JP3595784B2 - Ground coil for magnetic levitation railway - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気浮上式鉄道の少なくとも浮上のために用いられる地上コイルに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
磁気浮上式鉄道においては、車両を浮上、案内、推進させるための地上コイルをガイドウェイに連続的に設置している。この地上コイルは、車両の超電導磁石の極ピッチ(同一超電導磁石内で隣り合う超電導コイルの中心間の長手方向距離)に応じた長さのものを等ピッチで連続的に設置している。例えば山梨実験線であれば、浮上・案内用の地上コイルが45cmの等ピッチで配置されている。
【0003】
車上の超電導磁石が車両速度に応じた特定の周波数で加振され、超電導磁石の共振周波数によっては、熱負荷が大きくなって液体ヘリウムが気化する量が大きくなる。このような不都合を防止するためには、例えば、共振周波数を磁気浮上式鉄道の通常の運用速度で発生する周波数より高く設定することが考えられる。但し、これを実現するためには、超電導磁石に重量をかけて強固に構成する必要がある。また、気化したヘリウムを再液化するための冷凍機の容量を大きくする必要があり、重量と消費電力量の増加につながる。そのため現実には、加振される超電導磁石の持つ複数の振動モードすべての共振周波数が磁気浮上式鉄道の通常の運用速度で発生する周波数よりも高くなるよう設定することは非常に困難である。
【0004】
そのため、磁気浮上式鉄道の通常の運用速度範囲内に共振周波数が存在してしまうことを前提としながら、そのような共振周波数で磁気浮上式鉄道が等速走行することを避けるようにすることも考えられる。逆に言えば、通常は等速走行することが少ないと思われる所定速度αkm/hにて磁気浮上式鉄道が走行する際に共振周波数が存在するよう超電導磁石を設計するのである。
【0005】
しかしながら、超電導磁石の共振周波数は製作のバラツキにより必ずしも一定ではなく、1編成中の複数の超電導磁石のそれぞれの共振周波数を考慮する必要がある。そのため、ある程度幅をもった速度域における走行を制限する必要が出てくる。さらに、通常は等速走行することが少ないと思われるαkm/hを想定したとしても、これはあくまで想定であり、種々の事情によってはそのような速度で等速走行せざるを得ない状況も考えられる。
【0006】
そこで本発明は、磁気浮上式鉄道の通常の運用速度範囲内に共振周波数が存在する前提でありながら、共振周波数に一致する状況を極力防止可能な地上コイルを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の磁気浮上式鉄道の地上コイルは、磁気浮上式鉄道のガイドウェイに車両の進行方向に沿って連続的に設置されるのであるが、不等ピッチで取り付けられている。車両に搭載される超電導磁石が特定の共振周波数で加振される原因は、浮上させるための地上コイルが等ピッチで配置されていることであるため、本発明によれば地上コイルを不等ピッチで取り付けることにより、共振周波数のピークを小さくできる。これにより、磁気浮上式鉄道の通常の運用速度範囲内に共振周波数が存在することを前提としても、共振周波数に一致する状況が従来に比べて発生しにくくなる。したがって、従来に比べて熱負荷が小さくなり液体ヘリウムが気化する量を抑制できる。これは、気化したヘリウムを再液化するための冷凍機の容量を相対的に小さくできることを意味する。また、共振周波数自体は磁気浮上式鉄道の通常の運用速度で発生する周波数範囲に存在することを許容しているため、超電導磁石に重量をかけて強固に構成することで重量と消費電力量の増加につながるといった不都合も生じない。
【0008】
ところで、地上コイルの取付ピッチが不等ピッチとなるよう配置することがポイントであるため、地上コイル自体は、例えば不等ピッチに見合った大きさに形成してもよいし(請求項2)、同一の大きさに形成してもよい(請求項3)。同一の大きさに形成してあっても、取付ピッチ自体が不等ピッチであれば、超電導磁石が特定の共振周波数で加振される度合いを従来構成よりも低減できる。
【0009】
なお、超電導磁石の発熱量のピークを抑えるという点からすればこれらはいずれも従来構成よりは有利ではあるが、請求項2のように不等ピッチに見合った大きさに地上コイルを形成した方が、請求項3のように同一の大きさに形成するよりも、浮上力の点では有利である。つまり、請求項3のように同一の大きさにした場合には、コイル間に隙間が開くためこの部分は浮上力が得られないのに対し、請求項2のように不等ピッチに見合った大きさに地上コイルを形成すれば、連続的に浮上力を得易くなるからである。
【0010】
また、取付ピッチを不等ピッチとする場合、請求項4に示すようにランダムに構成してもよいし、請求項5に示すように、一定の順番で繰り返すように構成してもよい。例えば2種類のピッチを用いた場合であっても、それらを交互に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。
【0011】
この両者の優劣に関しては、次の観点からランダムに配置する方がむしろ望ましいと考えられる。例えばAのピッチとBのピッチの2種類を用いるとすると、交互に配置した場合は、超電導磁石に対する加振周波数として、A、Bそれぞれに起因するもの、A+Bに起因するものが発生する。従って、2種類のピッチのコイルを配置する場合でも、A、B、またはこれらの組み合わせ(A+B、A+A+B、A+B+B等)の影響度が最も小さくなるような最適解がある。また、これらA、B、またはこれらの組み合わせの加振周波数に対する応答倍率は、A単独、B単独と比較した場合、定性的には小さくなる。したがって、このような観点から、必ずしも交互に配置するのが最適とは言えない。
