JPH05161218A - 軌道上を走行する車両及び高速軌道システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速走行を簡単な構成で実現し、かつ軌道の
敷設コストを軽減できる車両及びそれを用いた高速軌道
システムを提供することにある。 【構成】 導電性かつ非磁性体のリアクションプレート
８からなる軌道に沿って電力供給手段１０が設けられて
いる。軌道上を走行する車両は、前記電力供給手段から
電力を受け取る集電手段１と、異なる磁極が交互に配設
される回転体５及び該回転体を回転させて前記リアクシ
ョンプレートを横切る変動磁界を形成する駆動手段とを
備えている。前記集電手段により前記車両外部から電力
を受け取って、該電力により前記駆動手段が作動して前
記回転体を回転させ、前記車両と前記リアクションプレ
ートとの間に推進力及び浮上力を発生させる。上記駆動
手段により回転させる回転体が作り出す変動磁界によっ
て、車両を浮上させるための力及び推進させるための力
が発生し、極めて簡単な構成で非接触軌道走行が可能と
なる。更に、導電性リアクションプレートだけで軌道を
構成できるために、敷設コストが従来より大幅に軽減さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軌道上を走行する車両及
びシステムに係り、特に軌道の構成が簡単で高速走行が
可能な駆動機構を有する車両及びそれを用いた高速軌道
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軌道上を非接触で走行するシステ
ムとしてリニアモータシステムがある。リニアモータシ
ステムでは、車両を浮上させるためのコイルが軌道上に
敷設され、更に推進力を発生させるためのコイルが車両
側面を挟むように軌道に沿って設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リニアシステムでは、浮上用コイルと推進用コイルを備
え、推進用コイルには進行方向に沿って順次通電する必
要があり、駆動機構として複雑なものになっていた。更
に軌道に沿って浮上用及び推進用のコイルを多数敷設す
る必要があり、建設コストを上昇させていた。本発明の
目的は、高速走行を簡単な構成で実現し、かつ軌道の敷
設コストを軽減できる駆動機構を有する車両及びそれを
用いた高速軌道システムを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による磁気的駆動
機構を有する車両は、軌道上を走行する車両において、
前記軌道を構成する導電性かつ非磁性体のリアクション
プレートと；異なる磁極が交互に配設される回転体と；
該回転体を回転駆動し、前記リアクションプレートを横
切る変動磁界を形成する駆動手段と；外部から電力を受
け取るための集電手段と；を有し、前記集電手段からの
電力により、前記駆動手段を作動させることを特徴とす
る。

【０００５】本発明による高速軌道システムは、導電性
かつ非磁性体のリアクションプレートからなる軌道と；
前記軌道に沿って設けられた電力供給手段と；前記電力
供給手段から電力を受け取る集電手段と、異なる磁極が
交互に配設される回転体及び該回転体を回転させて前記
リアクションプレートを横切る変動磁界を形成する駆動
手段と、を備える車両と；からなり、前記車両が備える
前記集電手段により、前記車両外部から電力を受け取っ
て、該電力により前記駆動手段が作動して前記回転体を
回転させ、前記車両と前記リアクションプレートとの間
に推進力及び浮上力を発生させることを特徴とする。

【０００６】

【作用】上記駆動手段により回転させる回転体が作り出
す変動磁界によって、車両を浮上させるための力及び推
進させるための力が発生し、極めて簡単な構成で非接触
軌道走行が可能となる。更に、導電性リアクションプレ
ートだけで軌道を構成できるために、敷設コストが従来
より大幅に軽減される。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明による駆動機構を有する車両
の第１実施例を示す模式的平面図（Ａ）及び模式的側面
図（Ｂ）、図２は本実施例の駆動系の概略的ブロック図
である。車両の駆動系は、集電装置１、制御装置２、冷
却システム３及び駆動機構７からなる。集電装置１は、
本実施例では車体９の下部に設けられ、電力供給用ライ
ン１０から接触又は非接触で電力を受け取る。冷却シス
テム３は、駆動機構７の超電導マグネット５を超電導状
態まで冷却し維持するものであり、冷凍サイクルを複数
段連結して形成し、冷凍サイクルを制御装置２が制御す
るようになっている。電力供給源１０はリアクションプ
レート８と並行して軌道上に敷設された電力供給ライン
である。

