JP2619581B2 - 磁気浮上列車用超電導磁石構造体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現在、実用化を目指し
て開発中の超電導磁石を用いた磁気浮上列車に係り、超
電導磁石の振動を低減するための超電導磁石の支持方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気浮上列車における低振動構造
に関しては、乗り心地などを良くするために車両に生じ
る振動を低減するものは出願されている。しかし、超電
導磁石構造そのものにおける低振動化に関しては十分考
慮されているとは言い難い。しかし以下の理由により超
電導磁石の低振動化を考えることが必要不可欠である。

【０００３】磁気浮上列車は、図１０および図１１のよ
うに車体１０に超電導磁石４とこれを収納した外槽６を
備え地上に設けられた推進コイル８と浮上コイル７によ
って推進及び浮上する。尚、符号９は台車台枠である。
この原理を簡単に説明する。

【０００４】磁気浮上列車はリニアシンクロナスモ−タ
の原理で推進する。すなわち例えば車体が図１２のＡの
位置にいるときには地上の推進コイル８には実線の矢印
の方向に電流を流しておく。このとき車体１０はフレミ
ングの左手の法則に従ってこの図の矢印の方向の力を受
けて推進する。

【０００５】次に車体１０がＢの位置にきたときは破線
の方向に電流を流す。つまりこの図における真中のコイ
ルに関しては電流を流す方向を切り替えることになる。
すると今度も車体１０はこの図の矢印の方向に力を受け
同方向に進行する。この繰返しによって車体は同方向に
進行し続けることが出来る。これが推進原理である。

【０００６】次に浮上の原理を説明する。車体がここで
述べた原理で走行すると図１３のように地上に設置され
た浮上コイル７に誘導電流が発生する。誘導電流は車体
１０に取付けられた超電導磁石４が作る磁界を打ち消す
方向に流れる。このため磁気反発力が生じて車体を浮上
させる。これが浮上の原理である。

【０００７】ここまでに述べたように超電導磁気浮上列
車は地上に設置された地上コイルと超電導磁石が作る磁
気力によって浮上走行する。地上コイルはＮ極とＳ極が
交代で変化していくので地上コイル上を移動していく超
電導磁石はこのＮ極とＳ極の切り替えによって生じる変
動磁場を受ける。

【０００８】このため超電導磁石を納める外槽には２次
電流が誘導される。この誘導電流と超電導磁石の磁界が
フレミングの法則により電磁力を発生させる。この電磁
力が原因となって超電導磁石に振動を発生させる。超電
導磁石は極低温（ヘリウム温度の絶対４度）に保たれる
必要があるので発熱等の原因となり得る振動を抑えるこ
とが重要である。そこで超電導磁気浮上列車においては
超電導磁石構造そのものに対する低振動構造を考える必
要がある。

【０００９】尚、この種の従来技術としては例えば特開
昭５５−８７０００号公報記載の技術等がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で超電導磁石そのものについての防振対策について考え
られた発明は少なく、低振動化に関する対策は必ずしも
充分ではなかった。特に列車は一定速度で走行する時間
が多いが、一定速度で走行した場合には、走行速度と地
上の浮上用コイルの接地間隔から決まる振動数を基本と
する電磁加振力を受けることになる。また、地上コイル
は等間隔に離散的に設置されるので上で述べた基本振動
数のほかにそれの高調波成分の振動数も受け複雑に振動
する。このため走行中の振動を低減する機構を考える必
要がある。

【００１１】本発明の目的は超電導磁石を用いた磁気浮
上列車が走行中に電磁加振力を受け続け、大きく振動し
たような場合に超電導磁石の共振を避け、超電導磁石の
発熱等を防止する手段を与えることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は超電導磁石を高剛性に支持する構造を設け
たものである。

【００１３】すなわち、本発明の磁気浮上列車用超電導
磁石構造体は、レーストラック形状の超電導磁石、レー
ストラック形状をして前記超電導磁石を冷却するための
ヘリウムを充填する内槽、この内槽を断熱するための輻
射シ−ルド板およびこれらを真空状態に保つための外槽
を備えてなる超電導磁石構造体において、超電導磁石を
前記外槽に支持するための支持手段を、レーストラック
形状をした前記内槽の２つの直線部中央に、３軸方向に
大きな剛性をもつ荷重支持体を設け、この荷重支持体の
他に、前記内槽のレーストラック面外方向、及び／また
はこの方向と前記直線部に沿う方向とに垂直な方向につ
いて、１軸方向に高い剛性を有する荷重支持体で前記内
槽を支持するように構成したものである。

