JP3000771B2

JP3000771B2 - 磁気浮上式走行体とその走行安定方法

Info

Publication number: JP3000771B2
Application number: JP3338142A
Authority: JP
Inventors: 博青山; 敏雄服部; 東助平田; 茂坂本; 由美子関
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 2000-01-17
Anticipated expiration: 2015-01-17
Also published as: JPH05176413A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気浮上式走行体とその
走行安定方法に係り、特に鉄道車両の内磁石の反発力を
利用して車体を浮上させる磁気浮上列車に好適な走行体
とその走行安定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁石の反発力を利用して車体を浮上させ
る磁気浮上列車では、車体の両側に浮上力及び推進案内
力を受ける電磁コイルが取り付けられる。地上のガイド
ウェイには浮上用，推進案内用コイルが離散的に配置さ
れているため、車体が受ける浮上力及び推進案内力は振
動的なものになる。特に、車体の横揺れ（ヨーイング）
に関しては、これといった対策は講じられてはいない。

【０００３】磁気浮上列車の走行時の安定性を保つ手段
としては、特開昭54−136018号公報に記載の例がある。
この例の構成は、浮上車両の先頭部に水平翼を取り付
け、その舵角を走行速度に応じて調整することにより車
両の走行安定姿勢を制御するものである。

【０００４】更に磁気浮上列車の横揺れ防止策として、
車体の頂上に対称翼板を配置し、この翼板を回転操作し
て横揺れ方向と逆方向の水平方向横力（空気力）を作用
せしめ、振動抑制力となる例がある（実開昭61−159803
号公報参照）。

【０００５】また磁気利用でなく翼の揚力にて車体を浮
上させる航空機に類似した構成の提案もある（Aero−tr
ain）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水平翼
を設けた従来技術には水平翼の舵角を調整してもそれは
車体の上下動（ピッチング）を安定させることにはなる
が、車体の横揺れには何の効果も示さないという問題が
あった。

【０００７】また、翼を車体の高い位置に取り付けるこ
とは、横風や突風などの影響を受け易く、翼があること
がかえって走行安定性を妨げる恐れがある。しかもトン
ネル内，駅或いは基地において大きく張り出した翼体は
走行上或いは建築上の障害になる。

【０００８】Aero−train は翼体が水平に限定され、こ
の翼体は揚力発生のための機能しかなく、横揺れに対す
る抑制効果は何等生み出せない。

【０００９】本発明の第１の目的は、車体のヨーイング
にも効果を奏すような走行安定装置を提供することにあ
る。

【００１０】本発明の第２の目的は、連結された各車両
の走行安定性を確保するための装置を提供することにあ
る。

【００１１】本発明の第３の目的は、横風や突風の影響
を受けにくく、トンネル内や駅構内などで邪魔にならな
い走行安定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体に取り付
けたコイルに電流を流して磁場を発生させ、このコイル
とガイドウェイ（軌道）上に設置したコイルとの間に反
発力を発生させることにより車体を浮上させる磁気浮上
式走行体に関するものであり、以下の各特徴を備える。

【００１３】(1）車体外表面の空気の流れを整流する装
置をガイドウェイ側壁の上端（高さのこと。以下同じ）
より低い車体外表面に取り付けること。

【００１４】(2）車体外表面でかつガイドウェイ側壁の
上端より低い位置に走行体運行に無関係の凸部及び／ま
たは凹部を形成すること。

【００１５】(3）車体外表面でかつガイドウェイ側壁の
上端より低い位置に凸部を形成すると共に、この凸部と
間隙をもって嵌合するようにガイドウェイ内側には溝を
形成する。

【００１６】(4）車体外表面の空気の流れを整流する装
置を車体の外表面または車体外表面とこれに対向するガ
イドウェイ内側の双方に形成し、この整流装置の動作を
車体以外からの通信手段にて制御すること。

【００１７】(5）上記各整流装置或いは凸部及び／また
は凹部は、車体外表面の空気の流れを一方向に揃える機
能を有する。

【００１８】(6）上記各整流装置或いは凸部及び／また
は凹部は、走行安定性に直接は寄与（関与）しない。

【００１９】(7）上記凹部は溝であり、特に好ましくは
複数本の溝である。

【００２０】(8）上記各整流装置或いは凸部及び／また
は凹部が車体に格納され得るよう、車体に格納庫を備え
る。

【００２１】(9）上記凸部は車体の下方に略垂直に配置
される。尚、更に望ましくは、翼の複数配置，各車体毎
の整流装置の設置，車体外表面の空気流を任意に変え得
る機構、等が挙げられる。