【０００８】駆動機構７は、後述するように、超電導マ
グネット５を回転させることでリアクションプレート８
に対して浮上力、推進力及び案内力を生じさせる。本実
施例では、車体９に左右対の駆動機構７が設けられ、左
右対のリアクションプレート８が敷設されている。リア
クションプレート８は、アルミニウム、銅等の導電性の
非磁性材料で形成されるが、ポリアセチレンなどの導電
性の樹脂で形成することもできる。

【０００９】集電装置１は電力供給源１０（図１では電
力供給用ライン）から電力を入力し、制御装置２、冷却
システム３、ドライビング・モータ４へ供給する。超電
導マグネット５は図１１に示すように磁極が交互に配置
されており、ドライビング・モータ４によって回転が与
えられる。ただし、本実施例では、図１１に示すよう
に、ドライビング・モータ４は超電導マグネット５と一
体に構成されている。即ち、筒状で回転自在の超電導マ
グネット５の中にステータコイル４１が固定され、ステ
ータコイル４１に三相交流を流すことで超電導マグネッ
ト５を回転させる。従って、制御装置２は、各駆動機構
７の超電導マグネット５の回転速度及び回転方法を別々
に制御することができる。また、超電導マグネット５の
周囲には、接触走行を可能にするタイヤ６が取り付けら
れている。冷却システム３は超電導マグネット５を冷却
するためのものである。

【００１０】駆動機構７の具体的構成の一例を図８に示
す。駆動輪７１は、底部と筒状部７３からなるディスク
ホイール７２を有しており、ディスクホイール７２の筒
状部７３の外周をゴム製のタイヤ６が包囲している。車
両本体９が浮上している間において、タイヤ６は図に示
すように上記リアクションプレート８から離れ、リアク
ションプレート８と接触することはない。

【００１１】上記ディスクホイール７２は、底部と筒状
部７３によって形成される内側空間にカップ状のクライ
オスタット５１を有している。クライオスタット５１
は、上記ディスクホイール７２の底部に沿って配設され
る円形の外側底壁７４、及び外側底壁７４と並列に内側
に配設される内側底壁７５からなる底部７６を有すると
共に、上記ディスクホイール７２の筒状部７３に沿って
配設される円筒状の外側円筒壁５２、及び外側円筒壁５
２の内側に間隔を置いて配設される内側円筒壁５３から
なる筒状部５４を有する。そして、ディスクホイール７
２とクライオスタット５１とは、中心部近傍の円周方向
の数カ所に配設されたボルト７７によって固定されてい
る。

【００１２】上記クライオスタット５１の筒状部５４内
には超電導材コイルで形成された超電導マグネット５が
配設され、超電導マグネット５は液体ヘリウムによって
極低温に冷却され、超電導状態が形成される。そのた
め、上記超電導マグネット５は図示しない永久電流スイ
ッチに接続されていて、超電導状態において閉ループ回
路を形成する。

【００１３】上記タイヤ６、ディスクホイール７２及び
クライオスタット５１は一体的に形成されていて、ボル
ト７７を介して支持体７８に固定されている。支持体７
８は中心に車両本体１１側に突出する軸部を有してお
り、軸部がベアリング７９を介してシャフト８０に回転
自在に支持されている。そして、シャフト８０は車両本
体１１に連結されている。

【００１４】ところで、上記クライオスタット５１を冷
却するためのヘリウムガスは冷却システム３によって極
低温状態に維持される。そのため、クライオスタット５
１の近傍に冷熱供給装置（図示せず）が配設され、冷熱
供給装置は液体ヘリウムを直接冷却システム３から供給
するか、熱伝達によって間接的に冷熱を供給する。

【００１５】次に、上記超電導モータの動作に付いて図
１１を併用して説明する。図１１は、本発明の実施例に
使用される駆動機構の基本的動作説明図である。同図に
おいて、駆動機構７は回転自在の超電導マグネット５か
らなり、リアクションプレート８と対向している。超電
導マグネット５の内周には、ステータコイル４１がシャ
フト８０に支持されて固定されている。超電導マグネッ
ト５に永久電流を流すと、Ｎ極とＳ極とが例えば２個ず
つ円周方向に交互に形成される。

