JPH02273003A - 磁気浮上車の非接触集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、磁気浮上により軌道に非接触状態で高速に
走行することのできる磁気浮上車の車内用電力を非接触
で得るための磁気浮上車の非接触集電装置に関する。

〔従来の技術〕

磁気浮上車の磁気浮上方式には電磁石のＮ極とＳ極の吸
引力を利用した吸引形磁気浮上方式と、超電導コイルを
′使用して走行によって誘起される誘導電流が流れる浮
上コイルとの間に発生する反発力を利用した反発形磁気
浮上方式とがある。特に高速の場合には、軌道やこれに
設置される地上側のコイルと磁気浮上車との間の空隙の
寸法を大きくとることのできる反発形磁気浮上方式が通
しており、時速５００ｋｍの超高速の反発形磁気浮上車
の開発が進められている。

この種の磁気浮上車では、車内の照明や超電導コイルを
収納し冷却するためのタライオスタットの冷却電力など
の走行車両内で必要とする電力の確保が問題となる。従
来の列車のように、パンタグラフのような接触集電方式
は高速車両には不適当であり、特に前述の反発形磁気浮
上車が採用されるような超高速車両の場合には非接触集
電方式が必須のものとなっている。走行中の車内用電力
を全て電池で供給する方式も考えられるが、この方式は
車両重量が増大するので大きな浮上刃が必要となり、こ
のことは、超電導コイルを始めとする車内に積載される
コイルなどの重量が増大し更に車両重量が増大すること
になって非現実的であるのが実際である。

非接触で車内電力を得る方式には幾つかあるが、これま
で最も有力なものとされていたのが、軌道に設置する浮
上コイルに流れる電流の走行方向に関する高調波成分を
磁気浮上車側に設置した集電コイルで集電するという方
式である（例えば、電気学会論文誌り、１０８巻２号（
昭６３）野中他「超電導反発形磁気浮上車の集電用コイ
ルを考慮したクライオスタンド外槽の渦電流解析」）。

第３図は反発形磁気浮上車のコイル構成を示す断面模式
図である。この図において、磁気浮上車６はＵの字状の
軌道７の中に収まるように配置されており、この磁気浮
上車６の両側の側面下部に超電導コイル３がクライオス
タット８の中に掻低温に保持された状態で収納されてい
る。この超電導コイル３に対向する軌道７の両側の側面
としての垂直軌道７１に推進コイル５が固着して設けら
れており、この推進コイル５に交番電流を流すことによ
り同朋電導機と同じ原理で磁気浮上車６に推進力を与え
る°ものである。このとき超電導コイル３は同朋電導機
の界磁極に相当し、推進コイル５は電機子コイルに相当
する。

軌道７の水平面である水平軌道７２には超電導コイル３
の直下近くの両側に１対の浮上コイル４Ａが設けられて
いて、磁気浮上車６が高速走行している状態では、超電
導コイル３が発生する磁場によって浮上コイル４Ａに電
磁誘導で電流が流れ、この電流と超電導コイル３の電流
との間に生ずる反発力によって磁気浮上車６が浮上刃を
得る。

浮上コイル４Ａに対向して磁気浮上車６の底面に一対の
集電コイルＩＡが設けられている。この集電コイル１は
浮上コイル４Ａが発生する磁場の時間的変化によってこ
の集電コイル１に生ずる誘起電圧を車内用電力として集
電するためのものである。浮上コイル４Ａが発生する磁
場の主成分は磁気浮上車６と同期しているので、この主
成分の磁場によって集電コイルＩＡに電圧が誘起される
ことはない、しかし、浮上コイル４Ａは磁気浮上車６の
走行方向にコイルを並べて形成されているので、これら
複数のコイルからなる浮上コイル４Ａが発生する磁場に
は高調波成分が含まれており、この高調波成分の磁場は
磁気浮上車６とは同期していないので集電コイルＩＡに
電圧を誘起することになる。

