JPH01238406A - 吸引形磁気浮上車の浮上推進装置 - 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鉄道等磁ケレールに非接触で浮上推
進される吸引形磁気浮上車、ことに磁気レールと支持！
磁石および案内電磁石からなる浮上装置が１１ニアリラ
ククンスモ一ク方式の推進装置を兼ねた浮上推進装置に
関する３、 〔従来の技術〕 磁気浮上鉄道等においては、軌道に配された磁気レール
と、浮上車に設けられた支持室Ｓ石および案内電磁石と
の間に作用する磁気吸引力によって浮上庫を磁気レール
に非接触で浮上案内させ、リニアモータ（こより推進す
る方式のものが一般に広く知られている。浮上車を高速
走行させるためにはぎ１車の軽量化が重要な！ｔｌｌ！
題であり、その対策として上記浮上１１こリニアモータ
の機能を兼ねさせたリニアリラクタンスモータ方式の吸
引形磁気浮上車が本願出願人等によって既に提案されて
いる。

第６図はリニアリラクタンスモータ方式の吸引形磁気浮
上車を示す断面図、第７図は要部の拡大断面図、第８図
は励磁波形図である。第６図において、１４は角波状の
磁極面別を有する突極形の案内電磁石、１５は角波状の
磁極面δを有する突極形の支持電磁石、１６は軌道８の
横はり７の両側に軌道に沿って支持された磁気レールで
あり、横向きの角波状のレール表面５および下向きの角
波状のレール表面％を有する。また、案内電磁石１４は
その磁極面別が横向きの角波状のレール表面３６に間隙
ｇを保持して対向するよう台車３の両側に対称に支持さ
れ、支持電磁石１５はその磁極面５が下向きのレール表
面３６に間隙ｇを保持して対向するよう台車３に左右対
称に支持される。

磁気レール１６は第７図にその水平方向の断面図（ハツ
チングを省略しである）を示すように、互いに等しい幅
の１組の溝２１．歯ｎを１ビ、チとして軌道に沿った方
向に一定の歯ピッチＰで形成された角波状のレール表面
がを備える。また、これに対向する案内電磁石１４は、
図の場合鉄心４０が４個の磁極４１　、４２　、４３　
、４４とそれぞれの磁極に巻装された励磁コイル４１Ａ
　、４２Ａ　、４３Ａ　、４４Ａを備え、磁極４１　、
４２　、４３　、４４それぞれには磁気レール１６の角
波状のレール表面がと同じビ、チＰで角波状の磁極面別
が形成され、かつ例えば磁極４１に対して磁極４２では
四分の一ピッチ分ずれるよう磁極間隔Ｇが設定され、磁
極４３では四分の二ピッチ分、磁極４４では四分の三ピ
、チ分それぞれずれるよう磁極間隔Ｇが設定される。

このように構成された磁気浮上車において、例えば案内
電磁石１４の励磁コイル４１Ａ　、４２Ａ　、４３Ａ　
、および４４Ａそれぞれに供給する励磁電流工４１　、
Ｉ４２　＋１４３およびＩ４４は第８図ζこその一例を
示すように、主として案内電磁石１４に横方向の案内力
を与えるための直流バイアス電流Ｉｄと、案内電磁石１
４に軌道に沿った方向の推力を与えるためのパルス電流
分Ｉｐとの和からなり、励磁電流Ｉ４４とＬ３の流れる
方向が互いに逆向きになることにより磁極４３および４
４を例えば時計方向に周廻する磁束が発生し、励磁電流
Ｉ４２とＩ４１の流れる方向が互いに逆向きになること
により磁極４２および４１を例えば時計方向に周廻する
磁束が発生する。また、直流バイアス電流は各コイルに
常時供給され、パルス幅Ｔなる方形波または台形波から
なるパルス電流分Ｉｐは励磁電流Ｉ４４　＊　Ｉ４３　
ｒ　Ｉ４２　、Ｉ４１の順序で互いに隣接して順次供給
される。

