(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車に取り付けられると共に列車を浮上、案内させる超電導磁石の超電導主巻き線の永久電流の減少分に応じて通電されると共に、前記超電導主巻き線との間の相互インダクタンスが零となるように配置された補助巻き線を有し、
前記補助巻き線は、
前記超電導主巻き線の下半分と略一致するように重ねて配置されると共に、磁極について前記超電導主巻き線と一致するように通電される第１の補助巻き線部と、
前記超電導主巻き線の上半分と略一致するように重ねて配置されると共に、第１の補助巻き線部の磁束と逆向きの磁束を発生させるように通電される第２の補助巻き線部を有する、
磁気浮上式列車用起磁力補助装置。
【請求項２】
前記第１の補助巻き線部の磁束と第２の補助巻き線部の磁束とは同じ大きさに設定される、
請求項１に記載の磁気浮上式列車用起磁力補助装置。
【請求項３】
前記補助巻き線は８の字に巻かれると共に８の字の交差部について第１の補助巻き線部および第２の補助巻き線部を構成する、
請求項１又は２に記載の磁気浮上式列車用起磁力補助装置。
【請求項４】
前記第１の補助巻き線部と第２の補助巻き線部とは別々の線材から構成される、
請求項１又は２に記載の磁気浮上式列車用起磁力補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、磁気浮上式列車に適用される磁気浮上式列車用起磁力補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気浮上式鉄道は、ガイドウェイの側壁に設置された浮上案内コイルおよび推進コイルと、磁気浮上式列車に搭載された超電導磁石を有する。
【０００３】
超電導磁石は、ＮｉＴｂ線材を使用してきたが、現在では、ＲＥ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ）系線材を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１５６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＲＥ系線材の高温超電導磁石は、いわゆるＮ値について従来のＮｉＴｂ線材を用いた低温超電導磁石に比べて小さく、永久電流モード時（ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｉｔｅｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｗｔｉｃｈ）オン時）に大きな電流減衰を有するという問題があった。ここで、ＳＣ（Ｓｕｐｅｒ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；超電導）主巻き線に同一形状の補助巻き線を取り付ける方策もある。しかし、この補助巻き線に通電時に永久電流モードで運用される主巻き線（従来の巻き線）を鎖交する磁束は、主巻き線の電流を減少させ、補助巻き線の通電の効果を打ち消してしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、超電導主巻き線の電流を減じることなく補助巻き線による補助電磁力を有効に発揮する磁気浮上式列車用起磁力補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【０００８】
本発明の特徴に係わる磁気浮上式列車用起磁力補助装置（５６−５９）は、列車（２０）に取り付けられると共に列車（２０）を浮上、案内させる超電導磁石（５０）の超電導主巻き線（５１−５４）の永久電流の減少分に応じて通電されると共に、前記超電導主巻き線（５１−５４）との間の相互インダクタンスが零となるように配置された補助巻き線（５６−５９）を有し、前記補助巻き線は、前記超電導主巻き線の下半分と略一致するように重ねて配置されると共に、磁極について前記超電導主巻き線（５１−５４）と一致するように通電される第１の補助巻き線部（５６ａ−５９ａ）と、前記超電導主巻き線の上半分と略一致するように重ねて配置されると共に、第１の補助巻き線部（５６ａ−５９ａ）の磁束と逆向きの磁束を発生させるように通電される第２の補助巻き線部（５６ｂ−５９ｂ）を有する。
【０００９】
第１の補助巻き線部（５６ａ−５９ａ）の磁束と第２の補助巻き線部（５６ｂ−５９ｂ）の磁束とは同じ大きさに設定される。
【００１１】
補助巻き線（５６−５９）は８の字に巻かれると共に８の字の交差部（Ｃ１）について第１の補助巻き線部（５６ａ−５９ａ）および第２の補助巻き線部（５６ｂ−５９ｂ）を構成する。
【００１２】
第１の補助巻き線部（５６ａ−５９ａ）と第２の補助巻き線部（５６ｂ−５９ｂ）とは別々の線材から構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の特徴によれば、超電導主巻き線の電流減衰によって生じた電磁力アンバランスを補正することができる。
【００１４】
また、列車とガイドウェイとの間の実ギャップの縮小を補正・緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】磁気浮上式鉄道の概略斜視図である。
【図２】図１に示す磁気浮上式列車の台車の拡大斜視図である。
【図３】（Ａ）は超電導主巻き線を示す概要図であり、（Ｂ）は補助巻き線を示す概要図である。
【図４】（Ａ）は補助巻き線の形態を示す概要図であり、（Ｂ）は、補助巻き線の他の形態を示す概要図である。
【図５】地上コイルおよび磁気浮上式列車の超電導磁石の概要図である。
【図６】図１に示す磁気浮上式列車の超電導磁石の回路を示す概要図である。
【図７】補助巻き線を用いた実施例を示すグラフである。
【図８】補助巻き線を用いた実施例を示すグラフである。