【００１６】制御装置２の制御によって集電装置１から
電源装置を通してステータコイル４１に駆動電流が供給
されると、駆動電流に対応する交番磁界が発生し、超電
導マグネット５はシャフト８０を中心に回転し、上記駆
動輪７１を回転させる。このように、駆動機構７におい
ては、ステータコイル４１と超電導マグネット５によっ
て回転駆動用モータが構成される。したがって、上記超
電導マグネット５の回転を利用して、一般の鉄道車両と
同様に、タイヤ６と軌道面との摩擦力を利用した走行が
可能となる。

【００１７】このように摩擦力を利用した走行の他に、
本実施例は、超電導マグネット５の回転によってリアク
ションプレート８に生じる磁気的作用によって推進力を
発生させ走行することができる。この場合、車両９は軌
道上で浮上し、タイヤ６とリアクションプレート８との
間に機械的な摩擦は発生しない。したがって、タイヤ６
の摩耗がなく、また振動や騒音の問題もなくなる。即
ち、超電導マグネット５に回転を与えることでリアクシ
ョンプレート８を横切る磁束が変化する。これによって
リアクションプレート８に誘導電流が発生し、この誘導
電流による誘導磁束が超電導マグネット５に作用して磁
気力（推進力、浮上力及び案内力）を生じさせる。した
がって、超電導マグネット５を回転させるだけで、リア
クションプレート８に対して非接触で走行することが可
能となる。

【００１８】なお、超電導材として強い磁場をかけても
極めて大きな電流を流すことができる酸化物超電導体が
開発されており、このような酸化物超電導体を超電導マ
グネット５に使用することによって大きな推進力を得る
ことができる。

【００１９】図３は、本発明による高速軌道システムに
おける非接触集電装置の一例を示し、（Ａ）が模式的平
面図、（Ｂ）が模式的側面図、（Ｃ）が模式的正面図で
ある。集電装置１は車体９の下部に設けられた車上コイ
ルであり、電力供給源１０は軌道上に敷設されたコイル
である。高周波電力が軌道上コイル１０に供給される
と、電磁誘導作用により車上コイル１（集電装置）に高
周波電流がながれ、その電力を超電導マグネット５の回
転駆動等へ分配する。なお、上記コイル１０のかわり
に、直線的に延びる導電体に三相交流を流しても良い。

【００２０】車上コイル１によって最大の電力が取り出
せるように、車上コイル１に並列に共振コンデンサを設
けても良い。一般に車上コイル１と軌道上コイル１０と
の間隔が大きくなると最大集電電力は小さくなるが、共
振コンデンサを設けておけば、ある一定の間隔のときに
最大の集電電力が得られる。実際の設定では、車上コイ
ル１及び軌道上コイル１０の各巻数と周波数とをパラメ
ータとして集電効率を最大にする。約７０〜８５％の集
電効率が達成可能であると考えられる。

【００２１】また、車上コイル１が軌道上コイル１０に
対して横ズレを起こすと、集電電力は大きく減少する。
試算では、車上コイル１が１０ｃｍ横ズレすると、集電
電力は約半減することが分かっている。このような問題
に対して、本発明における駆動機構７は有利である。上
述したように、駆動機構７の超電導マグネット５が回転
することによって案内力が生じ、横ズレを抑制できるか
らである。

【００２２】図４は、本発明による高速軌道システムに
おける接触集電装置の一例を示し、（Ａ）が模式的側面
図、（Ｂ）が模式的正面図である。ここでは、集電装置
１として車体９の上部にパンタグラフが設けられ、電力
供給源１０としての架空線からパンタグラフを通して集
電される。パンタグラフに代表される摺動集電では、集
電装置と架空線との接触力を一定に保持すること、接触
面での摩擦及び摩耗を少なくすることなどが必要であ
る。このために、パンタグラフ及び架空線のいずれか又
は両方は、相手の凹凸に対応できるほどの柔軟性を有し
ている。例えば、パンタグラフの軽量化やカテナリ吊架
式線の採用等により改良が図られている。また、摩擦及
び摩耗の問題は、固形潤滑剤又はカーボン系すり板の採
用により軽減される。なお、架空線とパンタグラフによ
る集電方法だけでなく、集電靴や車輪による他の接触集
電方法でも良い。転がり接触による集電は、接触力が大
きいので高速、大電流で使用可能である。例えば、電力
供給線路を集電車輪が一定の押付力で挟み転がりながら
集電する。摩耗や接触力の問題がないのが利点である。