このような浮上コイル４Ａが発生する磁場の高調波成分
を集電コイルＩＡで集電する方式は必要とする車内用電
力を得るだけの電力を集電できることが確認されている
。

ただ、浮上コイル４Ａを水平軌道７２に設ける方式は効
率が悪く浮上刃の効率を表す指標としての揚抗比が小さ
いという問題がある。コイルに流れる誘導電流によって
浮上刃を得るこのような方式では、コイルの抵抗成分か
ら決まる誘導電流の中の誘起電圧と同相の成分が推進力
と反対の方向の力である磁気浮上車６を減速させようと
する抗力を発生させることになる。浮上刃は大きい方が
よく抗力は小さい方がよいのが勿論であるが、これらの
比率として揚力とも呼ばれる浮上刃を抗力で割った比率
としての揚抗比が前述のように指標として使用されてい
る。

前述のように、浮上コイル４Ａを軌道７の水平部に設け
る方式は揚抗比が小さいという問題を解決するために、
次のような方式が使用される。

第４図は従来技術のもう一つ別の構成（電気学会論文誌
り、　１０８　ｔｋ５号（昭６３）藤原　俊輔［浮上コ
イル側壁配置磁気浮上方式の特性」）を示す磁気浮上車
の断面模式図であり、第３図と同じ部材については同じ
参照符号をつけることによって詳しい説明を省略する。

この図において、浮上コイル４は軌道７の両側の側面に
推進コイル５と平行に設けられるもので、上下に２つに
分けて上段浮上コイル４１と下段浮上コイル４２とに分
けられている。これら上下段の浮上コイル４１．４２は
ヌルフラックス法と呼ばれている結線方式を採用するこ
とによってこの図の構成での浮上刃は第３図の方式に比
べて大きくすることができ揚抗比の大きい構成となって
いる。

しかし、この図の浮上方式では、浮上コイル４に対向す
るように集電コイルを設けようとしてもその位置にはク
ライオスタット８があって、このクライオスタンド８の
最外層に渦電流が流れて浮上コイル４が発生する磁場の
高調波成分を反発するために、クライオスタット８と浮
上コイル４との間に集電コイルを設けても集電効果が甚
だ悪く実用性のある集電が不可能であり、浮上コイル４
が発生する磁場の高調波成分を利用する集電方式を採用
することができないという問題がある。

（発明が解決しようとする！ｌｉ！り 前述のように、浮上コイルを軌道７の水平面に設ける方
式は揚抗比が小さく抗力が大きいので、推進力を増大さ
せるために、推進コイル５を大きくするとともに、その
交流電源の容量も増大させる必要があるという問題があ
る。また、このような問題を解決するために、浮上コイ
ルを軌道７の両側の側面に設けてヌルフランクス法を採
用することにより揚抗比を改善する方式は実用的に集電
コイルを設けることができないという問題がある。

この発明は、揚抗比の大きい磁気浮上車方式に、車内用
電力を効率よく得るこのできる非接触集電方式を採用し
゛た磁気浮上車の集電装置を提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、この発明によれば、床面と
しての水平軌道とこの水平軌道の両端に直立して設けら
れた垂直軌道とからなる軌道に嵌入して走行する磁気浮
上車の非接触集電装置であって、前記垂直軌道に推進コ
イルと浮上コイルとが磁気浮上車の走行方向に並べて配
置され、前記磁気浮上車の側面下部に前記推進コイルと
浮上コイルに対向して超電導コイルが設けらてなるもの
において、前記水平軌道に磁気浮上車の走行方向に極性
を交互に反転して並べて配置した直流磁場発生手段と、
この直流磁場発生手段に対向して前記磁気浮上車の底面
に配置した集電コイルとからなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、水平軌道に磁気浮上車の走行
方向に極性を交互に反転した直流磁場発生手段を並べて
配置することによって、走行方向に沿って方向が周期的
に反転する磁場が形成される。この直流磁場発生手段に
対向する磁気浮上車の底面に集電コイルを設けると、磁
気浮上車が走行することによってこの集電コイルは前述
の周期的に方向が反転する磁場に鎖交することになり、
その結果、電磁誘導作用によって電圧が誘起されて磁気
浮上車の車内用の電力を得ることができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例の反発形磁気浮上車のコイル構成を示す
断面模式図であり、第４図と同じ部材については同じ参
照符号を付けて詳しい説明を省略する。この図において
、界磁コイル２を水平軌道７２上の中央部に設け、これ
に対向する磁気浮上車６の底面に集電コイル１を設けで
ある。

