JP4468308B2 - 小規模の磁気浮上式搬送システム - Google Patents
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Description
(A)輸送車両は、真空輸送路内に設置された磁気浮上ガイド上を落差による位置エネルギーによって高速に走行し、目的地に輸送物資を運び、かつ磁気浮上ガイド上に超電導を利用して非接触・低摩擦抵抗にて浮上している。超電導磁気浮上は、主に超導電体のピン止め効果による拘束力を利用して、安定した位置が保持される高効率・大容量の位置エネルギーによる輸送システム(下記特許文献1参照)が開示されている。
本発明は、上記状況に鑑みて、簡易に構築でき、小型のビークルの搬送を的確に行うことができる小規模の磁気浮上式搬送システムを提供することを目的とする。
〔1〕レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、高温超電導バルク体からなるレールトラックと、磁石を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、前記レールトラックに配置される高さが一定の略漏斗形状の筒を有し、この筒の大きい断面の入口から小さい断面の出口に向かってエアー送り出し機構を備え、前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備することを特徴とする。
〔4〕上記〔1〕又は〔2〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記高温超電導バルク体がサマリウム系材料からなることを特徴とする。
〔6〕上記〔1〕又は〔2〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックはドーム型であることを特徴とする。
〔7〕上記〔3〕記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記電磁分岐器は、前記レールトラックにタイル状に敷設された磁石の極性パターンを変更することにより前記ビークルの搬送方向を分岐するようにしたことを特徴とする。
図1は本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式搬送システムの模式図である。
この図において、1はレールトラック、2はビークル(移動体)、3はプラットホーム、4,5は交差点の制御器、6,7は交差点の信号機、8,9は交差点のセンサー、10はエアーブレーキシステム、11はベルトコンベア(アップ)、21,22は空気加速機、23は空気加速機21,22に供給される空気を送るための空気タンク、24は空気タンク23に接続される空気ポンプ、25は空気ポンプ24の駆動源としてのソーラーパネル又は電源であり、空気加速機21,22へ空気タンク23から空気を送り出して、空気加速機21,22で空気の流れをつくる。また、ソーラーパネル26からの電力で駆動される推進用ファン27によって空気加速機21,22で空気の流れをつくるようにしてもよい。
〔1〕磁気浮上式搬送システムの規模
基本的に小規模搬送体としてのシステムであり、人・物の搬送に用いる。浮上力は磁力と超電導体の性能とシステムの規模に関係するが、人の場合、1〜2名程度である。
また、工場等の物資搬送用アクチュエーターとしてのシステムに用いる。
図2に示すような全線ドーム型の場合は、レール31上をビークル32が磁気浮上して走行するが、レールトラックはドーム33で覆われる。また、図3に示すような開放型の場合は、レール31上をビークル32が磁気浮上して走行するが、ドームは設けず、開放される。これらはいずれであってもよい。全線ドーム型の場合は、外部からの汚染がないので、流動空気を清浄空気とすれば、半導体装置製造ラインなどの小型システムに適用できる。また、流動空気を窒素等にすれば酸化等を防止できる。開放型の場合は全線ドーム型より経済的であるが、外部の影響を受けやすい。
〔3〕磁気浮上式物体搬送システムの浮上方式について述べる。
図4に示すように、レールとして、高温超電導バルク体41を敷設し、その高温超電導バルク体(レール)41上を、磁石42を搭載したビークル(移動体)43を搬送させるようにしている。44はその場合の磁石42が高温超電導バルク体(レール)41に作用する磁束を示している。
レールとして、高温超電導バルク体41を用いて、その高温超電導バルク体(レール)41は液体窒素N2 又はヘリウムガス45を充填して冷却するようにしている。そして、レール(高温超電導バルク体)41上を、磁石42を搭載したビークル(移動体)43を搬送させるように構成している。46は後述するが、空気フローを示している。
図6に示すように、レールとして、高温超電導バルク体51を敷設し、その高温超電導バルク体(レール)51上を磁石52を搭載したビークル(移動体)53を搬送させる。54はその場合の磁石52が高温超電導バルク体(レール)51に作用する磁束を示している。