【0012】
なお、このような不等ピッチの組合せによる影響度を加味すると、請求項6に示すように、「不等ピッチがn(n≧2)種類の場合、車両に搭載されている超電導磁石に対する加振周波数としてn種類の各ピッチに起因するもの及びn種類の内の2種類以上n種類以下のピッチの各組合せに起因するものの影響度が相対的に小さくなる不等ピッチとする」という技術思想を採用することも有効であると考えられる。
【0013】
本発明の対象となる地上コイルは、車両の少なくとも浮上機能を発揮できればよく、浮上コイル、浮上・案内コイル、浮上・推進コイル、浮上・案内・推進コイルなどに適用できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【0015】
図1は超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ13及び超電導リニア車両(以下、単に車両と称す。)10を示す断面図であり、図2は、浮上・案内コイル1,1’の配置及び配線の概要を示す説明図である。
浮上・案内コイル1,1’は、1つのコイルで浮上・案内の機能が実現できるコイルであり、断面略U字状のガイドウェイ13の側壁に車両進行方向に沿って連続的に配置される。ここでは片方の側壁に配置されたものに1と付番し、他方の側壁に配置されたものを1’と付番する。なお、この車両進行方向に沿って連続的に配置する際にどのような間隔で配置するかに特徴があるが、この点については後述することとし、基本的な構成について先に説明する。
【0016】
車両10の両側には、超電導磁石20,20’が、浮上・案内コイル1,1’とそれぞれ対向するよう垂直に装着されている。なお、超電導磁石20は浮上・案内コイル1と対向し、超電導磁石20’は浮上・案内コイル1’と対向する。以降の説明においても、車両の進行方向の左右に両方存在する構成に関しては、同じ番号を用いながら一方の番号に’を付することで、’の有無によってそれらが同じ側の構成であることを示すこととする。車両10を構成する車体は、鉄車輪とレールにより走行を行う従来の鉄道車両の車体と同様、客室や乗降用ドア等(図示せず)を有するものである。車両10に対しては、超高速浮上走行という特異な走行条件から、徹底した軽量化と高強度化が求められているため、車体の構体材料にはアルミニウム合金が用いられており、その構造も航空機と同様のセミモノコック構造になっている。また、走行時の空気抵抗を最小限に抑えるために、車体の表面は全体的に滑らかになっている。
【0017】
車体は台車に搭載されており、この台車に超電導磁石20,20’やタイヤ12が設けられている。超電導磁石20,20’と推進コイル(図示せず)との磁気相互作用によって生じる推進力により車両10が推進することとなる。超電導磁石20,20’は、複数の超電導コイルが車両全長方向に隣接設置して構成されており、各超電導コイルは、図示しないステンレス製の内槽容器の中に液体ヘリウムとともに収納されている。この超電導コイルはニオブ・チタン合金等の超電導線材を数千回巻いて構成されており、電流を流すことによって磁界が発生する。そして、図示しないステンレス製の内槽容器の中に液体ヘリウムとともに収納されている。また超電導磁石20,20’には、超電導コイルを冷却して超電導状態に保つための、液体ヘリウムを有する車載冷凍機(図示せず)も設けられている。超電導磁石20,20’を構成する隣接した複数個の超電導コイルの極性は、隣り合う極が互いに異極となるように(つまりN極とS極が交互に並ぶように)配置されている。この隣り合う超電導コイルの中心間距離を「極ピッチ」と呼ぶ。
【0018】
一方、浮上・案内コイル1,1′は、図2に示すように、上方のコイル2,2’及び下方のコイル3,3’とをヌルフラックス接続した閉回路からなっている。具体的には、一方の側壁の浮上・案内コイルの上方コイル2と、それと対向する(反対側の側壁の)浮上・案内コイル1’の上方コイル2’とがヌルフラックスケーブル4,5を介して図2に示すようにヌルフラックス接続されている。車両10がタイヤ12を介して地上に着座している時における車両10側の超電導磁石20,20’の垂直方向の中心と浮上・案内コイル1,1’の垂直方向の中心とは同一水平線上にあるように設定されている。
【0019】
また、図示しないが、ガイドウェイ13の側壁と浮上・案内コイル1,1’との間には推進コイルが配置されている。具体的には、推進コイルは表裏2層からなっており、したがってガイドウェイ13の側壁には、表裏2層の推進コイルを取り付けた後、その表面に浮上・案内コイル1,1’を取り付けて合計3層の地上コイル構成としてある。推進コイルは、車両進行方向に沿って連続的に配置されているのであるが、各推進コイルから磁界を発生させるための電力が図示しない電力変換変電所から供給されている。より具体的には、本実施形態では、各推進コイルには、走らせたい車両速度に応じた周波数の三相交流電流(U相電流、V相電流、W相電流)がそれぞれ流れる。そして、各々の推進コイルから発生する磁界が重なり合うことにより、結果として推進コイルからはN極とS極が交互にしかも連続的に変化する磁界が発生する。
【0020】
このような基本的な構成によって、次の▲1▼〜▲3▼に示す浮上力・案内力・推進力が得られる。
▲1▼浮上力
