JP3144838B2 - 磁気浮上式走行装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気浮上式走行装置に
係り、特に安定した浮上走行を実現でき、しかも製作の
容易な磁気浮上式走行装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、磁気浮上式走行装置には
種々の方式が考えられている。最近では、特開平１−１
３３８４０号公報に示されているように、高温超電導技
術を利用して走行車を磁気浮上させるようにしたものも
提案されている。

【０００３】この特開平１−１３３８４０号公報に示さ
れているものは、走行車に液体窒素温度レベル以上の温
度で超電導状態になる材料（以下、高温超電導体と呼称
する。）を搭載し、この高温超電導体のマイスナ−効果
を利用して走行車を浮上させている。すなわち、走行車
に搭載された高温超電導体と軌道側に設けられた磁場発
生装置との間に生じる磁気的反発力で走行車を浮上させ
ている。そして、軌道側にコイル列を設け、このコイル
列の励磁で生じる磁極間に高温超電導体を捕捉し、コイ
ルの励磁を順次切換えて捕捉位置を移動させることによ
って走行力を与えるようにしている。

【０００４】しかしながら、上記のように走行車に高温
超電導体を搭載した磁気浮上式走行装置にあっても次の
ような問題があった。すなわち、マイスナ−効果を利用
して走行車を浮上させる方式にあっては、大きな案内力
が得られないので、走行車に遠心力等の外力が加わった
とき、走行車が軌道から外れ易い問題があった。また、
軌道側から与えられる浮上用の磁場の幅より高温超電導
体が大きいときには、磁気的案内力を得ることができな
いので、安定した浮上状態を実現することが困難であっ
た。加えて、走行車への積荷等によって、走行車の重心
に偏りが生じた場合には、所定の浮上姿勢を保つことが
困難であった。さらに、軌道上の任意の位置から発進さ
せることが難しく、発進位置が特定されるので、応用の
自由度に欠けるばかりか、コイルを大電流で励磁すると
余分な浮上力が加わり、走行車が軌道から飛び出すと言
う問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、高温超電
導体を利用して浮上力および走行力を得るようにした従
来の磁気浮上式走行装置にあっては、走行の安定性に欠
けるばかりか、応用の自由度に欠ける問題があった。

【０００６】そこで本発明は、高温超電導体を利用した
ものにあって、常に安定した浮上状態が得られ、安定性
および応用性に富み、しかも製作の容易な磁気浮上式走
行装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る磁気浮上式走行装置は、経路に沿って
配置され、該経路と直交する方向に予め定められたパタ
ーンで磁束が分布する磁場を形成する複数の永久磁石を
備えた軌道と、この軌道上に走行自在に配置された走行
車と、この走行車に搭載され、定められたパターンで磁
束が分布する磁場をピン止め効果によって保持し、該保
持した磁場と前記複数の永久磁石が作る磁場との間に生
じる磁気力で前記走行車に浮上力及び案内力を与える高
温超電導要素と、前記軌道の下方に配置され、発生した
移動磁界によって前記高温超電導要素に誘導される誘導
電流と該移動磁界との相互作用で前記走行車に推進力を
与えるリニア誘導モータ固定子とを具備し、前記複数の
永久磁石のうち、前記リニア誘導モータ固定子の上方に
位置する永久磁石が、非磁性非導電性の平板状支持材を
介して前記リニア誘導モータ固定子における固定子鉄心
の磁極面に固定されていることを特徴とする。より具体
的には、前記高温超電導要素は、常電導状態において液
体窒素による冷却作用で超電導状態に転移されることに
より、前記複数の永久磁石により形成された磁束分布の
磁場をピン止め効果によって保持するように構成され
る。

