JPH04121006A

JPH04121006A - 磁気浮上列車

Info

Publication number: JPH04121006A
Application number: JP23973690A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aoyama; 博青山; Hiroshi Miyata; 寛宮田; Toshio Hattori; 敏雄服部; Toshiaki Makino; 俊昭牧野; Yasuhiro Nemoto; 根本　泰弘; Hirochika Kametani; 裕敬亀谷; Yoshimitsu Mihara; 三原　芳光
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1992-04-22
Anticipated expiration: 2015-06-26
Also published as: JP3057323B2

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〕本発明は、鉄道車両のうち磁石の反発力を利用して車体
を浮上させる磁気浮上列車及びその姿勢制御方法と装置
に関する。

〔従来の技術〕

磁石の反発力を利用して車体を浮上させる磁気浮上列車
では、車体の両側に浮上力を発生させる浮上用コイルと
、地上の軌道上に設置された電磁コイルの極性変化によ
って推進力を受ける推進案内用コイルの２種類が取りつ
けられる。

浮上の原理は、励磁された車体側のコイルが地」二に設
置された浮上用コイルの上を通過する際に、地上側のコ
イルに誘導電流が流れ、両コイルの間に反発力が発生す
るというものである。

実際の車両には浮上用および推進案内用コイルが一定の
間隔をおいて離散的に取りつけられる。

また、地上の軌道上のコイルも離散的に配置されている
。そのため、車体が受ける電磁力は振動的なものになる
。

磁気浮上列車の走行時の安定性を保つ手段としては、特
開昭５４−１３６０１８号公報に記載の例がある。この
例の構成は、浮上車両の先頭車の前頭部左右に、車両の
両側に突出した回転軸を介して前翼が回転自在に設けら
れており、前翼を車両の走行速度に応じて調整すること
によって、浮上車両は常に水平姿勢を保持して走行でき
るようにしようとするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる浮上方式を用いる磁気浮上列車は
、次のような問題を有する。

すなわち、車体に取りつけられるコイルも軌道上に設置
されるコイルも離散的な配置を取るため、車体が受ける
浮上力は振動的になり、特に先頭車両に関しては、一番
先頭の浮上用コイルが地上コイル上を通過しても、地上
コイルに誘導電流が流れ出すまでに時間遅れが生じるこ
ともあって充分な浮上力を得られない恐れがある。

また、補助翼を用いた走行時の姿勢安定構造では次のよ
うな問題がある。これは車体の周りの空気の流れの中に
翼を置き、これに発生する揚力を調整して車体の安定を
保つものであるが、空気の流れが突発的に変化すると翼
に発生する力も急激に変化してしまい、かえって車体の
姿勢を乱すことにもなる。

磁気浮上列車は従来の鉄道車両とは違い、地上から浮上
して走行するため、悪天候時の急激な風の変化の影響を
受けやすいと考えられる。風速や風向きに応じて翼の迎
え角を変えて揚力を調整するような姿勢制御法も考えら
れるが、システムが複雑になり、また車体も重くなるた
め実用的でない。

また、車体に翼を取り付けることで車体の寸法が変わり
、トンネル走行時や車両基地に格納される際にこれらの
翼が邪魔になることも予想される。

さらに、先頭車両にだけ翼を取り付けて安定化を保とう
としても、連結された車両の中間部の安定化は計れない
。

本発明の第１の目的は、先頭車両に、揚力を利用せずに
浮上力が他の車両と同等になるような装置を設置するこ
とで、安定した走行状態を保てるような磁気浮上列車を
提供することにある。

本発明の第２の目的は、連結された車両の各々に浮上力
の微調整が可能となるような装置を備え中間車両の走行
時安定性を確保できるような姿勢制御方法及び装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は以下の手段によって達成される。

