JP2539527B2 - 超電導磁気浮上列車、超電導磁気浮上列車システム並びにその制御方法及び磁気浮上列車用超電導コイル - Google Patents

超電導磁気浮上列車、超電導磁気浮上列車システム並びにその制御方法及び磁気浮上列車用超電導コイル

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    • B60L2200/26—Rail vehicles

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導磁気浮上列車、超電導磁気浮上列車シ
ステム、その制御方法に係り、特に特定の車両の車上の
超電導コイルの安定性マージンを大きくして、安全に高
速浮上走行が出来るようにした超電導磁気浮上列車並び
にその制御方法及び超電導磁気浮上列車システム及びそ
れに用いられる磁気浮上列車用超電導コイルに関する。
〔従来の技術〕
超電導磁気浮上列車は、車上側に超電導マグネツト
を、地上側に常電導の短絡コイルを設け、車両を走行さ
せると車両側の超電導マグネツトの磁束が地上コイルを
切るので、電磁誘導によつてこの地上コイルに電流が流
れ、車上側の超電導マグネツトと地上コイルとの間に反
発力が生じて車両を浮上させる方式である。一方、車両
の推進は、リニアシンクロナスモータ方式で、地上側に
別途設けられた推進コイルと車上の超電導コイルとの相
互作用により、推進コイルの電流を反転させることによ
つて同一方向の推力が得られる。このように誘導電流を
利用するため停止時には浮上力はなく、又、低速時にも
浮上力は十分ではないので、別に補助支持装置を必要と
するが、浮上そのものは自然安定型で何ら制御を必要と
しない。超電導磁気浮上列車は、車上側の超電導コイル
で強磁界が得られるので浮上高さを100mm程度と大きく
出来、しかも永久電流モードで使用するので、車上には
励磁のための電源は必要ないという利点がある。一方、
超電導マグネツトは常電導状態に転移（クエンチ）する
という現象があり、磁気浮上列車用超電導コイルの如き
軽量化された高電流密度コイルでは、各種擾乱により超
電導線材の臨界値に到達する以前に度々クエンチする可
能性がある。しかもこのクエンチは、従来、各種擾乱の
種類および大きさをなかなか特定出来ないこともあつて
事前に予測することが出来ず、又、クエンチ現象は不可
逆的であつて１度クエンチすると超電導コイルへの冷媒
の再注入及び励磁に約30分程度の時間を必要とする欠点
がある。
従来の超電導磁気浮上列車の横断面を第２図に縦断面
を第３図に示す。２ケの超電導コイル２は１ケの冷媒容
器３の中に収納され、１車両当り４ケの冷媒容器（８ケ
の超電導コイル）が車体１の下部に設けられた台車10に
取付けられている。停止時及び低速走行時は補助支持装
置７で支持され、高速走行時は左右の推進案内用地上コ
イル4Bと支持用地上コイル4Aとにより、車上の超電導コ
イル２との間で反発，浮上走行する。なお今後の営業実
験線や営業車両の場合には、客室内への超電導コイルか
らの洩れ磁場を小さくするために、超電導コイル２を搭
載した台車10は、車両と車両との間の連結部に集中配置
することが考えられている。
このような超電導磁気浮上列車において、高速走行時
に或る特定の超電導コイルがクエンチした場合の保安方
式については、特許第1376957号に記載のように、或る
特定の超電導コイルのクエンチに伴ない、その部分の浮
上力が低下し、車体全体のバランスが崩れるのを防ぐた
めに、対称位置にある超電導コイルを強制的に消磁さ
せ、緊急着地装置８でもつて安全走行、着地させてい
た。又、特許第881534号では、超電導コイル群の配置を
適正化し、車両の長手方向にＳ極,N極,S極と交互に配置
し、同極同志を直列接続して、左右のバランスが崩れな
い結線方式としていた。
一方、従来の磁気浮上列車用超電導線材は、日本機械
学会誌，第91巻，第835号（昭和63年６月）36〜40頁に
記載のように、超電導コイルの軽量化と超電導コイルの
高電流密度化をはかるため、低銅比のNbTi極細多心線材
が用いられ、最近のMLU002用ではCu/NbTiの断面積比
（銅比）を1.0とした線材が使用されている。又、軽量
化をはかるためCuの代りにアルミニウムを用いた線材や
Cuの１部分をアルミニウムに置き換えたNbTi極細多心線
材も呈示されているが、アルミニウムの断面積が大きい
線材しか製作出来ず、超電導磁気浮上列車には用いられ
ていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術のうち、超電導磁気浮上列車としては、
いずれも車上側の或る特定の超電導コイルがクエンチし
た場合、高速走行中の超電導磁気浮上列車を急停車させ
なければならず、その復旧に長時間を必要とする点につ
いては配慮されておらず、営業線を対象とした超電導磁
気浮上列車の信頼性確保に欠ける問題があつた。
更に、上記従来技術のうち、磁気浮上列車用超電導コ
イルとしては、低銅比のNbTi極細多心線材、特に銅比1.
