JPH0669246B2 - 誘導反撥式磁気浮上鉄道の浮上、案内、推進併用装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は誘導反撥式磁気浮上鉄道における浮上・案内・
推進併用装置に関するものである。

（従来の技術） 誘導反撥式磁気浮上鉄道一般はよく知られている。その
浮上、案内、推進機構の一例について第１０図〜第１３
図に従って説明する。

２０、２０′は車両Ｖの台車９の両側に垂直に装着され
た超電導コイル、２１、２１′は、たとえば、断面Ｕ型
の軌道路１３の車両進行方向に沿う底面に水平に連続的
に配置された浮上用導電体コイル又は導電性シート等の
導電体で、第１１図（ａ）に示すような関係において配
置されている。２２、２２′は軌道路１３の内側両側
に、所定間隔をへだてて垂直に、連続的に配置された案
内、推進用の導電体コイルで、超電導コイル２０、２
０′と電磁結合可能なように配置されている。

車両Ｖは導電体コイル２１、２１′と超電導コイル２
０、２０′とによって浮上力が与えられ、導電体コイル
２２、２２′と超電導コイル２０、２０′とによって推
進案内される。

この点について第１１図（ａ）〜第１３図に従って説明
する。

第１１図（ａ）において、２０、２０′は第１０図に示
すループ状の超電導コイルで、通常は相隣る超電導コイ
ルは互いに逆極性である。２１、２１′は第１０図にお
ける導電体コイル２１、２１′である。

このように構成しても、車両Ｖが停止している限り、車
上の超電導コイル２０、２０′と導電体コイル２１、２
１′との間には何等の電磁的作用は発生しない。車上Ｖ
に装着されている超電導コイル２０、２０′と軌道路１
３に敷設されている推進案内用導電体コイル２２、２
２′で構成されるリニアモータによって車両Ｖを走行せ
しめる。

それにより超電導コイル２０、２０′が導電体コイル２
１、２１′上を走行することとなり、超電導コイル２
０、２０′により導電体コイル２１、２１′に電流が誘
起される。この誘起電流は車両の走行速度に伴って増大
し、あるいは走行速度、たとえば２００km／ｈ程度にな
ると、ほぼ飽和し、それ以上の速度で走行する限り、同
一レベルを保持する。すなわち、第１１図（ａ）に示す
導電体コイル２１、２１′にはそれと位置的に対応して
描かれた第１１図（ｂ）に示したような磁束が鎖交
し、それに伴って同じく位置的に対応して描かれた第１
１図（ｃ）に示す浮上のための電圧ｅが誘起され、第１
１図（ｄ）に示すごとき電流ｉが流れることとなる。こ
の場合、超電導コイル２０の電流が第１１図（ｅ）に示
すごとく矢印ａ方向へ流れるとすると、その電流によっ
て導電体コイル２１に誘起される電流はｂ方向に流れ
る。それによってフレミングの左手の法則により浮上力
Ｆ＝Ｂ×ｉが得られる。ここにＢは超電導コイル２０、
２０′の創る磁束密度、ｉは導電体コイル２１、２１′
に流れる電流である。すなわち、車両Ｖは超電導コイル
２０、２０′により導電体コイル２１、２１′に誘起さ
れる電流との間に働く反撥力によって浮上される。

次に車両Ｖの案内、推進作用について述べる。

電導体コイル２２、２２′の断面積はすべて同一に設定
されており、それらは第１３図に示すごとくヌルフラッ
クス結線されている。車両の走行中、超電導コイル２
０、２０′によって、それぞれ対向する導電体コイル２
２、２２′に鎖交する磁束をｇ，ｇ′とすると、車
両に左右方向の変位がない場合にはｇ＝ｇ′である
のでコイル１対としての鎖交磁束はｇ−ｇ′＝０で
あるため、電流は誘起されず、案内力は生じないが、車
両が左右方向へ変位すると、ｇ＞ｇ′（車両が右方
向へ変位したとき）、又はｇ＜ｇ′（車両が左方向
へ変位したとき）となり、コイル１対としての鎖交磁束
はｇ−ｇ′＝±Δｇ′となり、コイル２２、２
２′には第１３図に実線で示すような電流が流れ、反撥
により当該変位に比例した、変位をなくす方向への案内
力が生ずる。