レール(動線)は永久磁石でも電磁磁石でもよいので、最も経済的な配置になるように構成する。永久磁石と電磁磁石との混合でも可能である。動線に高温超電導体を使用して、事前に冷却しておけば、図4に示すように、「マイスナー効果」でビークル43を浮上させることができる。また、図6に示すように、「トラップ効果」でビークル53を浮上させることができる。磁束のギャップを与えてから冷却してギャップ分のエネルギーを利用して浮上させ、推進方向は磁束に沿って進む方法(磁束は超電導体中に分散する常電導物質に捕捉、いわゆる「ピン止め効果;ピンニング」されるので、ギャップ分と同一のポテンシャルエネルギーの場のみを移動できる)とは異なり、電磁的なレールではなくエネルギーの面の上に浮上するのみである。このために、これまで動線あるいは動線面を超電導体にする発想はなかった。しかし、本発明では、ビークルの加速のための空気流を流すことにより走行方向が制御できるので、この発想が具体化されることになった。動線側を高温超電導体とするのでレールトラック全線に空気流が必要となる。ビークル(移動体)自体に推進装置等が設置される場合には空気流の設備は不要となる。また、動線側が高温超電導体であるので、磁力を有するものしか反応しないことが非常なメリットとなる。電磁的磁力によってビークル(移動体)自体の浮上の制御が可能となる。デメリットは、動線全線を低温としなければならない点である。しかし、閉じられた動線内のガスを冷却するか寒剤を直接注入するにしてもその設備は動線全体に設置する必要はない。走行は空気流で行うので、動線をドーム型とする場合には、ドームを走行方向に分割することにより、走行路を複数にできる。分割された走行路の空気流の流れを逆方法に変えれば、当然走行方向は逆となる。
高温超電導のTc(超電導転移温度)は液体窒素温度の77.3K以上の80Kから90Kが実用的であり、この条件をみたす希土類系高温超電導体のイットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、サマリウム(Sm)などが適用できるが、本発明ではサマリウム(Sm)系を用いる。サマリウム(Sm)系はイットリウム(Y)系に比較して高磁場中でも性能が落ちない利点がある。今回作製したサマリウム(Sm)系バルク体であれば、0.5T(テラス)印加時の磁場中冷却で0.2T以上の捕捉磁場を軽く記憶しており、他の系のバルク体に比較して断然有利である。
ビークル側に高温超電導体がある場合はビークルに寒剤を保有するか冷却装置を搭載しなければならない。小型のビークルならば寒剤を保有することになるが、気化した分の補充が必要となる。冷却装置を搭載する場合は大型ビークルになるが、冷却装置の電源等も含めた重量等から性能の高い高温超電導体が必要となる。
空気加速機は、弱い空気の流れがあればよいので小型送風機でも可能である。小型送風機ならば電源は太陽光発電で可能である。流量については、ビークルの断面積と空気抵抗の関係から流量を調整すればよい。室内であれば開放型でよい。大型ビークルならば、ビークル自体に推進用ファンあるいは噴射装置を設置することも可能である。
〔7〕電磁分岐器
動線を磁石あるいは電磁石で構成した場合、電磁分岐器を構成する磁石の全ての極を反転させる必要はない。
従来の鉄道システムでは複線は平行に敷設され、相互の線の交差は両開き分岐器などによっているが、分岐器角が極端に交差する場合には原理上同一平面に構成することができず立体交差構造とならざるをえない。本発明では、本線81Aと81Bが直交する場合には、直交部分に交差電磁分岐器87を組み入れることにより、本線81Aと81Bを立体交差することなくビークルの進行を行うことができる。
本線81Aと81Bが交差する箇所に交差電磁分岐器87を組み入れる。交差電磁分岐器87には極を反転可能なタイル状に敷設された電磁石88(図面では着色されている)を配置し、この電磁石88の磁石パターンがビークル搭載位置のコイル89と同極の第1の磁石パターン87Aであれば、本線81Aを走行してきたビークルは逸脱することなく進行方向Aに進める。一方、交差電磁分岐路87の磁石パターンがビークル搭載位置のコイル89に対して切り替えられた第2の磁石パターン87Bであれば、本線81Aを走行してきたビークルは進行方向Bへ逸脱することなく進める。
緊急用空気ブレーキは空気加速機と逆の向きに強い流量を流すことが必要であるが、ビークル内の人あるいは物に影響のない流量に調整する必要がある。極く短時間の噴射を考えなければならないので、図12に示すように、緊急用空気ブレーキをかけるためにビークル91の走行とは逆方向に空気送出機92から空気を流す。そのために、空気タンク93、空気ポンプ(コンプレッサー)94および電源95を必要とする。電磁ブレーキやタイヤブレーキ等との併用も可能である。大型ビークルならば、ビークル自体に噴射装置を設置することも可能である。
〔9〕信号システム
ビークル2(図1参照)の検知はセンサー8,9でも無線システムでもよいが、信号システムの目的は電磁分岐器の制御とビークル走行速度を検知し、空気加速機あるいは空気ブレーキの制御を行うことにある。
