１５のＤ−Ｄ断面図である。図１５及び図１６に示すように、地上コイル１０Ｃの複数の各締結部３０Ｃは、側壁１４に固定される固定部としての締結孔３１と、座繰り部であるとともに第１座面３３を有する第１凹部３２Ｃと、第２座面３９と、を有する。第１凹部３２Ｃは、座金１６ｄを受ける第１座面３３と、第１座面３３の外周に配される底部３４と、底部３４の外周縁から車両側に向けて湾曲して延びる周壁３５Ｃと、を有する。各締結部３０Ｃにおいて、第１凹部３２Ｃは、底部３４から第１面２３ａに至る周壁３５Ｃの表面が湾曲面３６Ｃを有している。

具体的には、第１凹部３２Ｃの周壁３５Ｃは連続部としての湾曲面３６Ｃを有している。湾曲面３６Ｃは、第１面２３ａとの境と、第１座面３３との境において、それぞれ表面が断面視円弧状に湾曲する湾曲部３７ａ，３７ｂを有している。湾曲部３７ａは第１凹部３２の外側に凸となる円弧形状であり、湾曲部３７ｂは第１凹部の中心側が凸となる円弧形状であり、変曲点を介して湾曲部３７ａ，３７ｂが連続している。例えば湾曲面３６Ｃは導体の必要絶縁厚を確保しつつ、接線性を有する曲面で第１座面３３と地上コイル１０Ｃの表面とを接続する。第１凹部３２Ｃにおいて、底部３４から、湾曲部３７ａ、及び湾曲部３７ｂを経て、第１面２３ａまで、稜部に角がなく滑らかに連続している。例えば、湾曲面３６Ｃは、軸方向に沿う直線と第１座面３３との接円、及び軸方向に沿う直線と地上コイル表面である第１面２３ａとの接円で結ばれており、それらの接円の半径、すなわち湾曲部３７ａ，３７ｂの曲率半径は、座繰り深さである第１凹部３２Ｃの軸方向の寸法の２０％乃至９０％の範囲とするのが望ましい。また、湾曲面３６Ｃの各湾曲部３７ａ，３７ｂは、それぞれ締結部３０Ｃと締結部３０Ｃを結んだ対角線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｃ２に向かって、最も曲率が大きく構成されている。

この実施形態においても、上記第１実施形態にかかる地上コイル１０と同様の効果が得られる。すなわち、第１凹部３２の表面を湾曲面で滑らかに連続させることにより、モールド部２３の締結部３０Ｃの周辺における段差や曲げ部分における曲率を大きく緩やかにすることで、熱膨張により締結部３０Ｃにかかる応力を低減するとともに応力集中を緩和させることが可能である。

また、例えば上記第３実施形態においては、第２凹部２６の内面２６ａが傾斜面２７を有する断面視台形状に構成したことで表面を平滑化して形状変化を抑制した例を示したが、これに限られるものではない。例えば、他の実施形態として、図１７に示すように、第２凹部２６の表面を湾曲させる構成であってもよい。図１７は、他の実施形態にかかる地上コイル１０Ｄの締結部３０の構成を示す断面図である。図１７に示すように、各締結部３０Ｄは、側壁１４に固定される固定部としての締結孔３１と、座繰り部であるとともに第１座面３３を有する第１凹部３２と、第２座面３９と、を有する。第１凹部３２は、座金１６ｄを受ける第１座面３３と、第１座面３３の外周に配される底部３４と、底部３４の外周縁から車両側に向けて締結軸方向に沿って延びる周壁３５Ｄと、を有する。

地上コイル１０Ｄの第２凹部２６Ｄの内面２６ａは、締結孔３１の周りから、締結孔３１から離れるにしたがって車両側に向かって湾曲して延びる連続部としての湾曲面２７Ｄを備える。湾曲面２７Ｄは断面視において、第２凹部２６Ｄの外側に向かって凹む曲面状に形成されている。この湾曲面２７Ｄによって第２面２３ｂと第２凹部２６Ｄが滑らかに連続され、地上コイル１０の表面形状が平滑化される。すなわち、第２凹部２６Ｄは、モールド部２３に必要な絶縁性を確保できる肉厚を確保しつつ、モールド部２３の形状変化を抑制している。

この実施形態においても、上記第３実施形態にかかる地上コイル１０Ｂと同様の効果が得られる。すなわち、第２凹部２６Ｄの表面を湾曲面２７Ｄで滑らかに連続させることにより、応力を低減するとともに応力集中を緩和させることが可能である。

