JP3954047B2

JP3954047B2 - 超電導磁気浮上システム

Info

Publication number: JP3954047B2
Application number: JP2004184705A
Authority: JP
Inventors: 洋中島; 俊輔藤原; 一夫澤田
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: JP2006014420A

Description

本発明は、超電導磁石を用いる超電導磁気浮上システムに関するものである。

超電導磁石を使用する従来の誘導浮上方式の浮上（案内）システムとしては、ガイドウェイの側壁に上下二つのコイルをヌルフラックス接続する８の字形状の地上コイル組を配置し、車両側にレーストラック型の超電導磁石コイルを配置する側壁浮上方式が採用されている（下記特許文献１，２参照）。

図６はかかる従来の超電導磁石を使用する誘導浮上システムの要部模式図、図７はその従来の誘導浮上システムの配線図、図８はその従来の浮上力の発生の説明図であり、図８（ａ）はこの誘導浮上システムの浮上原理を示す模式図、図８（ｂ）は実際の浮上状態を示す模式図である。

これらの図において、１０１，１０１′はガイドウェイの側壁に設けられる、上下二つのコイルがヌルフラックス線１０２でヌルフラックス接続された８の字形状の地上コイル組、１０３はヌルフラックス線１０２に接続される電源、１０４、１０４′は車両側に搭載されるレーストラック型の超電導コイルである。

そこで、地上コイル組１０１の上下二つの地上コイルのうち上側の地上コイルの上辺１１１と超電導コイル１０４の上辺１１５との間には吸引力ｆ₁が、上側の地上コイルの下辺１１２および下側の地上コイルの上辺１１３と超電導コイル１０４の上辺１１５との間には反発力ｆ₂が作用することになり、これらの吸引力ｆ₁と反発力ｆ₂のベクトルの合力が第１の浮上力となる。同様に、上側の地上コイルの下辺１１２および下側の地上コイルの上辺１１３と超電導コイル１０４の下辺１１６との間には吸引力ｆ₃が、下側の地上コイルの下辺１１４と超電導コイル１０４の下辺１１６との間には反発力ｆ₄が作用することになり、これらの吸引力ｆ₃と反発力ｆ₄のベクトルの合力が第２の浮上力となる。これらの第１の浮上力と第２の浮上力とはいずれも上向き方向の力であり、第１の浮上力と第２の浮上力の合力が車両を浮上させる力となる。

なお、超電導コイル１０４と地上コイル１０１の上下方向のセンター１２０、１２１が一致する位置が誘導電流を最も有効に利用できる両者の位置関係であるが、超電導コイル１０４と地上コイル１０１の上下方向のセンター１２０、１２１が一致した状態においては、従来方式では浮上力に関与する誘電電流は発生せず、浮上力も得られない。そこで、実際には、図８（ｂ）に示すように、超電導コイル１０４のセンター１２０は地上コイル１０１のセンター１２１より下がったところでバランスをとることにより、浮上力に関与する誘電電流を発生させ、浮上力を得るようにしている。
特開平５−２２８０９号公報特開２００２−１１０４１５号公報

上記した従来の誘導浮上システムでは、優れた特性が得られているが、さらに揚抗比をより大きくすることが望ましく、また、超電導コイル上方の漏洩磁場をより小さくすることが望ましいという要望がある。

なお、揚抗比（ｌｉｆｔ−ｔｏ−ｄｒａｇｒａｔｉｏ）とは、浮上力と浮上に伴い発生する抗力との比であり、浮上系の良さを示す指標として用いられる。誘導式磁気浮上においては、地上側の単体で閉回路を構成するコイル（短絡コイル）の電流によって発生する損失、すなわち走行抵抗となる磁気抗力に対する磁気浮上力の比となる。揚抗比を大きくする、すなわち、走行抵抗を減らすためには、車両側磁石の移動速度を高くする、地上側短絡コイルの断面積を大きくする（電気抵抗を減らす）、または地上側短絡コイルと車上側磁石コイルの相互インダクタンスを小さくして短絡コイルの電流を減らすといったことが必要である。

本発明は、上記状況に鑑みて、超電導コイル上方の漏洩磁場を低減し、かつ揚抗比を増大させることができる超電導磁気浮上システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕超電導磁気浮上システムにおいて、ガイドウェイを走行する車両側に配置されるレーストラック型の主超電導コイルと、この主超電導コイルの上方に配置されるとともに、前記主超電導コイルと逆の極性を持つレーストラック型の補助超電導コイルと、上下二つのコイルをヌルフラックス接続するとともに、前記ガイドウェイの左右に配置される８の字形状の地上コイルを前記車両の進行方向に連続的に配置した地上コイル組とを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の超電導磁気浮上システムにおいて、前記補助超電導コイルの高さ方向の幅が前記主超電導コイルの高さ方向の幅よりは小さいことを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導磁気浮上システムにおいて、前記補助超電導コイルの起磁力が前記主超電導コイルの起磁力より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。