車両10がタイヤ12を介して低速走行している時は、超電導磁石20,20’と浮上・案内コイル1,1’との位置的関係は上述のごとく設定されており、かつ上方及び下方コイル2,2’,3,3’はヌルフラックス接続されているので、浮上・案内コイル1,1’の鎖交磁束は0、電流は0であって電磁気的な走行抵抗は0である。車両10の(タイヤ12を引き込めての)浮上走行時には超電導磁石20,20’の垂直方向の中心が浮上・案内コイル1,1’の垂直方向の中心より下方に移行し、上方コイル2,2’及び下方コイル3,3’間で鎖交する磁束に差が生じ、上方及び下方コイル2,2’,3,3’に図3に示すような電流が誘起され、反撥と吸引によって超電導磁石20,20’を上方へ戻そうとする浮上力が発生し、車両の重量とバランスした位置で安定する。この場合も上方及び下方コイル2,2’,3,3’は小さい電流で有効に浮上力を発生するので、電磁気的な走行抵抗を小さくすることができる。
【0021】
▲2▼案内力
車両10がガイドウェイ13の中央に位置する時は、浮上・案内コイル1,1’はガイドウェイ13の長手方向中心線に対して対称に配置され、かつ対向する上方コイル2,2’はヌルフラックスケーブル4,5を介してヌルフラックス接続されているので、浮上・案内コイル1,1’の鎖交磁束は0、電流は0で、電磁気的な走行抵抗は0である。浮上走行中、車両10が左右方向へ変位すると、左右の上方コイル2,2’間および左右の下方コイル3,3’間で鎖交する磁束に差が生じ、図4に示すような電流が誘起され、それによって超電導磁石20,20’を中央へ戻す案内力が生ずる。
【0022】
▲3▼推進力
推進コイルに電力(本実施形態では三相交流電力)を供給して磁界を発生させ、しかも車両進行方向に隣り合う3つの推進コイルの各々に、走らせたい車両速度に応じた周波数の三相交流電流(U相電流、V相電流、W相電流)をそれぞれ流すると、各々の推進コイルから発生する磁界が重なり合うことにより、結果としてN極とS極が交互にしかも連続的に変化する磁界が発生する。これによって、各推進コイルと対向する車両10側の超電導磁石20,20‘との間に相互作用(吸引力又は反発力)が生じて、車両10が推進する。これは、リニアシンクロナスモータによる推進原理を利用したものである。
【0023】
次に、浮上・案内コイル1,1’を車両進行方向に沿ってどのような間隔で配置するかについて図5を参照して説明する。なお、本実施例では、左右の浮上・案内コイル1,1’は対称に配置されるので、一方の浮上・案内コイル1について取り上げて説明することにする。
【0024】
従来は同一形状の浮上・案内コイル1が同一ピッチで連続的に配置されていたが、本実施例では、これを不等ピッチにする。ここでピッチとは、隣接する浮上・案内コイル1同士の中心間距離を指すものとする。不等ピッチにする場合には、理論的には、すべての浮上・案内コイル1間距離が異なる完全なランダムの不等ピッチであれば、共振が発生しないと考えられる。しかし、現実問題としては完全にランダムとすることは困難であるため、複数種類のピッチを組み合わせて不等ピッチを構成することとなる。その場合の具体例を3つ説明する。
【0025】
図5(a)に示す例は、5種類の異なる幅を持つ浮上・案内コイル1が一定スパンS内において所定の順番で配置されており、その順番で配置された5つの浮上・案内コイル1のセットが繰り返し配置される構成である。つまり、5種類の異なる幅を持つ浮上・案内コイル1をそれぞれA,B,C,D,E,Fと表すと、A→B→C→D→E→F→A→B→C→D→E→F→……という配置になる。
【0026】
また、図5(b)に示す例は、図5(a)の場合と同様に5種類の異なる幅を持つ浮上・案内コイル1を用いるのであるが、それをランダムに配置している。つまり、同じ形状の浮上・案内コイル1が同じ順番で繰り返し出現することはない。
【0027】
また、図5(c)に示す例は、同じ形状の浮上・案内コイル1を用いているが、隣接する浮上・案内コイル1同士の間隔を異ならせることによって、結果的に不等ピッチを構成している。
ここで不等ピッチとして採用できる範囲について説明する。基本的には極ピッチの半分が上限値である。なお、極ピッチとは、同一超電導磁石20、20’内で隣り合う超電導磁石の中心間の長手方向距離(つまりN極S極1組の長さ)である。この上限値を超えると、N極とS極が同時に同じ浮上・案内コイル1,1’内に入り、浮上・案内コイル1,1’内にうまく電流が流れず、その結果として、浮上力が発生しないためである。下限値としては物理的に構成可能な大きさまで採用可能である。
【0028】
このように不等ピッチにすることによって、次のような効果が得られる。つまり、車両10に搭載される超電導磁石20,20’が特定の共振周波数で加振される原因は、浮上させるための地上コイルが等ピッチで配置されていることであったが、本実施例の浮上・案内コイル1,1’は不等ピッチで配置されているので、共振周波数のピークを小さくできる。これにより、車両10の取り得る走行速度範囲内に共振周波数が存在しても、共振周波数に一致する状況が従来に比べて発生しにくくなる。したがって、従来に比べて熱負荷が小さくなり液体ヘリウムが気化する量を抑制でき冷凍機の容量を相対的に小さくできることとなる。
【0029】
なお、図5(a),(b)は浮上・案内コイル1,1’を不等ピッチに見合った大きさに形成しているのに対して、図5(c)の場合は不等ピッチではあるが、浮上・案内コイル1,1’自体は同一の大きさとなっている。超電導磁石20、20’の発熱量のピークを抑えるという点からすればいずれも従来構成よりは有利ではあるが、浮上力の点では図5(a),(b)の方が図5(c)の場合より有利である。つまり、図5(c)の場合には、浮上・案内コイル1,1’間の隙間部分においては浮上力が得られないのに対し、図5(a),(b)の場合は、連続的に浮上力を得られるからである。