車両に取りつけたコイルに電流を流して磁場を発生させ
、このコイルと軌道上に設置したコイルとの間に反発力
を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮上列車におい
て、前記車両のうち先頭の車両に、前記車両を浮上させ
る磁場とは別に、車両の浮上力を補助する磁場の発生装
置を配設したことを特徴とする磁気浮上列車。

また、車両に取りつけた超電導材製のコイルに永久電流
を流して磁場を発生させ、この励磁されたコイルにより
、軌道上に設置された励磁されていないコイルに誘導電
流を生じさせ、これら両コイルの間に反発力を発生させ
て前記車両を浮上させる超電導による磁気浮上列車にお
いて、前記車両のうち先頭の車両に、前記車両を浮上さ
せる磁場とは別に、車両の浮上力を補助する磁場の発生
装置を配設したことを特徴とする磁気浮上列車。

また、上記第２の目的は以下の手段によって達成される
。

車両に取りつけたコイルに電流を流して磁場を発生させ
、このコイルと軌道上に設置したコイルとの間に反発力
を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮上列車の姿勢
制御方法において、前記車両に該車両の傾きを検知する
センサを配設し、該センサにより連結されて走行中の各
車両の傾きを検知し、その傾きを補正する演算処理を行
い、該演算処理値に基づいて各車両に取りつけられた姿
勢制御手段を動作させることによって、前記車両の走行
安定性を確保することを特徴とする磁気浮上列車の姿勢
制御方法。

また、車両に取りつけたコイルに電流を流して磁場を発
生させ、このコイルと軌道上に設置したコイルとの間に
反発力を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮上列車
の姿勢制御装置において、前記磁気浮上列車の各車両の
姿勢制御用の電磁コイルと、該各車両の姿勢を検知する
センサと、該センサからの信号に基づいて該電磁コイル
のうちどれにどの程度の電流を流して励磁させるかを決
める演算機と、該演算機からの信号に基づいて励磁させ
るコイルを選択し該コイルに供給する電流を通すケーブ
ルを接続するチャンネル選択機と、該演算機からの信号
によりコイルに流す電流値を変化させる電流調節機とか
らなることを特徴とする磁気浮上列車の姿勢制御装置。

〔作用〕

上記第」−発明の構成によれば、磁気浮上列車の車体に
取り付けられた浮上用、推進案内用コイルは出発前に励
磁され、コイルは超電導状態で使用することができるの
で、−度コイルに電流が流されると永久電流にすること
ができる。こうして、車体に永久磁石が取りつけられた
のと同じ状態がつくり出される。この励磁作業の時に、
先頭車両の例えば前頭部左右側面に取りつけた超電導コ
イルも励磁される。

こうして列車が走行を始めると、地上の軌道上の浮上用
コイルには誘導電流が発生する。超電導コイルが通過し
てから電流が流れ出すまでには時間遅れがあるため、先
頭車両一番目の浮上用コイルは充分な浮上力を受けられ
ない。

そこで９例えば前頭部左右側面に取りつけた超電導コイ
ルがまずはじめに地上の浮上用コイルを通過し、これに
誘導電流を発生させ、車体側の一番目の浮」二層コイル
が通過する際時間遅ｔなく。

これに充分な浮上力を与えられるように作用する。

なお１例えば先頭車両前頭部に取りつけられる超電導コ
イルと車両の浮上用、推進案内用超電導コイルの取りつ
け距離は、列車の走行速度５コイルの磁束密度の大きさ
で決められる。

また、上記第２発明の構成によれば、連結された各車両
の前部および後部の左右側面に例えば小型の電磁コイル
が取りつけ、このコイルに流す電流の大きさを乗務員、
地上の管制局あるいは列車上に搭載された制御装置から
の信号で可変にすることが可能となる。

そして、列車走行時に何らかの原因（例えば悪天候で強
風が吹いている）で、列車に働く浮上力がアンバランス
になった場合、各車両の姿勢の乱れを検知し、前部およ
び後部の左右側面につけた電磁コイルのいずれかを励磁
し、磁場の強さを変えることで地上の軌道上のコイルと
の間の反発力を調整することが可能になる。