（１）主超電導コイルの上方に逆の極性を有する補助超電導コイルを配置することにより、地上コイルに流れる電流をより有効に利用でき、浮上力を増加させることができる。車両の重量が同一であれば、より大きな揚抗比を維持しながら浮上させることができる。

（２）超電導コイルの上方、すなわち車両の床面相当の場所で、主超電導コイルの作る磁場と補助超電導コイルの作る磁場が、お互いに打ち消し合う構成となり、車両床面での磁場が大幅に低減する。これにより、超電導コイルの上部も含めて浮上車両の床面全体を乗客用スペースとして活用することができる。

超電導磁気浮上システムにおいて、ガイドウェイを走行する車両側に配置されるレーストラック型の主超電導コイルと、この主超電導コイルの上方に配置されるとともに、前記主超電導コイルと逆の極性を持つレーストラック型の補助超電導コイルと、上下二つのコイルをヌルフラックス接続するとともに、前記ガイドウェイの左右に配置される８の字形状の地上コイルを前記車両の進行方向に連続的に配置した地上コイル組とを具備する。よって、地上コイルに流れる電流をより有効に利用でき、浮上力を増加させることができる。車両の重量が同一であれば、より大きな揚抗比を維持しながら浮上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す超電導磁気浮上システムの要部模式図、図２はその場合の浮上力の発生の説明図、図３はその地上コイルの設置状態を示す斜視図、図４は超電導磁気浮上システムの超電導磁気浮上式鉄道の断面図である。

これらの図において、１はガイドウェイ、２は車輪走行路、３，３′はそのガイドウェイ１の両側壁、４，４′は８の字形状をなす上下二つのコイルがヌルフラックス線５でヌルフラックス接続されるとともに、前記ガイドウェイ１の左右に、車両の進行方向に連続的に配置される地上コイル組である。

この超電導磁気浮上式鉄道の超電導磁気浮上システムにおいては、図４に示すように、クライオスタット６内に配置される超電導コイル組７は、主超電導コイル８とその上方に配置される補助超電導コイル９とから構成されている。その他の部分は従来と同様の構成であり、１０はヘリウムタンク、１１は車体、１２は空気バネ、１３は台車、１４は台車枠、１５は補助案内装置、１６は補助支持装置、１７は緊急着地装置である。

以下、本発明の特徴について詳細に説明する。

図１および図２に示すように、本発明の超電導コイル組７は主超電導コイル８とその上方に配置される補助超電導コイル９とから構成する。詳細には、ガイドウェイ１を走行する車両側に配置されるレーストラック型の主超電導コイル８と、この主超電導コイル８の上方に配置されるとともに、前記主超電導コイル８と逆の極性を持つレーストラック型の補助超電導コイル９を具備する。また、上下二つの８の字形状のコイルをヌルフラックス線５でヌルフラックス接続するとともに、前記ガイドウェイ１の左右に配置される車両の進行方向に連続的に配置される地上コイル組４が配置され、車両の走行時にその主超電導コイル８とその上方に配置される補助超電導コイル９とからなる超電導コイル組７に対向する。

図２に示すように、従来の構成に補助超電導コイル９が付加されたことにより、この補助超電導コイル９の上辺２７と上側の地上コイルの上辺２１間に反発力Ｆ₅が、補助超電導コイル９の下辺２８と上側の地上コイルの上辺２１間に吸引力Ｆ₆が作用することになる。これらの反発力Ｆ₅と吸引力Ｆ₆はいずれも上向き力であり、これらの反発力Ｆ₅と吸引力Ｆ₆とのベクトル合力が車両の浮上力として、従来技術で示した主超電導コイル８と地上コイル４との間で生成される浮上力Ｆ₁〜Ｆ₄にさらに加えられることになるので、同じ地上コイル電流に対して浮上力が増大する。換言すれば、その増大する浮上力の分だけ、地上コイル４に誘導される電流が少なくてすむことになる。したがって、地上コイル４の抵抗による損失を低減することができることになり、車両の重量が同一であれば、より大きな揚抗比を維持しながら浮上させることができる。なお、図２において、２２は上側の地上コイルの下辺、２３は下側の地上コイルの上辺、２４は下側の地上コイルの下辺、２５は主超電導コイル８の上辺、２６は主超電導コイル８の下辺である。その地上コイルと主超電導コイル８間に生じる電磁力は、従来技術の図８（ａ）に示したものと同様であるので、ここでは説明は割愛する。

また、従来の場合は、現実には、図８（ｂ）に示したように、超電導コイルのセンターが地上コイルのセンターより下がったところでバランスをとっていたが、本発明によれば、補助超電導コイル９が地上コイル４に誘導電流を発生させる機能を有するため、図２に示すように、地上コイルのセンターと超電導コイルのセンターがほぼ同一線でバランスをとることができ、浮上力の増大および揚抗比の向上を図ることができる。

また、本発明の超電導磁気浮上システムにおいて、詳しくは図５とともに後述するが、上部に配置する補助超電導コイルが主超電導コイルに対して逆の極性を有するため、超電導コイルの上方領域における磁場分布を低減させることができる。その場合に、補助超電導コイル９の幅が主超電導コイル８の幅よりは小さいことが望ましい。