0の線材で巻線したコイルは電磁気的安定性が悪く、磁
気浮上列車に搭載して高速度で走行すると、高速走行に
伴う擾乱エネルギーの増加により、車上の超電導コイル
が度々クエンチする問題があつた。又、Cuの代りにアル
ミニウムを用いた線材やCuの一部分をアルミニウムに置
き換えた線材は、高電流密度コイルについては殆ど考慮
されておらず、仮りに超電導磁気浮上列車に搭載して走
行しても浮上力が小さい問題があつた。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を排除し高速浮
上走行時においてもクエンチし難く、信頼性の高い超電
導磁気浮上列車、超電導磁気浮上列車システム及びその
制御方法並びにそれらに用いられる磁気浮上列車用超電
導コイルを提供することにある。
本発明の他の目的は、上記従来技術の欠点を排除し、
超電導コイルがクエンチする前に超電導コイルの安定性
マージンや擾乱の大きさを変化させて制御し、高速浮上
走行時においてもクエンチしない高信頼性の超電導磁気
浮上列車の制御方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、車両によつて
超電導コイルに加わる擾乱エネルギーが異なることに着
目し、擾乱の大きいある特定車両の超電導コイルの安定
性マージンを大きくしたものである。
すなわち、本発明は複数個の車両が連結され、車両台
車に車上の超電導コイル群が締結され、地上側コイルと
の磁気誘導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車に
おいて、特定車両の超電導コイルが所定の安定性マージ
ンを有し、その安定性マージンが他の車両の超電導コイ
ルの安定性マージンより大きくなるように設計された超
電導磁気浮上列車に関する。
また本発明は、複数個の車両が連結され、連結部の台
車に車上の超電導コイル群が締結され、地上側コイルと
の磁気誘導反発で浮上しつゝ高速で走行する超電導磁気
浮上列車の制御方法において、列車の走行状態を検出
し、その検出信号に基づいて、ある特定車両の超電導コ
イルの安定性マージンが変化するように列車制御手段の
指示を行い、永久電流モードでの超電導コイルの電流値
を補助電源、抵抗器により変更、制御し、１以上の車両
の超電導コイルの安定性マージンを変化させて他の車両
の超電導コイルの安定性マージンより大きくすることを
特徴とする超電導磁気浮上列車の制御方法を提供するも
のである。
〔作用〕
本発明において、先頭車両と最後尾車両の超電導コイ
ルの安定性マージンを、他の中間車両の超電導コイルの
安定性マージンより大きくすることが出来る。さらに、
車上の超電導コイルの安定性マージンを、定格運転にお
いて200mJ/cc以上とした場合に本発明が有効である。
さらにまた、車上の超電導コイルに加わる定常的な擾
乱エネルギーを100mJ/cc以下に制限するように適切な制
御を行うのが有効である。
本発明において、ある特定車両の超電導コイルは、ア
ルミニウムで安定化された複合超電導線材を巻回した超
電導コイルを用いると有効である。アルミニウムで安定
化された複合超電導線材は、低銅比NbTi系極細多心線材
の外表面に薄肉の高純度アルミニウムを被覆した複合超
電導線材、又は、低銅比NbTi系極細多心線材の横断面中
央部に高純度アルミニウムを内蔵した複合超電導線材で
ある。
また本発明によれば、車両の位置によつて異なる擾乱
エネルギーに対応し、超電導コイルの安定性マージンを
可変としてもよい。さらに、ある特定車両の超電導コイ
ルには、擾乱の大きさを検出する検出器並びに永久電流
モードでの電流値を可変に出来る補助電源，抵抗器が配
置され、地上に設置された集中列車制御センターで超電
導コイルの安定性マージンあるいは列車速度を制御出来
るようにしたものである。
本発明において「安定性マージン」とは、超電導コイ