【０００８】

【作用】走行車には高温超電導要素が搭載されており、
この高温超電導要素はピン止め効果で定められたパター
ンに磁束が分布する磁場を保持している。したがって、
軌道上に走行車の進行方向の磁束分布が一様な磁場を形
成すれば、安定した浮上状態に保つことが可能となる。
また、リニア誘導モータ固定子で移動磁界を発生させれ
ば、この移動磁界によって高温超電導要素に誘導される
電流と移動磁界との相互作用で走行車に推進力を与える
ことができ、走行車を任意の速度で走行させることが可
能となる。また、高温超電導要素のピン止め効果で浮上
力と案内力とを同時に得るには、軌道側に複数の永久磁
石を設ける必要があり、リニア誘導モータ固定子におけ
る固定子鉄心の磁極面上にも永久磁石を配列する必要が
ある。この場合、上記のように軌道を構成している永久
磁石のうち、リニア誘導モータ固定子の上方に位置する
永久磁石については非磁性非導電性の平板状支持材を介
して固定子鉄心の磁極面に固定する構造であると、たと
え永久磁石がリニア誘導モータ固定子のスリット溝の幅
より小さい場合でも軌道を形成することが可能となる。
また、平板状部材に永久磁石を固着するようにしている
ので、軌道の上面平坦精度をよくすることが可能とな
る。さらに、非磁性非導電性の平板状部材を用いるの
で、この平板状部材によって移動磁界に影響を与えるこ
とがなく、走行車に付与される推力を減少させることも
ない。また、非磁性非導電性の平板状部材に永久磁石を
固着してから固定子鉄心の磁極面上に取り付けることが
できるので、製作時はリニア誘導モータ固定子の設置作
業と並行して永久磁石の固着作業が行え、軌道の製作時
間を短縮することが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。

【００１０】図１には本発明の一実施例に係る磁気浮上
式走行装置１が局部的に示されている。

【００１１】同図において、１１はベースを示し、１２
はベース１１上に水平方向に所定の経路で延びるように
設けられた軌道を示し、１３は軌道１２上を浮上走行す
る走行車を示している。

【００１２】軌道１２は、図３にも示すように、軌道１
２上に軌道の延びる方向と直交する方向に定められたパ
ターンに磁束が分布する磁場を形成するための永久磁石
１４を複数個敷設して構成されている。各永久磁石１４
は、それぞれ４角形に形成されている。この例では軌道
１２上に互いの間に所定の間隔を設けて４列に配置され
ており、中央部の２列は上面がＳ極に、外側の２列は上
面がＮ極になるように配列されている。

【００１３】軌道１２の下方には、軌道１２を構成して
いる各永久磁石１４を固定するための、たとえばガラス
エポキシ等の非磁性非導電性部材で平板状に形成された
支持板１５と磁性鋼板等の磁性材で形成された支持板１
６とが支持板１５間に支持板１６を２枚ずつ直列に介在
させて配置されている。そして、支持板１５上に配置さ
れた永久磁石１４は支持板１５に対しては接着剤で固定
されており、また支持板１６上に配置された永久磁石１
４は支持板１６との間に生じる吸引力で固定されてい
る。

【００１４】支持板１５の下には支持板１５を支持する
機能と走行車１３に推進力を付与する機能とを発揮する
リニア誘導モ−タ固定子１７ａ，１７ｂ，…が配置され
ており、また支持板１６の下には支持板１６を支持する
機能を発揮する台座１８が配置されている。

【００１５】リニア誘導モ−タ固定子１７ａ，１７ｂ，
…は、積層鉄心で形成された固定子鉄心１９ａ，１９
ｂ，…の磁極面を上方に向けてベース１１上に固定され
ている。固定子鉄心１９ａ，１９ｂ，…の磁極面にはス
リット溝が形成されており、これらスリット溝には３相
の固定子巻線２０ａ，２０ｂ，…がそれぞれ装着されて
いる。そして、固定子鉄心１９ａ，１９ｂ，…の磁極面
に対して前述した支持板１５がその上面に固定された永
久磁石１４の吸引力で固定されている。台座１８は支持
板１５上に取り付けられている永久磁石１４の上面と支
持板１６の上面に固定されている永久磁石１４の上面と
を面一にするように支持板１６を支持している。そし
て、これら固定子鉄心１９ａ，１９ｂ，…と台座１８と
は図示しないボルト等によってベース１１に固定されて
いる。