【００１４】また、本発明の磁気浮上列車用超電導磁石
構造体は、レーストラック形状の超電導磁石、レースト
ラック形状をして前記超電導磁石を冷却するためのヘリ
ウムを充填する内槽、この内槽を断熱するための輻射シ
−ルド板およびこれらを真空状態に保つための外槽を備
えてなる超電導磁石構造体において、超電導磁石を前記
外槽に支持するための支持手段を、レーストラック形状
をした前記内槽の中央部に３軸方向に大きな剛性をもつ
荷重支持体を設け、この荷重支持体の他に、前記内槽の
レーストラック面外方向、及び／またはこの方向と前記
直線部に沿う方向とに垂直な方向について、１軸方向に
高い剛性を有する荷重支持体で前記内槽を支持するよう
に構成したものである。

【００１５】望ましくは次のいずれかの態様が好まし
い。

【００１６】（１）３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体と、この他に１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持
体を少なくとも１個設け、３軸方向に大きな剛性を持つ
荷重支持体だけでは不十分な剛性を補う構造とする。

【００１７】（２）１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体として超電導磁石面外方向に大きな剛性を持つも
の、またはレ−ストラック形状の超電導磁石直線部と直
角の面内方向に大きな剛性を持つもの、あるいはその両
方を用いる。

【００１８】（３）３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体は、超電導磁石を覆う内槽表面のいづれかの場所に
設けられ、内槽を直接支持する構造とする。

【００１９】（４）１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体は、超電導磁石を覆う内槽表面のいづれかの場所に
設けられ、内槽を直接支持する構造とする。

【００２０】（５）３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体は、レ−ストラック形状をした超電導磁石を覆う内
槽表面の直線部に設けられ内槽を直接支持する構造とす
る。

【００２１】（６）上で述べた３種類の異なる荷重支持
体を、超電導磁石の持つ並進モ−ドおよび回転モ−ドを
抑える位置に適正に設けるものである。すなわちレ−ス
トラック形状をした超電導磁石を覆う内槽の直線部の中
央に３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体、コ−ナ−
部に、超電導磁石の面外の１軸方向に大きな剛性を持つ
荷重支持体、また円弧部の両端に、超電導磁石直線部と
直角の面内の１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体を
設け、超電導磁石の並進およびロ−リング、ヨ−イン
グ、ピッチングの振動モ−ドが生じにくくなるような構
造とする。

【００２２】（７）３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体はレ−ストラック形状をした超電導磁石を覆う内槽
の中央部付近に設けられ内槽を直接支持する構造とす
る。

【００２３】（８）超電導磁石面外の１軸方向に大きな
剛性を持つ荷重支持体を、レ−ストラック形状をした超
電導磁石を覆う内槽表面に、超電導磁石の曲げやねじり
の振動モ−ドが生じにくいように、短いスパンで多数設
け、内槽を直接支持する構造とする。

【００２４】

【作用】上記構成によれば、超電導磁石の並進およびロ
−リング、ヨ−イング、ピッチングのそれぞれのモ−ド
を生じにくくすることができ、限られた剛性の範囲内で
最も剛的に超電導磁石支持することができるので、外力
を受けた場合などに超電導磁石が共振しにくくなる。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を図１から図５および図１４
を用いて説明する。

【００２６】超電導磁石４は液体ヘリウムで満たされた
内槽と称される容器５に挿入されている。液体ヘリウム
によって内槽５の中は絶対温度４度に保たれている。内
槽５は輻射シ−ルド板（図示せず）に包まれておりこれ
は窒素によって絶対温度８０度に保たれている。この輻
射シ−ルド板はさらに外槽６に収まっていて外槽６の中
は断熱のために真空に保たれている。なお外槽６の中に
は通常複数個の輻射シ−ルド板が設けられている。

【００２７】超電導磁石を支持及び固定するための部材
が荷重支持体１、２、３である。これらの荷重支持体に
よって、超電導磁石４を収めた内槽４は外槽６に支持及
び固定されている。

【００２８】本発明の第１実施例は、適正な剛性の荷重
支持体を、図１のように配置するものである。すなわ
ち、超電導磁石４の荷重を支えるため、３軸方向に大き
な剛性を持つ荷重支持体１をレ−ストラック形状をした
超電導磁石を納める内槽５の直線部の中央に配置する。

【００２９】また３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持
体１では十分抑えきれていないモ−ドを抑えるために、
レ−ストラック形状の超電導磁石４の直線部と直角の面
内の１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体２（すなわ
ち超電導磁石面内の１軸方向に大きな剛性を持つ）を、
超電導磁石を納める内槽５の円弧部に、さらに超電導磁
石面外の１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体３を、
超電導磁石を納める内槽５のコ−ナ−部に設けるもので
ある。荷重支持体全体の剛性は超電導磁石に侵入が許さ
れる熱量の制限内である。

