JP4401349B2 - リニアモータカー - Google Patents
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Description
本発明は、リニアモータカーにかかり、特に、非接触で、しかも高い集電能力で集電できるリニアモータカーに関する。
超電導コイルを用いた磁気浮上式のリニアモータカーに照明用や空調用の電源を供給するのに、現在は車上に積載したマイクロガスタービンを使用している。
しかしながら、マイクロガスタービンは排気ガスを発生するから、トンネルや地下駅に長時間停車する場合は好ましくない。
そこで、車上電源として、風車発電、燃料電池、バッテリーが検討され、また、非接触集電としてアーク集電などが検討されたが、風車発電や燃料電池、バッテリーは容量の点で問題があり、アーク集電は騒音などの面で好ましくなかった。
ここで、磁気浮上式のリニアモータカーは、ガイドウェーに敷設された推進コイルと車上に積載された超電導コイルとの間に作用する推進力で推進する。そして、リニアモータカーが加速され、ガイドウェーに敷設された浮上コイルとの間に相対速度が生じると、浮上コイルに誘導起電力が生じ、その結果、浮上コイルと車上の超電導コイルとの間に浮上力が生じて浮上走行する。
浮上コイルは離散的に配置されるため、浮上コイルに沿って移動する超電導コイルは浮上コイルのあるところとないところとを通過する。浮上コイルがあるところでは磁界が強く、ないところでは弱いため、浮上コイルにおいては高調波成分の変動磁界が生じる。
そこで、超電導コイルを収納する外槽の表面に沿って集電コイルを設け、浮上コイルから生じる高調波成分の変動磁界によって誘起起電力を生じさせることにより、非接触集電を行うことが検討された。
しかしながら、これまでは、十分な浮上力を得るために、超電導コイルと浮上コイルとの間隔が１８５ｍｍ程度に制限されていた。また、リニアモータカーの側面と浮上コイルとの間隔も、走行安全上、少なくとも８０ｍｍ程度必要とされる。
したがって、集電コイルを設置する空間は２０ｍｍ程度に制約される。そして、集電コイルにおいて必要な電流を流すのに十分な断面積を確保しようとすると厚さは１２ｍｍ程度必要になるから、前記外槽と集電コイルとの間隔は８ｍｍしか取れない。
したがって、集電コイルに鎖交する磁束の高調波成分は、外槽の磁気遮蔽効果によって著しく減少するから、十分な集電効果が得られないという問題があった。
そこで、前記問題を解決する方策として、外槽の集電コイルと対向する面に切欠き部や貫通部、凹部を設けることが検討された（特許文献１）。
特許第３１９４４７０号公報
しかしながら、外槽に切欠き部や貫通部、凹部を設けると、超電導コイルの形状が複雑になり、製造コストが嵩むと同時に信頼性が低下する。
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、外槽に切欠き部や貫通部、凹部を設けることなく、外槽の磁気遮蔽効果によって集電コイルで十分な集電ができないという問題を解決したリニアモータカーの提供を目的とする。
請求項１に記載の発明は、 ガイドウェーに敷設された浮上コイルおよび推進コイルに相対するように、進行方向に沿って配列された一群の超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する外槽と、前記外槽の表面に沿って前記浮上コイルに対向するように配設された集電コイルとを有し、前記一群の超電導コイルのうち前端および後端に位置する超電導コイルは、中央部に位置する超電導コイルに比較して起磁力が小さいことを特徴とするリニアモータカーに関する。
前記リニアモータカーにおいては、超電導コイル群の前端および後端においては中央部に比較して超電導コイルの起磁力が小さいから、前端および後端に位置する超電導磁石からの磁界放射を低減できる。
したがって、客室内に漏洩する磁界の強さを減少させることができるから、中央部の超電導コイルの起磁力を増大させることにより、超電導コイル群全体としての起磁力を増大させることができる。故に、従来よりも浮上高さおよび浮上コイルと超電導コイルとの間隔を増大させることができ、リニアモータカーのより内側に超電導コイルを設けることができる。
故に、集電コイルと超電導コイルとの間隔を従来よりも増大させることができるから、外槽によって生じる磁気遮蔽効果を減少させることができ集電コイルを鎖交する変動磁界の高調波成分の減少が抑えられるから高い集電効果を達成できる。
請求項２に記載の発明は、ガイドウェーに敷設けられた浮上コイルおよび推進コイルに相対するように、進行方向に沿って配列された一群の超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する外槽と、前記外槽の表面に沿って前記浮上コイルに対向するように配設された集電コイルとを有し、前記一群の超電導コイルのうち前端および後端に位置する超電導コイルは、中央部に位置する超電導コイルに比較して前後方向の寸法が小さいことを特徴とするリニアモータカーに関する。
