JP3057323B2 - 磁気浮上列車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄道車両のうち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関する。

〔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を発生させる浮上用コイル
と、地上の軌道上に設置された電磁コイルの極性変化に
よって推進力を受ける推進案内用コイルの２種類が取り
つけられる。

浮上の原理は、励磁された車体側のコイルが地上に設
置された浮上用コイルの上を通過する際に、地上側のコ
イルに誘導電流が流れ、両コイルの間に反発力が発生す
るというものである。

実際の車両には浮上用および推進案内用コイルが一定
の間隔をおいて離散的に取りつけられる。また、地上の
軌道上のコイルも離散的に配置されている。そのため、
車体が受ける電磁力は振動的なものになる。

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、浮上車両の先頭車の前頭部左右に、車両の両側に
突出した回転軸を介して前翼が回転自在に設けられてお
り、前翼を車両の走行速度に応じて調整することによっ
て、浮上車両は常に水平姿勢を保持して走行できるよう
にしようとするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる浮上方式を用いる磁気浮上列車
は、次のような問題を有する。

すなわち、車体に取りつけられるコイルも軌道上に設
置されるコイルも離散的な配置を取るため、車体が受け
る浮上力は振動的になり、特に先頭車両に関しては、一
番先頭の浮上用コイルが地上コイル上を通過しても、地
上コイルに誘導電流が流れ出すまでに時間遅れが生じる
こともあって充分な浮上力を得られない恐れがある。

また、補助翼を用いた走行時の姿勢安定構造では次の
ような問題がある。これは車体の周りの空気の流れの中
に翼を置き、これに発生する揚力を調整して車体の安定
を保つものであるが、空気の流れが突発的に変化すると
翼に発生する力も急激に変化してしまい、かえって車体
の姿勢を乱すことにもなる。

磁気浮上列車は従来の鉄道車両とは違い、地上から浮
上して走行するため、悪天候時の急激な風の変化の影響
を受けやすいと考えられる。風速や風向きに応じて翼の
迎え角を変えて揚力を調整するような姿勢制御法も考え
られるが、システムが複雑になり、また車体も重くなる
ため実用的でない。

また、車体に翼を取り付けることで車体の寸法が変わ
り、トンネル走行時や車両基地に格納される際にこれら
の翼が邪魔になることも予想される。さらに、先頭車両
にだけ翼を取り付けて安定化を保とうとしても、連結さ
れた車両の中間部の安定化は計れない。

本発明の目的は、先頭車両に、揚力を利用せずに浮上
力が他の車両と同等になるような装置を設置すること
で、安定した走行状態を保てるような磁気浮上列車を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は以下の手段によって達成される。

車両に取りつけたコイルに電流を流して磁場を発生さ
せ、このコイルと軌道上に設置したコイルとの間に反発
力を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮上列車にお
いて、前記車両のうち先頭の車両に、前記車両を浮上さ
せる磁場とは別に、車両の浮上力を補助する磁場の発生
装置を配設したことを特徴とする磁気浮上列車。

また、車両に取りつけた超電導材製のコイルに永久電
流を流して磁場を発生させ、この励磁されたコイルによ
り、軌道上に設置された励磁されていないコイルに誘導
電流を生じさせ、これら両コイルの間に反発力を発生さ
せて前記車両を浮上させる超電導による磁気浮上列車に
おいて、前記車両のうち先頭の車両に、前記車両を浮上
させる磁場とは別に、車両の浮上力を補助する磁場の発
生装置を配設したことを特徴とする磁気浮上列車。

〔作用〕

上記本発明によれば、磁気浮上列車の車体に取り付け
られた浮上用、推進案内用コイルは出発前に励磁され、
コイルは超電導状態で使用することができるので、一度
コイルに電流が流されると永久電流にすることができ
る。こうして、車体に永久磁石が取りつけられたのと同
じ状態がつくり出される。この励磁作業の時に、先頭車
両の例えば前頭部左右側面に取りつけた超電導コイルも
励磁される。

こうして列車が走行を始めると、地上の軌道上の浮上
用コイルには誘導電流が発生する。超電導コイルが通過
してから電流が流れ出すまでには時間遅れがあるため、
先頭車両一番目の浮上用コイルは充分な浮上力を受けら
れない。