【００３０】ここで３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体および１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体につ
いて図６から図９を用いて説明する。まず、３軸方向に
大きな剛性を持つ荷重支持体は図６のように直径の異な
る円筒の部材１１（例えばＦＲＰ製）を多重に同心円状
に組み合わせたものである。円筒の部材であるから、円
筒の長手方向には断面係数とヤング率から決まる剛性を
持つ。また、これを多重に同心円状に重ねているので円
筒の直径方向にも大きな剛性が確保される。材料として
は剛性が高く断熱効果も高いＦＲＰを用いる。

【００３１】一方、１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体は図７のような断面形状が円の棒上の部材（円柱部
材）である。この部材も長手方向には断面係数とヤング
率から決まる大きな剛性を持つ。この棒は１軸方向（長
手方向）だけに大きな剛性を持てば良いので、長手方向
に必要な剛性が確保される範囲内でできるだけ細いもの
が望ましい。材質はやはり剛性が高く断熱性も高いＦＲ
Ｐを用いる。

【００３２】この棒上の部材を超電導磁石面内の１軸方
向に大きな剛性を持つ荷重支持体として用いる場合は図
８のようにこの部材で超電導磁石４の内槽５を水平に支
持するようにする。一方この部材を超電導磁石面外の１
軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体として用いる場合
は図９に示すようにこの部材で超電導磁石４の内槽５を
垂直に支持するようにする。

【００３３】本発明の第２実施例は、適正な剛性の荷重
支持体１、２、３を図２のように配置するものである。
すなわち、超電導磁石４の荷重を支えるため、３軸方向
に大きな剛性を持つ荷重支持体１をレ−ストラック形状
をした超電導磁石を納める内槽５の直線部の中央に配置
する。

【００３４】また３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持
体１では十分抑えきれていないモ−ドを抑えるために超
電導磁石４の面外の１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体３および超電導磁石の直線部と直角の面内の１軸方
向に大きな剛性を持つ荷重支持体２をレ−ストラック形
状をした超電導磁石４を納める内槽５の円弧部の両端に
設けるものである。荷重支持体全体の剛性はやはり超電
導磁石に侵入が許される熱量の制限内である。

【００３５】本発明の第３実施例は、適正な剛性の荷重
支持体１、２、３を図３のように配置する。すなわち、
超電導磁石４の荷重を支えるため３軸方向に大きな剛性
を持つ荷重支持体１をレ−ストラック形状をした超電導
磁石を納める内槽５の中央部付近に配置する。

【００３６】また３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持
体１では十分抑えきれていないモ−ドを抑えるために超
電導磁石４の面外の１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体３をレ−ストラック形状をした超電導磁石４を納め
る内槽５の直線部に、および超電導磁石の直線部と直角
の面内の１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体２を内
槽５の円弧部の両端に設けるものである。荷重支持体全
体の剛性はやはり超電導磁石に侵入が許される熱量の制
限内である。

【００３７】本発明の第４実施例は適正な剛性の荷重支
持体１、２、３を図４のように配置するものである。ま
ず、超電導磁石４の荷重を支えるため３軸方向に大きな
剛性を持つ荷重支持体３をレ−ストラック形状をした超
電導磁石４を納める内槽５の直線部の中央に２個配置す
る。次に荷重支持体の剛性では十分抑えきれていないモ
−ドを抑えるために超電導磁石の面外の１軸方向に大き
な剛性を持つ荷重支持体３をレ−ストラック形状をした
超電導磁石４を納める内槽５のコ−ナ−部に、さらに超
電導磁石４の直線部と直角の面内の１軸方向にのみ大き
な剛性を持つ荷重支持体２を超電導磁石４を納める内槽
５の円弧部と直線部の境界の部分に設けるものである。
荷重支持体全体の剛性は超電導磁石に侵入が許される制
限内であることは同様である。

【００３８】本発明の第５実施例は、適正な剛性の荷重
支持体１、２、３を図５のように配置するものである。
すなわち、３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体１お
よび超電導磁石面内方向に大きな剛性を持つ荷重支持体
２については本発明の第一実施例（図１）と同じ位置に
設ける。そして超電導磁石面外方向に大きな剛性を持つ
荷重支持体３は内槽５のコ−ナ−部に、許容される熱侵
入の範囲内で数多く設けるものである。

【００３９】本発明の第６実施例は、適正な剛性の荷重
支持体１、２、３を図１４のように配置するものであ
る。すなわち、３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体
１および超電導磁石面内方向に大きな剛性を持つ荷重支
持体２については本発明の第一実施例（図１）と同じ位
置に設ける。そして超電導磁石面外方向に大きな剛性を
持つ荷重支持体３は内槽５に、超電導磁石の曲げやねじ
りなどの局部変形が生じにくいように、短いスパンで数
多く設けるものである。