【図９】補助巻き線を用いた実施例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、磁気浮上式鉄道１は、軌道のガイドウェイ１０と、ガイドウェイ１０に配置された磁気浮上式列車（以下、列車と称する）２０を有する。
【００１８】
ガイドウェイ１０は、側壁１１に配置された地上コイル１２を有する。地上コイル１２は、浮上案内コイル１３と、浮上案内コイル１３の後側に二重に配置された推進コイル１４を有する。浮上案内コイル１３は、８の字に巻かれた巻線からなり、上下方向に配置された第１の浮上案内コイル部１３ａおよび第２の浮上案内コイル部１３ｂを有する（図５参照）。第１の浮上案内コイル部１３ａおよび第２の浮上案内コイル部１３ｂは、それぞれ逆向きに通電される。
【００１９】
列車２０は、車体３０と、車体３０を支持する台車４０を有する。図２に示すように、台車４０は、フレーム４１と、フレーム４１に回転可能に支持されると共に低速走行時にガイドウェイ１０上に接地する支持脚４２と、ガイドウェイ１０の側壁１１に接する案内脚４３と、車体３０を支持する空気ばね４４と、フレーム４１に配置された上下方向ダンパ４５および左右方向ダンパ４６と、フレーム４１の両側部に配置された冷凍システム４７を有する。
【００２０】
台車４０は、フレーム４１の側部に配置されると共に冷凍システム４７によって冷却される超電導磁石５０を有する。超電導磁石５０は地上コイル１２と対向する。超電導磁石５０は、磁気浮上式列車１の進行方向に直列に配置された超電導主巻き線５１、５２、５３、５４、超電導主巻き線５１−５４のそれぞれと一致するように重ねて配置された、起磁力補助装置としての補助巻き線５６、５７、５８、５９を有する（図３、５参照）。なお、超電導磁石５０はフレーム４１の反対の側部にも配置されるが、説明を省略する。
【００２１】
超電導主巻き線５１−５４は、レールトラック形状であり、超電導材料の線材を所定の回数で巻いたものである。超電導材料は、例えば、ＲＥ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導材料である。図６に示すように、超電導主巻き線５１−５４には、地上励磁電源６１から励磁電流が通電する。その後、ＰＣＳスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を閉じて超電導主巻き線５１−５４を含む閉回路を形成することにより、永久電流が超電導主巻き線５１−５４に流れる。
【００２２】
図３、５に示すように、各補助巻き線５６−５９は、上下方向に配置された第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａおよび第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂを有する。第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａは超電導主巻き線５１−５４の下半分と一致する。第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂは超電導主巻き線５１−５４の上半分と一致する。
【００２３】
図４（Ａ）に示すように、各補助巻き線５６−５９は、線材を８の字に巻いて、交差部Ｃ１を中心に下半分に第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａおよび上半分に第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂを規定する。
【００２４】
補助巻き線５６−５９には、車上の常時励磁用電源から電流が常時通電される。これにより、第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａおよび第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂのそれぞれは、互いに同じ大きさで反対方向の磁束を発生すると共に反対向きに磁化される。補助巻き線５６−５９の通電量は、超電導主巻き線５１−５４の永久電流の減少分に応じて適宜設定される。
【００２５】
なお、第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａおよび第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂのループの大きさを変えて、磁束の大きさを調整してもよい。また、図４（Ｂ）に示すように、他の補助巻き線５６Ａ−５９Ａは、第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａと第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂを別々の線材を巻くことにより構成してもよい。この構成において、第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａ及び第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂの通電量を変えて、磁束の大きさを調整してもよい。
【００２６】
次に、磁気浮上式鉄道１の使用方法を説明する。
【００２７】
図６に示すように、励磁電流が励磁用電源６１から超電導主巻き線５１−５４へ通電した後に、ＰＣＳスイッチＳ１−Ｓ４を閉じる。これにより、永久電流が超電導主巻き線５１−５４に流れる。図５に示すように、超電導主巻き線５１−５４は磁極を発生する。超電導主巻き線５１−５４は、前方の推進コイル１４と吸引し、後方の推進コイル１４と反発し、磁気浮上式列車１を進行方向に推進させる。また、超電導主巻き線５１−５４は、第１の浮上案内コイル部１３ａと反発し、第２の浮上案内コイル部１３ｂと吸引するので、磁気浮上式列車１をガイドウェイ１０から浮上させる。また、両側壁１１の浮上案内コイル１３は磁気浮上式列車１をガイドウェイ１０の中心に誘導する。