ルが持っている臨界特性（温度、磁界、電流密度）とそ
のコイルが実際使用される時の、動作点との差である。
安定性マージンは、温度、磁界、電流密度の少なくとも
１つのパラメータを、コイルの単位体積当りのエネルギ
ー（mJ/cc）で表わしたものである。
安定性マージンに対し、磁気浮上列車の走行安定性を
減ずる要因としては、擾乱エネルギーがある。擾乱エネ
ルギーの要因としては、トンネル、列車間の接近、高圧
鉄塔などであり、これらは磁気浮上列車システムの設計
の際に、計算で求められる。本発明者の検討によれば、
安定性を高くすべき特定車両の超電導コイルの安定性マ
ージンは擾乱エネルギーよりも必ず大きくなるように設
計すべきで、前者と後者との差を50mJ/cc以上、特に100
mJ/cc以上とすることが有効であることがわかった。
また、超電導コイルの安定性マージンを200mJ/cc以上
とし、擾乱エネルギーの大きさが100mJ/cc以下となるよ
うに、超電導コイル、車両あるいはシステムを設計すれ
ば特に安定な浮上走行が出来る。
一般に超電導コイルが、ある動作点で安定であるため
には、その超電導コイルが保有する安定性マージンが電
磁気的エネルギー及び機極的エネルギーによる擾乱によ
つて発生する熱エネルギーより大きいことが必要であ
る。そこで超電導磁気浮上列車を対象として、この安定
性マージンと擾乱によつて発生する熱エネルギーを定量
的に実験で算出した。
磁気浮上列車用超電導コイルは、巻線中にはHeの冷却
チヤンネルを含まない。云わゆる密巻きで巻線間にはエ
ポキシ樹脂等を含浸して固定される。巻線は、内槽と呼
ばれる液体He容器に収納され、巻線と内槽間にはスペー
サが間欠的に挿入されており、スペーサの厚さに相当す
る空間に冷媒である液体Heが存在する構造である。
このようなコイル構造における安定性マージンは、超
電導線材の温度マージンと熱容量で決まる断熱安定化モ
デルで算出した熱量より大きな値まで許容出来ることが
実験的に明らかとなつた。すなわち、超電導線材の中の
安定化材の断面積、安定化材の電気抵抗，熱伝導率が関
係する動作安定化モデルを考慮する必要がある。従つて
磁気浮上列車用超電導コイルの安定性マージンを大きく
するには、次の点を改良すればよいことになる。
（ｉ）超電導コイルの超電導線材に対する電流負荷率を
小さくする（温度マージンを大きくする）。
（ii）極低温で熱容量の大きい安定化材を用いる。
（iii）安定化材の断面積を増加させる。
（iv）安定化材の極低温における電気抵抗を小さくす
る。
（ｖ）極低温で熱伝導率の大きい安定化材を用いる。
以上のような条件を満足し、磁気浮上列車用超電導コ
イルとして、軽量でかつ高電流密度化が可能なものは、
アルミニウムで安定化された複合超電導線材である。と
ころがアルミニウムは機械的に柔か過ぎ、現状の線材加
工技術ではマトリツクスを全てアルミニウムとしたNbTi
系極細多心線材を製作することは出来ない。そこで、Cu
とアルミニウムの両者を複合マトリツクスとした超電導
線材で、アルミニウムの割合は、このような複合マトリ
ツクス線材の塑性加工が可能な少量で、安定性マージン
の大幅な増大がはかれることがわかつた。
次に、超高速で浮上走行し、複数個の車両が連結され
た超電導磁気浮上列車において、車上の超電導コイルに
加わる擾乱の種類と大きさを推定してみる。一般の超電
導コイルに加わる擾乱としては、超電導コイルを励磁す
ることによつて発生する電磁力により、超電導線が動い
たり、巻線間のエポキシ樹脂にクラツクが入つたり、超
電導コイル全体が変形したりして発熱し、定格値以下で
クエンチを生ずる可能性があるが、これらはコイル巻線
時の問題として列車に搭載する以前に試験して判別する
ことが出来る。超電導磁気浮上列車特有の擾乱として
は、地上コイルよりの変動磁場を受けて超電導コイルに
交流損失が発生したり振動による熱侵入の増加，トンネ
