JPH09261804A

JPH09261804A - 磁気浮上システム

Info

Publication number: JPH09261804A
Application number: JP6634496A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Akagi; 武赤城
Original assignee: Kimigafuchi Gakuen
Current assignee: Kimigafuchi Gakuen
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の電磁石を用いて車両を磁気浮上を行なう
システムにおいて、有効に車両振動を低減する。【解決手段】本発明のシステムにおいて、電磁石３０に
所定の電流を流すと、図６に示すような磁力線が発生
し、磁気レール６３を電磁石３０側に吸引することによ
って両者の間は所定の間隔に接近する。これによって車
両１は、相対的に軌条６から所定量だけ浮上する。この
状態で推進装置のコイル５１を励磁する。これによって
リアクションプレートには移動磁界が発生し、車両は両
者の磁力作用によって軌条６上を高速で走行する。電磁
石列の両端の磁気浮上力よりも内側に位置する電磁石の
磁気浮上力を相対的に弱めることによって、各電磁石に
均等な磁気浮上力を与える場合よりも磁気浮上状態にあ
る車両の振動が著しく減少することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、磁気浮上システムに関
し、特に、該システムに使用される磁気浮上用電磁石の
磁気浮上力の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気浮上鉄道などの磁気浮上式走行シス
テムは、磁気力によって走行車両を支持することによ
り、軌道すなわち磁気レールに対して走行車両が非接触
状態で走行することを基本的な特徴とする。車両は、車
体とこれを支持するボギー台車とから構成され、ボギー
台車に設けられる複数の磁石によって支持される構造に
なっている。車両を磁気的に支持する方式として、車体
と軌道の両方に取付られた永久磁石の２つの磁極の間に
働く反発力あるいは吸着力によって車体を浮上させる永
久磁石支持方式、車体側であるボギー台車に電磁石を取
り付け、軌道上に短絡コイルを並べる電磁誘導浮上方
式、あるいは、ボギー台車に取り付けられた電磁石と軌
道の鉄レールとの間の吸着力で車両の支持を行なう電磁
吸引制御方式（Electromagnetic Suspension System:EM
S)などが知られている。このような電磁吸引制御方式の
磁気浮上走行システムは、たとえば、「ＨＳＳＴ−１０
０システム」（村井宗信）平成６年電気学会産業応用部
門全国大会講演論文集第１８７頁に開示されている。

【０００３】電磁吸引制御方式において、車体を浮上状
態で支持するために必要な支持力は車両が走行中であっ
ても非走行中であっても変化しない。しかし、鉄レール
と磁石の間のギャップ長が変化すると支持力の大きさが
変わる。すなわち、車両重量が支持力より小さいと磁石
はレールに吸着されてしまい、逆に、支持力が不足する
と車両が軌道上に落下することとなる。したがって、電
磁石と磁気レールとの間隔を一定に保持するように電磁
石に対する電流を調整する必要が生じる。磁気浮上シス
テムにおける車体を支持するボギー台車に設けられた磁
気浮上用電磁石は、一般に、各ボギー台車に複数個、磁
気レールに対応して等間隔で列状に配置され、車体を支
持するために略均等の浮上力を与えるようになってい
る。このような磁気浮上用電磁石の配置は、例えば、
「磁気浮上鉄道の技術」（正田他著：オーム社（１９９
２）の第１８頁に紹介されている。

【０００４】

【解決しようとする課題】このように複数の電磁石を用
いて車両を支持するシステムにおいて、従来から車両を
磁気浮上させたときに振動が発生するという問題が従来
から未解決の問題として存在している。磁気浮上状態に
おける振動はボギー台車から車体に車体振動として伝達
される結果、車両の乗り心地が悪化するといった問題を
生じる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために構成されたものであって、複数の電磁石を用
いて車両の磁気浮上を行なうシステムにおいて、有効に
車両振動を低減することができしたがって、乗り心地を
向上させることができる磁気浮上システムを提供するこ
とを目的とする。上記目的を達成するために、本発明に
かかる磁気浮上システムは、磁気レールと、車両が該磁
気レールに沿って走行できるように車体を支持するボギ
ー台車と、前記車体を前記磁気レールから磁気浮上させ
るためにボギー台車に設けられる電磁石と、を備え車体
を磁気レールに沿ってかつ該磁気レールに対して非接触
状態で走行するようになった磁気浮上システムにおい
て、前記電磁石は、磁気レールの敷設方向に沿って前記
ボギー台車上に列状に複数個設けられており、複数の電
磁石のうち列の端部に位置する電磁石の磁気浮上力は、
列の中央部に位置する電磁石の磁気浮上力よりも大きく
なっていることを特徴とする。