【0030】
また、図5(a),(b)の両者について比較する。図5(a),(b)の場合は5種類のピッチを前提としているが、まず2種類の場合について考えてみる。例えばAのピッチとBのピッチの2種類を用いるとすると、交互に配置した場合は、超電導磁石に対する加振周波数として、A、Bそれぞれに起因するもの、A+Bに起因するものが発生する。従って、2種類のピッチのコイルを配置する場合でも、A,B、またはこれらの組み合わせ(A+B,A+A+B,A+B+B等)の影響度が最も小さくなるような最適解がある。また、これらA,B、またはこれらの組み合わせの加振周波数に対する応答倍率は、A単独、B単独と比較した場合、定性的には小さくなる。
【0031】
したがって、このような観点から、必ずしも交互に配置するのが最適とは言えず、ランダムに配置する方が共振周波数のピークを小さくできる可能性が高くなると言える。さらに上述したように、不等ピッチの組合せによる影響度を加味して設定することも有効である。なお、図5(b)の場合には、5種類のピッチが存在するが、それら全ての組合せについて考慮してもよいし、一部について考慮してもよい。
【0032】
一方、図5(a)のように一定スパンS内において所定の順番でコイルを配置する場合には、その順番で配置された5つの浮上・案内コイル1のセットを予め作成しておき、それを順番にガイドウェイ13に配置するだけでよい。したがって、作業効率の点からすれば、この手法も有効である。
【0033】
なお、図5(a),(b)では例えば5種類の異なるピッチが存在することを前提としたが、複数であれば5種類以上でも以下でもよい。例えば3種類にした場合、上述したように上限は極ピッチの半分であり下限はハード構成から決まるため、例えば極ピッチの半分の(さらに)3/4のピッチと1/2のピッチと1/3のピッチを採用することが考えられる。もちろん、それ以外の組合せでもよい。また、2種類にする場合には、例えば極ピッチの半分の(さらに)2/3のピッチと1/3のピッチを採用することが考えられる。
【0034】
[その他]
(1)上記実施例では、浮上・案内コイル1,1’を例にとって説明したが、車両10の少なくとも浮上機能を発揮できればよく、浮上機能のみ発揮するコイル、浮上・案内機能を発揮するコイル、浮上・推進機能を発揮するコイル、さらには1つのコイルで浮上・案内・推進のすべての機能を発揮するコイルなどに適用できる。特に、1つのコイルで浮上・案内・推進のすべての機能を発揮するコイルに適用する場合には、推進機能の確保も必要であるため、上述した「極ピッチの半分の(さらに)2/3のピッチと1/3のピッチ」という2種類の組合せも有効である。
【0035】
(2)上記実施例においては一つの浮上・案内コイル1,1’を構成している上方コイル2,2’と下方コイル3,3’が同一形状および同一寸法である場合の例について述べたが、これらは同一形状、同一寸法でない場合でも実現は可能である。
【0036】
(3)上記実施例では、浮上機能を有するコイルをガイドウェイ側壁に設置するものを用いたが、これを走行路面(U字形の底面)に設置しても実現可能である。
(4)上記実施例ではガイドウェイ13として断面U字状のものを用いたが、逆T字形や箱型断面、板状のもの等、種々の形状のものを用いることができ、ガイドウェイ13の形状は、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ及び超電導リニア車両を示す断面図である。
【図2】浮上・案内コイルの配置及び配線の概要を示す説明図である。
【図3】浮上・案内コイルに流れる浮上のための電流の流れを示す回路図である。
【図4】浮上・案内コイルに流れる案内のための電流の流れを示す回路図である。
【図5】浮上・案内コイルの車両進行方向に沿う配置の説明図である。
【符号の説明】
1,1’…浮上・案内コイル、2,2’…上方コイル、3,3’…下方コイル、4,5…ヌルフラックスケーブル、10…車両、12…タイヤ、13…ガイドウェイ、20,20’…超電導磁石[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ground coil used for at least levitation of a magnetic levitation railway.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
In a magnetic levitation railway, ground coils for levitation, guidance, and propulsion of a vehicle are continuously installed in a guideway. The ground coils have a length corresponding to the pole pitch of the superconducting magnets of the vehicle (longitudinal distance between centers of adjacent superconducting coils in the same superconducting magnet) and are continuously installed at an equal pitch. For example, in the case of the Yamanashi experimental line, ground coils for levitation and guidance are arranged at an equal pitch of 45 cm.