第２図は第１図の集電コイル１と界磁コイル２との配置
を示す斜視図である０図示のように界磁コイル２と集電
コイル１とはそれぞれ長方形状のコイルを単位コイルと
して、これら単位コイルを走行方向に沿って電流の流れ
る方向が交互に反転するように軌道に沿って並べて配置
したものであり、図示しない電源から電流を供給するこ
とにより磁気浮上車６がその上を走行している時間を含
む所定の時間の間直流を流す構成である。

界磁コイル２は垂直軌道７２に固定しているから静止し
ており、集電コイル１は磁気浮上車６の底面に固定して
いるから磁気浮上車６の走行と共に移動し界磁コイル２
との相対位置を変えて行く。

界磁コイル２が発生する磁場は走行方向に対してその方
向が周期的に反転する磁場なので、集電コイルｌから見
ると時間的に方向が反転する交番磁場になる。したがっ
て、集電コイルｌには磁気浮上車６の走行速度と界磁コ
イル２の配置間隔から決まる周波数の交番磁場が鎖交し
て交流電圧を誘起することになる。この現象は同期発電
機の原理と同じである。超電導コイル３と推進コイル５
との組み合わせからなる推進方式が同期電導機と同じ原
理に基づくものであることから、このような構成をＬＳ
Ｍ　（リニアシンクロナスモータ）略称されているが、
前述の集電方式は同じような観点からＬＳＧ　（リニア
シンクロナスジェネレータ）と略称されてしかるべきも
のである。

第４図に示した浮上コイルの高調波成分を利用した集電
方式が採用出来ない場合でも、このようなＬＳＧ方式を
採用することにより、非接触で車内用電力を集電するこ
とが可能になる。

界磁コイル２に流す直流は、界磁コイル２を構成するコ
イルの内の１つの単位コイルに着目した場合、この単位
コイルの上を磁気浮上車６が走行している時間だけ流れ
ていればよい、その時間は、磁気浮上車６の全長を約５
００ｍ、走行速度を時速５００ｋｍとすると、約４秒に
なる。この時間の前後の立ち上がりと立ち下がり時間を
含めて磁気浮上車６が１回通るごとに１０秒程度の開電
流を流すことになる。商用周波数に比べて充分ゆっくり
した変化であるから渦電流の影響は小さいので界磁コイ
ル２は簡単な構造でよいことになる。

第１図において界磁コイル２は水平軌道７２に直接設け
た構成を示しているが、この間に積層鋼板を挿入した構
成にすると、集電コイル１とは反対側の空間を通葛磁束
が全部この積層鋼板に流れるので、界磁コイル２が発生
する磁場の磁気抵抗が減少し、磁場の強度を積層鋼板が
ない場合に比べて２倍近く大きくすることができる。ま
た、界磁コイル２の代わりに永久磁石を使用することも
できる。これらはいずれも集電コイル１が鎖交する交流
磁場を生成するための手段であり、その手段として前述
のような種々の構成のものを使用することができ、これ
らの選択は主に経済性の点から検討されてしかるべきで
ある。

直流磁場発生する手段として、第１図のような界磁コイ
ル２を使用する場合には、この界磁コイル２に電流を供
給するための直流電源装置と所定の時期に所定の間隔の
開電流を流すための制御装置が必要になり、永久磁石を
使用する場合には、電源装置や制御装置は不要であるが
、高価な永久磁石を大量に使用する必要があり、永久磁
石の価格がその採用上の最重要事項になる。