【００１６】走行車１３の主要部は図４に示すように構
成されている。すなわち、この主要部は、上壁部に液体
窒素Ｎの注ぎ口２１を有した非磁性非導電性、かつ断熱
構造の容器２２と、この容器２２内の底部四隅に配置さ
れた４つの高温超電導体２３と、これら高温超電導体２
３と容器２２の上部壁との間に挿入されて高温超電導体
２３を容器２２内に固定するバネ部材２４とで構成され
ている。各高温超電導体２３は、塊状、この例では円板
状に形成されている。走行車１３を浮上走行させるとき
には、容器２２内に液体窒素Ｎが収容されており、この
液体窒素Ｎの冷却作用で高温超電導体２３が超電導状態
に保持される。

【００１７】ベース１１の上面で、リニア誘導モ−タ固
定子１７ａ，１７ｂ，…の側方位置には走行車１３の有
無を非接触に検出するためのセンサ３１ａａ，３１ａ
ｂ，３１ｂａ，３１ｂｂ，…が対をなす関係に配置され
ている。これらセンサはそれぞれＬ字状の金具３２に固
定されており、これら金具３２はそれぞれベース１１に
固定されている。なお、対をなすセンサの間隔は走行車
１３の全長よりわずかに狭く設定されている。

【００１８】リニア誘導モ−タ固定子１７ａ，１７ｂに
巻装された固定子巻線２０ａ，２０ｂ，…は、図２に示
すように、それぞれインバータ装置３３ａ，３３ｂ，…
に接続されている。また、対をなすセンサは、対応する
コントロ−ラ３４ａ，３４ｂ，…に接続されている。コ
ントロ−ラ３４ａ，３４ｂ，…は、後述するように、発
進指令、停止指令が与えられる毎に、対応するセンサか
らの信号に基いて対応するインバ−タ装置３３ａ，３３
ｂ，…の出力を制御し、走行車１３の加減速および停止
制御を行う。

【００１９】次に、上記のように構成された磁気浮上式
走行装置１の動作を説明する。

【００２０】まず、走行動作を行なわせるに先だって、
常電導状態にある高温超電導体２３を搭載した走行車１
３を、たとえばリニア誘導モータ固定子１７ａ上に位置
させる。そして、適当な方法で所定の高さに保持する。
このとき、高温超電導体２３は常電導状態にあるので、
軌道１２を構成している永久磁石１４から出た磁束が高
温超伝導体２３内を通る。この状態で、注ぎ口２１を介
して容器２２内に液体窒素Ｎを注入して高温超電導体２
３を超電導状態、すなわち高温超電導体２３内に常電導
領域と超電導領域が混在する状態に転移させる。その
後、走行車１３の固定を解除すると、ピン止め効果によ
って高温超電導体２３内に永久磁石１４による分布磁場
が保持され、この磁場と永久磁石１４で形成された磁場
との間に生じる磁気的反発力で走行車１３が浮上する。

【００２１】次に、コントローラ３４ａに発進指令を与
えると、インバータ装置３３ａの３相出力によってリニ
ア誘導モータ固定子１７ａの固定子巻線２０ａが所定周
波数で励磁される。したがって、リニア誘導モータ固定
子１７ａは移動磁界を発生する。このように移動磁界が
発生すると、走行車１３に搭載されている高温超電導体
２３の表面に移動磁界を打ち消す向きの電流（渦電流）
が誘導される。 すなわち、高温超電導体２３の表面にお
いては分子構造上、内部と異なり、界面で格子が不完全
となるため、超電導領域に比べ常電導領域の割合が多く
なると考えられるが、外部磁界つまりリニア誘導モータ
固定子１７ａから発生される移動磁界が印加されると、
その磁場は界面から僅かの深さに進入し、高温超電導体
２３の表面に渦電流を誘導電流として発生させる。この
誘導電流と移動磁界との相互作用により電磁力が発生
し、この電磁力によって走行車１３が走行を開始するこ
とになる。このとき、走行車１３に搭載された高温超電
導体２３内には、ピン止め効果によって磁場が保持され
るので、走行車１３に対して軌道１２に倣わせる案内力
が作用する。このため、走行車１３は軌道１２から外れ
ることなく浮上走行する。