[0003]
The superconducting magnet on the vehicle is vibrated at a specific frequency corresponding to the vehicle speed, and depending on the resonance frequency of the superconducting magnet, the heat load increases and the amount of liquid helium vaporized increases. In order to prevent such inconvenience, for example, it is conceivable to set the resonance frequency higher than the frequency generated at the normal operation speed of the magnetic levitation railway. However, in order to realize this, it is necessary to make the superconducting magnet strong by weight. Further, it is necessary to increase the capacity of the refrigerator for reliquefying the vaporized helium, which leads to an increase in weight and power consumption. Therefore, in reality, it is very difficult to set the resonance frequency of all of the plurality of vibration modes of the superconducting magnet to be excited to be higher than the frequency generated at the normal operation speed of the magnetic levitation railway.
[0004]
Therefore, while assuming that the resonance frequency exists within the normal operating speed range of the maglev railway, it is also possible to avoid running the maglev railway at a constant speed at such a resonance frequency. Conceivable. In other words, the superconducting magnet is designed so that a resonance frequency exists when the magnetic levitation railway travels at a predetermined speed αkm / h, which is generally considered to be less likely to travel at a constant speed.
[0005]
However, the resonance frequency of the superconducting magnet is not always constant due to manufacturing variations, and it is necessary to consider the respective resonance frequencies of a plurality of superconducting magnets in one knit. Therefore, it is necessary to restrict traveling in a speed range having a certain width. Furthermore, even if α km / h, which is considered to be less likely to travel at a constant speed, is assumed, this is only an assumption, and depending on various circumstances, there is a situation where the vehicle must travel at a constant speed at such a speed. Conceivable.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a ground coil that can prevent a situation in which the resonance frequency coincides with the resonance frequency as much as possible, even on the premise that the resonance frequency exists within the normal operation speed range of the maglev railway.