【００４０】この超電導磁石面外の１軸方向に大きな剛
性を持つ荷重支持体３は、超電導磁石の曲げやねじりの
振動モ−ドの腹の位置に設けるのが良い。荷重支持体全
体の剛性はやはり超電導磁石に侵入が許容される制限内
である。

【００４１】また、第３実施例においては、超電導磁石
面外の１軸方向に剛性を持つ荷重支持体３は、レ−スト
ラック形状をした超電導磁石を納める内槽５の直線部の
ほかにコ−ナ−部にも設けても良い。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、超電導磁石を、与えら
れた剛性の荷重支持体を用いた範囲内で、最も高剛性
に、すなわち超電導磁石の固有振動数が最も高くなるよ
うに支持することができるので、超電導磁石の共振回避
に役立ち低振動化に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の超電導磁石の支持位置で
ある。

【図２】本発明の第２実施例の超電導磁石の支持位置で
ある。

【図３】本発明の第３実施例の超電導磁石の支持位置で
ある。

【図４】本発明の第４実施例の超電導磁石の支持位置で
ある。

【図５】本発明の第５実施例の超電導磁石の支持位置で
ある。

【図６】３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体の説明
図である。

【図７】１軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体に用い
る部材の説明図である。

【図８】超電導磁石の面内方向を支持する場合の説明図
である。

【図９】超電導磁石の面外方向を支持する場合の説明図
である。

【図１０】磁気浮上列車システムの構造を表す正面図で
ある。

【図１１】磁気浮上列車システムの構造を表す側面図で
ある。

【図１２】磁気浮上列車の推進原理を表す説明図であ
る。

【図１３】磁気浮上列車の浮上原理を表す説明図であ
る。

【図１４】本発明の第６実施例の超電導磁石の支持位置
の説明図である。

【符号の説明】

１…３軸方向に大きな剛性を持つ荷重支持体、２…超電
導磁石の面内方向の１軸に大きな剛性を持つ荷重支持
体、３…超電導磁石の面外方向の１軸に大きな剛性を持
つ荷重支持体、４…超電導磁石、５…内槽、６…外槽、
７…浮上コイル、８…推進コイル、９…台車台枠、１０
…車体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 基八郎 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 平田 東助 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 園部 正 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社 日立製作所 内 (72)発明者 滝沢 照広 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社 日立製作所 内 (72)発明者 鈴木 史男 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社 日立製作所 内 (72)発明者 後藤 文彦 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−2251（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−35385（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーストラック形状の超電導磁石、レース
   トラック形状をして前記超電導磁石を冷却するためのヘ
   リウムを充填する内槽、この内槽を断熱するための輻射
   シ−ルド板およびこれらを真空状態に保つための外槽を
   備えてなる超電導磁石構造体において、 超電導磁石を前記外槽に支持するための支持手段を、レ
   ーストラック形状をした前記内槽の２つの直線部中央
   に、３軸方向に大きな剛性をもつ荷重支持体を設け、こ
   の荷重支持体の他に、前記内槽のレーストラック面外方
   向、及び／またはこの方向と前記直線部に沿う方向とに
   垂直な方向について、１軸方向に高い剛性を有する荷重
   支持体で前記内槽を支持するように構成したことを特徴
   とする磁気浮上列車用超電導磁石構造体。
2. 【請求項２】請求項１において、超電導磁石を外槽に支
   持するための前記支持手段は、１軸方向に高い剛性を有
   する荷重支持体を、レーストラック形状をした内槽のコ
   ーナー部に内槽のレーストラック面外方向を抑えるよう
   に配置し、レーストラック形状をした内槽の円弧部中央
   にレーストラック面外方向と前記直線部に沿う方向とに
   垂直な方向を抑えるように配置したことを特徴とする磁
   気浮上列車用超電導磁石構造体。
3. 【請求項３】レーストラック形状の超電導磁石、レース
   トラック形状をして前記超電導磁石を冷却するためのヘ
   リウムを充填する内槽、この内槽を断熱するための輻射
   シ−ルド板およびこれらを真空状態に保つための外槽を
   備えてなる超電導磁石構造体において、 超電導磁石を前記外槽に支持するための支持手段を、レ
   ーストラック形状をした前記内槽の中央部に３軸方向に
   大きな剛性をもつ荷重支持体を設け、この荷重支持体の
   他に、前記内槽のレーストラック面外方向、及び／また
   はこの方向と前記直線部に沿う方向とに垂直な方向につ
   いて、１軸方向に高い剛性を有する荷重支持体で前記内
   槽を支持するように構成したことを特徴とする磁気浮上
   列車用超 電導磁石構造体。