ルや列車のすれ違い等により生ずる衝撃荷重，振動，風
圧による発熱が考えられるが、これらの擾乱エネルギー
の大きさを定量化することは、現時点では、かなり困難
である。ただ云えることは、複数個の車両が連結された
超電導磁気浮上列車において、車両の位置によつて超電
導コイルが受ける擾乱エネルギーが異なる事であり、こ
れが本発明の着眼点の１つである。すなわち、擾乱エネ
ルギーから見れば、先頭車両の超電導コイルが最も厳し
く、又、クエンチした際の浮上力の低下の影響を最も受
け易いのは、先頭車両と最後尾車両である。したがつ
て、本発明は、擾乱を受け易いある車両を特定すること
によつて、その車両の超電導コイルの安定性マージンを
他の車両の超電導コイルの安定性マージンより大きくし
たものである。本発明は、又、クエンチした際の浮上力
の低下の影響を受け易い車両を差別化し、その車両の超
電導コイルの安定性マージンを他の車両の超電導コイル
の安定性マージンより大きくしたものである。
次に具体的な安定性マージンの値を実験的に算出し
た。すなわち、安定化材の断面積，材質の異なる４種類
の超電導線材を夫々別々に磁気浮上列車用超電導コイル
の横断面と同程度になるよう巻回し、巻線間にはエポキ
シ樹脂を含浸して超電導コイルを製作した。そして、擾
乱エネルギーを模擬するため、予め巻線内に埋め込んだ
ヒータ線にパルス的な電流を通電し、熱擾乱を与え、ク
エンチに必要な最小エネルギーを実験的に求めた。その
結果、従来の銅比1.0のNbTi極細多心線材で巻線したコ
イルの安定性マージンは、コイルの定格値において100m
J/ccであり、現在走行試験中の超電導磁気浮上列車の運
転実績から見て、超電導コイルに加わる定常的な擾乱エ
ネルギー（地震，火災，爆発等の非定常的な災害による
擾乱を除く）は、少なくとも100mJ/cc以下にしなければ
ならないことがわかる。一方、銅比を変えた線材で巻線
したコイルの安定性マージンの実験結果より、高信頼性
をもつて車上の超電導コイルの安定性マージンを確保す
るには、200mJ/cc以上必要なことが明らかとなつた。
以上の説明でも明らかなごとく、超電導磁気浮上列車
における擾乱エネルギーは、列車の速度や車両位置，走
行中の車両の環境条件によつて変化する。したがつて、
本発明のもう１つの着眼点は、時間的，空間的に異なる
擾乱エネルギーに対応し、夫々の超電導コイルの安定性
マージンを可変にしたことである。空間的に異なる擾乱
エネルギーに対しては、予め安定性マージンの異なる超
電導コイルを所定の位置に搭載すればよく、時間的に異
なる擾乱エネルギーに対しては、高速走行中に擾乱の大
きさを検出して、車上の超電導コイルの安定性マージン
あるいは列車速度を制御することも必要である。列車速
度を変えるのは、地上の推進コイルに流す電流の周波数
を変えることによつて簡単に操作出来る。例えば、トン
ネルに入る直前や列車がすれ違う直前に車両を減速し
て、超電導コイルに加わる擾乱エネルギーを低減させる
ことも有効な方法である。更には、永久電流モードでの
車上のコイル電流を、地上に設置された集中列車制御セ
ンターの指令で制御することも可能である。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１ 第４図により本発明の超電導磁気浮上列車の概略を説
明する。これは８両編成の超電導磁気浮上列車で、先頭
車両11.6ケの中間車両21,最後尾車両31より構成され、
全長約200m,重量約180トン，列車の最高速度は500km/h
である。先頭車両11の大きさは、28.0m長さ×2.8m幅×
2.65m高さで、中間車両21の大きさは、21.6m長さ×2.8m
幅×2.65m高さで、最後尾車両31は、先頭車両11と同じ
である。車上の超電導コイルは、各車両の連結部の台車
に、２極×２列の構成で計４ケが集中配置されている。
先頭車両以外の１ケの超電導コイルは、長さ2.3m×幅0.
