JP2587429B2

JP2587429B2 - 電磁式輸送方法

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Publication number: JP2587429B2
Application number: JP62269727A
Authority: JP
Inventors: 敏行山中
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPH01114304A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、物品等を高速に相当距離間移動させる電
磁式輸送方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、相当距離以上の有軌道輸送システムには、交
通システムとしては汽車、電車、モノレールが存在す
る。また、輸送システムとして工場内の軌道式輸送シス
テム、ベルトコンベヤ式輸送システム等がある。しか
し、何れにしても電気によるモータ駆動が主流でありモ
ータ、車輪、ローラ等可動構造部が多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記各種の輸送システムでは可動構造部分が多いため
に故障の確率が高く、また被輸送物品の大小、輸送距離
によって必要エネルギ量が増大するという欠点があっ
た。

この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、
可動部分を少なくし、制御性が優れた信頼性の高い電磁
式輸送方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、複数のコイルを同心状に連続的に配置
し、この中央空隙部分に所定のクリアランスを有して配
設した超電導匡体の後端部における平均的磁場が先端部
より大きくなるようにコイルへの通電励磁を制御し上記
超電導匡体に対する駆動力を得る駆動力発生手段と、こ
の駆動力発生手段による駆動力によって移動している上
記超電導匡体の先端部の平均的磁場が後端部より大きく
なるようにコイルへの通電励磁を制御し上記超電導匡体
に対する制動力を得る制動力発生手段と、上記駆動力発
生手段及び制動力発生手段により位置が制御される上記
超電導匡体の先端部及び後端部の位置を検出する超電導
匡体位置検出手段とを具備して構成するものである。

〔作用〕

可動部分を超電導匡体により構成することにより、こ
の部分への電気的結線の必要なしに駆動力、制動力等を
得ることができるので、構造が簡単で信頼性が高い輸送
システムとすることができる。

〔発明の第１実施例〕以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
第１図はこの発明の第１実施例に係る電磁式輸送システ
ムの構成概念を示す断面図である。

同図に示すように、内径Ｄ、長さＬのｎ個の環状コイ
ル1₁,1₂…1_nを同心状に、コイル間隔ａを有して連続的
に配置し、このコイルの中央空隙部に、外径ｄ、長さｌ
の超電導匡体２を、無理なく移動できる程度のクリアラ
ンスを有して同心状に配設する。そして超電導匡体２の内部
には、所望の被輸送物が載荷される。

ここで、コイル、及び超電導匡体２の寸法Ｌ、ｌの関
係はｌ＞Ｌとし、コイル間隔ａは制御性の良い滑らかな
動作を得るために、極力小さくする。

次に上記実施例の動作を第２図から第８図までを参照
して、初期位置から輸送目的位置への移動を例にとり、
この動作を説明する。ここでは簡単化のためにｌ＜2L＋
ａの場合について説明する。ただし、ｌ＜2L＋ａの場合
には、コイルを複数個組み合せて制御すればよく、セッ
トの組み方が異なるだけで、原理的には同じである。

上記電磁式輸送システムの運転時には、超電導匡体２
は臨界温度（T_e）以下に保持され、超電導状態におかれ
る。すなわち、臨界温度以下の雰囲気環境下に設置され
使用されるか、または冷媒にて冷却され使用される。た
だし図中にはこの場合の冷却手段等は図示していない。

第２図は初期位置で超電導匡体２を停止・保持してい
る場合の通電・磁場（磁力線）の状態を模式的に示して
いる。コイル1₁とコイル1₂に図中の記号で示す方向に、等しい電流I₀を通電することにより、図
中実線矢印で示すような磁力線分布が得られる。すなわ
ち、コイル1₁,1₂の励磁により発生した磁力線は、超電
導体に特有のマイスナー効果により、超電導匡体２の内
部には侵入できず、周囲のクリアランスの部分へ集中
し、反対面側へ流出し、ターンを形成する。この初期状
態では、超電導匡体２は２個のコイル1₁,1₂の中央空隙
の長手方向内側に完全に収納されている状態なので、超
電導匡体２の先端側、後端側の平均的磁場（磁束密度）
B_F,B_Bは共にコイル元来の発生磁場B₀に概ね等しい値と
なっている。すなわち、B_F＝B_B＝B₀の関係にある。従っ
て、超電導匡体２が磁場から受ける反発力は、正方向・
逆方向共に等しく、初期位置にてそのまま停止・保持さ
れる。即ち、駆動力Ｆは以下のようになる。

