JP5165614B2

JP5165614B2 - 超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法およびその装置

Info

Publication number: JP5165614B2
Application number: JP2009034676A
Authority: JP
Inventors: 雅之饗庭; 正夫鈴木
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: JP2010190691A

Description

本発明は、移動磁場中における導電体の渦電流損失の測定方法およびその装置に係り、特に超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体（導電体）の渦電流損失の模擬測定方法およびその装置に関するものである。

図６は従来の超電導磁気浮上式鉄道の模式図である。

この図において、１０１はガイドウエイ、１０２はそのガイドウエイ１０１の側壁、１０３はそのガイドウエイ１０１の側壁１０２の車両に対向する内側面に配置される推進コイル、１０４はその推進コイル３の表側に配置される浮上コイル、１０５は超電導磁気浮上式鉄道の車両、１０６はその車両１０５の両側に配置される超電導磁石である。

このような超電導磁気浮上式鉄道においては、車両の移動に伴い、ガイドウエイ１０１に存在する導電体に渦電流が発生し、車両に対する制動力となる。

ところで、定置試験による渦電流損失の測定方法には、従来、温度変化（発熱量）を測定する方法〔渦電流損の評価方法およびその装置（下記特許文献１参照）〕、〔ストランド線を用いた低損失型浮上コイルの開発と損失評価（下記非特許文献１参照）〕があった。

特開２００３−２３４２２５号公報

小村昭義他，「ストランド線を用いた低損失型浮上コイルの開発と損失評価」，ＬＤ−９８−８２，１９９８年１２月電気学会リニアドライブ研究会資料，ｐｐ．２５−３０

しかしながら、上記した渦電流損失の測定方法では、図６に示すような超電導磁気浮上式鉄道においてガイドウエイの地上コイル導体の渦電流損失を模擬測定するには不向きであり、満足のいく渦電流損失評価がなされていないのが現状である。

本発明は、上記状況に鑑みて、超電導磁気浮上式鉄道車両の走行に伴い発生するガイドウェイ付近にある導電体の渦電流損失の評価のため、実際の発生原理と同様な移動磁場により渦電流損失を測定し、評価することができる超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法およびその装置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〕超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法において、回転軸に固定される非磁性・非導電性の回転円板に導電体からなる供試体を設け、磁場生成装置による磁場印加の有無による前記回転円板に作用する回転トルク値の変化により前記供試体に起因する前記導電体の渦電流損失の測定を行うことを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法において、前記回転円板に前記供試体を固定することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法において、前記回転円板は２枚の回転円板からなり、この２枚の回転円板のギャップに固定される供試体を設定することを特徴とする。

〔４〕超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、回転軸に固定される非磁性・非導電性の回転円板と、この回転円板に印加される磁場生成装置と、前記回転円板に接続される回転トルク計と、前記回転円板に作用可能な導電体からなる供試体とを具備することを特徴とする。

〔５〕上記〔４〕記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記供試体を前記回転円板に固定することを特徴とする。

〔６〕上記〔４〕記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記回転円板は２枚の回転円板であり、この２枚の回転円板のギャップに固定される供試体を設定することを特徴とする。

〔７〕上記〔４〕記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記磁場生成装置が固定部に配置される電磁石であることを特徴とする。

〔８〕上記〔４〕記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記磁場生成装置が回転円板に配置される永久磁石であることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失をその発生原理を模擬することにより測定をすることができる。これにより、測定の数値計算との比較が容易となり、より正確な渦電流損失の評価が可能となる。

本発明の第１実施例を示す移動磁場中における導電体の渦電流損失の測定装置の模式図である。本発明の第１実施例を示す渦電流損失の算定フローチャートである。本発明の第２実施例を示す移動磁場中における導電体の渦電流損失の測定装置の模式図である。本発明の第２実施例を示す渦電流損失の算定フローチャートである。具体化された移動磁場中における導電体の渦電流損失の模擬測定装置の模式図である。従来の超電導磁気浮上式鉄道の模式図である。