前記リニアモータカーにおいては、前端および後端に位置する超電導コイルが、中央部に位置する超電導コイルに比較して前後方向の寸法が小さい故に、前端および後端に位置する超電導コイルからの磁界放射を低減できる。
したがって、リニアモータカーの客室内に漏洩する磁界の強さを増大させることなく、中央部の超電導コイルの起磁力を増大させることができるから、超電導コイル群全体としての起磁力を増大させることができる。
したがって、従来よりも浮上高さおよび浮上コイルと超電導コイルとの間隔を増大させることができる故に、集電コイルと超電導コイルとの間隔を従来よりも増大させることができる。
これにより、請求項１で説明したように、外槽によって生じる磁気遮蔽効果を減少させることができ、高い集電効果が得られる。
請求項３に記載の発明は、ガイドウェーに敷設された浮上コイルおよび推進コイルに相対するように、進行方向に沿って配列された一群の超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する外槽と、前記外槽の表面に沿って前記浮上コイルに対向するように配設された集電コイルとを有し、前記一群の超電導コイルのうち、前端および後端に位置する超電導コイルは、中央部に位置する超電導コイルに比較して起磁力および前後方向の寸法が小さいことを特徴とするリニアモータカーに関する。
以上説明したように本発明によれば、外槽に切欠き部や貫通部、凹部を設けることなく、外槽の磁気遮蔽効果によって集電コイルで十分な集電ができないという問題を解決したリニアモータカーが提供される。
以下、本発明に係る磁気浮上推進システムおよび前記磁気浮上推進システムを用いた磁気浮上式鉄道の例について説明する。
実施形態１に係る磁気浮上式鉄道は、図１において（Ａ）に示すように、Ｕ字型のガイドウェー２００と、ガイドウェー２００を走行するリニアモータカー１００とを備える。
リニアモータカー１００は、同図において（Ｂ）に示すように、隣接する２つの車体４の間に台車２が１個づつ配設された連接構造を有する。
車体４の内部には、図２に示すように客室６が設けられ、隣接する２つの客室６の間には貫通路８が設けられている。台車２は貫通路８の下方に設けられている。
図３に示すように、ガイドウェー２００の内側面には、横長の小判型に形成された推進コイル２０４、および８の字型に形成された浮上コイル２０２が設けられ、底面には、台車２に設けられた後述する走行車輪２８が走行する１対の走行路２０５が設けられている。左右の浮上コイル２０２は、夫々電気的に接続され、左右の浮上コイル２０２に起電力の差が生じると、前記起電力が等しくなる方向に電流が流れるように形成されている。
そして、図３および図４に示すように、台車２は、台車枠１０と、台車枠１０の両側縁に、ガイドウェー２００の浮上コイル２０２に相対するように配設され、リニアモータカー１００の進行方向ａに沿って前後に配設された超電導コイル１６、１８、２０、２２を有する。
超電導コイル１６、１８、２０、２２は、図５に示すように低温容器２４に収容され、さらに、外槽１２に収容されている。そして、進行方向ａに沿って前端および後端に位置する超電導コイル１６および２２は、中央部に位置する超電導コイル１８および２０に比較して前後方向の寸法が小さく、また起磁力も小さい。
集電コイル１４は、図３、図４、および図６に示すように外槽１２の表面に沿って設けられている。集電コイル１４は、図３、図６、および図７に示すように銅線またはアルミ線を時計回りに巻回した上側集電コイル１４Ａと、上側集電コイル１４Ａの下方に位置し、銅線またはアルミ線を反時計回り方向に巻回した下側集電コイル１４Ｂとからなり、全体として８の字型の形態を有している。集電コイル１４の上端には発生した交流電流を取り出す出力端子１４Ｃが設けられている。
集電コイル１４には、図４に示すようにＰＭＷコンバータ３０が接続されている。
リニアモータカー１００の車体４は、空気バネ（図示せず。）を介して台車２の台車枠１０で保持される。台車枠１０の上端には、案内車輪２６が前端に２個、後端に２個の計４個設けられている。台車枠１０の下端には、浮上コイル２０２からの浮力が不十分な低速時にリニアモータカー１００を支持する走行車輪２８が４個設けられている。
インバータのような可変周波数交流電源で推進コイル２０４を励磁すると、リニアモータカー１００は、超電導コイル１６〜２２が推進コイル２０４からの磁界を受けて生じた電磁力により、進行方向ａに沿って進行する。
したがって超電導コイル１６〜２２からの磁界が浮上コイル２０２を横切り、電磁誘導によって浮上コイル２０２に電流が流れる。ここで、浮上コイル２０２は８の字型に形成されているから、浮上コイル２０２の上側と下側とで反対方向の電流が流れ、超電導コイル１６〜２２には、浮上コイル２０２の上部と下部とで鎖交磁界が等しくなる方向の電磁力が作用する。これにより、リニアモータカー１０００は浮上する。