【０００６】好ましい態様では、さらに、磁気レールと
電磁石との間の間隔に応じた信号を発生するギャップセ
ンサを備え、該ギャップセンサの出力に応じて前記電磁
石の磁気浮上力を制御するようになっている。また別の
態様では、前記列の中央部に位置する電磁石の外部励磁
を行わず励磁巻線を短絡した形の制動巻線を付加するこ
とによって中央部に位置する電磁石の磁気浮上力を列の
端部に位置する電磁石よりも低下させると共に制動巻線
を付加している。また、前記列の中央部に位置する電磁
石に対して、磁気浮上力を与える方向とは逆の方向に電
流を流すようにしても良い。本発明者は、磁気浮上力を
与えるためにボギー台車に設けられる複数の電磁石に対
して、均等な浮上力を与えるようとすることがかえって
車体振動の原因になることを突き止め、電磁石による車
体浮上力を複数の電磁石間で均等となるようにせず、む
しろ積極的に不均一な磁気浮上力を与えるようにしたも
のである。特に、本発明者の知見によれば、磁気レール
の敷設される方向に沿ってボギー台車に列状に配置され
る複数の電磁石の内、列の端部に位置する電磁石につい
ては、大きな磁気浮上力が発生するように制御し、列の
中央部に位置する電磁石については、相対的に小さな磁
気浮上力が発生するように制御すると浮上状態での制振
効果が高くなる。

【０００７】

【発明を実施するための形態】本発明にかかる磁気浮上
走行システムの基本構造は、車両と車両の浮上案内装
置、推進装置、ブレーキ装置等から構成される。車両の
浮上案内装置以外の部分については、本発明と直接関係
を有しないのでその説明は省略する。本発明にかかる車
両の磁気浮上システムは、車両の側のボギー台車に取り
付けられた電磁石と、車両の走行路に沿って敷設される
磁気レールとの間に電気的に磁気吸引力を発生させて車
体を浮上せしめ、車体を磁気レールに対して非接触状態
に維持するものである。磁気浮上させた車体を磁気レー
ルに対して非接触状態で走行させるために磁気力によっ
て推進力を発生させ、車両を走行させる推進装置が設け
られてているがこの推進装置は、本発明にかかる磁気浮
上装置とは直接関連性を有しないので、詳細な説明は省
略する。本発明の基本的な特徴は、従来複数の電磁石を
用いた磁気浮上システムにおいて、磁気浮上車両の振動
低減を行なうためには、各電磁石の磁気浮上力を均等に
与えようとする従来の制御の限界性に鑑み、磁気浮上力
をむしろ各電磁石間で異ならせることが効果的であるこ
とを見い出した点である。したがって、このような磁気
浮上力を各電磁石の間で異なるように制御する公知の手
法は、本発明の特徴に含まれるものである。

【０００８】車両の磁気浮上力は、磁気レールと車体を
支持するボギー台車に取付られる電磁石との距離に依存
する。したがって、磁気浮上力を所望の値にするために
は磁気レールと電磁石との間隔を所定に維持する必要が
ある。具体的には、ボギー台車に取付られる電磁石と、
磁気レールとの間隔をギャップセンサ等によって計測
し、その計測信号を電磁石のコイルへの電流制御装置に
伝送して、上記間隔が一定に保持されるように電流調整
を行なう。この場合、各電磁石のコイルへの電流制御
は、列の端部に位置する磁石の方が列の中央に位置する
電磁石よりも磁気浮上力が強力となるように行なわれ
る。各電磁石のコイルへの電流は、必ずしも均等ではな
く、典型的には、列の端部の電磁石への電流が、列の中
央部の電磁石への電流よりも大きくなるように制御され
る。このように電磁石列の端部に位置する電磁石の磁気
浮上力を列の中央部に位置する電磁石よりも相対的に大
きくなるように制御することによって、車両に対して安
定的に磁気浮上力を与えることができ、磁気浮上される
車両の振動を抑えることができる。