5mのレーストラツク型で、極ピツチ2.7m,起磁力は700kA
とすべて同じになるようにした。
上記超電導磁気浮上列車の構成において、先頭車両の
超電導コイルは、銅比1.0のNbTi極細多心線材の外表面
に0.2mm厚さの高純度アルミニウムを被覆した複合超電
導線材で巻線され、他の車両の超電導コイルは、従来例
と同じ銅比1.0のNbTi極細多心線材で巻線されたコイル
である。なお、先頭車両の１ケの超電導コイルは、レー
ストラツク型で、起磁力は700kAとした。このような構
成にすると、先頭車両の超電導コイルの安定性マージン
は、定格値において600mJ/ccであり、他の車両の超電導
コイルの安定性マージンより６倍大きいことが明らかと
なつた。その結果、このように編成した超電導磁気浮上
列車は、最高速度500km/hで浮上走行させてもクエンチ
することなく、又、トンネル内の走行や列車のすれ違い
による攪乱に対しても耐えられることがわかつた。
本実施例においては、先頭車両の重量がやゝ大きくな
り、かつコイル断面が大きくなつて誘導反発による浮上
力は若干低下するものの、500km/hの高速走行では先頭
車両には大きな揚力が発生し、全体としてバランスのと
れた浮上力が得られる。そのため、車両によつて超電導
コイルの起磁力を変える必要がなく、信頼性の高い超電
導磁気浮上列車とすることが出来る。
実施例２ 第４図と同じ編成の超電導磁気浮上列車において、車
上の超電導コイルは、各車両ともすべて、長さ2.3m×幅
0.5mのレーストラツク型とし、極ピツチ2.7m,起磁力700
kAと同じになるようにした。
上記超電導磁気浮上列車の構成において、先頭車両と
最後尾車両の超電導コイルは、銅比0.8のNbTi極細多心
線材の横断面中央部にアルミニウム比0.2の高純度アル
ミニウムを内蔵させた複合超電導線材で巻線され、他の
車両の超電導コイルは、従来例と同じ銅比1.0のNbTi極
細多心線材が巻線されたコイルである。このような構成
にすると、先頭車両と最後尾車両の超電導コイルの安定
性マージンは、定格値において200mJ/ccであり、他の車
両の超電導コイルの安定性マージンより２倍大きいこと
が明らかとなった。その結果、このように編成した超電
導磁気浮上列車は、最高速度500km/hで浮上走行させて
もクエンチすることなく、又、トンネル内の走行や列車
のすれ違いによる擾乱に対しても耐えられることがわか
つた。
本実施例では、先頭車両と最後尾車両の重量を従来例
よりやゝ軽量化出来、かつコイル断面が従来例と同じな
ため、先頭車両と最後尾車両には大きな浮上力が得られ
る。したがつて複数個の車両が連結した超電導磁気浮上
列車全体のバランスをとるため、先頭車両と最後尾車両
の超電導コイルの起磁力を小さくすることも可能で、起
磁力を小さくすることにより更に安定性マージンの増大
をはかることが出来る利点がある。
実施例３ 第４図と同じ編成の超電導磁気浮上列車において、先
頭車両以外の１ケの超電導コイルは、長さ2.3m×幅0.5m
のレーストラツク型で、極ピツチ2.7m,起磁力は700kAと
すべて同じなるようにした。
上記超電導磁気浮上列車の構成において、先頭車両の
超電導コイルは、銅比2.0のNbTi極細多心線材で巻線さ
れ、他の車両の超電導コイルは、従来例と同じ銅比1.0
のNbTi極細多心線材で巻線されたコイルである。なお、
先頭車両の１ケの超電導コイルは、レーストラツク型
で、起磁力は700kAとした。このような構成にすると、
先頭車両の超電導コイルの安定性マージンは、定格値に
おいて200mJ/ccであり、他の車両の超電導コイルの安定
性マージンより２倍大きいことが明らかとなつた。その
結果、このように編成した超電導磁気浮上列車は、最高
速度500km/hで浮上走行させてもクエンチすることな
く、又、トンネル内の走行や列車のすれ違いによる擾乱
に対しても耐えられることがわかつた。
本実施例では、先頭車両の重量が大きくなり、かつコ
イル断面が大きくなつて誘導反撥による浮上力は若干低
下するものの、500km/hの高速走行では先頭車両には大
きな揚力が発生し、全体としてバランスのとれた浮上力
が得られる。そのため、車両によつて超電導コイルの起
磁力を変える必要がなく、信頼性の高い超電導磁気浮上
列車とすることが出来る。
実施例４ 第４図と同じ編成の超電導磁気浮上列車において、車
上の超電導コイルは、各車両ともすべて、長さ2.3m×幅
0.5mのレーストラツク型とし、極ピツチ2.7m,起磁力700
kAと同じになるようにした。
上記超電導磁気浮上列車の構成において、第５図の
２′および２″は、いずれも超電導コイルである。今、
超電導磁気浮上列車が超高速で浮上走行している時の各
超電導コイルに加わる擾乱の大きさと擾乱によりクエン
チした場合の浮上走行に対する影響を考慮して、超電導
コイル２′と２″は異なる安定性マージンを有するよう
にした。すなわち、超電導コイル２′は、銅比0.8のNbT
i極細多心線材の横断面中央部にアルミニウム比0.2の高
純度アルミニウムを内蔵させた複合超電導線材で巻線さ
れ、超電導コイル２″は、従来例と同じ銅比1.0のNbTi
極細多心線材で巻線されたコイルである。このような構
成にすると、超電導コイル２′の安定性マージンは、超