一方、推進案内併用の導電体コイル２２、２２′には第
１３図に示すように３相又は多相の推進用の電源２３が
接続されており、それにより、推進、案内併用の導電体
コイル２２、２２′には点線矢印で示す同一方向の電流
が流れるから、フレミングの左手の法則により車両Ｖを
推進する推進力が発生する。

この方式において車両の力行、惰行、制動および停止等
は電源２３から推進案内併用の導電体コイル２２、２
２′に流す電流を制御することによって行う。

車両Ｖが推進案内併用の導電体コイル２２、２２′によ
って発生する推進力によって走行をはじめると、超電導
コイル２０、２０′と電導体コイル２１、２１′によっ
て車両の浮上力が、又超電導コイル２０、２０′と電導
体コイル２２、２２′によって車両の案内力が発生し、
車両Ｖがある速度以上に至った後は、車輪１２を引き込
めて一定の浮上力を保持した状態で浮上案内される。走
行速度がある速度以下になると、浮上力は低下し、車両
は引き出された車輪１２、１２を介して地上の軌道路１
３に着地する。なお１０は１端が車両に固定された軸１
１の他端に枢着された機械的案内車輪で、軌道路１３の
側面に沿って回動しつつ案内の補助をする。

しかしながら、この磁気浮上鉄道は浮上用の地上の電導
体コイル２１、２１′は軌道路の底面中央部に水平に配
置され、車上の超電導コイル２０、２０′は軌道路側面
方向に位置する台車９の側面に垂直方向に装着されてい
るので、浮上用導電体コイル２１、２１′に大きな誘導
電流を流す必要があり、浮上用導電体コイル２１、２
１′の損失を小とすることには限度がある。即ち、走行
抵抗を小とすることには限度があり、又浮上用の導電体
コイル２１、２１′から左右方向の不安定ばねが発生す
るので、それを上廻る安定なばねを推進と案内併用の導
電体コイル２２、２２′で発生させる必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこのような現況にかんがみ、簡易な１対の導電
体コイルで推進、浮上、案内の全機能を有効に発揮で
き、しかも、従来方式と比し、格段と走行抵抗を減少で
き、かつ安定した浮上案内機能を有する浮上・案内・推
進併用装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 請求項１ 車両進行方向に沿う両側面に所定間隔をへだてて連続的
に、垂直方向に超電導コイルを配置した車両を軌道路に
沿って浮上、案内、推進する誘導反撥式磁気浮上鉄道を
前提とする。

軌道路の両側面にそれぞれ、上方の導電体コイルと下方
の導電体コイルを対向して配置する。上方の導電体コイ
ルと下方の導電体コイルを、それぞれヌルフラックス接
続する。このように構成された導電体コイルを車両の進
行方向に沿って所定間隔をへだてて配置する。上方の導
電体コイルと、それと対向する他の上方の導電体コイル
とを接続線を介して、さらにヌルフラックス接続する。
上記接続線に推進用電源を接続する。

請求項２ 車両が補助車輪を介して走行している時、車両に装着さ
れている超電導コイルと軌道路に配置されている、ヌル
フラックス接続した導電体コイルとを、それらの間の相
互インダクタンスが０となるような位置関係に設定す
る。

（作用） 浮上力 車両が補助車輪を介して低速走行している時は対向する
導電体コイルの鎖交磁束は０、電流は０で、電磁的な走
行抵抗は０である。車両の浮上走行時には上方コイルと
下方コイル間で鎖交する磁束に差が生じ、電流が誘起さ
れて超電導コイルを上方へ戻そうとする浮上力が発生
し、車両の重量とバランスする位置で安定する。