【００２２】リニア誘導モ−タ固定子１７ａ，１７ｂ，
…の存在しない区間では、走行車１３は慣性により走行
する。そして、走行車１３が停止位置にあるリニア誘導
モ−タ固定子１７ｂに接近し、センサ３１ｂａの前面を
横切ると、コントローラ３４ｂによって次のような停止
制御が行なわれる。

【００２３】すなわち、図５に示すように、停止指令が
与えられて、停止制御が開始されると（ｓ₁ ）、一対の
センサ３１ｂａ，３１ｂｂのうちのいずれのセンサが走
行車１３を検出したかを判定する（ｓ₂ ）。次に、走行
車１３を検出していないセンサの方側から検出している
センサの方側に向けて所定の速度で移動する移動磁界を
発生するようにリニア誘導モ−タ固定子１７ｂの固定子
巻線２０ｂをインバ−タ装置３３ｂの出力で励磁する
（ｓ₃ ）。この制御によって、走行車１３は減速を開始
する。次に、停止位置まで走行車１３が進行したか否か
を調べるために、両方のセンサ３１ｂａ，３１ｂｂが同
時に走行車１３を検出している否かを判定する
（ｓ₄ ）。続いて、走行車１３の停止を確認するため、
所定時間励磁を停止（ｓ₅ ）した後、再び両方のセンサ
３１ｂａ，３１ｂｂが同時に走行車１３を検出している
否かを判定する（ｓ₆ ）。走行車１３が停止位置にない
場合には、走行車１３を検出しているセンサの方側から
検出していないセンサの方側に向けて所定の速度で移動
する移動磁界を発生するようにリニア誘導モ−タ固定子
１７ｂの固定子巻線２０ｂをインバ−タ装置３３ｂの出
力で励磁する（ｓ₇ ）。この制御によって、走行車１３
は停止位置に戻される。かくして、走行車１３がステッ
プ（ｓ₆ ）で停止位置にあることが確認された時点で固
定子巻線１８ｂの励磁を停止し、停止制御を終了する。

【００２４】また、停止している走行車１３を走行させ
るときは次のように制御する。すなわち、発進指令が与
えられて発進制御が開始されると、コントロ−ラ３４ｂ
は、所定の走行方向に所定速度の移動磁界が発生するよ
うに固定子巻線２０ｂをインバ−タ装置３３ｂの出力で
励磁する。この場合、両方のセンサ３１ｂａ，３１ｂｂ
が走行車１３を検出しなくなった時点で固定子巻線２０
ｂの励磁を停止し、発進制御を終了する。

【００２５】このように、走行車１３に搭載された高温
超電導体２３の内部に、軌道１２を構成している永久磁
石列が形成している磁束分布の磁場に類似した磁束分布
の磁場をピン止め効果によって保持させているので、走
行車１３に浮上力と案内力とを作用させることができ、
軌道１２から外れないように走行車１３を浮上させるこ
とができる。また、走行車１３に、その速度と異なる速
度の移動磁界を印加すると、搭載されている高温超電導
体２３の内部に大きな渦電流が発生する。このため、軌
道１２を構成している永久磁石列の下方にリニア誘導モ
−タ固定子を配置した簡単な構成で走行車１３に充分な
推進力を与えることができ、走行車１３を所望の速度で
安定に走行させることができる。