但し、Ａ＝πd²,μ_０は真空の透磁率である。

尚、輸送システムとして実用する場合に、安定性、機
構重畳性の観点から、停止・保持金具等を併用すること
も可能である。

またコイルへ通電することによって発生したクリアラ
ンス部分に集中した磁場により、超電導匡体２は半径方
向で、かつ軸心に向いた反発作用（浮上反力と称す）を
受けるので、コイル内面側に無接触で保持される。（但
し、実際には超電導匡体２の重量の効果だけ平衡位置は
ずれる。）次に第３図に、正方向駆動開始状態を示す。超電導匡
体２を駆動させる際には、コイル1₂の励磁を止め、コイ
ル1₁のみが励磁（電流I₀）される。この時、図に模式的
に示すように、超電導匡体２の後端側の平均的磁場B_Bは
概ねB₀に等しいのに対し、先端側では、前述のｌ＞Ｌの
長さ関係に基き、磁力線がターンを開始しており、そこ
での平均的磁場B_FはB₀よりかなり小さい値となる。即
ち、この場合、B_F＜B_Bの関係にある。

従って超電導匡体２が磁場との反発により受ける力Ｆ
は正方向に、となる。

このような駆動力により、超電導匡体２が正方向に移
動し、その先端がコイル1₂の領域を抜け出る時点を第４
図に示す。この時点を別途設けた検出装置（図示せず）
により検出し、コイル1₂に通電・励磁する。ここでは説
明の簡単化のため、電流はコイル1₁と同じ値I₀とする。
第４図はこの通電励磁を始めた状態を模式的に示したも
のである。

ここでは、超電導匡体２の先端がコイル1₂の領域を抜
け出る時点にコイル1₂を励磁開始させているのが、超電
導匡体２の先端側の磁場が後端側の磁場より小さくなる
明確な位置として設定したもので、厳密に磁場計測をし
ながら制御する方法、または段階的に増量通電する方法
等を採用する場合には必ずしもこの位置より励磁の開始
を行なう必要はない。これ以降についても同様である。

こうしてコイル1₂の励磁により、正方向への移動が継
続され、超電導匡体２の後端がコイル1₂の領域に入る時
点の状態を第５図に示している。超電導匡体２がこの時
点に達すると、別途設けた検出装置（図示せず）により
これを検出し、コイル1₁の通電を停止する。この通電停
止直後の磁場の状態はコイルと超電導匡体２の寸法の関
係ｌ＞Ｌより、超電導匡体２の先端側と後端側の磁場
B_F,B_Bは、B_F＜B_Bの関係となる。従って超電導匡体２は
正方向にの力を受け、正方向への移動が継続される。

このようにして、上記同様の操用を、コイル1₁コイル
1₂、コイル1₃…と順次操作を重ねてゆくことにより、超
電導匡体２は次々と正方向への移動を続ける。

次に上記正方向駆動操作により超電導匡体２が輸送目
的位置に達し、これを停止させる場合について第６図か
ら第８図までを参照して説明する。超電導匡体２の停止
は、停止操作開始直前の正方向駆動力の大きさ、慣性力
の値によって、種々の方式が考えうるが、原理的には超
電導匡体２の先端側の磁場を後端側の磁場より高くする
ことにより、磁場による反発力を逆方向に作用させて停
止させる。

第６図において、正方向に対する制動力は、超電導匡
体２がコイル1_nの領域へ到達する以前に、コイル1_nに電
流I_Lを通電することにより得ることができる。また、コ
イル1_n-1には超電導匡体２の先端が、コイル1_n-1の領域
を抜け出る時点で、電流I_S（０I_S＜I₀）を通電させ
る。ただし超電導匡体２の慣性力の大小によりI_Sの大小
が設定される。

次に第７図に示すように超電導匡体２の後端がコイル
1_n-1の領域へ入った時点で、コイル1_n-2の通電をやめ
る。さらに、コイル1_nによる制動力（＝逆方向駆動力）
の大きさとのバランスを考慮しコイル1_n-1に流れる電流
I_Sとコイル1_nに流れる電流I_Lを制御してゆく。

そして第８図に示すようにコイル1_n-1,1_nの領域に完
全に収納された状態で、正方向・逆方向の慣性力を零と
する。またコイル1_n-1,1_nの電流をI₀として超電導匡体
２が磁場から受ける反発力を正方向、逆方向共に等しく
し停止・保持の状態にする。この時、初期状態と同様、
停止・保持金具等を併用することも可能である。