電導コイル２″の安定性マージンより２倍大きくするこ
とが出来る。その結果、このように編成した超電導磁気
浮上列車は、最高速度500km/hで浮上走行させてもクエ
ンチすることなく、又、トンネル内の走行や列車のすれ
違いによる擾乱に対しても耐えられることがわかつた。
本実施例では、超電導コイル２′を搭載した車両の重
量を他の車両よりやゝ軽量化出来、かつコイル断面が従
来例と同じなため、超電導コイル２′を搭載した車両に
は大きな浮上力が得られる。したがつて複数個の車両が
連結した超電導磁気浮上列車全体のバランスをとるた
め、超電導コイル２′の起磁力を小さくすることも可能
で、起磁力を小さくすることにより更に安定性マージン
の増大をはかることが出来る利点がある。
実施例５ 第６図は超電導コイルの制御方法を示す回路構成を示
すもので、超高速で浮上走行中の超電導磁気浮上列車の
超電導コイルの安定性マージンを制御できるようにした
ものである。すなわち、超電導コイル２は、定常走行時
において２つの超電導コイル２と永久電流スイッチ42の
間で永久電流モードを作り、一定の磁界を発生してい
る。今、各超電導コイルには、擾乱の大きさを検出する
ための検出器41が取付けられており、擾乱の大きさがあ
る限界値を超えると、地上に設置された集中列車制御セ
ンター49の指令により永久電流スイツチ42のヒータ43の
電源45が投入され、永久電流スイツチ42のゲート線44は
常電導状態になるとともにコイルの通電電流は車上の抵
抗46で消費される。コイル電流がある値まで低下すると
ヒータ43の電源45を切ることにより、再び超電導コイル
２と永久電流スイツチ42の間で永久電流モード形成す
る。一方、超電導コイルへ通電する電流値を大きくする
時は、車上に別途設置されている補助電源47より永久電
流モードを破つた状態でコイル電流を増加させ、コイル
電流がある値まで上昇するとヒータ43の電源45を切るこ
とにより、再び超電導コイル２と永久電流スイッチ42の
間で永久電流モードを形成する。なおコイルの上限値、
下限値の設定は各超電導コイル２の発生する磁束密度を
検出するための磁界センサ48の値によつて決められる。
本実施例では、永久電流モードで運転されている車上
の超電導コイルのコイル電流値を擾乱の大きさに対応し
て可変にすることが出来る。コイル電流値を可変にする
ことは、超電導コイルの安定性マージンを可変にするこ
とに相当する。又、本実施例では、擾乱の大きさを検出
し、地上に設置された集中列車制御センター49の指令に
より、地上側の推進コイルの周波数を変えて列車速度を
可変にすることが出来る。列車速度を可変にすること
は、超電導コイルに加わる擾乱の大きさを可変にするこ
とに相当する。いずれの場合においても擾乱の大きさを
検出し、超電導コイルがクエンチする前に超電導コイル
の安定性マージン或いは超電導コイルに加わる擾乱の大
きさを制御出来るので、クエンチにより列車を急停車さ
せることなく高速度の浮上走行を継続することが可能に
なる。又、本実施例では、列車の走行パターンに応じ
て、超電導コイルに加わる擾乱の大きさを予め予測し、
プログラム制御により、高速浮上走行中の超電導磁気浮
上列車の超電導コイルの安定性マージン或いは超電導コ
イルに加わる擾乱の大きさを制御することも出来る。
実施例６ 第１図は、超電導コイルに巻線する複合超電導線材の
銅比，アルミニウム比など線材構成を変えて、磁気浮上
列車用超電導コイルと同等の断面を有する超電導コイル
を作成し、予めコイルに設置したヒータにより熱擾乱を
与えて超電導コイルの安定性マージンを測定した結果で
ある。曲線50はCuのみを安定化材としたNbTi極細多心線
材で巻線された磁気浮上列車用超電導コイルの定格値に
おける安定性マージン、曲線51は、Cuと高純度アルミニ
ウムの両者を含む安定化材を用いたNbTi極細多心線材で
巻線された磁気浮上列車用超電導コイルの定格値におけ
る安定性マージンである。これらの結果より、曲線50,5
1とも銅比、あるいは（銅＋アルミニウム）比が増大す
る程、安定性マージンは増大するが、コイル重量も大き
くなり、又、コイル全体の電流密度も低下して浮上力を
低下させる。一方、磁気浮上列車用超電導コイルに加わ
る擾乱エネルギーは、実験線での走行試験結果より、第
１図の曲線60,61の如くなると推定出来る。曲線60は列
車速度500km/h相当時の超電導コイルに加わる最大の擾
乱エネルギー，曲線61は列車速度350km/h相当時の超電
導コイルに加わる最大の擾乱エネルギーを示す。
以上の結果を詳述すると、時速500km/hの高速浮上走
行に対して超電導コイルが安定に動作するためには、従
来のCuのみを安定化材とした超電導コイルでは銅比1.6
以上必要で、Cuと高純度アルミニウムを複合化した安定
化材を用いた超電導コイルでは、（銅＋アルミニウム）
比0.9以上で安定となる。勿論、（銅＋アルミニウム）
比が一定でも、Cuと高純度アルミニウムの構成割合を変
えることによつて超電導コイルの安定性マージンを変え
ることが出来るが、高純度アルミニウムの割合を多くし
た低銅比NbTi系極細多心超電導線材は、現在の塑性加工
技術では製作出来ない。したがつて高純度アルミニウム
の割合は、自ずと限定される。
なお複数個の車両が連結された超電導磁気浮上列車に
