JP4975496B2 - 推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システム - Google Patents

Description

本発明は、超電導磁気浮上システムに係り、特に、ヌルフラックスケーブルが不要であり、構成がシンプルな低コストでかつ磁気バネを低減できる推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムに関するものである。

超電導磁気浮上システムにおいては、山梨実験線での長期耐久性などの確認試験などを実施しているところであるが、実用化にあたっては、更なる低コスト化を求められており、特に地上システムにおいては、低コスト化を実現するために、より簡単な構成が求められている。
歴史的経緯からすると、図６に示すように、宮崎実験線における対向浮上方式は、超電導磁石１０３を有する磁気浮上式車両１０２の浮上に関しては単純な矩形コイル１０１を床面におくだけでよく、かつ、上下磁気バネも柔らかく乗り心地としても問題なかったが、走行抵抗が大きいことや、推進コイルを浮上コイルとは別に配置しなければならないこと、推進コイルと案内コイルを兼用しているため、高電圧のヌルフラックスケーブルが必要であることなどの問題があった。

これらの問題点を解決するために、図７に示すように、山梨実験線では側壁浮上方式を採用した。これにより、走行抵抗を低減でき、かつ、ヌルフラックスケーブルも低電圧用のケーブルで済むようになったが、一方で、上下磁気バネが硬くなり、超電導磁石２０３を有する磁気浮上式車両２０２に対する地上コイル２０１の設置精度（ｍｍレベルの間隔）が厳しくなり、かつ、地上コイル２０１を側壁に取り付けるようにしたためにコイルの取り付けが難しくなるなど、建設コストを増加させる要因が増える結果となった（下記特許文献１〜３参照）。

現在特許出願人は、推進浮上案内（ＰＬＧ）の機能を１つのコイルで兼用させるＰＬＧコイルを開発中である。この方式は地上に設置するコイルが一種類で済むので、山梨実験線の側壁浮上方式よりもさらにコストダウンできる見込みがあるものの、浮上原理は側壁浮上方式と同じであり、コイル設置精度が厳しいことや、コイルを側壁に取り付けなければならないなど、側壁浮上システムの欠点はそのままであり、さらには、推進浮上案内の機能を兼用しているため、高電圧のヌルフラックスケーブルを設置しなければならなくなることや、今の山梨実験線で採用している三重き電方式を適用できなくなるなど、新たなコスト増加の要因も発生している。

更に、電磁誘導の原理を利用した、路面に８の字形状の地上コイルを敷設した磁気誘導浮上・案内併用機構が提案されている（下記特許文献４参照）。
米国特許第４，９１３，０５９号公報 特公平７−５５００３号公報 特公平６−６９２４６号公報 特許第３８３６４７５号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された従来の電磁誘導による磁気浮上システムにおいても、浮上力は電磁誘導によるものであり、構成がシンプルな低コスト磁気浮上システムを構築するには難があった。
すなわち、従来の対向方式の誘導反発浮上方式では、超電導磁石を強力にしても不必要に浮上高さが高くなってしまうだけであり、地上コイルの導体量削減には結びつかない。

本発明では、地上の変電所より流す電流を任意に制御することにより、車両の浮上高さを自由に設定でき、地上コイルの導体量を不必要に増大させなくてもよいシステムを構築する。
上記したように、本発明は、ヌルフラックスケーブル不要で、かつ、浮上力は磁気バネが柔らかいためコイル設置精度は厳しくなく、しかも、車上の超電導コイルの配置が容易な、推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上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〕推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムにおいて、路盤面の両端部にそれぞれ配置される一対の８字形状のコイルが並列接続されたコイル群を有する地上コイルと、前記８字形状のコイル群上に対向するようにして超電導浮上車両の底面に配置される超電導磁石と、前記地上コイルに接続される配電線と、この配電線に接続される３相交流電源を有する地上の変電所とを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムにおいて、前記地上コイルには、前記地上の変電所から前記配電線を介して推進磁場Ｍ_P を生じる推進電流Ｉ_P と浮上磁場Ｍ_L を生じる浮上電流Ｉ_L を重畳した合成磁場Ｍ_A を生じる合成電流Ｉ_A を前記配電線から供給することを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムにおいて、前記推進電流Ｉ_P に対して位相が９０度ずれた３相交流の浮上電流Ｉ_L を前記地上の変電所から強制的に供給することにより、浮上力を得ることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムにおいて、前記配電線は３相３線もしくは３相４線結線からなることを特徴とする。

本発明によれば、ヌルフラックス線は不要であり、地上コイルの設置が容易であり、しかも磁気バネの低減を図ることができる。

本発明の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムは、路盤面の両端部にそれぞれ配置される一対の８字形状のコイルが並列接続されたコイル群を有する地上コイルと、前記８字形状のコイル群上に対向するようにして超電導浮上車両の底面に配置される超電導磁石と、前記地上コイルに接続される配電線と、この配電線に接続される３相交流電源を有する地上の変電所とを具備する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〔推進の原理〕
まず、推進の原理について説明する。
図１は本発明の実施例を示す推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの地上コイルの地上側を上から見た結線図（Ｕ相単線分）、図２はその地上側の設備上を走行する超電導磁気浮上車両の模式図（側面から見た図）である。