【００２２】

【作用】本発明によればガイドウェイ内側によどんでい
る空気の中で整流装置が動作する。そして走行体が走行
中に整流装置によって車体外表面に流れる空気から力を
受け、車体の姿勢が変化するように作用する。

【００２３】翼などの凸部に発生する流体力、或いは凹
部に発生する規則的な空気の渦で車体にある方向の力が
加わるように作用する。

【００２４】凸部乃至整流装置を介して車体に加わる流
体力は連結された各車両毎に作用させ得る。また走行体
に作用させる力を翼の舵角を変化させることで変え得
る。

【００２５】格納庫に凸部乃至整流装置（一部も含む）
を格納できれば、カーブ走行時、トンネル突入時等任意
に流体力を受けないように作用する。

【００２６】整流装置の動作は外部からの通信手段を介
して制御なし得る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を
参照して説明する。

【００２８】（第１実施例）本発明の第１の実施例を図
１，図２を用いて説明する。

【００２９】複数車両連結された車体１には、各車両の
前部，後部に超電導磁石２が台車３を介して取り付けら
れている。ガイドウェイ４には、浮上用コイル５，推進
案内用コイル５，推進案内用コイル６、及びそれらをつ
なぐ送電ケーブル７が設けられている。

【００３０】車体１の前部，後部には翼８が上下左右に
取り付けられている。上面の翼８ａは、トンネル内での
走行が可能な程度に低いものとする。また下面の翼８ｂ
は、低速時の車輪走行時にガイドウェイ４底面に接しな
い高さとする。左右側面の翼８ｃはガイドウェイ４側壁
に接しない幅とする。翼８は中間車両にも取りつけられ
る。車両が走行すると翼８には空気より、車両の進行方
向に垂直な方向に力が加わり、翼８の揺れを止める方向
に力を生ずる。この力がそのまま車体１に加わって、走
行中の車体の揺れを防ぐ。

【００３１】（第２実施例）本発明の第２の実施例を図
３を用いて説明する。

【００３２】先と同様に、整流装置として翼を用いてい
るが、この例では、翼９を車体１断面の周囲に離散的に
配置した例である。こうすることで車体１に加える力が
分散させることができ、翼９一枚当たりで分担する力が
減り、効果として翼９一枚の形状を小型化できることが
挙げられる。

【００３３】（第３実施例）本発明の第３の実施例を図
４，図５を用いて説明する。

【００３４】本実施例は、第２実施例で提案した翼９の
上部間をパネル１０で覆った例である。パネル１０の内
部には翼１１が単体１の進行方向に沿って連続して取り
つけられていても良いし、途中で不連続になっていても
よい。

【００３５】車体１の前部で吸い込まれた空気はパネル
１０と翼１１で囲まれはダクト部を通って後部から出て
いく。本実施例により、車体に横風があたっても、それ
は翼１１にあたることはなく、横風によって姿勢が乱れ
ることはない。また、このダクトを利用して、車体１内
部に空気を送り込み再び車体側面の噴出口からガイドウ
ェイ４に向けて空気を噴射し、その反力で車体１の横揺
れを防ぐ方法も考えられる。

【００３６】（第４実施例）本発明の第４の実施例を図
６，図７，図８を用いて説明する。

【００３７】図６において、整流の役目をする翼１２は
各車体１の前部から後部へと連続している。こうするこ
とで、翼に働く流体力の効果以外に車体１の剛性が向上
するという効果も生まれる。

【００３８】図７は車体１の底面図である。この例では
翼１３を段違いに配置している。こうすることで、各翼
の後方で発生する乱流の影響を互いに受けにくくするこ
とができる。

【００３９】また、翼は常に進行方向に平行に置かれて
いる必要はなく、図８のように翼１４のように角度をつ
けて配置してもよい。この配置によって、翼１４に働く
流体力はより一層車体１の中心線方向に発生し、横揺れ
を防止できる。また、翼１５のようにテーパーをつけた
翼でも同様の効果が期待できる。

【００４０】（第５実施例）本発明の第５の実施例を図
９を用いて説明する。

【００４１】車体１には、その外表面の側面，下面に翼
１６（１６ａ，１６ｂ）が取りつけられている。翼はガ
イドウェイ４の側壁の高さより低い位置に取りつけられ
ている。こうすることで、突風や、横風の影響を受けず
に、車体１の姿勢を安定に保つことができる。