本発明の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法は、回転軸に固定される非磁性・非導電性の回転円板に導電体からなる供試体を設け、磁場生成装置による磁場印加の有無による前記回転円板に作用する回転トルク値の変化により前記供試体に起因する前記導電体の渦電流損失の測定を行う。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す移動磁界中における導体の渦電流損失の模擬測定装置の模式図、図２はそれを用いた渦電流損失の算出フローチャートである。

図１において、１は回転軸、２は回転軸１に固定される非磁性・非導電性の回転円板、３〜１０は電磁石であり、それぞれ１組の対向した電磁石が固定部材に固定されており、それらの固定された電磁石間のギャップを回転円板２が通過する。また、電磁石３〜１０には、直流電流が通電され、隣接する電磁石３と４，４と５，５と６，６と７，７と８，８と９，９と１０はそれぞれ逆極性となるように配置されている。１１は非磁性・導電性の供試体であり回転円板２に固定される。なお、図示していないが、回転軸１には回転トルク計が接続される。

ここで、超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体に供試体１１が対応し、超電導磁気浮上式車両に搭載される超電導磁石が電磁石３〜１０に対応する。つまり、超電導磁気浮上式鉄道の構成とは相対的に逆になっているが、供試体１１が地上側に固定され、電磁石３〜１０が超電導磁気浮上式車両に搭載され移動することと同じになり、実際の発生原理と同様な移動磁場により渦電流損失を測定することができる。

このように構成することにより、電磁石３〜１０の無励磁時、つまり、地上コイル側に導電体が存在していない（全く残されていない）場合と同じ状態の回転トルクと、電磁石３〜１０の励磁時、つまり、地上コイル側に導電体が存在している（導電体が残されている）場合と同じ状態の回転トルクとを求めて、両者の回転トルクの差により渦電流損失を算出する。

渦電流損失の算出手順は、図２に示すように、まず、（１）電磁石３〜１０の無励磁時の回転トルク（Ａ）の計測を行い（ステップＳ１）、次いで（２）電磁石３〜１０の励磁時の回転トルク（Ｂ）を行い（ステップＳ２）、（３）上記で計測した回転トルク（Ｂ）と回転トルク（Ａ）との差により供試体１１による渦電流損失の算出を行う（ステップＳ３）。

図３は本発明の第２実施例を示す移動磁場中における導電体の渦電流損失の模擬測定装置の模式図、図４はそれを用いた渦電流損失の算定フローチャートである。

図３において、２１は回転軸、２２は回転軸２１に固定される上部回転円板、２３は回転軸２１に固定される下部回転円板である。２４〜３１は上部回転円板２２と下部回転円板２３とに対になって固定された永久磁石であり、隣接する電磁石２４と２５，２５と２６，２６と２７，２７と２８，２８と２９，２９と３０，３０と３１は逆極性となるように配置されている。３２は非磁性・導電性の供試体であり、上部回転円板２２と下部回転円板２３とのギャップ中に固定されている。なお、図示していないが、回転軸２１には回転トルク計が接続される。

本実施例では、永久磁石２４〜３１を回転円板２２，２３に固定し（超電導磁気浮上式車両に搭載される超電導磁石に相当）、上部回転円板２２及び下部回転円板２３の間に固定された供試体３２（地上コイル側の導電体に相当）近傍を通過させるように構成した。ここでは、供試体３２の有無による回転トルクの差により渦電流損失を測定する。

渦電流損失の算出手順は、図４に示すように、まず、（１）永久磁石２１〜３１を有する２枚の回転円板２２，２３を回転させて、回転トルク（Ａ）の計測を行い（ステップＳ１１）、次いで、（２）２枚の回転円板２２，２３の間のギャップに固定部材（図示なし）に固定された供試体３２を設定して回転トルク（Ｂ）の計測を行い（ステップＳ１２）、（３）上記で計測した回転トルク（Ｂ）と回転トルク（Ａ）との差により供試体３２による渦電流損失の算出を行う（ステップＳ１３）。