案内力 車両が左右方向へ変位すると、対向する上方コイル間と
下方コイル間で鎖交する磁束に差が生じて電流が誘起さ
れ、超電導コイルを中央へ戻す案内力が生ずる。

推進力 推進用電源は接続線を介して対向する導電体コイルに接
続され、それぞれの上方コイルおよび下方コイルに同一
方向の電流が流れ、垂直の辺で推進力が発生する。

（実施例） 前述したように、第１０図〜第１３図に示す、従来の誘
導反撥式磁気浮上鉄道は浮上用導電体コイル２１、２
１′に大きな誘導電流を流す必要があり、浮上用導電体
コイルの損失を小とすることには限度がある。すなわ
ち、走行抵抗を小とすることには限度があり、又浮上用
の導電体コイル２１、２１′から左右方向の不安定ばね
が発生するので、それを上廻る安定なばねを推進と案内
併用の導電体コイル２２、２２′で発生させる必要があ
る。

このような事情のもとで、車両の走行抵抗を減少させる
機構として第３図〜第６図に示す構成がきわめて有効で
あることが判明した。

第３図に示す構成を従来方式である第１０図に示す構成
と比較した場合、第３図においては第１０図における地
上の導電体コイル２１、２１′を欠いており、車上の超
電導コイル２０、２０′と、案内推進兼用の導電体コイ
ル２２、２２′と同位置に配置された導電体コイル１
５、１５′との間に浮上、推進兼用の導電体コイル１
６、１６′を配置し、導電体コイル１５、１５′を案内
専用の導電体コイルとして用いるようにした点が異な
る。

浮上、推進兼用の導電体コイル１６、１６′は同一形状
および同一寸法からなる導電体コイル１７、１８、１
７′、１８′を同一垂直線上の上方および下方に配置
し、それらをヌルフラックス接続したことからなり、当
該浮上推進兼用の導電体コイル１６、１６′のヌルフラ
ックス接続部には３相又は多相の推進用電源２３が接続
されている。

車両Ｖが車輪１２、１２を介して低速走行している状態
では、超電導コイル２０、２０′の垂直方向の中心、浮
上推進兼用の導電体コイル１６、１６′の垂直方向の中
心および案内用導電体コイル１５、１５′の垂直方向の
中心は同一水平線上にあるよう諸元が設定されている。

導電体コイル１７、１８および１７′、１８′は浮上推
進兼用の電導体コイル１６および１６′の垂直方向の中
心を中心として上、下方向に対称に配置されている。

このような構成において車両の低速走行時には上方コイ
ル１７、１７′と下方コイル１８、１８′における浮上
のための鎖交磁束は０、電流は０となるから、電磁的な
走行抵抗は０である。

車両Ｖの浮上走行中は超電導コイル２０、２０′の中心
は浮上推進兼用の電導体コイル１６、１６′の垂直中心
より下方で平衡し、第５図に示すごとき電流が上下の導
電体コイル１７、１８で逆向きに流れて車両の浮上力が
発生するが、第１０図の浮上用導電体コイル２１、２
１′に流れる電流に比べて浮上力を有効に発生するの
で、流れる電流は少なくてすみ、従って電磁的な走行抵
抗を小さくすることができる。

一方、浮上推進兼用の導電体コイル１６、１６′に供給
される電源電流は第６図に示すように、上方コイル１
７、下方コイル１８で同じ方向に流れるので垂直の辺で
推進力が発生する。

この方式における案内用導電体コイル１５、１５′によ
る車両の案内は第１０図〜第１３図に示した推進案内兼
用の導電体コイル２２によると同様の原理によって行わ
れる。

この方式においては浮上推進兼用の導電体コイル１６、
１６′は案内用導電体コイル１５、１５′と同様、垂直
に超電導コイル２０、２０′と対向して配置されている
ので、左右の安定なばねが生じ、案内用導電体コイル１
５、１５′から発生するばねは小さくてすむ。