[0007]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In order to achieve the above object, the ground coil of the maglev railway according to claim 1 is installed continuously in the guideway of the maglev railway along the traveling direction of the vehicle. They are mounted at equal pitch. According to the present invention, the superconducting magnet mounted on the vehicle is excited at a specific resonance frequency because the ground coils for levitating are arranged at an equal pitch. By mounting in this manner, the peak of the resonance frequency can be reduced. As a result, even if it is assumed that the resonance frequency exists within the normal operation speed range of the magnetic levitation railway, a situation in which the resonance frequency matches the resonance frequency is less likely to occur than in the related art. Therefore, the heat load is smaller than in the prior art, and the amount of liquid helium vaporized can be suppressed. This means that the capacity of the refrigerator for reliquefying the vaporized helium can be made relatively small. In addition, since the resonance frequency itself is allowed to exist in the frequency range that occurs at the normal operating speed of the maglev railway, the weight and power consumption of the superconducting magnet are reduced by placing it firmly on the superconducting magnet. There is no inconvenience such as an increase.
[0008]
By the way, since it is important to arrange the ground coils so that the mounting pitches thereof are unequal, the ground coils themselves may be formed in a size corresponding to the unequal pitch, for example (claim 2). They may be formed in the same size (claim 3). Even if the superconducting magnets are formed at the same size, if the mounting pitch itself is not uniform, the degree of vibration of the superconducting magnet at a specific resonance frequency can be reduced as compared with the conventional configuration.
[0009]
In terms of suppressing the peak of the calorific value of the superconducting magnet, all of these are more advantageous than the conventional configuration. However, when the ground coil is formed in a size corresponding to the unequal pitch as in
[0010]
When the mounting pitch is unequal, it may be configured randomly as described in
[0011]
Regarding the superiority and the inferiority of the two, it is rather desirable to arrange them randomly from the following viewpoints. For example, assuming that two types of pitches of A and B are used, if they are arranged alternately, excitation frequencies for the superconducting magnets include those due to A and B and those due to A + B. Therefore, even when coils of two types of pitches are arranged, there is an optimal solution that minimizes the influence of A, B, or a combination thereof (A + B, A + A + B, A + B + B, etc.). In addition, the response magnification of these A, B, or a combination thereof to the excitation frequency is qualitatively smaller when compared to A alone or B alone. Therefore, from such a viewpoint, it is not always optimal to arrange them alternately.
[0012]
Taking into account the degree of influence due to the combination of the unequal pitches, as described in claim 6, when the unequal pitches are n (n ≧ 2), the addition to the superconducting magnet mounted on the vehicle is considered. The oscillating frequency is determined to be an unequal pitch in which the influence of each of n types of pitches and the combination of two or more n types of pitches out of n types is relatively small. " It is also considered effective to adopt
[0013]
The ground coil to which the present invention is applied is only required to exhibit at least a levitation function of a vehicle, and can be applied to a levitation coil, a levitation / guide coil, a levitation / propulsion coil, a levitation / guide / propulsion coil, and the like.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. It is needless to say that the embodiments of the present invention are not limited to the following examples, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention.
[0015]
FIG. 1 is a sectional view showing a guideway 13 and a superconducting linear vehicle (hereinafter, simply referred to as a vehicle) 10 of a superconducting maglev railway, and FIG. It is explanatory drawing which shows an outline.
The levitation and guide coils 1 and 1 'are coils that can realize the levitation and guidance functions with one coil, and are continuously arranged on the side wall of the guideway 13 having a substantially U-shaped cross section in the vehicle traveling direction. . Here, those arranged on one side wall are numbered 1 and those arranged on the other side wall are numbered 1 '. It should be noted that there is a feature in what intervals are arranged when the objects are continuously arranged along the vehicle traveling direction. This point will be described later, and the basic configuration will be described first.
[0016]
On both sides of the vehicle 10,
[0017]
The vehicle body is mounted on a trolley, and the trolley is provided with
[0018]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the floating / guide coils 1 and 1 'comprise a closed circuit in which the
[0019]
Although not shown, a propulsion coil is disposed between the side wall of the guideway 13 and the floating / guide coils 1 and 1 '. Specifically, the propulsion coil is composed of two layers of front and back. Therefore, after the propulsion coil of two layers of front and back is attached to the side wall of the guideway 13, the levitating / guide coils 1, 1 'are attached to the surface thereof. The ground coil has a total of three layers. The propulsion coils are continuously arranged along the traveling direction of the vehicle, and power for generating a magnetic field from each propulsion coil is supplied from a power conversion substation (not shown). More specifically, in the present embodiment, a three-phase alternating current (a U-phase current, a V-phase current, and a W-phase current) having a frequency corresponding to the vehicle speed to be driven flows through each propulsion coil. Then, since the magnetic fields generated from the respective propulsion coils overlap, as a result, a magnetic field in which the N pole and the S pole alternately and continuously change is generated from the propulsion coil.