そこで、例えば前頭部左右側面に取りつけた超電導コ
イルがまずはじめに地上の浮上用コイルを通過し、これ
に誘導電流を発生させ、車体側の一番目の浮上用コイル
が通過する際時間遅れなく、これに充分な浮上力を与え
られるように作用する。

なお、例えば先頭車両前頭部に取りつけられる超電導
コイルと車両の浮上用、推進案内用超電導コイルの取り
つけ距離は、列車の走行速度、コイルの磁束密度の大き
さで決められる。

〔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。

（第１実施例） 本発明の第１の実施例を第１図，第２図および第３図
を用いて説明する。

第１図は本実施例による浮上力補助システムを搭載し
た超電導磁気浮上列車の先頭車の概略図である。第２図
は車体が受ける浮上力と車体側のコイル位置との関係を
示したものである。第３図は第１図のＡ部詳細図であ
る。

これらの図において、ボディ１には超電導コイル２が
複数個組になって１つのケ−ス３に格納されている。ケ
−ス３はボディ１の左右側面下部に取りつけられる。先
頭車両については、ケ−ス３がボディ１の前部および２
両目との連結部に取りつけられる。

地上の軌道４には浮上用コイル５が取りつけられてお
り、励磁された超電導コイル２がその上部を通過する際
に初めて励磁され反発力を発生する。

第２図は、縦軸に第１図におけるコイル2aが受ける浮
上力を、横軸にコイル2aの位置をとったものである。先
頭コイル2aが地上の浮上用コイル5aを通過する瞬間に
は、誘導電流の立ち上がりに時間遅れが生じるため、ま
だ浮上力は発生していない。このことを示したのが第２
図の一点鎖線である。

第１図において、先頭のケ−ス３の前方に超電導コイ
ル６を取りつける。コイル６はケ−ス７に格納されてい
る。

第３図において、超電導コイル２は内槽８および外槽
９によって包まれ、内部を真空に保たれる。外槽９の上
部にはコイル冷却用の液体ヘリウムを溜めておくタンク
10および冷凍機11が取りつけられる。超電導コイル６も
内槽12および外槽13によって包まれ、内部を真空に保た
れる。外槽13の上にはヘリウムタンク14と冷凍機15が取
りつけられている。

列車運行前にコイル２とコイル６は、ヘリウムによっ
て冷却される。そして、永久電流スイッチ16,17を通し
て各々のコイルに電流が流される。走行中のコイルの温
度上昇等の原因で気化したヘリウムは冷凍機11,15で再
び液化される。

走行中、コイル６は常にコイル２より先行して地上側
の浮上用コイル５の上を通過し、そこに誘導電流を発生
させる。そのため、第１図においてコイル2aが地上側の
コイル5aを通過する際には、コイル5aにあらかじめコイ
ル６によって誘導電流が少量流されているため、コイル
2aの受ける反発力は、コイル６が無い場合と比べて大き
くなる。このコイル６がある場合の浮上力の変化の様子
を第２図に実線で示す。

コイル６を取りつけたことにより、先頭車両の先頭コ
イルが受ける反発力不足による車体の頭下げ現象が防げ
る。

（第２実施例） 第４図に、本発明の第２の実施例を示す。

この実施例は、浮上力誘起用の超電導コイル６をケ−
ス３の中に入れてしまうものである。こうすることで、
コイル６用に内槽12,外槽13,ヘリウムタンク14および冷
凍機15を作る必要はなくなり、スペ−スユ−ティリテ
ィ、重量軽減の点で効果がある。

（参考例） 以下、本発明の参考例を第５図，第６図，第７図およ
び第８図を用いて説明する。

第５図は本参考例の概観図であり、連結された数車両
の一部を示したものである。第６図は第５図におけるＢ
部の詳細図、第７図は本参考例の動作説明図、第８図は
本参考例の動作制御に関する流れ図である。

第５図において、連結された車両18a,18b,18cの連結
部には超電導コイルの入ったケ−ス19a,19bが取りつけ
られており、浮上力、推進力を受けている。各車両の前
部および後部の左右両側面下部には小型の電磁コイル20
を取りつけてある。

第６図において、電磁コイル20は普通の銅線でつくら
れるものとし、銅線の端部は電流調節機21に接続されて
いる。電流調節機21には、コイル20に流す電流を供給す
るケ−ブル22と制御系からの信号線23が接続される。制
御系は次に示す機器で構成される。車両の姿勢を検知す
るセンサ24、演算機25およびチャンネル切換機26より成
る。