一方、浮上コイル２０２は離散的に配置されているので、浮上コイル２０２に沿って移動する超電導コイル１６〜２２は、浮上コイル２０２が有るところと無いところとを通過する。浮上コイル２０２が有るところは磁界が強く、ないところは弱いため、浮上コイル２０２には高調波成分が生じ、それに伴って図８において（Ａ）および（Ｂ）において実線矢印ｂで示すように磁界が生じる。そして、前記磁界ｂが集電コイル１４を鎖交することにより、集電コイル１４には誘起起電力が生じる。
しかしながら、磁界ｂが外槽１２に鎖交すると、外槽１２には渦電流が流れ、点線矢印ｃに示すように、前記渦電流によって磁界ｂとは方向が逆の磁界が誘導される。前記磁界ｃは、集電コイル１４が外槽１２に近接するほど増大し、外槽１２から離間するほど減少する。
しかしながら、実施形態１に係るリニアモータカー１００においては、前端および後端に位置する超電導コイル１６および２２は、前後方向の寸法が小さい上、起磁力も小さいから、超電導コイル１６および２２からの遠方への磁気放射が少なくなる。
したがって、リニアモータカー１００において台車２から客室６内部に漏洩する磁界放射量を増大させることなく、中央部に位置する超電導コイル１８および２０の起磁力を高めることができるから、超電導コイル１６〜２２全体としても浮上力および推進力を高めることができる。
故に、浮上コイル２０２および推進コイル２０４と超電導コイル１６〜２２との間隔を従来よりも大きく取ることができるから、外槽１２と集電コイル１４との距離も大きく取ることができる。
したがって、外槽１２を流れる渦電流によって誘起される磁界ｃは弱くなるから、磁界ｃによって集電コイル１４における誘起電流の発生が妨害されることが少なり、集電電力を増大させることができる。
更に、外槽１２に空洞や凹陥部を設ける必要がないから、超電導コイル１６〜２２や低温容器２４を特別な形状に加工する必要がなく、コスト削減や信頼性の向上に繋がる。
２ 台車
４ 車体
６ 客室
８ 貫通路
１０ 台車枠
１２ 外槽
１４ 集電コイル
１４Ａ 上側集電コイル
１４Ｂ 下側集電コイル
１４Ｃ 出力端子
１５ 補助コイル
１６ 超電導コイル
１８ 超電導コイル
２０ 超電導コイル
２２ 超電導コイル
２４ 低温容器
２６ 案内車輪
２８ 走行車輪
３０ ＰＷＭコンバータ
１００ リニアモータカー
２００ ガイドウェー
２０２ 浮上コイル
２０４ 推進コイル
２０５ 走行路
１０００ リニアモータカー
４ 車体
６ 客室
８ 貫通路
１０ 台車枠
１２ 外槽
１４ 集電コイル
１４Ａ 上側集電コイル
１４Ｂ 下側集電コイル
１４Ｃ 出力端子
１５ 補助コイル
１６ 超電導コイル
１８ 超電導コイル
２０ 超電導コイル
２２ 超電導コイル
２４ 低温容器
２６ 案内車輪
２８ 走行車輪
３０ ＰＷＭコンバータ
１００ リニアモータカー
２００ ガイドウェー
２０２ 浮上コイル
２０４ 推進コイル
２０５ 走行路
１０００ リニアモータカー
Claims (2)
- ガイドウェーに敷設された浮上コイルおよび推進コイルに相対するように、進行方向に沿って配列された一群の超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する外槽と、前記外槽の表面に沿って前記浮上コイルに対向するように配設された集電コイルとを有し、
前記一群の超電導コイルのうち、前端および後端に位置する超電導コイルは、中央部に位置する超電導コイルに比較して起磁力が小さいことを特徴とするリニアモータカー。 - ガイドウェーに敷設された浮上コイルおよび推進コイルに相対するように、進行方向に沿って配列された一群の超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する外槽と、前記外槽の表面に沿って前記浮上コイルに対向するように配設された集電コイルとを有し、
前記一群の超電導コイルのうち、前端および後端に位置する超電導コイルは、中央部に位置する超電導コイルに比較して起磁力および前後方向の寸法が小さいことを特徴とするリニアモータカー。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005360957A JP4401349B2 (ja) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | リニアモータカー |
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- 2005-12-14 JP JP2005360957A patent/JP4401349B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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