【００２６】また、リニア誘導モータ固定子１７ａ，１
７ｂ，…の固定子鉄心１９ａ，１９ｂ，…の磁極面上に
配置される永久磁石１４については、非磁性非導電性の
支持板１５を介して取り付ける構造を採用している。し
たがって、固定子鉄心１９ａ，１９ｂ，…のスリット溝
の幅より小さい永久磁石１４を使用して軌道を形成する
ことが可能となるばかりか、永久磁石１４相互間に所定
の間隔を設けても軌道上面の平坦精度をよくすることが
できる。また、非磁性非導電性の支持板１５を用いてい
るので、この支持板１５の存在で移動磁界が影響を受け
ることがない。したがって、支持板１５の存在では走行
車１３に付与される推進力が弱まることもない。

【００２７】なお、実施例のように支持板１５をガラス
エポキシで構成すると、ガラスエポシキは充分な耐久性
と強度を持っているので、永久磁石１４の接着された支
持板１５を固定子鉄心１９ａ，１９ｂ，…の磁極面に取
り付ける際に、永久磁石１４と固定子鉄心との間に作用
する吸引力で破損することがない。また、永久磁石１４
を図３に示すように配置する場合、個々の永久磁石１４
はその周辺の永久磁石の極性により反発力や吸引力を受
けている。実施例のように、相互間に所定の間隔を設け
て永久磁石１４を配置する構成であると、これら吸引力
や反発力が小さくなり、永久磁石１４の支持板１５への
接着作業を容易化できる。また、実施例ように、リニア
誘導モータ固定子１７ａ，１７ｂ，…の上方以外のとこ
ろに位置している永久磁石１４については、磁性鋼板で
形成された支持板１６の上面に自身の吸引力で吸着固定
する構造であると、接着剤を用いることなく各永久磁石
１４を図３に示すように配置することができ、軌道１２
の製作を著しく容易化できる。また、磁性材で形成され
た支持板１６の存在とリニア誘導モータ固定子１７ａ，
１７ｂ，…の固定子鉄心１９ａ，１９ｂ，…の存在とに
よって、軌道１２の全域に沿って磁性材が存在すること
になるので、永久磁石１４が軌道上に作る磁場分布をほ
ぼ同じにすることができ、この結果、走行車１３を滑ら
かに浮上走行させることができる。また、実施例のよう
に、複数のリニア誘導モータ固定子１７ａ，１７ｂ，…
と、複数の支持板１５、１６とに分割可能な構成である
と、それぞれを同時に製作することができ、製作時間を
大幅に短縮することが可能となる。また、所定の経路に
沿って軌道を設ける場合も、分割して設置することが可
能であり、狭いスペースでも簡単に設置することができ
る。

【００２８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した実施例では、支持
板１５をガラスエポキシで形成しているが、たとえばア
クリル、ベークライト、ＦＲＰ等で形成してもよい。

【００２９】また、上述した実施例では、軌道１２を直
線形状にしているが、図６に示すように曲線形状に設け
ることもできる。

【００３０】また、上述した実施例では、高温超電導体
が円板状に形成されているが、この形状に限定されるも
のではなく、たとえばコイル状に形成された高温超電導
体を用いてもよく、その形状はどのようなものでもよ
い。また、高温超電導体を容器内に固定する手段として
は、バネ部材の使用に限らず接着剤で固定してもよい
し、他の固定手段で固定してもよい。

【００３１】また、上述した実施例では、中央の２列の
上面がＳ極に、両側の１列の上面がＮ極になるように複
数の永久磁石を配列して、いわゆる軌道側の磁場発生部
を構成しているが、走行車１３をピン止め効果により浮
上、案内できる磁場を発生できる構成であれば、その形
状、材質、配置構成に制限を受けるものではない。

【００３２】また、上述した実施例では移動磁界をつく
るために固定子鉄心に固定子巻線を分布巻したリニア誘
導モ−タ固定子とインバ−タ装置とを組合わせている
が、移動磁界を作れる構成であれば、如何なる構成でも
よい。

【００３３】また、上述した実施例では、走行車に４つ
の高温超電導体を搭載しているが、この数に限定される
ものではない。

【００３４】また、上述した実施例では、リニア誘導モ
−タ固定子を不連続に設けているが、この配置に限定さ
れるものではなく、軌道の全長に亘ってリニア誘導モ−
タ固定子を設けるようにしてもよい。