第７図（ａ）により本参考例の動作を説明する。

列車走行中に何らかの原因で車体が後方に傾いたとす
る。この傾き量を車体中央に設けられたセンサ24が検知
し、その値を演算機25に送る。演算機25の内部では、演
算処理により、車体のどの位置の浮上力を変化させれば
車体が水平になるかが計算される。車体が後方に傾いて
いる場合、車体後方の浮上力を増そうと計算される。こ
うして、車体後部左右両側面のコイル27に、電流が流れ
るようにチャンネル切換機26が動作する。流される電流
の量は、やはり演算機25からの信号が電流調節機21に送
られることで変化するようになっている。

コイル27に電流が流されることで発生磁場の強さが変
わり、地上側の浮上用コイル５との間に働く反発力を調
整できる。この反発力により車体後部が持ち上がり、車
体が水平になる方向に動く。車体の傾きは常にセンサ24
で監視されており、リアルタイムで車体の傾きは制御さ
れる。

第７図（ｂ）に示されるように、車体が左方に傾いた
場合には上記と同様の動作原理で車体左側前部および後
部のコイル28が励磁される。そして、車体の左部の浮上
力が増し、車体が水平になる方向に動くのである。

第８図は以上説明してきた車体姿勢制御の流れ図を示
したものである。

センサ24は車体底部中央に取りつけられ、車体の前後
方向の傾きθ_前後、左右方向の傾きθ_左右を計測する。
θ_前後の絶対値が許容値を超えたと判断されると、次に
車体の前が下がり気味なのか、後が下がり気味なのか判
断され、前が下がり気味の時はコイル31,32を励磁す
る。

θ_左右についても同様の制御が行われる。まずθ_左右
の絶対値が許容値を超えたと判断されると、次に左右面
が下がり気味なのか左側面が下がり気味なのか判断され
る。仮に、右側面が下がり気味と判断されると、直ち
に、右側面に付けられた電磁コイル29,31が励磁され浮
上力が微調整される。

この参考例により、悪天候時に、連結された各車両が
突風であおられ、車体が不規則に傾いた場合でも、直ち
に車体各部の浮上力が微調整され、安定した走行が可能
となる。

〔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
列車の走行中の先頭車両の浮上力不足を補うことができ
るため、先頭車両の頭下げ現象を防ぐ効果のある磁気浮
上列車を得ることができる。

さらに、浮上力補助の手段として車体に内蔵された電
磁コイルを用いることができるので、補助翼を用いた浮
上力補助と異なり、風の影響を受けない。そのため、悪
天候時でも姿勢制御が安定して行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す超電導磁気浮上列車先
頭車の概略図、第２図は車体が受ける浮上力と車体側の
コイル位置との関係図、第３図は第１図のＡ部詳細図、
第４図は本発明の第２の実施例の概観図、第５図は本発
明の参考例の概観図、第６図は第５図のＢ部詳細図、第
７図は参考例の動作説明図、第８図は参考例の制御の流
れ図である。 ６……（浮上力補正用）超電導コイル 20……（姿勢制御用）電磁コイル 21……電流調節機 24……姿勢センサ 25……計算機 26……チャンネル切換機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 俊昭 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 根本 泰弘 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 亀谷 裕敬 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 三原 芳光 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (56)参考文献 特開 平１−206802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−173907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−197188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−103563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−24920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 13/03 - 13/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両に取りつけたコイルに電流を流して磁
   場を発生させ、このコイルと軌道上に設置したコイルと
   の間に反発力を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮
   上列車において、前記車両のうち先頭の車両に、前記車
   両を浮上させる磁場とは別に、車両の浮上力を補助する
   磁場の発生装置を配設したことを特徴とする磁気浮上列
   車。
2. 【請求項２】車両に取りつけた超電導材製のコイルに永
   久電流を流して磁場を発生させ、この励磁されたコイル
   により、軌道上に設置された励磁されていないコイルに
   誘導電流を生じさせ、これら両コイルの間に反発力を発
   生させて前記車両を浮上させる超電導による磁気浮上列
   車において、前記車両のうち先頭の車両に、前記車両を
   浮上させる磁場とは別に、車両の浮上力を補助する磁場
   の発生装置を配設したことを特徴とする磁気浮上列車。