また超電導匡体２に働く慣性力が大きな場合、または
ゆるやかな停止を求める場合等には、制動力を得るため
のコイル1_nに相当するものを多数個設けて、通電電流を
段階的に設定することによって制御することができる。

尚、上記実施例においては、コイルに通電する電流を
単純化して、超電導匡体２の移動動作の説明を行なった
が、実際には、常時適正な浮上反力を得る目的で、超電
導匡体２が存在する領域のコイルには、すべてに電流I_j
を重畳させることが適している。

ここで、超電導匡体２の先端、後端がコイル領域を抜
け出る、または領域に入る時点を検出する方法の一具体
例を第９図、及び第10図に示す。第９図、及び第10図に
示すように各コイルの両端部の内面側に磁場検知素子4
_i1,4_i2を設置する。

まず第９図には超電導匡体２の先端がコイル1_i領域を
抜け出る時点の状態を左半分に、その直前の状態を右半
分に示している。超電導匡体２を駆動させる際には、超
電導匡体２が存在する領域の各コイルにI_j、またはI₀＋
I_jの電流が通電されており、それぞれ所定の磁場が発生
している。矢印実線、矢印一点鎖線はこの場合のそれぞ
れの磁力線の分布を模式的に示すものである。超電導匡
体２がコイル領域を抜け出る時点ではこの直前の磁場か
ら急に立ち上った大きな磁場が発生している。この過渡
状態を先端側の磁場検知素子4_i2により検出することに
より超電導匡体２の到達時点を検出できる。

また第10図には超電導匡体２の後端がコイル1_i領域に
入る時点を左半分に、その直後の状態を右半分に示して
いる。図中左側に示すように、超電導匡体２がコイル領
域に入ってくる時点までは集中して大きな磁場であった
ものが、コイル領域に入ると急速に小さくなっている。
この過渡状態を後端側の磁場検出素子4_i1により検出す
ることにより、超電導匡体２の侵入時点を検出できる。

このように磁場の変化を各コイル１の両端部に設けら
れた磁場検知素子4_i1,4_i2により検出し、超電導匡体２
の通過を検知することができる。この超電導匡体２の位
置検出によりコイル１への通電制御のタイミングが計ら
れる。

このようにして被輸送物が載荷された超電導匡体２
を、コイル１への通電のみにより輸送目的位置まで送る
ことができる。

また、逆方向移動については、上記説明した正方向へ
の移動操作を、逆向きの手順で行なえば全く同じ要領で
行なうことができる。

〔発明の第２実施例〕以下、この発明の第２実施例について説明する。上記
説明した第１実施例ではコイル１、及び超電導匡体２の
寸法の関係をｌ＜2L＋ａの場合を説明したが、ここでは
超電導匡体が長い場合、例えばmL＋ａ＜ｌ＜（ｍ＋１）
Ｌ＋ａ（ｍ＝2,3,…）の場合について説明する。まず超
電導匡体２の駆動前の初期状態では、コイル1₁〜コイル
1_m+1に等しい電流I₀が通電される。これにより超電導匡
体２の先端側、後端側の平均的磁場は、ほぼ等しい値と
なっているため駆動力は発生せず、初期位置に停止・保
持される。なお、この超電導匡体２が長い場合であって
も、マイスナー効果による反発作用により、浮上反力を
受けるのは上記第１実施例の場合と同様である。

次に、正方向駆動開始の際にはコイル1_m+1への通電が
停止される。すなわちコイル1₁〜コイル1_mに電流I₀が通
電されている状態となる。このために超電導匡体２の先
端側の手前で磁力線がターンを形成し、このために先端
側の平均的磁場B_Fは後端側の磁場B_Bより小さい値とな
る。すなわちB_F＜B_Bの関係となり正方向への駆動力が発
生する。こうして超電導匡体２が正方向に移動し、この
先端がコイル1_m+1の領域を抜け出る時、コイル1_m+1にも
電流I₀を通電し、コイル1₁〜コイル1_m+1が通電状態とな
るようにする。さらに、超電導匡体２が移動しこの後端
がコイル1₂の領域に入る時、コイル1₁への通電を停止
し、コイル1₂〜コイル1_m+1に電流I₀を通電している状態
とする。このように正方向への駆動力を常に発生するよ
うにコイル１への通電操作を順次繰上げることにより超
電導匡体２を移動させることができる。