プラットホーム3(図1参照)は、動線より高い位置にあれば、出発時に落下による走行を利用できる(平坦な位置であってもよい)。プラットホーム3までのビークル2の移動はベルトコンベア11で行うことができる。このベルトコンベア11は動線から浮上高さまでに差し込まれていれば、自然にビークル2をベルトに搭載することができる。これらのベルトコンベア11のシステムは、急な上り勾配の動線の補助としても使用することができる。
2,32,43,53,64,66,67,68,69,91 ビークル(移動体)
3 プラットホーム
4,5 交差点の制御器
6,7 交差点の信号機
8,9 交差点のセンサー
10 エアーブレーキシステム
11 ベルトコンベア(アップ)
21,22 空気加速機
23,93 空気タンク
24 空気ポンプ
25,95 ソーラーパネル又は電源
26,96 ソーラーパネル
27,97 推進用ファン
31 レール
33 ドーム
41,51 高温超電導バルク体(レール)
42,52 磁石
44,54 磁束
45 液体窒素N2 又はヘリウムガス溜
46 空気フロー
61,62 上下逆の2つのレール
63 上部ドーム型走行路
65 下部ドーム型走行路
71 空気加速機のカバー
72 空気の流れ
81,81A,81B 本線
82 タイル状に敷設された永久磁石
83,85 分岐線
84,86 タイル状に敷設された電磁石
87 交差電磁分岐路
88 電磁石
89 ビークル搭載位置のコイル
87A 第1の磁石パターン
87B 第2の磁石パターン
92 空気送出機
94 空気ポンプ(コンプレッサー)
Claims (8)
- レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、
(a)高温超電導バルク体からなるレールトラックと、
(b)磁石を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、
(c)前記レールトラックに配置される高さが一定の略漏斗形状の筒を有し、該筒の大きい断面の入口から小さい断面の出口に向かってエアー送り出し機構を備え、前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備することを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。 - レールトラック上をビークルを磁気浮上させて移動させる小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、
(a)磁石がタイル状に敷設されたレールトラックと、
(b)高温超電導バルク体を搭載し、前記レールトラック上で磁気浮上するビークルと、
(c)前記レールトラックに配置される高さが一定の略漏斗形状の筒を有し、該筒の大きい断面の入口から小さい断面の出口に向かってエアー送り出し機構を備え、前記レールトラックの所定の箇所で前記ビークルを加速する空気加速機とを具備することを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。 - 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックの所定の箇所に配置される電磁分岐器と、該電磁分岐器で分岐されるレールトラック上に配置されるプラットホームと、該プラットホームの手前に配置されるブレーキシステムとを具備することを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
- 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記高温超電導バルク体がサマリウム系材料からなることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
- 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックは開放型であることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
- 請求項1又は2記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記レールトラックはドーム型であることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
- 請求項3記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記電磁分岐器は、前記レールトラックにタイル状に敷設された磁石の極性パターンを変更することにより前記ビークルの搬送方向を分岐するようにしたことを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
- 請求項3記載の小規模の磁気浮上式搬送システムにおいて、前記プラットホームには前記ビークルを加速するエアーを送り出す機構を備え、前記ブレーキシステムには前記ビークルを停止させる逆噴射のエアーを送り出す機構とを備えることを特徴とする小規模の磁気浮上式搬送システム。
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