【０００９】そして、好ましい態様では、ギャップセン
サは、磁気レールと電磁石との間隔の大きさに対応した
出力を発生するので、上記電磁石のコイルへの電流制御
に当たっては、ギャップセンサの出力に応じて該コイル
への電流が変化するように回路構成することができる。
また、上記磁気浮上用電磁石列の各磁気浮上力を制御す
るためには、必ずしも電磁石のコイルへの電流制御を行
なう必要はない。たとえば、電磁石の各コイルに対応す
るインピーダンスを適当な値とすることによって電磁石
列の磁気浮上力勾配を所望の傾向に制御することができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１を参照すると、本発明にかかる磁気浮上システムを利
用することができる磁気浮上走行車両の全体概略図が、
部分的に内部の状態が分かるように示されてている。本
発明にかかる磁気浮上走行車両１は、車体２とこの車体
２の下方に位置し、車体２を支持するボギー台車３とを
備えている。ボギー台車３は１の車両について前後に一
対設けられている。本例の車両１は、旅客用の車両１で
あってその内部には、前部に運転席２１が設けられその
後方の客室空間内には、乗客用として所定数（本例では
１車両について４０席）の座席２２が取付られている。
なお以下の説明において、ボギー台車３に設けられる車
両の浮上案内装置４（図２）以外の部分については、本
発明と直接関係を有しないのでその詳細な説明は省略す
る。図２を参照すると本発明にかかる磁気浮上システム
が断面図の形態で示されている。

【００１１】本例の磁気浮上走行システムは、上記車両
１及びこの車両１を支持するボギー台車３と該ボギー台
車３に設けられ、車両１を設けられる所定の位置に浮上
せしめる浮上案内装置４、車両１を高速で移動させるた
めのリニアモータ１次側、ブレーキ装置等を含む推進装
置５及びリアクションプレートを含み車両の走行路を構
成する軌条６等を備えている。本発明にかかる車両１
は、図１も合わせて参照するとほぼ左右対称に形成され
ており、車体上部空間は客室空間であって中央部に前後
に延びる通路空間が設けられ、左右には、二人掛けの座
席２２が取付けられている。客室空間のフロア２３の下
面側には、横方向に延びるクロスメンバ１１が前後方向
に所定の間隔で取付られている。このクロスメンバ１１
の下方には、クッション材１２を挟んで上記車体２を支
持するボギー台車３が設けられている。ボギー台車３
は、その走行路である軌条６の上方を覆うように位置
し、走行状態では軌条６に対して非接触状態となる。す
なわち、ボギー台車３は、軌条６の上方に所定の間隔を
有した浮上状態で、軌条６に沿って高速で移動するよう
になっている。軌条６は、地上から上方に間隔を保つた
めに下部が地中に埋設された状態で立設されるコンクリ
ート製の支柱６１を備えている。このコンクリート支柱
６１は、略門型を成しており、軌条６の延設方向に沿っ
て所定間隔で設けられている。コンクリート支柱６１の
上面には、横方向に延びる枕材６２が配置されている。
この枕材６２の両端側下部には、上記浮上案内装置４の
一部をも構成する車両の走行方向に延びる一対の磁気レ
ール６３が取付られている。磁気レール６３は積層鉄心
から構成され、一定の熱膨張及び収縮を吸収できるよう
に水平部材３１に対してブラケット６３１によって相対
移動可能に取付られている。

【００１２】ボギー台車３には、上記磁気レール６３の
下方においてこれと対峙する位置関係で、所定の間隔を
もって複数の電磁石３０が取りつけられている。上記し
たようにボギー台車３は、軌条６の上方を覆うように設
けられており軌条６の上方を枕材６２とほぼ平行に横方
向に延びる水平部材３１を備えている。そして、その水
平部材３１の左右両端からは下方に延びる一対の垂直部
材３２を備えている。各垂直部材３２の下端には、水平
面を形成するようにチャンネル部材３３がそれぞれ内側
に突出するように取りつけられ、この水平面上に、上記
したように磁気レール６３に対峙するように電磁石３０
が取付られる。この場合、上記磁気レール６３と電磁石
３０とは、水平方向から僅かに車両１の左右対象軸すな
わち車両の中心軸８方向に傾斜している。これによって
電磁石３０の磁気浮上力が作用すると同時に車両１の求
心力が得られ、走行中の安定性を改善することができ
る。また、垂直部材３２の途中には、推進装置５の電磁
コイル５１が上記の電磁石３０と同様に垂直部材３２か
ら内方に水平方向に突出するように設けられたアングル
部材３４に取付られている。そして、この電磁コイルと
対峙するように走行方向に沿って延びるリアクションプ
レートとしてのアルミ板５２が配置されており、このア
ルミ板５２は、軌条６の枕材６２に取付られたブラケッ
ト６４に取付られている。また、ボギー台車３の水平部
材３１には、下方に突出する一対のガイド車輪６５が取
付られており、電磁石３０の磁気浮上力が作用していな
いときに車両１を支持プレート６６上に支持するように
なっている。