【００２３】図５は、本発明による高速軌道システムで
のリアクションプレートの種々の形状を示す概略的平面
図である。リアクションプレート８は、（Ａ）及び
（Ｄ）に示すように、左右の駆動機構７の間隔と同じ幅
で所定の長さのアルミプレートを軌道として敷き詰めて
も良いし、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、左右の駆動
機構７の各々に対応する幅で所定の長さの２本のアルミ
プレートを軌道として敷設しても良い。

【００２４】図６は、本発明による高速軌道システムの
案内力増強手段の一例を示す説明図である。２本のリア
クションプレート８の外側の端部を厚く形成し、駆動機
構７の超電導マグネット５の回転によって生じる誘導渦
電流の分布を外側が密となるように片寄らせる。これに
よって、駆動機構７が軌道から外れようとすると、より
大きな案内力が超電導マグネット５にかかり、脱線を防
止することができる。なお、リアクションプレート８は
端部で渦電流の密度が高くなる形状であれば良く、図６
の形状に限定されるものではない。

【００２５】図７、図９及び図１０は、駆動機構７の種
々の態様を示す概略的断面図である。図８の例では、ク
ライオスタット５１をタイヤ６の内周側に配設した構造
を有しているが、両者を分離した構造にすることもでき
る。この場合、タイヤ６として、従来鉄道に用いられる
鉄製車輪を使用することができる。図７において、クラ
イオスタット５１、超電導マグネット５及びステータコ
イル４１がタイヤ６より車両本体１１側に配設されてい
る。タイヤ６を固定するディスクホイール６２は中心に
クライオスタット５１側に延びるシャフト６１を有し、
シャフト６１がクライオスタット５１に固定されてい
る。この場合、超電導マグネット５とリアクションプレ
ート８との間にタイヤ６が介在されないので、両者を近
接させてリアクションプレート８を鎖交する磁束量を多
くすることができる。また、超電導マグネット５の回転
数又はリアクションプレート８の厚みを制御することに
より、浮上力を制御することが可能であり、車両を完全
に浮上させなくとも、タイヤ６の荷重を軽減させ、振
動、騒音を軽減可能とすると共に、最大登坂角の増大、
制動性の向上が期待できる。

【００２６】図９に示す駆動機構７は、クライオスタッ
ト５１、超電導マグネット５及びステータコイル４１が
車両本体１１内に配設される。また、ディスクホイール
６２は中央に車両本体１１側に延びるシャフト６１を有
し、シャフト６１がベアリング１２を介して車両本体１
１に回転自在に支持される。この場合も、超電導マグネ
ット５１とリアクションプレート８との間に車輪６が介
在されないので、両者を近接させてリアクションプレー
ト８を鎖交する磁束量を多くすることができる。なお、
車輪６は軌道面（例えばレール）走行用として使用さ
れ、図示しないモータ及び動力伝達系を介して回転が伝
達されるようになっている。上記軌道面（例えばレー
ル）上の走行になるので超電導状態で作動するマグネッ
トを用いる必要はなく、例えば永久磁石を周方向に交互
に配設した回転体によって、上記クライオスタット５
１、超電導マグネット５を置き換えることができる。ま
た、永久磁石の代わりに電磁石を用いても良い。

【００２７】図１０の示す駆動機構７は、クライオスタ
ット５１及び超電導マグネット５が車両本体１１内に配
設され、クライオスタット５１は車両本体１１内に別に
配設されたモータ４２によって回転させられる。この場
合、ステータコイル４１は不要であり、超電導マグネッ
ト５はモータ４２によって直接回転させられることにな
る。超電導マグネット５とリアクションプレート８との
間にタイヤ６が介在されないので、両者を近接させてリ
アクションプレート８を鎖交する磁束量を多くすること
ができる。