車両の走行抵抗を減少させる構成として、さらに第７図
〜第９図に示すものが有力であることが判明した。

この第２の有力方式を第３図〜第６図に示した第１の方
式と比較すると、第１の方式の案内用導電体コイル１
５、１５′の位置に設けられる導電体コイル２４が推進
専用の導電体コイルとして用いられる点、第１の方式に
おける浮上推進兼用の導電体コイル１６、１６′と同一
構成からなる導電体コイル１６１、１６１′が浮上案内
兼用の導電体コイルとして用いられ、しかも軌道路の対
向する側面に配置される導電体コイル１６１、１６１′
を、それらの上方のコイルに誘起される誘起電圧が相殺
されるように接続線１６２、１６３を介してヌルフラッ
クス接続した点が異なっている。

この方式において車両の浮上力は第８図に示すごとく、
第１の方式における第５図に示すと同様の原理によって
発生する。

一方、軌道路の対向側面に配置される浮上案内兼用の導
電体コイル１６１、１６１′の上方コイル１７１と１７
１′とは接続線１６２、１６３を介してヌルフラックス
接続されているため、超電導コイル２０、２０′が左右
方向へ変位しない場合は何等の電磁的作用は発生せず、
それぞれのコイルの磁束は０で、電流は０であるが、超
電導コイル２０、２０′が左右方向へ変位すると、上方
コイル１７１と１７１′および下方コイル１８１と１８
１′の間で鎖交する磁束に差が生じ、第９図に示すよう
な電流が誘起され、反撥と吸引によって超電導コイル２
０、２０′を中央へ戻そうとする案内力が発生する。し
かも、案内力を発生させる電流は、ほとんど浮上力に影
響を与えない。

この方式の特徴とする処は推進専用の導電体コイル２４
と電気的に別個独立に浮上案内系を構成した点にある。

本発明は、上述した、車両の走行抵抗を減少するうえで
有力な誘導反撥式磁気浮上案内推進方式を前提とし、き
わめて簡易化された機構で安定な性能を確保できる浮上
・案内・推進併用装置を提供しようとするものである。

本発明を第１図〜第２図（ｂ）に示す実施例に従って説
明する。

第１図および第２図において第３図〜第１３図における
と同一記号のものは同一構成要素を示す。

１、１′は第３図における１６、１６′および第７図に
おける１６１、１６１′と同一構成からなる導電体コイ
ルで、上方のコイル下方のコイル２、３および２′、
３′とをヌルフラックス接続した閉回路からなってい
る。例えば、断面Ｕ型の軌道路１３の内側両側面の車両
進行方向に沿って所定間隔を隔てて連続的に導電体コイ
ル１、１′を配置する。導電体コイル１の上方コイル２
とそれと対向する導電体コイル１′の上方コイル２′と
を接続線４、５を介して第２図（ａ）に示すようにヌル
フラックス接続する。車両Ｖが補助車輪１２、１２を介
して地上に着座している時における超電導コイル２０、
２０′の垂直方向の中心と導電体コイル１、１′の垂直
方向の中心とは同一水平線上にあるように設定される。

上記接続線４、５は３相又は多相の推進用電源６が接続
される。

以下、このように構成した本発明の作用を説明する。

浮上力； 車両Ｖが補助車輪１２、１２を介して低速走行している
時は、超電導コイル２０、２０′と導電体コイル１、
１′との位置的関係は上述のごとく設定されており、か
つ上方コイルと下方コイル２と３および２′と３′はヌ
ルフラックス接続されているので、導電体コイル１、
１′の鎖交磁束は０、電流は０であって電磁気的な走行
抵抗は０である。車両Ｖの、補助車輪１２を引き込めて
の、浮上走行時には超電導コイル２０、２０′の垂直方
向の中心が導電体コイル１、１′の垂直方向の中心より
下方に移行し、上方コイルと下方コイル２と３および
２′と３′間で鎖交する磁束に差が生じ、上方コイルお
よび下方コイルに第２図（ｂ）に示すような電流が誘起
され、反撥と吸引によって超電導コイル２０、２０′を
上方へ戻そうとする浮上力が発生し、車両の重量とバラ
ンスした位置で安定する。この場合も上方コイルと下方
コイル２と３および２′、３′は小さい電流で有効に浮
上力を発生するので、電磁気的な走行抵抗を小さくする
ことができる。