つぎに、第８図に示す励磁電流により案内電磁石に作用
する推力について説明する。第３図において時刻ｔ。か
らｔｌまでの間励磁コイル４４Ａには直流バイアス電流
１ｄとパルス電流分Ｉ、との和Ｉｄ　＋　Ｉｐが流れ、
これに基づいて磁極４４にはφｄ＋φｐなる磁束が発生
し、この磁束は隣接磁極４３を主に周廻しその一部分は
他の磁極側にも周回するので、磁極４４の角波状磁極面
の歯の部分を通る磁束量は他の磁極の歯の部分を通る磁
束に比べて大きくなる。案内電磁石１４に作用する推力
Ｆは磁束が衆人となる歯の部分に主に発生するので、磁
極４４の歯には大きな推力が発生し、これに対向する磁
気レール１６側の歯とのずれ四分の一ピツチを補正する
方向、すなわち間隙ｇのリラクタンスを最大にする矢印
で示す方向に推力Ｆが作用して案内電磁石１４を移動さ
せる。また、それ（こつれて磁気レールの歯に対する磁
極４３の歯の位置のずれが四分の一ビ１．千に縮小され
る。ついで、時刻１１　からｊｚｌこかけて励磁′＆流
Ｉ４３のパルス電流分が供給され磁極４３の歯を通る磁
束が最大となり、案内・電磁石１４はさらに四分の一ピ
ツチ矢印方向に移動する。このような推力Ｆが磁極４２
，４１，４４．４３の順序で繰返し発生することにより
、案内電磁石１４は矢印方向にステップ状に連続して推
進される。

なお、推力Ｆの方向は対向する歯の位置のずれ方向によ
って決まるので、案内電磁石１４側に歯の位置を検出す
るセンサおよびセンサ出力により最初のパルス電流分を
供給する励磁コイルを判断する制御回路を設けることに
より、希望する方向に案内電磁石、いいかえれば磁気浮
上車１を推進することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第８図に示す励磁を流彼形において直流バイアス電流１
ｄを含まないパルス電流分１ｐを励磁コイルに供給して
推力Ｆを発生する方式のものは従来リニアリラクタンス
モータ（またはリニアパルスモータ）と呼（ずれ、主と
して針側器用の駆動装置。

囚えばＸ−Ｙレコーダの駆動装置などｌこ利用されてい
る。この陣の小形装置筺においては、大きい推進力を得
ること（・こ重点が置かれ、間隙ｇを頭麦の太さ程に縮
めたものが矧られており、その結果歯ビ、チＰを間隙長
ｇで除した寸法比ｐ／ｇが題ないし５０程度となるのが
普通である。

ところで、前述のリニアリラクタンスモータ方式の吸引
形磁気浮上車においては、案内！磁石１４および支持電
磁石１５が浮上装置と推進装置を兼ね、磁気レール１６
（こ対して非接触で浮上して高徳で走行するために、走
行中における浮上車の動揺や軌道の湾曲等を考慮した場
仔、高速走行時ζこおける定格間隙長ｇとして１０１程
度を保持する必要がある。したがって、上述の寸法比し
′ｐを２１’）ないし父権１其１とした場合には１！磁
石１４および１５の鉄心長が長大化し、目的とする浮上
車の軽量化を阻害するという問題が発生する。また１、
第７図１こおいて、歯ピッチＰ、歯の幅”ｌ　ｌ　ａ２
１　ｈよび定格間隙長ｇなどの寸法諸元は推進力Ｆｘに
影響を及ぼすと同時に、磁気レール１６と電磁石１４ま
たは１５との間（こ作用する磁気吸引力Ｆｚにも影響を
及ぼすと考えられ、さらには″Ｉ！磁石１４および１５
の大きさおよび１盪にも影響を及ぼすと考えられるが、
上記寸法諸元、浮上推進性能、および電磁石の軽量化効
果相互の最適条件が十分には把握されていないのが゛実
情である。

この発明の目的は、上記諸条件の最適組み合わせ条件を
解明することにより、より＠量化されたリニアリラクタ
ンスモータ方式の浮上推進装置により、より大きな推進
力を得ることにある。

〔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、軌道側
に配された磁気レールと、磁気レール面ｌこ磁極面が対
向しかつ複数の磁極が前記軌道に沿う方向（こ並ぶよう
浮上車側に配された突極形の支持電磁石および案内電磁
石とからなる浮上装置が互いに対向する磁気レール面８
よび磁極面が軌道に沿う方向に溝と歯が一定の歯ビ、チ
で交互ｌこ並んだ角波状に形成され、前記複数の磁極そ
れぞれの励磁電流が所定のタイミングと順序とに基づい
てパルス状に増大するよう制御されること（こより浮上
車を磁気レールに非接触で浮上推進するものにおいて、
前記歯ピッチに占める歯の幅がビ、チの０．２５倍ない
し０．５倍に、前記歯ピッチを前記磁気レール面と磁極
面との間に保持される定格ギャップ長で除した値が７か
ら１２の範囲にあるよう形成されてなるものとする。