次に、上記正方向駆動操作により超電導匡体２が輸送
目的位置に達した際に、これを停止させる場合を説明す
る。超電導匡体２の先端がコイル1_nに到達する以前に、
コイル1_nに電流I_Lを通電し、制動力を準備する。そし
て、先端がコイル1_n-1の領域を抜け出る時、コイル1_n-1
に電流I_Sを通電する。この時コイル1_nにはI_L、コイル1
_n-1にはI_S、コイル1_n-2〜コイル1_n-2-mにはI₀がそれぞ
れ通電されている。この場合も第１実施例同様に超電導
匡体２の慣性力の大小により電流I_Sが設定される。こう
して、超電導匡体２の後端がコイル1_n-1-mの領域に入っ
た時に、コイル1_n-2-mへの通電を停止する。また、この
時コイル1_n-1の電流I_S、コイル1_nの電流I_Lを制御し、正
方向駆動力（慣性力）とのバランスをとる。こうして超
電導匡体２は制動力を受けながらコイル1_n-1-m〜コイル
1_nの内領域に収納される。そして、コイル1_n-1-m〜コイ
ル1_nの電流がI₀とされ、超電導匡体２は停止・保持され
る。

このように超電導匡体２の寸法がコイル１より長い場
合であっても、第１実施例同様に超電導匡体２の移動制
御を行うことができる。

〔発明の第３実施例〕次にこの発明の第３実施例について説明する。同実施
例は上記第１実施例の電磁式輸送システムを縦方向に用
いて微小重力実験システムとして構成したものである。
第11図（ａ）に示すように上記微小重力実験システム
は、例えば地中100m〜1000mの深さに埋め込んで使用さ
れる。第11図（ｂ）は、この微小重力実験システムの構
成を示す断面図を示している。同図に示すように微小重
力実験システムはこの発明による電磁式輸送システムを
縦方向に配列し、システム全体を筒体５によって覆い、
蓋６により密閉して筒体５内部を真空状態となるように
構成したものである。

上記のような構成による微小重力実験システムにおい
て微小重力実験を行なう場合、全コイル1₁〜1_nに比較的
小さな電流が流される。これにより、超電導匡体２がコ
イル1₁〜1_nに接触しないように反力が得られる。この無
接触効果を得ている状態で超電導匡体２を自由落下させ
る。

この超電導匡体２を停止させる際には上方向への駆動
力、つまり制動力を得ることにより軟停止させる。この
場合、最下部から少数個のコイル１へ通電励磁し、超電
導匡体２への制動力を制御することによって軟停止させ
る。

また、超電導匡体２の地上への回収は、上方への駆動
力を得るようにコイルの通電を制御することにより可能
である。

このように上記微小重力実験システムでは、真空中を
無接触で自由落下させることができ、またコイル１への
通電制御により軟停止させることができる。さらに超電
導匡体２の回収も通電制御により簡単に行なうことがで
きたため、実験の繰返しも容易となる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、同心状に連続的に配
置された複数のコイルの中央空隙部分に、所定のクリア
ランスを有して配設された超電導匡体を、各コイルへの
通電制御により発生した駆動力、制動力、浮上反力で位
置の制御が可能なので、システムの制御性が優れ、また
可動部が超電導匡体のみであることから故障確率が小さ
く信頼性が高く、さらに超電導匡体が通過している近傍
のみのコイル通電で良いので省エネルギ効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係わる電磁式輸送シス
テムの構成を示す断面図、第２図乃至第８図は同実施例
の動作を説明するための図、第９図及び第10図は超電導
匡体の通過時点を検知する装置の原理概念を示す図、第
11図はこの発明の第３実施例に係わる微小重力実験シス
テムの構成を示す断面図である。１……コイル、２……超電導匡体、４……磁場検知素
子、５……筒体、６……蓋。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のコイルを同心状に連続的に配置し、
該コイルの中央空隙部分に所定のクリアランスをもって
超電導匡体を配置し、該超電導匡体の後端部の平均的磁
場が先端部より大きくなるように上記コイルへの通電を
選択して上記超電導匡体を駆動させ、上記超電導匡体の
先端部の平均的磁場が後端部より大きくなるように上記
コイルへの通電を選択して上記超電導匡体を制動させる
ことを特徴とする電磁式輸送方法。