図１において、１は３相交流電源を供給する地上の変電所、２は路盤面の両端部にそれぞれ配置される一対の８字形状のコイル２Ａが並列接続されたコイル群を配置した地上コイル、３は地上の変電所１と地上コイル２とを接続する配電線である。
そこで、図２に示すように、８字形状のコイル２Ａ群を有する地上コイル２上を、８字形状のコイル２Ａ群に対向するようにして超電導磁石５が底面に配置された超電導浮上車両４が浮上走行する。つまり、この超電導磁気浮上車両４の底部には超電導磁石５が配置されており、地上コイル２に流れる交流電流と超電導磁石５が作用して、超電導磁石５を利用したリニア同期モータとして推進力を発生させることができる。すなわち、地上コイル２には、後述する図４に示すように、推進磁場Ｍ_p を生じる推進電流Ｉ_p が供給される（原理的には、従来のＰＬＧコイルと同じである）。
〔浮上の原理〕
図３は本発明の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの浮上力を説明する模式図（側面より見た図）、図４は地上コイル２に印加される浮上磁場、推進磁場及びそれらが重畳される合成磁場を生じる電流の位相を示す図である。

この実施例では、路盤面に配置される８字形状のコイル２Ａ群を配置した地上コイル２に対して、地上の変電所１は、推進磁場Ｍ_p を生じる推進電流Ｉ_p と浮上磁場Ｍ_L を生じる浮上電流Ｉ_L を重畳した合成磁場Ｍ_A を生じる合成電流Ｉ_A を流すことになる。また、推進電流Ｉ_p に対して、位相が９０度ずれた３相交流浮上電流Ｉ_L を地上の変電所１から強制的に流すことにより、浮上力を得る。なお、地上コイル２の結線としては、図１と同様である。
〔案内の原理〕
図５は本発明の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの案内力を説明する模式図（正面より見た図）である。

この実施例では、路盤面に配置される８字形状のコイル２Ａ群を配置した地上コイル２に対して、超電導磁気浮上車両４の底面に配置される超電導磁石５が対向する。ここでは、案内力の発生は、８字形状のコイル２Ａの電磁誘導の原理を用いる。すなわち、側壁浮上方式における浮上力発生原理と同じ原理で案内力を発生する。従って、案内力に関しては、超電導磁気浮上車両４の左右変位に対応して自動的にその変位を元に戻すように制御される。

このように構成したので、ヌルフラックス線は不要であり、地上コイルの設置が容易であり、磁気バネの低減を図ることができる。
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。

本発明の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムは、ヌルフラックス線は不要であり、地上コイルの設置が容易であり、しかも磁気バネを低減できる磁気浮上式鉄道の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムとして利用可能である。

本発明の実施例を示す推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの地上コイルの地上側を上から見た結線図（Ｕ相単線分）である。 本発明の実施例を示す推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの地上側の設備上を走行する超電導磁気浮上車両の模式図（側面から見た図）である。 本発明の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの浮上力を説明する模式図（側面より見た図）である。 本発明の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの地上コイルに印加される浮上磁場、推進磁場及びそれらが重畳される合成磁場を生じる電流の位相を示す図である。 本発明の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムの案内力を説明する模式図（正面より見た図）である。 従来の第１の超電導磁気浮上システムの模式図である。 従来の第２の超電導磁気浮上システムの模式図である。

１ ３相交流電源を供給する地上の変電所
２ 地上コイル
２Ａ ８字形状のコイル
３ 地上の変電所と地上コイルとを接続する配電線
４ 超電導磁気浮上車両
５ 超電導磁石
Ｉ_A 合成電流
Ｉ_L 浮上電流
Ｉ_p 推進電流
Ｍ_A 合成磁場
Ｍ_L 浮上磁場
Ｍ_p 推進磁場

Claims (4)

1. （ａ）路盤面の両端部にそれぞれ配置される一対の８字形状のコイルが並列接続されたコイル群を有する地上コイルと、
   （ｂ）前記８字形状のコイル群上に対向するようにして超電導浮上車両の底面に配置される超電導磁石と、
   （ｃ）前記地上コイルに接続される配電線と、
   （ｄ）該配電線に接続される３相交流電源を有する地上の変電所とを具備することを特徴とする推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システム。
2. 請求項１記載の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムにおいて、前記地上コイルには、前記地上の変電所から前記配電線を介して推進磁場Ｍ_P を生じる推進電流Ｉ_P と浮上磁場Ｍ_L を生じる浮上電流Ｉ_L を重畳した合成磁場Ｍ_A を生じる合成電流Ｉ_A を前記配電線から供給することを特徴とする推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システム。
3. 請求項２記載の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムにおいて、前記推進電流Ｉ_P に対して位相が９０度ずれた３相交流の浮上電流Ｉ_L を前記地上の変電所から強制的に供給することにより、浮上力を得ることを特徴とする推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システム。
4. 請求項１記載の推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システムにおいて、前記配電線は３相３線もしくは３相４線結線からなることを特徴とする推進浮上案内兼用路盤設置型超電導磁気浮上システム。