案内力； 車両Ｖが軌道路の中央に位置する時は、導電体コイル
１、１′は軌道路の長手方向中心線に対して対称に配置
され、かつ対向する上方コイル２、２′は接続線４、５
を介してヌルフラックス接続されているので、導電体コ
イル１、１′の鎖交磁束は０、電流は０で、電磁気的な
走行抵抗は０である。浮上走行中、車両Ｖが左右方向へ
変位すると、上方コイル２と２′との間および下方コイ
ル３と３′との間で鎖交する磁束に差が生じ、第９図の
導電体コイル１６１、１６１′に流れていると同様な電
流が誘起され、それによって超電導コイル２０、２０′
を中央へ戻す案内力が生ずる。

推進力； 推進用の電流は第２図（ａ）に示すごとく、例えば３相
電源６から接続線４の接続点７を介して導電体コイル１
をａ→ｂ→ｃ→ｄ、ｈ→ｇ→ｆ→ｅ、と、又導電体コイ
ル１′をａ′→ｂ′→ｃ′→ｄ′、ｈ′→ｇ′→ｆ′→
ｅ′次に接続点７′と流れ、各コイル２、３、２′、
３′には矢印で示すような同一方向の電流が流れ、垂直
の辺で推進力が発生する。なお、上記実施例においては
軌道路としてＵ型断面のものを用いる場合の例について
述べたが、箱型断面のもの等、種々の形状のものを用い
ることができ、軌道路の形状は、これに限定されるもの
ではない。又、上記実施例においては軌道路に配置され
る上方コイル２、２′と下方コイル３、３′が同一形状
および同一寸法である場合の例について述べたが、これ
らのコイル２、２′、３、３′が同一形状、同一寸法で
ない場合でも（この場合は、上記実施例におけるとは異
なり、超電導コイル２０、２０′の垂直方向の中心が導
電体コイル１、１′の垂直方向の中心と同一水平線上に
あるときに鎖交磁束が０とはならないが、）超電導コイ
ル２０、２０′と導電体コイル１、１′との間の相互イ
ンダクタンスが０となるような位置で鎖交磁束が０とな
り、電磁気的な走行抵抗が０となる。

従って、本発明においては、車輪走行時には超電導コイ
ル２０、２０′と導電体コイル１、１′とがそのような
位置関係にあるように設定される。それにより本発明は
コイル２、２′、３、３′が同一形状、同一寸法である
場合も、ない場合も包含される。

（発明の効果） 本発明の主な効果をあげれば次のとおりである。

１）地上設備としては、軌道路の両側面に１対の導電体
コイルを連続的に設けさえすればよいので、従来の第１
０図に示す方式と比して、きわめて簡易化される。その
ため敷設時、軌道路の底面に、従来におけるような設計
上の精度を管理する必要がなくなり、又敷設のための投
下資本も軽減することができる。

２）車両走行中における電磁的な走行抵抗を０又はきわ
めて小さく抑えることができ、それにより、従来と比
し、車両走行のためのエネルギー消費の節約を実現する
ことができる。しかも、従来方式におけるごとく左右方
向の不安定なばねが生ずることがなく、安定な浮上、案
内力が保証される。