おいては、車両の位置によつて超電導コイルに加わる擾
乱の大きさが異なるので、擾乱の少ない車両に搭載され
る超電導コイルに用いる超電導線材は、従来例と同じ銅
比1.0のNbTi系極細多心線材でも特に問題を生じること
はない。
以上の如く、本発明は超電導磁気浮上列車が高速で浮
上走行しても、車上の超電導コイルはクエンチすること
なく、高信頼性の超電導磁気浮上列車システムとするこ
とが出来る。このことは超電導磁気浮上列車の安全性や
社会的信用度に関するものであり、超電導磁気浮上列車
の効果を考えると、その新しい機能性，高速化による効
率向上、経済性など極めて大きい効果がある。
本発明の実施例によればに、車上の超電導コイルの安
定性マージンを定格運転において200mJ/cc以上とする
か、或いは、車上の超電導コイルに加わる定常的な擾乱
エネルギーを100mJ/cc以下とすることによつて、十分な
裕度をもつて超電導磁気浮上列車を超高速で安全に運転
することが出来る。
本発明の実施例によれば、高速度で浮上走行している
超電導磁気浮上列車の超電導コイルの安定性マージンあ
るいは超電導コイルに加わる擾乱エネルギーを地上側の
集中列車制御センターで制御できるので、効率的に超電
導磁気浮上列車を超高速で安全に運転することが出来
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、擾乱の受け易い或る車両を特定化す
ることによつて、その車両に搭載される超電導コイルの
安定性マージンを増大させ、最も効率的に超電導磁気浮
上列車を超高速で安全に運転することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の効果を示す安定性マージンと擾乱エ
ネルギーの関係図、第２図は超電導磁気浮上列車の横断
面図、第３図は超電導磁気浮上列車の縦断面図、第４
図，第５図は本発明の超電導磁気浮上列車の構成を示す
概略図、第６図は本発明の超電導マグネツトの制御方法
を示す回路図である。 １…車体、２…超電導コイル、３…冷媒容器、4A,4B…
地上コイル、７…補助支持装置、８…緊急着地装置、10
…台車、11…先頭車両、21…中間車両、31…最後尾車
両、41…検出器、42…永久電流スイツチ、43…ヒータ、
44…ゲート線、45…ヒータ電源、46…抵抗器、47…補助
電源、48…磁界センサ、49…集中列車制御センター、50
…銅安定化NbTi極細多心線材で巻線された磁気浮上列車
用超電導コイルの定格値における安定性マージン、51…
（銅＋高純度アルミニウム）安定化NbTi極細多心線材で
巻線された磁気浮上列車用超電導コイルの定格値におけ
る安定性マージン、60…列車速度500km/h相当時の超電
導コイルに加わる最大の擾乱エネルギー、61…列車速度
350km/h相当時の超電導コイルに加わる最大の擾乱エネ
ルギー。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数個の車両が連結され、車両台車に車上
    の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁気誘
    導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車において、
    特定車両の超電導コイルが所定の安定性マージンを有
    し、その安定性マージンが他の車両の超電導コイルの安
    定性マージンより大きいことを特徴とする超電導磁気浮
    上列車。
  2. 【請求項２】複数個の車両が連結され、連結部の台車に
    車上の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁
    気誘導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車におい
    て、先頭車両と最後尾車両の超電導コイルの安定性マー
    ジンを、他の中間車両の超電導コイルの安定性マージン
    より大きくしたことを特徴とする超電導磁気浮上列車。
  3. 【請求項３】複数個の車両が連結され、連結部の台車に
    車上の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁
    気誘導反発で浮上しつつ高速で走行する超電導磁気浮上
    列車において、車上の超電導コイルの安定性マージン
    は、定格運転において200mJ/cc以上であって、１以上の
    車両の超電導コイルの安定性マージンを、他の車両の超
    電導コイルの安定性マージンより大きくしたことを特徴
    とする超電導磁気浮上列車。
  4. 【請求項４】複数個の車両が連結され、車両台車に車上
    の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁気誘
    導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車において、
    １以上の車両の超電導コイルの安定性マージンを、他の
    車両の超電導コイルの安定性マージンより大きくした車
    上の超電導コイルに加わる定常的な擾乱エネルギーを10