【００４２】（第６実施例）本発明の第６の実施例を図
１０を用いて説明する。

【００４３】この例は、連結された車両１において、各
車両毎に翼１７の形状を変えたものである。後部の車両
１８になるにつれて翼１７の高さを大きくした例であ
る。これは、走行中の翼の空気抵抗を減ずる効果と、前
部車両１９につけられた翼の後端で発生する乱流を受け
ないようにする効果を生む。

【００４４】（第７実施例）本発明の第７の実施例を図
１１，図１２，図１３を用いて説明する。

【００４５】車体１の外表面には、複数の凹部２０が設
けられている。凹部は、例えばアルミでできた車体１の
製作時に、プレス加工でくぼみをつけることで製作され
る。大きさは、任意であり、形状も円形，矩形等色々考
えられる。この凹部２０により、ボディの剛性が向上す
るとともに、走行中凹部で発生する乱流で、空気抵抗が
低下し、直進安定性を高める。

【００４６】図１２は凹部をガイドウェイ４に設けた例
である。車体１側には、複数の整流翼２１が設けられ、
ガイドウェイ４には、この翼が中で自由に動ける程度の
溝２２が設けてある。走行中は、この溝２２の中によど
んだ空気の中を整流翼２１が通過し、その際の流体力に
より、車体１を直進させる。この例では、翼の高さを大
きくとれるという利点がある。また、非常時には、この
翼が横揺れのストッパーとなる。

【００４７】図１３は、溝２３を車体１側に設けた例で
ある。溝２３は車体１の前部から後部へと連続していて
もよいし、途中で離散的に切れていてもよい。溝の向き
は進行方向でもよいし、ある角度をつけてあってもよ
い。走行中は、この溝２３の中に空気が入り、溝２３の
内面に力を加える。これにより車体１は少々の外乱によ
り車体を横揺れさせるようとする力を受けても直進性を
保ちながら走行可能である。

【００４８】また溝であるために横風の影響は受けな
い。更に車体１の外板に溝をプレス加工等で構成するの
で、ボディの曲げ剛性が上がるという利点がある。

【００４９】（第８実施例）本発明の第８の実施例を図
１４，図１５，図１６，図１７，図１８，図１９を用い
て説明する。

【００５０】図１４は、超電導磁石２付近の拡大図であ
る。本実施例は、車体１下面に補助翼ユニット２４を設
けたものである。ユニット２４の内部は、垂直翼２５
と、これに連ながる減速ギヤ２６およびサーボモータ２
７，センサ２８，演算器２９より構成される。内部には
水平翼３０も先と同様にサーボモータ２７でその舵角が
調整できるようにユニット２４内部に構成される。

【００５１】図１５は、このユニット２４を車体１下面
の前後部に搭載した例である。このユニット２４は車体
の下面だけでなく、上面，側面にあってもよい。

【００５２】図１６を用いて本例の動作を説明する。セ
ンサ２８は走行中、常にガイドウェイ４との距離δを測
っている。またこのセンサ２８は、車体１の加速度Ｇも
同時に測っている。走行中に何らかの原因でガイドウェ
イとの間隔δが小さくなり、側壁に近づきすぎると演算
器２９が、その間隔が許容範囲内になるまで垂直翼２５
の舵角を調整する。この際、加速度Ｇの効果も演算器２
９内部での計算に組み入れられ、舵角の修正によって、
車体が振動してしまわないように舵角修正量が決定され
る。

【００５３】図１７のように車体１が傾いた場合車体前
部のユニット２４は、車体を図で下側に、後部ユニット
２４は、車体を上側に移動させるべく垂直翼２５の舵角
を調整する。このユニットを各車両につけておくこと
で、各車両独立して、その姿勢を変化させられる。

【００５４】図１８は、ユニット２４の水平翼３０を用
いて、車体１の上下動(ピッチング)をおさえる例を示し
たものである。走行中、車体１が前部上昇，後部下降の
姿勢になったとする。この時、センサにより、ガイドウ
ェイ床面との距離，上下方向の加速度を演算器２９内に
入力し、舵角の修正量がきまる。サーボモータ２７で水
平翼３０の舵角が調整され図の例では、前部を下降さ
せ、後部を上昇させるように各翼が動く。