【００１３】さらに水平部材の、一方のガイド車輪の内
側には、ブラケット３５を介して油圧ブレーキ装置３６
が設けられている。油圧ブレーキ装置３６は枕材６２の
上面に走行方向に延びるように取付られたチャンネル部
材３７の垂直壁３７１に圧接することができるようにな
っており、これによって車両１の走行を制動する。さら
に、ボギー台車３の水平部材３１の下面には、チャンネ
ル部材３７の他方の垂直壁３７２上を走行できるように
なった水平方向のガイド車輪３８がブラケット３９を介
して取付られている。さらに、車両１の中心部において
車体２とボギー台車３の間には、磁力浮上用電磁石３０
及び推進装置用の電磁コイル５１への電力供給を行なう
ためのパンタグラフ装置７が設けられている。この装置
は公知の任意のものを使用することができるとともに、
本発明の特徴部分を成すものではないのでその詳細な説
明は省略する。

【００１４】図３を参照すると、ボギー台車３に支持さ
れた磁気浮上用電磁石の配置状態が示されている。本例
の装置では、磁気レール６３の敷設方向に沿って列状に
奇数磁極（本例ではそれぞれ９つの磁極）電磁石３０１
〜３０９が配置されている。この電磁石列３０１〜３０
９の内、前後の端部の電磁石３０１、３０９は、その内
側の電磁石３０２〜３０８の半分の大きさになってい
る。電磁石３０の構造は、図４（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）に示すように前後方向に延びるように複数枚重合
わせた状態の珪素鋼板３１０が配置されている。したが
って本例の構造では、電磁石３０の下部は珪素鋼板３１
０が前後方向の各電磁石３０１〜３０９に関して共通に
延びており、所定の間隔をおいて同じ高さでかつ前後の
両端部を除いて所定の長さの珪素鋼板３１０からなる積
層鉄心が並んでいる。前後の両端部の積層鉄心の長さ
は、内側の積層鉄心の半分の長さになっている。そし
て、この状態で珪素鋼板３１０の上方に突出した部分の
回りに図３に示すような関係でコイル３１１〜３１９が
配置されて電磁石３０１〜３０９を形成する。その珪素
鋼板３１０は、所定の厚さの構造材３２０〜３２３によ
って両側から支持されている。そして、本例の浮上用電
磁石列の前後の両端部には磁気レール６３と電磁石３０
の距離を検出するギャップセンサ３２４が設けられてい
る。そして、ギャップセンサ３２４は、磁気レール６３
の電磁石３０との距離に応じた信号を出力するようにな
っている。

【００１５】図５を参照すると、各電磁石３０１〜３０
９の直流電源への接続状態が示されている。電磁石の第
１乃至第９磁極３０１〜３０９のうち、第１乃至第４磁
極３０１〜３０４、及び第６乃至第９磁極３０６〜３０
９はそれぞれ別の電源に接続されているとともに、第５
磁極３０５は外部励磁されない短絡コイル３１５を有し
ている。本例では、第１から第４磁極まで順に各コイル
３１１〜３１４に関するインピーダンスＺ₃₁₁〜Ｚ₃₁₄
が増加するようにそのインピーダンスの値が設定されて
いる。すなわち、Ｚ₃₁₁＜Ｚ₃₁₂＜Ｚ₃₁₃＜Ｚ₃₁₄であ
る。また、第６から第９磁極に向けて順にインピーダン
スＺ₃₁₆〜Ｚ₃₁₉が減少するように設定されている。す
なわち、Ｚ₃₁₆＞Ｚ₃₁₇＞Ｚ₃₁₈＞Ｚ₃₁₉である。この
ように設定された第１乃至第９磁極の磁力の発生状態が
図６に示されている。

【００１６】図６に示すように磁力線は、両端の磁極す
なわち第１及び第９磁極３０１、３０９は、一方の側に
しか隣接する磁極が存在しないので、コイルの内部を一
方の磁極を通る１つの磁力線が通る。しかし、第２乃至
第８磁極３０２〜３０８においてはコイルの内部を、両
隣の磁極ののコイルの内部を通る磁力線が通る。したが
って、本例の電磁石３０１〜３０９のコイルの巻線方向
は、隣接する電磁石において互いに反対になっている。
すなわち、電磁石３０１、３０３、３０５、３０７、３
０９は同じ巻線方向でかつ電磁石３０２、３０４、３０
６、３０８とは反対になっている。なお、巻線方向は同
じにして接続を反対にしてもよい。本例では、中心磁極
である第５磁極３０５に対しては、外部励磁を行わな
い。しかし、両側の磁極の磁力線が通る影響のため、両
側の磁力線を弱める方向の磁界が生じる。すなわち、第
４及び第６磁極の磁束密度は第５磁極に生じる制動磁界
によって減衰される。この結果、図示のように第４及び
第６磁極３０４〜３０６による磁気浮上力はその外側の
第１乃至第３磁極３０１〜３０３及び第７乃至第９磁極
３０７〜３０９よりは、弱くなる。第１乃至第９磁極３
０１〜３０９の磁束密度のレベルを図式化すると図７に
示すようになる。なお、グラフの幅は鉄心の幅を示す。
すなわち、電磁石列の両端部の磁極の磁束密度は高く、
中央部になるにしたがって、磁束密度が低下している。