こられの直流磁場発生手段は軌道７の全長にわたって一
様に配置しなければならないものではない０部分的に配
置し、この位置で集電して磁気浮上車６に積載しである
電池を充電し、他の位置ではこの電池から電力を供給す
る方式を採用することもできる。磁気浮上車６が停車し
ている場合でも車内用電力は必要なので、この発明には
関係なく気浮上車６には電池が搭載されて集電コイルで
充電する方式が採られるのであるが、界磁コイル２を配
置する位置を少なくすると必要とする電池容量が増大す
るという問題が生ずるので、この場合も最適な条件を採
用する必要がある。

なお、この発明は専用の直流磁場発生手段を設けて集電
に必要な地上側の磁場を生成するので、超電導コイル３
が発生する磁場によって誘起した電流によって発生する
磁場の高調波成分を利用する第３図の従来技術の集電方
式に比べてはるかに効率のよい集電が可能である。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、水平軌道に磁気浮上車の走行
方間に極性を交互に反転した磁場を発生する直流磁場発
生手段を設けることによって、走行方向に沿って方向が
周期的に反転する磁場が形成される。この直流磁場発生
手段に対向する磁気浮上車の底面に集電コイルを設ける
と、磁気浮上車が走行することによってこの集電コイル
は前述の周期的に方向が反転する磁場に鎖交することに
なり、その結果、電磁誘導作用によって集電コイルに電
圧が誘起されて磁気浮上車の車内用の電力を取り出すこ
とができる。

揚抗比が大きく推進コイルとその交流電源の容量を低減
することのできる優れた方式として、浮上コイルを垂直
コイルと同じに垂直軌道に設けて超電導コイルと対向さ
せるとともにヌルフラックス法を採用した構成とする構
成では、浮上コイルが発生する高調波磁場成分を利用し
た集電方式を採用することができないが、この発明の集
電方式を採用することによって、揚抗比が大きいという
特長を持つ磁気浮上方式に対しても非接触集電を行うこ
とができる。この集電方式は、地上側で発生する磁場は
磁気浮上車の走行速度とは無関係なので、浮上コイルの
高調波成分を利用する従来の集電方式に比べて走行速度
の影響が小さく、低速度での集電特性が優れており、ま
た、集電コイルを低抵抗で短絡することにより、抗力を
増大させることができるので、ｗ！急時のブレーキの役
目を持たせることもできるという特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の反発形磁気浮上車のコイル
構成を示す断面模式図、第２図は同じく界磁コイルと集
電コイルとの配置を示す斜視部、第３図は従来の技術の
例の反発形磁気浮上車のコイル構成を示す断面模式図で
ある。第４図は従来の技術の別の例の反発形磁気浮上車
のコイル構成を示す断面模式図である。 １、ＩＡ・・・集電コイル、 ２・・・界磁コイル（直流磁場発生手段）、３・・・超
電導コイル、４，４八・・・浮上コイル、５・・・推進
コイル、６・・・磁気浮上車、７・・・軌道、第３図 箋 図 猶２図 躬４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）床面としての水平軌道とこの水平軌道の両端に直立
   して設けられた垂直軌道とからなる軌道に嵌入して走行
   する磁気浮上車の非接触集電装置であって、前記垂直軌
   道に推進コイルと浮上コイルとが磁気浮上車の走行方向
   に並べて配置され、前記磁気浮上車の側面下部に前記推
   進コイルと浮上コイルに対向して超電導コイルが設けら
   てなるものにおいて、前記水平軌道に磁気浮上車の走行
   方向に極性を交互に反転して並べて配置した直流磁場発
   生手段と、この直流磁場発生手段に対向して前記磁気浮
   上車の底面に配置した集電コイルとからなることを特徴
   とする磁気浮上車の非接触集電装置。