図５は具体化された移動磁場中における導電体の渦電流損失の模擬測定装置の模式図であり、図５（ａ）は供試体が存在しない状態を示す図、図５（ｂ）は供試体が存在する状態を示す図である。

これらの図において、４１は回転軸、４２は回転軸４１に固定された非磁性・非導電性の回転円板、４３は回転軸４１に設けられる回転トルク計、４４は回転円板４２を駆動する、回転軸４１に接続されるモーター、４５，４６はコの字形状の固定部材であり、互いに対向するように配置されている。４７，４８はコの字形状の固定部材４５，４６に回転円板４２を挟んで上下に対向するように配置される電磁石である。回転円板４２は上下に対になった電磁石の間を回転するように構成されている。つまり、回転円板４２には電磁石４７，４８によって磁場が印加されるように構成されている。

このように構成したので、まず、図５（ｂ）に示すように、供試体４９を回転円板４２に固定して、電磁石４７，４８を励磁しない状態で回転円板４２を回転させて、その時の回転トルク計４３によるトルク値を求めておき、次いで、電磁石４７，４８を励磁した状態で回転円板４２を回転させて、その時の回転トルク計４３によるトルク値を求める。

すると、電磁石４７，４８の励磁の有無により、回転トルク計４３により測定されるトルク値が異なる。また、供試体４９の量が多くなるほどトルク値が増大することになり、このトルク値の増加分が導電体としての供試体４９による渦電流損失に比例することになる。

したがって、移動磁場中における導電体の渦電流損失の模擬測定を行うことができ、その結果を、超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の評価に用いることができる。

すなわち、図５において、電磁石４７，４８が超電導磁気浮上式鉄道車両に搭載される超電導磁石に対応し、回転円板４２が地上コイルを有するガイドウェイの側壁に対応し、供試体４９はその側壁に配置された地上コイル導体などの導電体に対応する。

そこで、ガイドウェイの側壁に供試体としての導電体が多く存在する場合には、その導電体の量を供試体の量として設定することにより、供試体による渦電流損失として測定することができる。これにより、ガイドウェイの側壁に配置された導電体としての供試体と、超電導磁気浮上式鉄道車両に搭載される超電導磁石としての電磁石との関係に基づいて、ガイドウェイの側壁に配置された導電体の渦電流損失の程度を推定し計測することができる。

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いて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式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の測定方法およびその装置は、超電導磁気浮上式鉄道において地上コイル以外にガイドウェイの側壁に配置された導電体による渦電流損失の程度を評価するためのツールとして利用可能である。

１，２１，４１回転軸
２，４２非磁性・非導電性の回転円板
３〜１０，４７，４８電磁石
１１，３２，４９供試体
２２上部回転円板
２３下部回転円板
２４〜３１永久磁石
４３回転トルク計
４４モーター
４５，４６コの字形状の固定部材

Claims

回転軸に固定される非磁性・非導電性の回転円板に導電体からなる供試体を設け、磁場生成装置による磁場印加の有無による前記回転円板に作用する回転トルク値の変化により前記供試体に起因する前記導電体の渦電流損失の測定を行うことを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法。
請求項１記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法において、前記回転円板に前記供試体を固定することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法。
請求項１記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法において、前記回転円板は２枚の回転円板からなり、該２枚の回転円板のギャップに固定された供試体を設定することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定方法。
（ａ）回転軸に固定される非磁性・非導電性の回転円板と、
（ｂ）該回転円板に印加される磁場生成装置と、
（ｃ）前記回転円板に接続される回転トルク計と、
（ｄ）前記回転円板に作用する導電体からなる供試体とを具備することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置。
請求項４記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記供試体を前記回転円板に固定することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置。
請求項４記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記回転円板は２枚の回転円板からなり、該２枚の回転円板のギャップに固定された供試体を設定することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置。
請求項４記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記磁場生成装置が固定部に配置される電磁石であることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置。
請求項４記載の超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置において、前記磁場生成装置が回転円板に配置される永久磁石であることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道における地上コイル導体の渦電流損失の模擬測定装置。