【００２８】
ここで、超電導主巻き線５１−５４の永久電流が閾値以下に減衰すると、車上の常時通電用電源は補助巻き線５６−５９に励磁電流を通電させる。これにより、第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａと第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂとのそれぞれに、同じ大きさで逆向きの電流が通電される。
【００２９】
第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａは、第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂの磁束と同じ大きさで逆向きの磁束を発生するので、第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａの磁束と第２の補助巻き線部５６ｂ−５９ｂの磁束は打ち消し合う。補助巻き線５６−５９から超電導主巻き線５１−５４へ鎖交する新たな磁束は無くなり、補助巻き線５６−５９と超電導主巻き線５１−５４との間の相互インダクタンスを零にする。これにより、補助巻き線５６−５９の通電時に超電導主巻き線５１−５４の通電量を減少させずに維持する。
【００３０】
一方、第１の補助巻き線部５６ａ−５９ａは超電導主巻き線５１−５４と同じ磁極を有するように磁化される。これにより、補助巻き線５６−５９は浮上案内コイル１３と作用して列車１に対して浮上力および案内力を生じさせる。
【００３１】
これにより、超電導主巻き線５１−５４の電流減衰時に生じた電磁力アンバランスを解消し、超電導主巻き線５１−５４の電流減衰により縮小した超電導磁石５０（台車）―地上コイル１２間の実ギャップを正常な状態に近づけ、間隙確保にも資することができる。
【００３２】
また、曲線を走行する場合、列車速度に対する設定カントに対し速度が遅いかもしくは高いと、超過／不足遠心力のため台車４０がガイドウェイ１０の中心から変位する。場合によってはガイドウェイ１０と台車４０の接触が生じる。左右の補助巻き線５６−５９の電流を調節することにより、台車４０が常にガイドウェイ１０の中心に配置されるように制御することができる。
【００３３】
また、補助巻き線５６−５９の通電電流値は一般に超電導主巻き線５１−５４の電流より小さいので、常時、通電時の常時通電用電源およびパワーリードを小規模なものにできる。また、万一、常時通電用電源がフェールしても、超電導主巻き線５１−５４を常時通電する場合に比べその影響が小さい。
【００３４】
以上の実施形態によれば、超電導主巻き線５１−５４の通電量を減じることなく補助巻き線５６−５９による補助電磁力を有効に発揮することができる。引いては超電導主巻き線５１−５４の電流減衰時の電磁力補助および空隙確保に資することができる。
【００３５】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【実施例】
【００３６】
次に、実施例を説明する。
【００３７】
超電導主巻き線５１−５４は従来のＮｉＴｂ製低温超電導磁石と同様に永久電流モード（ＰＣＳスイッチ付き）で運用し、補助巻き線５６−５９は常時通電モードで運用した。超電導主巻き線５１−５４の永久電流が減じていない状態では補助巻き線５６−５９の通電電流は零であり、超電導主巻き線５１−５４の電流の減衰に応じて除除に補助巻き線５６−５９の電流通電量を増加させる。
【００３８】
図７に、超電導主巻き線５１−５４が正常時および減衰時の上下・左右台車重心変位を示す。これは、２００ｋＮの負担過剰で５００ｋｍ／ｈの走行時のものである。正常時には８個の超電導主巻き線５１−５４の全てに７００ｋＡ通電される。そのときの上下変位は３６．７ｍｍを▲印で示す。
【００３９】
次に、左右の超電導主巻き線５１−５４の一方側の通電量を１００％とし、他方側の通電量を９０％に減衰させる。このときの、超電導主巻き線５１−５４が減衰した側の補助巻き線５６−５９に通電した場合の台車重心位置を■印で示す。その結果、超電導主巻き線５１−５４の電流値（７００ｋＡ）の５％の補助電流量で台車重心上下位置をほぼ正常時（＝主巻き線非減衰時）の上下変位（＝３６．７ｍｍ）と同等にすることができる。また、同時に台車重心左右変位も低減でき、補助巻き線５６−５９の通電量が０．１と０．１５との間で左右変位を最小にできる。
【００４０】
なお、ここでは左右・上下方向の地上−車上間ギャップの代表値として台車重心変位を取り上げ、それを評価したものである。
【００４１】
また、図８に示すように、地上−車上間の上下ギャップに関して、補助巻き線５６−５９に、超電導主巻き線５１−５４の電流減衰のない時の上下ギャップの縮小最大量は３８．３ｍｍである。これに対して、上記のように超電導主巻き線５１−５４の電流を減衰させた時に、補助巻き線５６−５９の通電量を増加させると、上下ギャップ縮小最大量が小さくなり、３８．３ｍｍに近づく。
【００４２】
図９に示すように、地上−車上間の左右ギャップに関して、補助巻き線５６−５９の通電量を増加させると、左右ギャップ縮小最大量が減少する。
【符号の説明】
【００４３】
１    磁気浮上式鉄道
１０  ガイドウェイ
１１  側壁
１２  地上コイル
１３  浮上案内コイル
１４  推進コイル
２０  磁気浮上式列車
３０  車体
４０  台車
５０  超電導磁石
５１−５４  超電導主巻き線
５６−５９  補助巻き線
５６ａ−５９ａ  第１の補助巻き線部
５６ｂ−５９ｂ  第２の補助巻き線部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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