【００１７】たとえば、中央磁極である第５磁極３０５
の磁束密度は、両端の磁極３０１、３０９の半分程度に
なる。また、中央磁極３０５に隣接する磁極３０４、３
０６は両端の磁極３０１、３０９の約４分の３程度とな
る。本発明のシステムにおいて、電磁石３０に所定の電
流を流すと、図６に示すような磁力線が発生し、磁気レ
ール６３を電磁石３０側に吸引することによって両者の
間は所定の間隔に接近する。これによって車両１は、相
対的に軌条６から所定量だけ浮上する。この状態で推進
装置のコイル５１を励磁する。これによってリアクショ
ンプレートには移動磁界が発生し、車両は両者の磁力作
用によって軌条６上を高速で走行する。本発明者の研究
によれば、電磁石列の両端の磁気浮上力よりも内側に位
置する電磁石の磁気浮上力を相対的に弱めることによっ
て、各電磁石に均等な磁気浮上力を与える場合よりも磁
気浮上状態にある車両の振動が著しく減少することがで
きる。

【００１８】なお、以上の説明では、中央磁極である第
５磁極３０５の外部励磁を行わないようにして、中央部
の磁極の磁束密度を減少させるようにしているが、中央
磁極の磁束をその両側と反対方向となるように構成して
もよい。この場合、コイルの巻線方向を逆にしても良い
し、逆方向の電流を流すように構成してもよい。さら
に、電磁石の列中の位置に応じた磁束密度の制御は、さ
まざまな方法が考えられる。たとえば、各電磁石の電流
をそれぞれ所定の量に調節する制御装置を設けてもよい
し、インピーダンスを可変とし、電磁石列に所定の磁束
密度勾配が得られるようにインピーダンスを制御するよ
うにしてもよい。

【００１９】

【発明の効果】車両を支持するボギー台車の複数の電磁
石の磁束密度が均等でなく中央部の磁極の磁束密度を両
端部の磁極の磁束密度より少なくするようにしこれによ
って、電磁石の磁気浮上力を電磁石列の両端部で高く中
央部で相対的に低くするように制御する。このように電
磁石の磁気浮上力を制御することにより磁気浮上状態に
おける車両の振動を有効に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例にかかる磁気浮上走行システ
ムの概略側面図、

【図２】上記磁気浮上走行システムの概略断面図、

【図３】本発明の１実施例にかかる浮上用電磁石の平面
図、

【図４】本発明の磁気浮上走行システムの電磁石の構造
を示す図、

【図５】図４の電磁石の回路図、

【図６】図４の電磁石に生じる磁束の流れを示す説明
図、

【図７】本例の各電磁石の磁束密度のレベルを示す説明
図である。

【符号の説明】

１車両２車体３ボギー台車４浮上案内装置５推進装置６軌条７パンタグラフ装置１１クロスメンバ１２クッション部材６１コンクリート支柱６３磁気レール３０１〜３０９電磁石３２４ギャップセンサ３１１〜３１９コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気レールと、車両が該磁気レールに沿って走行できるように車体を支
持するボギー台車と、前記車体を前記磁気レールから磁気浮上させるためにボ
ギー台車に設けられる電磁石と、を備え車体を磁気レールに沿ってかつ該磁気レールに対
して非接触状態で走行するようになった磁気浮上システ
ムにおいて、前記電磁石は、磁気レールの敷設方向に沿って前記ボギ
ー台車上に列状に複数個設けられており、複数の電磁石
のうち列の端部に位置する電磁石の磁気浮上力は、列の
中央部に位置する電磁石の磁気浮上力よりも大きくなっ
ていることを特徴とする磁気浮上システム。
【請求項２】請求項１において、前記列の中央部に位置
する電磁石の外部励磁を行わず、励磁巻線を短絡した形
の制動巻線を付加することによって中央部に位置する電
磁石の磁気浮上力を列の端部に位置する電磁石よりも低
下させると共に制動効果を持たせたことを特徴とする磁
気浮上システム。
【請求項３】請求項１において、前記列の中央部に位置
する電磁石に対して、磁気浮上力を与える方向とは逆の
方向に電流を流すことを特徴とする磁気浮上システム。