JP4468308B2

JP4468308B2 - 小規模の磁気浮上式搬送システム

Info

Publication number: JP4468308B2
Application number: JP2006005236A
Authority: JP
Inventors: 仁司尾作; 祐介福本
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP2007189820A

Description

本発明は、小規模の磁気浮上式搬送システムに関するものである。

従来、このような分野の技術としては、以下に示されるようなものがあった。
（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。

（Ｂ）隔壁内の清浄空間内の、永久磁石を備えた搬送台と、隔壁の外側の超電導バルク材及び保冷材を密閉した保冷容器を搭載した走行装置とから構成され、超電導バルク材のマイスナー効果及びピン止め効果により、走行装置が移動することによって、搬送台が非接触浮上した状態で移動するようにした非接触浮上搬送装置（下記特許文献２参照）が開示されている。
特開２００１−６３５５６号公報特開平５−１２２８０７号公報

また、浮上式輸送システムにおいて、ビークルの加速は、浮上式システムに見られるように推進コイルを利用したものがあるが、推進コイルを利用するためには莫大な費用と高度な技術を必要としている。そのため、レールを常電導方式とした簡易で小型の浮上式搬送システムのように搬送距離が短い場合には適用が困難であった。
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。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔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。

〔２〕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、磁石がタイル状に敷設されたレールトラックと、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、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。

〔３〕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の所定の箇所に配置される電磁分岐器と、この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、この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。
〔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。

〔５〕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開放型であ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。

〔８〕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。

本発明によれば、現在莫大な費用と高度な技術を必要としている推進コイルを利用したシステムに代わり、簡易で小型の浮上式搬送システムの構築が可能となる。

本発明の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は、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。

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。

以下、本発明の小規模の磁気浮上式物体搬送システムの各部分の詳細な説明を行う。
〔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。

〔２〕レールトラックおよび全体のシステム構成の概要
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。

単純な小型搬送システムとしての用途ならば、空気加速機のみを設置すればよいが、複雑な小型搬送システムでは、駅、電磁分岐器、信号機、ブレーキ、空気加速機が必要となる。高温超電導体を冷却するための寒剤（液体窒素）注入作業が必要な場合には、そのための注入基地が必要となる。
〔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。

（１）マイスナー効果を用いた方式
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。

図５にその磁気浮上式物体搬送システムの断面図を示している。
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。

（２）トラップ効果を用いた方式
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。

〔４〕レール（動線）
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。

また、動線は磁力なので、図７に示すように、上下逆の２つのレール６１，６２が存在する。ドーム型走行路を上下に２分割すれば、上部ドーム型走行路６３にはビークル６４が走行し、下部ドーム型走行路６５にはビークル６６が吊り下げられた状態で走行する。吊り下げ状態ではレールは１本でも走行に支障はないので、これを利用すれば、図８に示すように、下部ドーム型走行路６５をさらに２分割にし、全体で３分割走行路ができる。当然、下部ドーム型走行路６５の吊り下げ状態のビークル６８，６９は上部ドーム型走行路６３を走行するビークル６７よりも軽量でなければならない。

〔５〕高温超電導体
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。

高温超電導体をビークル側に設置するか動線側に設置するかは場合による。
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。

〔６〕空気加速機
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。

空気加速機の側面方向は、図９（ｂ）に示すように、空気加速機のカバー７１の出口の断面Ｓ₂はドームの入口の断面Ｓ₁より狭くなっているが、図９（ａ）に示すように、空気加速機のカバー７１の上下方向は入口の高さＨ₁と出口の高さＨ₂は同一である。上下方向の入口の断面Ｓ_iが出口の断面Ｓ_oより広くなるとドームの入口の断面Ｓ₁からの空気の流れ７２が発生し、結果的にビークルを加速させる力で推進力を発生させることができる。

従来の鉄道システムにおける分岐器には、片開き分岐器、両開き分岐器、振分分岐器、内方分岐器及び外方分岐器などの普通分岐器と、シーサースクロッシング、ダイヤモンドクロッシング、シングルスリップスイッチ、ダブルスリップスイッチ、三枝分岐器、複分岐器および三線式分岐器などの特殊分岐器があるが、ここでは片開き分岐器にあたるＹ型電磁分岐器と両開き分岐器に相当する交差電磁分岐器について述べる。
〔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。

図１０にその一例を示す。ここでは、Ｙ型電磁分岐器を示す。本線８１にはタイル状に敷設された永久磁石８２を用い、分岐線８３には極を反転可能なタイル状に敷設された電磁石８４を配置し、この電磁石８４をＯＮの状態にする。分岐線８５にはタイル状に敷設された電磁石８６を配置して、その電磁石８６はＯＦＦの状態にして、分岐線８３への分岐を促すようにする。当然、分岐線８５に分岐するようにしたい場合には、電磁石８６をＯＮの状態にし、電磁石８４をＯＦＦの状態にする。なお、極を反転させる必要のない本線８１の磁石は永久磁石でもよい。また、同極である電磁レールのカーブの外側は必ずしも極度に連続した磁石でなくともビークルの逸脱はない。なぜなら、短時間であれば片側だけで走行できるからである。動線が高温超電導バルク体の場合には、道路と同じであるので、ビークル側の電磁石の制御によることになる。

次に、図１１に交差電磁分岐器の例を示す。
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および８１Ｂにはタイル状に敷設された永久磁石（図示なし）を用い、本線８１Ａと８１Ｂが交差（図示では直交）している場合について述べる。
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。

〔８〕緊急用空気ブレーキ
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。

また、停止したビークルを駆動するために、加速のための空気の送出が必要であるので、空気送出機９２から走行方向に空気を送風する。そのために、ソーラーパネル９６からの電力で駆動される推進用ファン９７を備えるようにしている。
〔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。

〔１０〕プラットホーム
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。

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。

本発明の小規模の磁気浮上式搬送システムは、塵埃を嫌う半導体装置や精密機器などの搬送システムとして好適である。

本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの模式図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのドーム型のレールトラックの構造を示す図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの開放型のレールトラックの構造を示す図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの磁気浮上方式の模式図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの構造を示す断面図である。本発明の他の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの構造を示す断面図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのドーム型走行路（その１）の構成図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのドーム型走行路（その２）の構成図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの空気加速機の断面図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムのＹ型電磁分岐器の構成例を示す図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの交差電磁分岐器の構成例を示す図である。本発明の実施例を示す小規模の磁気浮上式物体搬送システムの緊急用空気ブレーキの構成を示す模式図図である。

１レールトラック
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

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。