上記第１実施形態においては、第１凹部３２が傾斜面３６を有し、裏面側が平面状の地上コイル１０を例示したが、これに限られるものではなく例えば表側と裏側の両方に傾斜面を有する構成であってもよい。図１８は、他の実施形態にかかる地上コイル１０Ｅの締結部３０Ｅの断面図である。図１９は、地上コイル１０Ｅにおける熱膨張力を示す説明図である。図１８に示すように、地上コイル１０Ｅは、第１実施形態に係る地上コイル１０の第１凹部３２の構成と、第３実施形態にかかる地上コイル１０Ｃの第２凹部２６の構成を組み合わせた構成であり、第１凹部３２が傾斜面３６を有し、かつ、第２凹部２６は傾斜面２７を有している。この他の構成は第１実施形態及び第３実施形態にかかる地上コイル１０、１０Ｃの構成と同様である。

本実施形態にかかる地上コイル１０Ｅによれば、機械強度で最も条件が厳しくなる締結部３０Ｅにかかる応力を低減させることにより、運用時の信頼性向上が可能である。
例えば、図１９に示すように、第１凹部及び第２凹部が底部から締結軸の方向に沿って延びる周壁を備える比較例２としての地上コイル１２０の構成では、底部と周壁との境界、表面と周面との境界、及び第２凹部と裏側の表面との境界において、９０度屈曲する角部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを構成しており、熱伸びによる地上コイル中心から外側に伸びる動きに対して、第１凹部に応力集中が起きやすく、変形しやすい。つまり、角部に応力集中が起こりやすく機械強度上の弱点となりやすい。これに対して、本実施形態にかかる地上コイル１０Ｅでは、第１凹部３２及び第２凹部２６が傾斜面３６，２７を有していることによりモールド部２３の形状変化を低減して緩やかに連続させたことにより、応力集中を緩和させることができる。

また、地上コイル１０Ｅが熱膨張した際、締結部３０が固定されていることにより、地上コイル１０Ｅの中心から外側へ向かう熱膨張力は、図１９中矢印で示すような力Ｆ２で表される。力Ｆ２の作用点Ｐ２は、比較例２にかかる地上コイル１２０における力Ｆ１２の作用点Ｐ１２よりも第２面２３ｂ側に位置し、支持点である第２座面３９までの距離ｄ２として距離ｄ１２よりも短くなる。したがって、支持点である締結部３０にかかる応力が減少する。

さらに、上記実施形態においては、第１凹部３２が傾斜面３６を有し、裏面側が平面状の地上コイル１０や、第１凹部３２Ｃが湾曲面３６Ｃを有し、裏面側が平面状の地上コイル１０Ｃを例示したが、これに限られるものではなく、例えば他の実施形態として図２０や図２１に示す地上コイル１０Ｆ，１０Ｇのように、裏側に第２凹部２６が形成される構成であってもよい。

また、上記第２実施形態においては、浮上案内用導体２１のＺ軸方向の寸法を縮小させる例として、上部の第１コイル部２５ａのみ、Ｚ軸方向の寸法を短縮する例を示したが、これに限られるものではなく、例えば８字コイルである浮上コイルの上部及び下部のコイル部をいずれもＺ軸方向において縮小させる構成であってもよい。

図２２及び図２３は、他の実施形態にかかる地上コイル１０Ｈの浮上案内用導体２１Ｈ及び推進用導体２２Ｈを示す正面図及び側面図である。本実施形態に係る地上コイル１０Ｈは、浮上案内用導体２１Ｈと、推進用導体２２Ｈと、これら浮上案内用導体２１Ｈ及び推進用導体２２Ｈをモールドするモールド部２３と、を備える。地上コイル１０Ｈにおいて、浮上案内用導体２１Ｈ及び推進用導体２２Ｈのコイル形状は、Ｚ軸方向の寸法Ｈ０がＸ軸方向の寸法Ｗ０よりも小さい。また、地上コイル１０Ｈの浮上案内用導体２１Ｈにおいて、各浮上コイル２５は、第１コイル部２５ａのＺ軸方向の寸法Ｈ１と第２コイル部２５ｂのＺ軸方向の寸法Ｈ２が同等に構成されている。地上コイル１０Ｈの締結部３０に発生する応力を低減させるためには、浮上案内用導体２１Ｈ及び推進用導体２２ＨのＺ方向寸法をＸ軸方向寸法より小さくすることが望ましい。一方で、Ｚ方向寸法の短縮に伴い熱損失は大きくなる。このため、地上コイル１０Ｈにおいて、浮上案内用導体２１ＨのＺ軸方向寸法は、Ｘ軸方向寸法の７０％乃至９０％の範囲で構成するのが望ましい。また、推進用導体２２Ｈは、縦方向であるＺ軸方向の寸法Ｈ３が、横方向であるＸ軸方向の寸法Ｗ３よりも小さく、Ｘ軸方向寸法の７０％乃至９０％の範囲で構成するのが望ましい。その他の構成は、上記第２実施形態にかかる地上コイル１０Ａと同様である。