車体に取り付けられた姿勢センサは、列車走行中、常に
車体の傾きを検知し、データを演算機に送る。演算機で
は、センサから送られてくるデータをもとに、車体のど
の部分の浮上力が不足気味なのかを判断する。そして、
励磁させるべきコイルを決定し、チャンネル選択機に信
号を送る。また、電流調節機は、演算機からの信号で、
コイルに流す電流を変える。このようにすることにより
、走行中の磁気浮上列車の姿勢を安定なものに制御する
ことができる。

〔実施例〕

以下１本発明のいくつかの実施例を、図面を参照して説
明する。

（第１実施例）本発明の第１の実施例を第１図、第２図および第３図を
用いて説明する。

第１図は本実施例による浮上力補助システムを搭載した
超電導磁気浮上列車の先頭車の概略図である。第２図は
車体が受ける浮上力と車体側のコイル位置との関係を示
したものである。第３図は第１図のＡ部詳細図である。

これらの図において、ボディ１には超電導コイル２が複
数個組番ニなって１つのケース３に格納されている。ケ
ース３はボディ１の左右側面下部に取りつけられる。先
頭車両については、ケース３がボディｌの前部および２
両目との連結部に取りつけられる。

地上の軌道４には浮上用コイル５が取りつけられており
、励磁された超電導コイル２がその上部を通過する際に
初めて励磁され反発力を発生する。

第２図は、縦軸に第１図におけるコイル２ａが受ける浮
上力を、横軸にコイル２ａの位置をとったものである。

先頭コイル２ａが地上の浮上用コイル５ａを通過する瞬
間には、誘導電流の立ち上がりに時間遅れが生じるため
、まだ浮上力は発生していない。このことを示したのが
第２図の一点鎖線である。

第１図において、先頭のケース３の前方に超電導コイル
６を取りつける。コイル６はケース７に格納されている
６第３図において、超電導コイル２は内槽８および外槽９
によって包まれ、内部を真空に保たれる。

外槽９の上部にはコイル冷却用の液体ヘリウムを溜めて
おくタンク１０および冷凍機１１が取りつけられる。超
電導コイル６も内槽１２および外槽１３によって包まれ
、内部を真空に保たれる。外槽１３の上にはヘリウムタ
ンク１４と冷凍機１５が取りつけられている。

列車運行前にコイル２とコイル６は、ヘリウムによって
冷却される。そして、永久電流スイッチ１６．１７を通
して各々のコイルに電流が流される。走行中のコイルの
温度上昇等の原因で気化したヘリウムは冷凍機１１．１
５で再び液化される。

走行中、コイル６は常にコイル２より先行して地上側の
浮上用コイル５の上を通過し、そこに誘導電流を発生さ
せる。そのため、第１図においてコイル２ａが地上側の
コイル５ａを通過する際には、コイル５ａにあらかじめ
コイル６によって誘導電流が少量流されているため、コ
イル２ａの受ける反発力は、コイル６が無い場合と比べ
て大きくなる。このコイル６がある場合の浮上力の変化
の様子を第２図に実線で示す６コイル６を取りつけたことにより、先頭車両の先頭コイ
ルが受ける反発力不足による車体の頭下げ現象が防げる
。

（第２実施例）第４図に、本発明の第２の実施例を示す。

この実施例は、浮上力誘起用の超電導コイル６をケース
３の中に入れてしまうものである。こうすることで、コ
イル６用に内槽１２．外槽１３゜ヘリウムタンク１４お
よび冷凍機１５を作る必要はなくなり、スペースユーテ
ィリティ、重量軽減の点で効果がある。

（第３実施例）以下、本発明の第３の実施例を第５図、第６図。

第７図および第８図を用いて説明する。

第５図は本実施例の概観図であり、連結された数車両の
一部を示したものである。第６図は第５図におけるＢ部
の詳細図、第７図は本実施例の動作説明図、第８図は本
実施例の動作制御に関する流れ図である。