３）前述した第１の有力方式における案内専用の導電体
コイル１５と１５′を接続する、軌道路に埋設される接
続点１５１および第２の有力方式における、浮上、案内
兼用の導電体コイル１６１と１６１′を接続する接続線
１６２、１６３には推進用電源の電圧が印加されないの
で、導電体コイルおよび接続線は低圧用のものですむ。
これに対し、本発明は１対の導電体コイル１、１′で浮
上、案内および推進の全機能を果たさせることを特徴と
しているので、導電体コイル１、１′と、それらを接続
する接続線４、５は高耐圧としなければならない。しか
し、推進のために、どの程度の高圧を印加しなければな
らないかは、移動体の重量、より具体的には、列車の編
成車両数によって定まり、編成車両数を減ずれば、印加
電圧も、それだけ減ずることができ、高耐圧のための設
計も施行もそれだけ容易となる。この意味において本発
明は比較的、編成車両数の少ない列車の浮上、案内、推
進用装置として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す１部断面側面図、第２図
（ａ）は第１図における導電体コイルの配置例を示す回
路図、第２図（ｂ）は第１図の導電体コイル１、１′に
流れる浮上のための電流の流れを示す回路図、第３図は
電磁的な走行抵抗を減少させるための第１の有力な浮
上、案内推進機構を示す１部断面側面図、第４図は第３
図に示す案内専用の導電体コイルと浮上推進兼用の導電
体コイルの一側における配置例を示す回路図、第５図は
第４図の浮上推進兼用の導電体コイルに流れる浮上のた
めの電流の流れを示す回路図、第６図は第４図の浮上推
進兼用の導電体コイルに流れる推進のための電流の流れ
を示す回路図、第７図は電磁的な走行抵抗を減少させる
ための第２の有力な浮上、案内、推進機構を示す回路
図、第８図は第７図における導電体コイル１６１、１６
１′に流れる浮上のための電流の流れを示す回路図、第
９図は第７図における導電体コイル１６１、１６１′に
流れる案内のための電流の流れを示す回路図、第１０図
は従来の誘導反撥式磁気浮上鉄道の一例を示す一部断面
側面図、第１１図（ａ）は第１０図における車上の超電
導コイルと地上の浮上用導電体コイルとの関係を示す斜
視図、第１１図（ｂ）は第１１図（ａ）の地上の浮上用
導電体コイルに誘起される磁束を示す線図、第１１図
（ｃ）は第１１図（ｂ）の磁束によって発生する電圧を
示す線図、第１１図（ｄ）は第１１図（ｃ）に示す電圧
によって発生する電流を示す線図、第１１図（ｅ）は第
１０図における車上の超電導コイルと地上の浮上用導電
体コイルとの間の電流の誘起方向を説明するための断面
図、第１２図は誘導反撥式磁気浮上鉄道における走行速
度と誘起電流との関係を示す線図、第１３図は第１０図
における車上の超電導コイルと地上の案内、推進併用の
導電体コイルの電気的結線を示す回路図である。 １，１′……導電体コイル、２，２′……上方の導電体
コイル、３，３′……下方の導電体コイル、４，５……
接続線、６……推進用電源、１２，１２……補助車輪、
１３……軌道路、２０，２０′……超電導コイル、Ｖ…
…車両

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両進行方向に沿う両側面に所定間隔をへ
   だてて連続的に、垂直方向に超電導コイルを配置した車
   両を軌道路に沿って浮上、案内、推進するものにおい
   て、上記軌道路の両側面にそれぞれ、上方の導電体コイ
   ルと下方の導電体コイルとを対向して配置し、上方の導
   電体コイルと下方の導電体コイルとを、それぞれヌルフ
   ラックス接続したことからなる導電体コイルを車両の進
   行方向に沿って所定間隔をへだてて配置し、上記上方の
   導電体コイルと、それと対向する他の上方の導電体コイ
   ルを接続線を介して、さらにヌルフラックス接続し、か
   つ上記接続線に推進用電源を接続したことからなる誘導
   反撥式磁気浮上鉄道の浮上、案内、推進併用装置
2. 【請求項２】車両が補助車輪を介して走行している時、
   車両に装着されている超電導コイルと軌道路に配置され
   ている、ヌルフラックス接続した導電体コイルとを、そ
   れらの間の相互インダクタンスが０となるような位置関
   係に設定した請求項１記載の誘導反撥式磁気浮上鉄道の
   浮上、案内、推進併用装置