[0020]
With such a basic configuration, the following levitation force, guidance force, and propulsion force are obtained.
{Circle around (1)} When the levitation vehicle 10 is traveling at low speed via the tires 12, the positional relationship between the
[0021]
{Circle around (2)} When the guiding vehicle 10 is located at the center of the guideway 13, the levitating / guide coils 1, 1 ′ are arranged symmetrically with respect to the longitudinal center line of the guideway 13, and the
[0022]
(3) Power is supplied to the propulsion propulsion coil (in this embodiment, three-phase AC power) to generate a magnetic field, and each of the three propulsion coils adjacent to each other in the traveling direction of the vehicle corresponds to the vehicle speed to be driven. When three-phase alternating currents of a frequency (U-phase current, V-phase current, W-phase current) are respectively supplied, the magnetic fields generated from the respective propulsion coils overlap, and as a result, the N-pole and the S-pole alternately and continuously. Is generated. As a result, interaction (attractive force or repulsive force) occurs between each propulsion coil and the
[0023]
Next, how the levitation and guide coils 1 and 1 'are arranged along the traveling direction of the vehicle will be described with reference to FIG. In this embodiment, since the left and right levitation and guide coils 1 and 1 'are arranged symmetrically, one levitation and guide coil 1 will be described.
[0024]
Conventionally, the floating / guide coils 1 having the same shape are continuously arranged at the same pitch. In the present embodiment, however, the pitches are made to be unequal. Here, the pitch refers to the distance between the centers of the adjacent floating / guide coils 1. In the case of non-uniform pitch, theoretically, it is considered that resonance does not occur if the distance between all the floating and guiding coils 1 is completely random and non-uniform. However, as a practical matter, it is difficult to make them completely random, so that unequal pitches are formed by combining a plurality of types of pitches. Three specific examples in that case will be described.
[0025]
In the example shown in FIG. 5A, five types of levitation / guide coils 1 having five different widths are arranged in a predetermined order within a fixed span S, and five levitation / guide coils 1 arranged in that order are provided. Are repeatedly arranged. That is, when the levitation / guide coils 1 having five different widths are represented as A, B, C, D, E, and F, respectively, A → B → C → D → E → F → A → B → C → D → E → F →...
[0026]
In the example shown in FIG. 5B, the levitation / guide coils 1 having five different widths are used as in the case of FIG. 5A, but they are randomly arranged. That is, the floating / guide coils 1 having the same shape do not repeatedly appear in the same order.
[0027]
In the example shown in FIG. 5C, the floating / guide coils 1 having the same shape are used. However, by making the spacing between the adjacent floating / guide coils 1 different, an uneven pitch is formed as a result. are doing.
Here, the range that can be adopted as the unequal pitch will be described. Basically, the upper limit is half the pole pitch. The pole pitch is the longitudinal distance between the centers of adjacent superconducting magnets in the
[0028]
The following effects can be obtained by making the pitch unequal. That is, the reason that the
[0029]
5 (a) and 5 (b) show the levitation / guide coils 1 and 1 'formed in a size corresponding to the unequal pitch, whereas in the case of FIG. However, the flying and guiding coils 1 and 1 'themselves have the same size. 5A and 5B are more advantageous than the conventional configuration in terms of suppressing the peak of the heat generation amount of the
[0030]
5A and 5B are compared. 5A and 5B assume five types of pitches, but first consider two types of pitches. For example, assuming that two types of pitches of A and B are used, if they are arranged alternately, excitation frequencies for the superconducting magnets include those due to A and B and those due to A + B. Therefore, even when coils of two kinds of pitches are arranged, there is an optimal solution that minimizes the influence of A, B, or a combination thereof (A + B, A + A + B, A + B + B, etc.). In addition, the response magnification of these A, B, or a combination thereof with respect to the excitation frequency is qualitatively smaller than that of A alone or B alone.
[0031]
Therefore, from such a viewpoint, it is not always optimal to arrange them alternately, and it can be said that the random arrangement increases the possibility of reducing the peak of the resonance frequency. Further, as described above, it is also effective to set in consideration of the degree of influence due to the combination of unequal pitches. In the case of FIG. 5B, there are five types of pitches, but all or a combination of them may be considered.