【００３５】その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変更して実施することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
温超電導要素のピン止め効果を利用して走行車を浮上、
案内させるようにしているので、磁束分布に変化のない
軌道上では非常に安定した浮上状態を保つことができ
る。また、リニア誘導モータ固定子で移動磁界を発生さ
せ、この移動磁界によって高温超電導要素に誘導される
電流と移動磁界との相互作用で走行車に推進力あるいは
停止力を与えるようにしているので、軌道上の任意の地
点において走行車を推進、停止させることが可能であ
る。また、リニア誘導モータ固定子の上に配置されて軌
道を形成する永久磁石を非磁性非導電性の支持板を介し
てリニア誘導モータ固定子上に固定しているので、リニ
ア誘導モータ固定子の溝幅より小さい永久磁石を使用し
ても軌道を形成することが可能となる。したがって、永
久磁石の選択自由度を増加させることができるばかり
か、軌道上面を平坦精度よくすることができ、しかもリ
ニア誘導モータ固定子の設置作業と並行して永久磁石の
固着作業が行え、軌道の製作時間を短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る磁気浮上式走行装置を
局部的に取出して示す概略斜視図。

【図２】同走行装置の走行制御系を説明するための図。

【図３】同走行装置の軌道構成を説明するための平面
図。

【図４】同走行装置における走行車を一部切欠して示す
斜視図。

【図５】同走行装置の走行制御系の動作を説明するため
の流れ図。

【図６】軌道構成の別の例を示す平面図。

【符号の説明】

１…磁気浮上式走行装置、 １１…ベース、
１２，１２ａ…軌道、 １３…走行車、１４…永久磁
石、 １５…非磁性非導電性の支持
板、１６…磁性材製の支持板、 １７ａ…リ
ニア誘導モ−タ固定子、１７ｂ…リニア誘導モ−タ固定
子， １９ａ，１９ｂ…固定子鉄心、２０ａ，２０ｂ
…固定子巻線、 ２２…容器、２３…高温超電導
体、 ３１ａａ，３１ａｂ…センサ、３１ｂａ，
３１ｂｂ…センサ、 ３３ａ，３３ｂ…インバー
タ装置、３４ａ，３４ｂ…コントローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−109803（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 13/03 - 13/10 B65G 54/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】経路に沿って配置され、該経路と直交する
   方向に予め定められたパターンで磁束が分布する磁場を
   形成する複数の永久磁石を備えた軌道と、前記 軌道上に走行自在に配置された走行車と、前記走行車に搭載され、定められたパターンで磁束が分
   布する磁場をピン止め効果によって保持し、該保持した
   磁場と 前記複数の永久磁石が作る磁場との間に生じる磁
   気力で前記走行車に浮上力及び案内力を与える高温超電
   導要素と、 前記軌道の下方に配置され、発生した移動磁界によって
   前記高温超電導要素に誘導される誘導電流と該移動磁界
   との相互作用で前記走行車に推進力を与えるリニア誘導
   モータ固定子とを具備し、 前記複数の永久磁石のうち、前記リニア誘導モータ固定
   子の上方に位置する永久磁石は、非磁性非導電性の平板
   状支持材を介して前記リニア誘導モータ固定子における
   固定子鉄心の磁極面に固定されていることを特徴とする
   磁気浮上式走行装置。
2. 【請求項２】前記高温超電導要素は、常電導状態におい
   て液体窒素による冷却作用で所定の超電導状態に転移さ
   れることにより、前記軌道を構成しているにより形成さ
   れた磁束分布の磁場をピン止め効果によって保持するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式走行装置。
3. 【請求項３】前記軌道を構成している各永久磁石のう
   ち、前記リニア誘導モータ固定子の上方以外に位置する
   永久磁石は、磁性部材に吸着支持されていることを特徴
   とする請求項１に記載の磁気浮上式走行装置。
4. 【請求項４】前記軌道を構成している各永久磁石は、隣
   り合うもの同士の間に間隔を設けて配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式走行装置。