〔作用〕

上記手段は、歯ピッチＰに対する歯幅ａの寸法比ａ／Ｐ
　、間隙長ｇと歯ピッチＰとの寸法比Ｐ／ｇそれぞれの
組合せを変えて磁界解析を行い、推進電磁力Ｆｘ、ｉ、
；よび吸引電磁力Ｆｚとの関係を調べた結果、推進１と
磁力Ｆｘが寸法比Ｐ／ｇにおいて約９．５゜寸法比ａ／
Ｐにおいて約０．３８にピーク値を有することを発見し
たことに基づいて構成されたものであって１寸法比Ｐ／
ｇが従来のリニアリラクタンスモーフにおける以）ない
し犯から、７ないし１２程度に縮小可能とｆヱつたこと
により浮上推進を兼ねた支持！磁石および案内電磁石の
鉄心長の短縮が可能になるとともに、寸法比ａ／Ｐを０
．２５ないし０．５の範囲に選ぶことによりより少ない
励磁電流により大きな推進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を示ｔ″要部の説明図であり
、全体構成としては第６図および第７図について既に説
明したリニアリラクタンスモータ方式の浮上推進装入と
ほぼ等しく、角波状の磁気レ−，１し而ｚ６．３６　、
および角波状の磁極面ｕ、２５の各部寸去比をより具体
的に示したものである。図において１ｇを走行時に保持
されるべき定格間隙長。

Ｐを角波状の磁気レール面あ、３６．角波状の磁極面２
４　、２５における歯ピッチ、　　ａｌ　、　ａ２　＝
：ａを歯幅　とした場合、寸法比Ｐ／ｇが７ないし１２
、寸法比ａ／Ｐが０．２５ないし０．５の範囲を満足す
るよう定格間隙長ｇおよび角波形状が決められる。

以下寸法比Ｐ／ｇおよびａ／Ｐを上記範囲に限定した理
由をオ！２図から第５図に示す特注線図に基づいて説明
する。第２１Ａは寸法比ａ／Ｐに対する単位面ｎ肖りの
推進力Ｆｘ／Ｐをａ／Ｐ　＝　０．５　　における値を
１として基準化した推進電磁力地対寸法比ａ／Ｐ特性線
図、第３図は寸法比Ｐ、／ｇ＝ｌＯにおける単位面積当
りの推進力Ｆｘ／Ｐを１として基準化した推進電磁力比
対寸法比Ｐ／ｇ　％性線図であり、いずれも有限要素法
による研界解析結果に基づいて得られたものである０図
から明らかなように、推進力Ｆｘ／Ｐは寸法比ａ／Ｐが
０．３８および寸法比Ｐ／ｇが９．５の条件でピーク値
を有する山形の特性を示し。

従来リニアリラクタンスモータで通常側われている寸法
比Ｐ／ｇ−加〜関をそのまま踏襲して支持電磁石１５．
案内電磁石１４を形成した場合に比べてその鉄心４０の
長さを二分の−から五分の一以下に短縮しても最も効率
よく推進力を発揮できる浮上推進装置が得られることを
示唆している。また、寸法比ａ／Ｐに対しても推進力の
ピーク値が得られることが判明したので、これらを総合
して寸法比Ｐ／ｇの範囲を７ないし１２１寸法比−の範
囲を０．２５から０５程度とすることにより、小型化さ
れた電磁石によって大きな推進力を発生しつる浮上推進
装置が得られる。