第５図において、連結された車両１８ａ、１８ｂ、１８
ｃの連結部には超電導コイルの入ったケース１９ａ、１
９ｂが取りつけられており、浮上力、推進力を受けてい
る。各車両の前部および後部の左右両側面下部には小型
の電磁コイル２０を取りつけである。

第６図において、電磁コイル２０は普通の銅線でつくら
れるものとし、銅線の端部は電流調節機２１に接続され
ている。電流調節機２１には、コイル２０に流す電流を
供給するケーブル２２と制御系からの信号線２３が接続
される。制御系は次に示す機器で構成される６車両の姿
勢を検知するセンサ２４、演算機２５およびチャンネル
切換機２６より成る。

第７図（ａ）により本実施例の動作を説明する。

列車走行中に何らかの原因で車体が後方に傾いたとする
。この傾き量を車体中央に設けられたセンサ２４が検知
し、その値を演算機２５に送る。

演算機２５の内部では、演算処理により、車体のどの位
置の浮上力を変化させれば車体が水平になるかが計算さ
れる。車体が後方に傾いている場合、車体後方の浮上力
を増そうと計算される。こうして、車体後部左右両側面
のコイル２７に、電流が流れるようにチャンネル切換機
２６が動作する。

流される電流の量は、やはり演算機２５からの信号が電
流調節機２１に送られることで変化するようになってい
る。

コイル２７に電流が流されることで発生磁場の強さが変
わり、地上側の浮上用コイル５との間に働く反発力を調
整できる。この反発力により車体後部が持ち上がり、車
体が水平になる方向に動く。

車体の傾きは常にセンサ２４で監視されており、リアル
タイムで車体の傾きは制御される。

第７図（ｂ）に示されるように、車体が左方に傾いた場
合には上記と同様の動作原理で車体左側前部および後部
のコイル２８が励磁される。そして、車体の左部の浮上
力が増し、車体が水平になる方向に動くのである。

第８図は以上説明してきた車体姿勢制御の流れ図を示し
たものである。

センサ２４は車体底部中央に取りつけられ、車体の前後
方向の傾きθｗｅ、左右方向の傾きθ□を計測する。θ
６．の絶対値が許容値を超えたと判断されると、次に車
体の前が下がり気味なのか、後が下がり気味なのか判断
され、前が下がり気味の時はコイル３１．３２を励磁す
る。

θ。についても同様の制御が行われる。まずθｌの絶対
値が許容値を超えたと判断されると、次に左右面が下が
り気味なのか左側面が下がり気味なのか判断される。仮
に、右側面が下がり気味と判断されると、直ちに、右側
面に付けられた電磁コイル２９．３１が励磁され浮上力
が微調整される。

この実施例により、悪天候時に、連結された各車両が突
風であおられ、車体が不規則に傾いた場合でも、直ちに
車体各部の浮上力が微調整され、安定した走行が可能と
なる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、超電導磁気浮上列
車の走行中の先頭車両の浮上力不足を補うことができる
ため、先頭車両の頭下げ現象を防ぐ効果のある磁気浮上
列車を得ることができる。

さらに、浮上力補助の手段として車体に内蔵された電磁
コイルを用いることができるので２補助翼を用いた浮上
力補助と異なり、風の影響を受けない。そのため、悪天
候時でも姿勢制御が安定して行える。