本実施形態にかかる地上コイル１０Ｈにおいても、第２実施形態にかかる地上コイル１０Ａと同様に、Ｚ軸方向の寸法Ｈ０を短縮することで、曲げモーメントが小さくなり、締結部３０で発生する応力を緩和させることが可能である。また、浮上案内用導体２１Ｈの短縮に合わせて、推進用導体２２ＨもＺ軸方向の寸法Ｈ３を短縮させることで、締結部３０で発生する応力を緩和させることが可能である。

また、複数の上記実施形態のうち異なる実施形態の特徴を組み合わせてもよい。例えば第３実施形態や他の実施形態にかかる地上コイル１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇにおいて、地上コイル１０Ａ，１０Ｈのように、浮上案内用導体２１や推進用導体２２のＺ軸方向の寸法Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が短い構成を採用してもよい。この場合、曲げモーメントが小さくなり、締結部３０で発生する応力を緩和させることが可能である。

以上述べた少なくとも１つの実施形態の地上コイル１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈによれば、モールド部２３の締結部３０における形状変化を抑制することで締結部３０に係る応力を緩和でき、信頼性を向上できる。

なお、上記実施形態おいて、締結部３０が４つである例を示したが、これに限られるものではなく、締結部３０が３つ以下あるいは５つ以上であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０Ａ〜１０Ｈ…地上コイル、１３…ガイドウェイ、１４…側壁、１６…締結部材、２１，２１Ｈ…浮上案内用導体、２２、２２Ｈ…推進用導体、２３…モールド部、２３ａ…第１面、２３ｂ…第２面、２５…浮上コイル、２５ａ…第１コイル部、２５ｂ…第２コイル部、２６、２６Ｂ、２６Ｄ…第２凹部、２６ａ…内面、２７…傾斜面、２７Ｄ…湾曲面、３０、３０Ｂ、３０Ｅ…締結部、３１…締結孔、３２、３２Ｂ、３２Ｃ…第１凹部、３３、３３ｂ…第１座面、３４、３４Ｂ…底部、３５、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ…周壁、３６…傾斜面、３６Ｃ…湾曲面、３７ａ、３７ｂ…湾曲部、３９…第２座面

Claims (7)

1. 車両に設けられた超電導磁石と電磁的に作用する浮上案内用導体と、
   前記車両に設けられた前記超電導磁石と電磁的に作用する推進用導体と、
   絶縁材料で構成され、前記浮上案内用導体と前記推進用導体とをモールドするとともに、走行路に配される支持部材に固定される締結部材が挿入される締結孔、並びに、前記締結孔の周りに形成される第１座面、前記第１座面の周りに配される底部、及び前記底部から締結軸方向の一方側の表面に向けて傾斜または湾曲して連続して延びる連続部を有する周壁を有する第１凹部、を備える締結部を有するモールド部と、
   を備える、浮上式鉄道用地上コイル。
2. 前記モールド部は、前記締結軸方向の他方側の表面において、前記締結孔の周り配される第２座面と、前記第２座面から前記一方側に凹むとともに、前記一方側に向かって傾斜または湾曲して延びる連続部を備える周壁を有する第２凹部を有する、請求項１に記載の浮上式鉄道用地上コイル。
3. 車両に設けられた超電導磁石と電磁的に作用する浮上案内用導体と、
   車両に設けられた超電導磁石と電磁的に作用する推進用導体と、
   絶縁材料で構成され前記浮上案内用導体と前記推進用導体とをモールドするとともに、走行路に配される支持部材に固定される締結部材が挿入される締結孔と、前記締結孔から締結軸方向の一方側の表面に至る第１凹部とを有する締結部を有するとともに、前記締結軸方向の他方側の表面に形成される座面から前記一方側に凹むとともに、その内面が前記締結軸方向に対して傾斜または湾曲して延びる連続部を備える第２凹部を有する、モールド部と、
   を備える、浮上式鉄道用地上コイル。
4. 前記締結部は複数設けられ、
   前記締結部の前記連続部は、複数の締結部で囲まれる領域の内側において、前記領域の外側よりも、前記締結軸方向に対する傾斜角度または湾曲の曲率が大きく構成された、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の浮上式鉄道用地上コイル。
5. 前記締結軸方向は、車両の推進方向及び前記車両の浮上方向に対して交差し、
   前記浮上案内用導体は、８の字状の浮上コイルを前記推進方向で２つ並べて備え、前記浮上方向の寸法が前記推進方向の寸法よりも小さい、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の浮上式鉄道用地上コイル。
6. 前記推進用導体は、前記浮上方向の寸法が、前記推進方向の寸法よりも小さい、請求項５に記載の浮上式鉄道用地上コイル。
7. 前記連続部は、モールド部の形状変化を抑制する、請求項１乃至６のいずれかに記載の浮上式鉄道用地上コイル。