第４図および第５図は上述と同様にして得られた吸引′
Ｉ！磁力比対寸法比ａ／Ｐ特性線図および寸法比Ｐ／ｇ
特性線図であり、図から磁気レール１６と電磁石１４ま
たは１５との間に作用する単位面積当りの吸引力Ｆｚ／
Ｐは、間隙長ｇを一定とした場合、歯ピッチＰが小さい
程、歯ピッチＰに占める歯幅ａが大きい程高くなること
を示している。このことは、磁気レール面および磁極面
を波形にすることによって単位面積当りの磁気吸引力Ｆ
ｚ／Ｐが幾分低下することを示唆するものと考えられる
。しかし、寸法比Ｐ／ｇを７ないし１２程度に限定する
ことによって電磁石鉄心４０の長さは推進を兼ねない従
来の電磁石鉄心のそれより長くなるので歯乙の総面積も
大きくなり、したがって総磁束量は減少しないか、減少
量が僅かで済むと考えられる。したがって、最大の推進
力Ｆｘと必要な磁気吸引力Ｆｚを同時に効率よく発生し
つる浮上推進装置を電磁石鉄心４０の長さを幾分増す程
度の処置によって得ることができる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、磁気レールと、これに対向し
て配された突極形の支持電磁石および案内電磁石とから
なる吸引形磁気浮上車の浮上装置が、磁気レール面およ
び磁極面を角波状に形成することにより浮上と推進を兼
ねた装置において、最も効率よく推進力を発揮しつる寸
法比として、　　・寸法比Ｐ／ｇを７ないし１２の範囲
に、寸法比ａ／Ｐを０．２５ないし０．５の範囲に限定
するよう構成した。

その結果、従来小形のリニアリラクタンスモータ等で採
用されている寸法比Ｐ／ｇの範囲加ないし関をそのまま
踏襲した場合、間隙長ｇとして１０・龍程度を必要条件
とする浮上推進装置においては電磁石の鉄心が長大化し
て実用にならないという問題点が排除され、鉄心の長さ
が実用可能範囲に短縮され、かつ寸法比ａ／Ｐ　、　Ｐ
／Ｈの限定範囲にそれぞれピーク値を有する推進力を効
率よく発生でさる吸引形磁気浮上車の浮上推進装置を提
供することができる。また、°電磁石の鉄心長は推進装
置を兼ねない電磁石のそれに比べて幾分大きくなるが、
推進用のりニアモータ電機子を浮上車側に設ける必要が
なくなるので、総合的に見て浮上車を量を軽減できると
ともに、リニアモータニ次を軌道側に設ける必要もない
ので、軌道の建設コストはもとよりリニアモータニ次損
失をも低減できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置を示す要部の説明図、第
２図および第３図は実施例装置における推進力と寸法比
との関係を示す特性線図、第４図および第５図は実施例
装置における磁気吸引力と寸法比との関係を示す特性線
図、第６図は実施例装置が属するリニアリラクタンスモ
ーク方式の浮上推進装置を示す断面図、第７図は第６図
の要部を示す拡大図、第８図は第７図における励磁電流
波形図である。 １・・・磁気浮上車、３・・・台車、７・・・横はり、
８・・・軌道、１４・・・案内電磁石、１５・・・支持
電磁石、１６・・・磁気レール、２】・・・溝、ρ・・
・歯、別、２５・・・角波状の磁極面、２６　、３６・
・・角波状のレール面、４０・・・鉄心、４１．４２，
４：（，４４・・磁極、４１Ａ、４２Ａ・・・励磁コイ
ル、Ｆｘ・・推進力（推進電磁力）、Ｆｚ・・・磁気吸
引力（吸引電磁力）、ｇ・・・定格間隙長、Ｐ・・・歯
ビ、チ、ａ・・歯幅、Ｐ／ｇ、　ａ／Ｐ・・・寸法比。 葛３　（８） 嘱／１１！１ 第５０ 篤ろ　闇

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）軌道側に配された磁気レールと、磁気レール面に磁
   極面が対向しかつ複数の磁極が前記軌道に沿う方向に並
   ぶよう浮上車側に配された突極形の支持電磁石および案
   内電磁石とからなる浮上装置が互いに対向する磁気レー
   ル面および磁極面が軌道に沿う方向に溝と歯が一定の歯
   ピッチで交互に並んだ角波状に形成され、前記複数の磁
   極それぞれの励磁電流が所定のタイミングと順序とに基
   づいてパルス状に増大するよう制御されることにより浮
   上車を磁気レールに非接触で浮上推進するものにおいて
   、前記歯ピッチに占める歯の幅がピッチの０．２５倍な
   いし０．５倍に、前記歯ピッチを前記磁気レール面と磁
   極面との間に保持される定格ギャップ長で除した値が７
   から１２の範囲にあるよう形成されてなることを特徴と
   する吸引形磁気浮上車の浮上推進装置。