また、本発明による姿勢制御方法又は装置により走行中
の連結された各車両の姿勢が独立して検知され、それを
補正するように各車両の前後部左右側面の各電磁コイル
が励磁できるので、走行中の不規則な各車両の姿勢変動
を独立して安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す超電導磁気浮上列車先
頭車の概略図、第２図は車体が受ける浮上力と車体側の
コイル位置との関係図、第３図は第１図のＡ部詳細図、
第４図は本発明の第２の実施例の概観図、第５図は本発
明の第３の実施例の概観図、第６図は第５図のＢ部詳細
図、第７図は第３の実施例の動作説明図、第８図は第３
の実施例の制御の流れ図である。６・　（浮上力補正用）超電導コイル２０・・　（姿勢制御用）電磁コイル２１・・電流調節機２４・・・姿勢センサ２５・・・計算機２６・・・チャンネル切換機代理人　　鵜　　沼　　辰　　之第図第図９ａ２゜ｂケーフル第図（Ｏ）２□、２８（ｊ勢和１ｔ５Ｊｌ用）コイルゝ・Ｉ第ア図（ｂ）第区

Claims

【特許請求の範囲】１、車両に取りつけたコイルに電流を流して磁場を発生
させ、このコイルと軌道上に設置したコイルとの間に反
発力を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮上列車に
おいて、前記車両のうち先頭の車両に、前記車両を浮上させる磁
場とは別に、車両の浮上力を補助する磁場の発生装置を
配設したことを特徴とする磁気浮上列車。２、車両に取りつけた超電導材製のコイルに永久電流を
流して磁場を発生させ、この励磁されたコイルにより、
軌道上に設置された励磁されていないコイルに誘導電流
を生じさせ、これら両コイルの間に反発力を発生させて
前記車両を浮上させる超電導による磁気浮上列車におい
て、前記車両のうち先頭の車両に、前記車両を浮上させ
る磁場とは別に、車両の浮上力を補助する磁場の発生装
置を配設したことを特徴とする磁気浮上列車。３、請求項１又は２記載の列車において、前記浮上力を補助する磁場の発生装置は、前記先頭の車
両の前頭部側面に取りつけたことを特徴とする磁気浮上
列車。４、請求項１又は２記載の列車において、前記浮上力を補助する磁場の発生装置として、電磁コイ
ルを用いたことを特徴とする磁気浮上列車。５、車両に取りつけたコイルに電流を流して磁場を発生
させ、このコイルと軌道上に設置したコイルとの間に反
発力を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮上列車の
姿勢制御方法において、前記車両に該車両の傾きを検知
するセンサを配設し、該センサにより連結されて走行中
の各車両の傾きを検知し、その傾きを補正する演算処理
を行い、該演算処理値に基づいて各車両に取りつけられ
た姿勢制御手段を動作させることによって、前記車両の
走行安定性を確保することを特徴とする磁気浮上列車の
姿勢制御方法。６、請求項５記載の方法において、前記姿勢制御手段として、発生磁場の強さを変えること
のできる磁場発生装置を用いたことを特徴とする磁気浮
上列車の姿勢制御方法。７、請求項６記載の方法において、前記磁場発生装置を、前記各車両の前部及び後部の左右
の側部に取りつけたことを特徴とする磁気浮上列車の姿
勢制御方法。８、請求項６記載の方法において、前記磁場発生装置として、電磁コイルを用いたことを特
徴とする磁気浮上列車の姿勢制御方法。９、請求項５記載の方法において、前記姿勢制御手段は、前記各車両に取りつけた電磁コイ
ルの励磁状態を変化させることにより、該各車両の姿勢
を制御することを特徴とする磁気浮上列車の姿勢制御方
法。１０、車両に取りつけたコイルに電流を流して磁場を発
生させ、このコイルと軌道上に設置したコイルとの間に
反発力を発生させて前記車両を浮上させる磁気浮上列車
の姿勢制御装置において、前記磁気浮上列車の各車両の
姿勢制御用の電磁コイルと、該各車両の姿勢を検知する
センサと、該センサからの信号に基づいて該電磁コイル
のうちどれにどの程度の電流を流して励磁させるかを決
める演算機と、該演算機からの信号に基づいて励磁させ
るコイルを選択し該コイルに供給する電流を通すケーブ
ルを接続するチャンネル選択機と、該演算機からの信号
によりコイルに流す電流値を変化させる電流調節機とか
らなることを特徴とする磁気浮上列車の姿勢制御装置。