[0032]
On the other hand, when the coils are arranged in a predetermined order within the fixed span S as shown in FIG. 5A, a set of five levitation and guide coils 1 arranged in that order is created in advance, and Need only be arranged on the guideway 13 in order. Therefore, this method is also effective in terms of work efficiency.
[0033]
In FIGS. 5A and 5B, for example, it is assumed that there are five types of different pitches. For example, when three types are used, the upper limit is half of the pole pitch and the lower limit is determined by the hardware configuration as described above. It is conceivable to adopt a pitch of 3. Of course, other combinations may be used. When two types are used, for example, it is conceivable to adopt a half (further) pitch of ピ ッ チ and a pitch of 3 of the pole pitch.
[0034]
[Others]
(1) In the above embodiment, the levitation and guide coils 1 and 1 'have been described as examples. However, it is sufficient that at least the levitation function of the vehicle 10 can be exhibited. A coil that exhibits only the levitation function, a coil that exhibits the levitation and guidance function, The present invention can be applied to a coil exhibiting a levitation / propulsion function, or a coil exhibiting all functions of levitation / guide / propulsion with one coil. In particular, when the present invention is applied to a coil that performs all of the functions of levitation, guidance, and propulsion with one coil, it is necessary to secure the propulsion function. And two thirds of the pitch are also effective.
[0035]
(2) In the above embodiment, an example was described in which the
[0036]
(3) In the above embodiment, the coil having the levitation function is installed on the side wall of the guideway. However, this can be realized by installing the coil on the traveling road surface (U-shaped bottom surface).
(4) Although the guideway 13 has a U-shaped cross section in the above embodiment, various shapes such as an inverted T-shape, a box-shaped cross section, and a plate can be used. Is not limited to this.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a guideway and a superconducting linear vehicle of a superconducting magnetic levitation railway according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of arrangement and wiring of a levitation / guide coil.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a flow of a current for levitation flowing through a levitation / guide coil.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a flow of a current for guiding a levitation / guide coil.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an arrangement of a levitation / guide coil along a vehicle traveling direction.
[Explanation of symbols]
1, 1 ': floating / guide coil, 2, 2': upper coil, 3, 3 ': lower coil, 4, 5: null flux cable, 10: vehicle, 12: tire, 13: guide way, 20, 20 '… Superconducting magnet
Claims (6)
前記地上コイルを不等ピッチで取り付けたことを特徴とする磁気浮上式鉄道の地上コイル。A ground coil that is continuously installed in a guideway of a magnetic levitation railway along a traveling direction of a vehicle and exerts at least a levitation function of the vehicle,
A ground coil for a magnetic levitation railway, wherein the ground coils are mounted at irregular pitches.
前記地上コイルは、前記不等ピッチに見合った大きさに形成されていることを特徴とする磁気浮上式鉄道の地上コイル。The ground coil of a magnetic levitation railway according to claim 1,
The ground coil according to claim 1, wherein the ground coil is formed in a size corresponding to the unequal pitch.
前記地上コイルは、同一の大きさに形成されていることを特徴とする磁気浮上式鉄道の地上コイル。The ground coil of a magnetic levitation railway according to claim 1,
A ground coil for a magnetic levitation railway, wherein the ground coils are formed in the same size.
前記不等ピッチはランダムであることを特徴とする磁気浮上式鉄道の地上コイル。The ground coil of the magnetic levitation railway according to any one of claims 1 to 3,
The unequal pitch is random, and a ground coil of a magnetic levitation railway.
前記不等ピッチがn(n≧2)種類の場合、当該n種類の不等ピッチが一定の順番で繰り返すように構成したことを特徴とする磁気浮上式鉄道の地上コイル。The ground coil of the magnetic levitation railway according to any one of claims 1 to 3,
A ground coil for a magnetic levitation railway, wherein when the unequal pitches are n (n ≧ 2) types, the n types of unequal pitches are repeated in a certain order.
前記不等ピッチがn(n≧2)種類の場合、前記車両に搭載されている超電導磁石に対する加振周波数としてn種類の各ピッチに起因するもの及びn種類の内の2種類以上n種類以下のピッチの各組合せに起因するものの影響度が相対的に小さくなる不等ピッチとしたことを特徴とする磁気浮上式鉄道の地上コイル。The ground coil of the magnetic levitation railway according to any one of claims 1 to 3,
When the unequal pitch is n (n ≧ 2), the excitation frequency for the superconducting magnet mounted on the vehicle is caused by each of the n types of pitches, and two or more of the n types and n or less A ground coil for a magnetically levitated railway, characterized by an unequal pitch in which the influence of each combination of pitches is relatively small.
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