【００２８】また、ディスクホイール６２は中央に車両
本体１１が鰐のビルシャフト６１を有し、シャフト６１
がベアリング１２を介して車両本体１１に回転自在に支
持される。タイヤ６は軌道面走行用として使用され、図
示しないモータ及び動力伝達系を介して回転が伝達され
るようになっている。上記軌道面上の走行になるのでモ
ータを超電導状態で動作させるものである必要はなく、
常温下で動作するもので十分となる。

【００２９】ところで、上記各駆動機構において、クラ
イオスタット５１内の超電導マグネット５は液体ヘリウ
ムによって冷却されているが、上記クライオスタット５
１は車両本体１１に対して回転する構造となっている。
上記液体ヘリウムは超電導マグネット５を冷却すると気
化してヘリウムガスとなる。そこで、上記クライオスタ
ット５１を常時極低温状態に維持するために、ヘリウム
ガスを冷却して液体ヘリウムにする必要があり、車両本
体１１内には冷却システム３が配設されている。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
る車両及びその高速軌道システムは、車両内の駆動機構
によって、車両を浮上させるための力、推進させるため
の力及び軌道上に保持しようとする力が発生し、極めて
簡単な構成で軌道走行が可能となる。更に、導電性リア
クションプレートだけで軌道を構成できるために、敷設
コストが従来より大幅に軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による軌道上を走行する車両の第１実施
例を示す模式的平面図（Ａ）及び模式的側面図（Ｂ）で
ある。

【図２】本実施例の駆動系の概略的ブロック図である。

【図３】本発明による高速軌道システムにおける非接触
集電装置の一例を示し、（Ａ）が模式的平面図、（Ｂ）
が模式的側面図、（Ｃ）が模式的正面図である。

【図４】本発明による高速軌道システムにおける接触集
電装置の一例を示し、（Ａ）が模式的側面図、（Ｂ）が
模式的正面図である。

【図５】本発明による高速軌道システムでのリアクショ
ンプレートの種々の形状を示す概略的平面図である。

【図６】本発明による高速軌道システムの案内力増強手
段の一例を示す説明図である。

【図７】駆動機構７の第１例を示す概略的断面図であ
る。

【図８】駆動機構７の第２例を示す概略的断面図であ
る。

【図９】駆動機構７の第３例を示す概略的断面図であ
る。

【図１０】駆動機構７の第４例を示す概略的断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 集電装置 ２ 制御装置 ３ 冷却システム ４ ドライビング・モータ ５ 超電導マグネット ６ タイヤ（車輪） ７ 駆動機構 ８ リアクションプレート ９ 車体 １０ 電力供給源 ４１ ステータコイル ５１ クライオスタット

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１１】 本発明の実施例に使用される駆動機構の基
本的動作説明図である。

フロントページの続き (72)発明者 有賀 秀喜 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ (72)発明者 椎窓 利博 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ (72)発明者 伊藤 義久 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ (72)発明者 堀 孝二 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道上を走行する車両において、 前記軌道を構成する導電性かつ非磁性体のリアクション
   プレートと；異なる磁極が交互に配設される回転体と；
   該回転体を回転駆動し、前記リアクションプレートを横
   切る変動磁界を形成する駆動手段と；外部から電力を受
   け取るための集電手段と；を有し、前記集電手段からの
   電力により、前記駆動手段を作動させることを特徴とす
   る軌道上を走行する車両。
2. 【請求項２】 導電性かつ非磁性体のリアクションプレ
   ートからなる軌道と；前記軌道に沿って設けられた電力
   供給手段と；前記電力供給手段から電力を受け取る集電
   手段と、異なる磁極が交互に配設される回転体及び該回
   転体を回転させて前記リアクションプレートを横切る変
   動磁界を形成する駆動手段と、を備える車両と；からな
   り、 前記車両が備える前記集電手段により、前記車両外部か
   ら電力を受け取って、該電力により前記駆動手段が作動
   して前記回転体を回転させ、前記車両と前記リアクショ
   ンプレートとの間に推進力及び浮上力を発生させること
   を特徴とする高速軌道システム。