【００５５】図１９は、車体１がローリングしている場
合の例を示したものである。この場合は、水平翼３０を
左右で逆相に動かせば良く、図中右の翼は車体を上昇さ
せる向きに、左の翼は下降させる向きに舵角を調整す
る。

【００５６】これらのユニット２４を用いた例では、ガ
イドウェイ内部の突風や横風の影響を受けない部分で翼
が動作するため、安定して制御が行える。

【００５７】（第９実施例）本発明の第９の実施例を図
２０，図２１，図２２，図２３，図２４，図２５を用い
て説明する。

【００５８】本実施例は、列車がカーブを曲がる時や、
トンネル内を走行する時など、補助翼が必要ない時の翼
の格納方法について紹介した例である。

【００５９】カーブやトンネルの存在は、図２０のビー
コン発生器３１によって知らされる。ここから発せられ
る信号によって、車体１に取りつけられたアンテナ３０
がカーブでトンネルの存在を演算器３３に知らせる。演
算器３３はサーボモータ３４を動かす信号を出し、翼３
５を折り曲げる。折り曲げる向きは、左右どちらでも構
わないし、翼は上面，下面，側面いずれのものにも適用
される。

【００６０】図２３は、図４，図５で紹介したダクトタ
イプの補助翼を格納する例を示したものである。

【００６１】ダクト３６の上面パネルの曲面形状を車体
１の上面の曲面形状と合わせておくことで、このダクト
が車体内部へ格納された際に、ボディ面が滑らかにな
り、空気抵抗の低減を計れる。ダクト３６は、車内から
油圧シリンダー３７によって支えられている。演算器３
３からの信号で格納の命令がくると、油圧制御ユニット
３８が動作し、ダクト３６を格納する。

【００６２】本実施例は、ガイドウェイにとりつけられ
た電波発信器からカーブの存在や、トンネルの存在を通
信してもらうわけだが、先の実施例で示した、舵角の修
正も外部から行えてもよい。カーブを走行する際には、
その曲率に合った補助翼の舵角がガイドウェイ側から教
えられ、その信号に応じて、その都度、舵角が修正され
る例も考えられる。

【００６３】また、以上の実施例はいずれも磁気浮上列
車の場合を示したが、各原理に従うならば本発明は列車
に限定されず、磁気浮上利用の車両、物流一般に応用し
ても差し支えない。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導磁気浮上列車の走行中の横揺れを、車体表面に付
加した整流装置によりアクティブにコントロールするこ
とができる。また、整流装置を車体下面に取りつけたこ
とにより、突風や横風の影響を受けにくくすることがで
きる。

【００６５】また、カーブ走行時やトンネル走行時の整
流装置の働かせ具合を車体以外から教えてもらい、最適
な、走行状態を設定することができる。同時に整流装置
を格納することで、車庫内でのスペース専有率を下げる
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る磁気浮上式走行体た
る列車の側面図である。

【図２】同じく第１実施例に係る先頭車の正面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例に係る先頭車の正面図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例に係る列車の側面図であ
る。