さらに、本発明の超電導磁気浮上システムにおいて、補助超電導コイルの起磁力は主超電導コイルの起磁力より小さいことが望ましい。

図５は従来の超電導コイルの上方領域における磁場分布と本発明における超電導コイルの上方領域における磁場分布特性を示す図である。

図５（ａ）は従来の超電導コイルの上方領域における磁場分布を示しており、超電導コイル１０４の上方の略１．５ｍの位置で１００Ｇの磁界が生じているのに対して、図５（ｂ）に示すように、本発明の超電導コイルの上方領域における磁場分布は超電導コイル７の上方の略１．２ｍの位置で１００Ｇの磁界が生じることになり、換言すれば、車内のスペースを上下方向に略０．３ｍ分有効利用することができる。また、車内のスペースを変更しない場合でも、磁気シールドを必要とする場合に大幅にその磁気シールド板の重量が少なくてすむことになる。

なお、上記実施例では、Ｕ型ガイドウェイについて説明したが、本発明は、中央部に配置される突起の両側壁に地上コイルが配置され、この地上コイルに対して、前記突起を覆うように配置される車体の逆凹部の内側部に超電導コイルを具備するボックス型ガイドウェイにも適用することができる。

上記したように、本発明の特徴として、三つ点を挙げることができる。

（１）従来方式では超電導コイルと地上コイルの上下方向のセンターが一致した状態においては、浮上力に関与する誘電電流は発生せず、浮上力も得られないが、本発明においては、主超電導コイルと地上コイルの上下方向のセンターが一致した状態においても誘導電流が流れることになり、誘導電流を最も有効利用しやすい位置関係において浮上力を得ることが可能となる。

（２）本発明によれば、補助超電導コイルも地上コイルに発生した誘導電流との間に有効な浮上力を確保することができ、その結果として同じ地上コイルに流れる電流値に対してより大きな浮上力を確保することができ、結果的に揚抗比を高くすることが可能となる。

（３）本発明によれば、上部に配置する補助超電導コイルが主超電導コイルに対して逆の極性を有するため、図５に示したように、超電導コイルの上方領域における磁場分布を低減させることが可能となる。これによって、移動体である車両の床面における磁場が低減し、磁気シールドを必要とする場合にも大幅にその重量が少なくてすむことになる。この場合、上部の補助超電導コイルの寸法もしくは起磁力は下部の主超電導コイルより小さくすることが望ましい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の超電導磁気浮上システムは、特に、超電導磁気浮上式鉄道へ好適である。

本発明の実施例を示す超電導磁気浮上システムの要部模式図である。本発明の実施例を示す超電導磁気浮上システムの浮上力の発生の説明図である。本発明にかかる超電導磁気浮上システムの地上コイルの設置状態を示す斜視図である。本発明の実施例を示す超電導磁気浮上システムの超電導磁気浮上式鉄道の断面図である。従来の超電導コイルの上方領域における磁場分布と本発明における超電導コイルの上方領域における磁場分布特性を示す図である。従来の超電導磁石を使用する誘導浮上システムの要部模式図である。従来の超電導磁石を使用する誘導浮上システムの配線図である。従来の超電導磁石を使用する誘導浮上システムにおける浮上力の発生の説明図である。

符号の説明

１ガイドウェイ
２車輪走行路
３，３′ ガイドウェイの両側壁
４，４′ 地上コイル組
５ヌルフラックス線
６クライオスタット
７超電導コイル組
８主超電導コイル
９補助超電導コイル
１０ヘリウムタンク
１１車体
１２空気バネ
１３台車
１４台車枠
１５補助案内装置
１６補助支持装置
１７緊急着地装置
２１上側の地上コイルの上辺
２２上側の地上コイルの下辺
２３下側の地上コイルの上辺
２４下側の地上コイルの下辺
２５主超電導コイルの上辺
２６主超電導コイルの下辺
２７補助超電導コイルの上辺
２８補助超電導コイルの下辺

Claims

（ａ）ガイドウェイを走行する車両側に配置されるレーストラック型の主超電導コイルと、
（ｂ）該主超電導コイルの上方に配置されるとともに、前記主超電導コイルと逆の極性を持つレーストラック型の補助超電導コイルと、
（ｃ）上下二つのコイルをヌルフラックス接続するとともに、前記ガイドウェイの左右に配置される８の字形状の地上コイルを前記車両の進行方向に連続的に配置した地上コイル組とを具備することを特徴とする超電導磁気浮上システム。
請求項１記載の超電導磁気浮上システムにおいて、前記補助超電導コイルの高さ方向の幅が前記主超電導コイルの高さ方向の幅よりは小さいことを特徴とする超電導磁気浮上システム。
請求項１又は２記載の超電導磁気浮上システムにおいて、前記補助超電導コイルの起磁力が前記主超電導コイルの起磁力より小さいことを特徴とする超電導磁気浮上システム。