    0mJ/cc以下としたことを特徴とする超電導磁気浮上列
    車。
  5. 【請求項５】複数個の車両が連結され、連結部の台車に
    車上の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁
    気誘導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車におい
    て、ある特定車両の超電導コイルは、アルミニウムで安
    定化された複合超電導線材を巻回した超電導コイルであ
    って、それにより１以上の車両の超電導コイルの安定性
    マージンを、他の車両の超電導コイルの安定性マージン
    より大きくしたことを特徴とする超電導磁気浮上列車。
  6. 【請求項６】複数個の車両が連結され、車両台車に車上
    の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁気誘
    導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車システムに
    おいて、車両の位置によって異なる擾乱エネルギーを検
    出し、その検出信号に基づいて、１以上の車両の超電導
    コイルの安定性マージンを変化させて他の車両の超電導
    コイルの安定性マージンより大きくする制御手段を有す
    ることを特徴とする超電導磁気浮上列車システム。
  7. 【請求項７】複数個の車両が連結され、車両台車に車上
    の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁気誘
    導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車システムに
    おいて、車両の位置によって異なる擾乱エネルギーを検
    出し、その検出信号に基づいて、１以上の車両の超電導
    コイルの安定性マージンを他の超電導コイルの安定性マ
    ージンより大きくし、その大きい安定性マージンとその
    超電導コイルの加わる擾乱エネルギーとの差を50mJ/cc
    以上としたことを特徴とする超電導磁気浮上列車システ
    ム。
  8. 【請求項８】複数個の車両が連結され、車両台車に車上
    の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁気誘
    導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車システムに
    おいて、特定車両の超電導コイルの安定性マージンを、
    他の車両の超電導コイルの安定性マージンより大きく
    し、かつ所定の車両の擾乱エネルギーを検出し、その検
    出信号に基づいて、１以上の車両の超電導コイルの安定
    性マージンを変化させる制御手段を有することを特徴と
    する超電導磁気浮上列車システム。
  9. 【請求項９】複数個の車両が連結され、連結部の台車に
    車上の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの磁
    気誘導反発で浮上しつつ高速で走行する超電導磁気浮上
    列車の制御方法において、列車の走行状態を検出し、そ
    の検出信号に基づいて、ある特定車両の超電導コイルの
    安定性マージンが変化するように列車制御手段の指示を
    行い、永久電流モードでの超電導コイルの電流値を補助
    電源、抵抗器により変更、制御し、１以上の車両の超電
    導コイルの安定性マージンを変化させて他の車両の超電
    導コイルの安定性マージンより大きくすることを特徴と
    する超電導磁気浮上列車の制御方法。
  10. 【請求項１０】複数個の車両が連結され、連結部の台車
    に車上の超電導コイル群が締結され、地上側コイルとの
    磁気誘導反発で浮上し走行する超電導磁気浮上列車の制
    御方法において、ある特定車両の超電導コイルの擾乱エ
    ネルギーの大きさを検出し、その検出信号に基づいて、
    地上に設置された集中列車制御センターの指示で永久電
    流モードでの超電導コイルの電流値を補助電源、抵抗器
    により変化させ、超電導コイルの安定性マージンを制御
    し、１以上の車両の超電導コイルの安定性マージンを変
    化させて他の車両の超電導コイルの安定性マージンより
    大きくすることを特徴とする超電導磁気浮上列車の制御
    方法。
  11. 【請求項１１】超電導コイルは、低銅比NbTi系極細多心
    線材の外表面に薄肉の高純度アルミニウムを内臓した複
    合超電導線材を巻回したことを特徴とする請求項１記載
    の超電導磁気浮上列車用超電導コイル。
  12. 【請求項１２】超電導コイルは、低銅比NbTi系極細多心
    線材の横断面中央部に高純度アルミニウムを内臓した複
    合超電導線材を巻回したことを特徴とする請求項１記載
    の超電導磁気浮上列車用超電導コイル。
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