【図５】同じく第３実施例に係る先頭車の正面図であ
る。

【図６】本発明の第４実施例に係る列車の側面図であ
る。

【図７】同じく第４実施例に係る先頭車の底面図であ
る。

【図８】同じく第４実施例に係る先頭車の他の態様を示
す底面図である。

【図９】本発明の第５実施例に係る列車側面図である。

【図１０】本発明の第６実施例に係る列車側面図であ
る。

【図１１】本発明の第７実施例に係る列車側面図であ
る。

【図１２】同じく第７実施例に係る先頭車の正面図であ
る。

【図１３】同じく第７実施例に係る先頭車の他の態様を
示す正面図である。

【図１４】本発明の第８実施例を示し、超電導磁石周辺
の拡大側面図である。

【図１５】同じく第８実施例に係る列車側面図である。

【図１６】同じく第８実施例を示し、翼の制御例を示す
ブロック図である。

【図１７】同じく第８実施例の列車の底面図である。

【図１８】同じく第８実施例の説明図で車体の傾いてい
る様子を示す列車側面図である。

【図１９】同じく第８実施例の説明図で車体の傾いてい
る様子を示す先頭車正面図である。

【図２０】本発明の第９実施例に係る列車の斜視図であ
る。

【図２１】同じく第９実施例に係る先頭車の正面図であ
る。

【図２２】同じく第９実施例に係る車体上面の斜視図で
ある。

【図２３】同じく第９実施例に係る車体上面拡大斜視図
である。

【図２４】同じく第９実施例に係る他の態様を示す車体
上面拡大斜視図である。

【図２５】同じく第９実施例に係る車体上面拡大側面図
である。

【符号の説明】

１…車体、４…ガイドウェイ、８，９，１１，１２，１
３，１４，１５，１６，１７，２１…翼、２０…凹部、
２２…ガイドウェイ溝、２３…ボディ溝、２４…補助翼
ユニット、２５…垂直翼、３０…水平翼、３１…ビーコ
ン発生器、３５…格納翼。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本茂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)発明者関由美子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 (56)参考文献特開平３−178504（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−9416（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−136018（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−37411（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−159803（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 13/03 B60L 13/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車体に取り付けたコイルに電流を流して磁
場を発生させ、このコイルとガイドウェイ上に設置した
コイルとの間に反発力を発生させることにより前記車体
を浮上させる磁気浮上式走行体において、車体外表面の
空気の流れを整流する装置をガイドウェイ側壁の上端よ
り低い車体外表面に取り付けることを特徴とする磁気浮
上式走行体。
【請求項２】車体に取り付けたコイルに電流を流して磁
場を発生させ、このコイルとガイドウェイ上に設置した
コイルとの間に反発力を発生させることにより前記車体
を浮上させる磁気浮上式走行体において、車体外表面で
かつガイドウェイ側壁の上端より低い位置に走行体運行
に無関係の凸部及び／または凹部を形成することを特徴
とする磁気浮上式走行体。
【請求項３】車体に取り付けたコイルに電流を流して磁
場を発生させ、このコイルとガイドウェイ上に設置した
コイルとの間に反発力を発生させることにより前記車体
を浮上させる磁気浮上式走行体において、車体外表面で
かつガイドウェイ側壁の上端より低い位置に凸部を形成
すると共に、この凸部と間隙をもって嵌合するように前
記ガイドウェイ内側には溝を形成することを特徴とする
磁気浮上式走行体の走行安定機構。
【請求項４】請求項１において、前記整流装置は車体外
表面の空気の流れを一方向に揃える機能を有するもので
あることを特徴とする磁気浮上式走行体。
【請求項５】請求項１において、前記整流装置は車体外
表面に形成された走行体運行に直接寄与しない凸部にて
構成されることを特徴とする磁気浮上式走行体。
【請求項６】請求項１において、前記整流装置は車体表
面上に形成された凹部であることを特徴とする磁気浮上
式走行体。
【請求項７】請求項１において、前記車体には前記整流
装置の格納庫を備えることを特徴とする磁気浮上式走行
体。
【請求項８】請求項２において、前記凸部及び／または
凹部は車体外表面の空気の流れを一方向に揃える整流機
能を有するものであることを特徴とする磁気浮上式走行
体。
【請求項９】請求項２において、前記凸部は該凸部と間
隙をもって嵌合するように前記ガイドウェイ内側に形成
された溝との組み合わせによって走行体の整流手段を構
成することを特徴とする磁気浮上式走行体。
【請求項１０】請求項２において、前記車体には前記凸
部の格納庫を備えることを特徴とする磁気浮上式走行
体。
【請求項１１】請求項２または６において、前記凹部は
複数本の溝であることを特徴とする磁気浮上式走行体。
【請求項１２】請求項２または５において、前記凸部は
車体の下方に略垂直に配置されることを特徴とする磁気
浮上式走行体。
【請求項１３】請求項３において、前記車体には前記凸
部の格納庫を備えることを特徴とする磁気浮上式走行体
の走行安定機構。
【請求項１４】車体に取り付けたコイルに電流を流して
磁場を発生させ、このコイルとガイドウェイ上に設置し
たコイルとの間に反発力を発生させることにより前記車
体を浮上させる磁気浮上式走行体の走行安定方法におい
て、車体外表面の空気の流れを整流する装置を車体の外
表面または車体外表面とこれに対向するガイドウェイ内
側の双方に形成し、該整流装置の動作を車体以外からの
通信手段にて制御することを特徴とする磁気浮上式走行
体の走行安定方法。
【請求項１５】請求項１４において、前記整流装置はガ
イドウェイの上端よりも低い位置に形成されることを特
徴とする磁気浮上式走行体の走行安定方法。