(57)【要約】【課題】有効に左右三次曲げ振動モードを低減することができる超電導磁石の振動低減のための台枠構造を提供する。【解決手段】超電導磁気浮上式鉄道における車両に搭載される超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、台枠の横梁５〜８の剛性を最適化して左右三次曲げ振動モードを車両の走行速度に起因した共振周波数外に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導磁気浮上式鉄道における車両に搭載される超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、台枠の横梁の剛性を最適化して左右三次曲げ振動モードを車両の走行速度に起因した共振周波数外に設定することを特徴とする超電導磁石の振動低減のための台枠構造。
【請求項２】
請求項１記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、通常のＡｌの台枠の横梁のヤング率を剛性１とする場合、当該台枠の横梁の剛性を４〜５倍に設定することを特徴とする超電導磁石の振動低減のための台枠構造。
【請求項３】
請求項１記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、台枠の横梁にＣＦＲＰを用いたことを特徴とする超電導磁石の振動低減のための台枠構造。
【請求項４】
請求項３記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、前記ＣＦＲＰの厚さを５ｍｍ〜６ｍｍとすることを特徴とする超電導磁石の振動低減のための台枠構造。
【請求項５】
請求項１記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、前記超電導磁石の振動に起因した発熱を車載冷凍機の冷凍能力内に収めることを特徴とする超電導磁石の振動低減のための台枠構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導磁気浮上式鉄道における車両に搭載される超電導磁石の振動低減のための台枠構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導磁気浮上式鉄道における車両には超電導磁石が搭載されており、地上に配置される地上コイルとの相互作用により、磁気浮上・案内・推進させるように構成されている。
【０００３】
浮上式鉄道のコスト低減技術開発のうち、地上のガイドウェイに配置される推進用並びに浮上・案内用コイルは全線に渡って敷設されるため、その建設コスト及び保守コストをいかに低減できるかが課題となっている。その方策の一つとして、ガイドウェイに敷設する地上コイルを簡略化することが考えられている（下記非特許文献１，２参照）。
【０００４】
一方、車上に搭載された超電導磁石は、地上コイルからの変動磁場により電磁気的な外乱を受ける。その結果として、超電導磁石は振動し、ひいては電磁気的及び機械的原因により発熱するため、地上コイルの選択は、超電導磁石の信頼性・耐久性及び車載冷凍機の冷凍能力特性などに大きな影響を及ぼす。特に、地上コイルを簡略化した場合には、超電導磁石が受ける外乱が、現状の地上コイル構成の場合と比較して大きくなるため、超電導磁石の性能向上が望まれる。なお、種々の実験により、超電導磁石の発熱量は振動の二乗に比例していることがわかっている。
【０００５】
そこで、ガイドウェイに敷設する地上コイルを簡略化して低コストを目指すために、その簡略化した地上コイルに対応できる性能をもった超電導磁石「簡略地上コイル対応超電導磁石」の開発を行ってきた。
【０００６】
従来は超電導磁石側を改良することが考えられていたが、重量増や低温機器であるため構造が複雑になるなどのデメリットもある。そこで、台枠構造を見直すことに着目した。
【０００７】
また、超電導磁石は４本又は５本の横梁と両側に側梁を有する台枠を有している（下記特許文献１参照）。
【０００８】
なお、山梨実験線で採用されている台枠構造は横梁の本数が４本で構成されている。これは、超電導磁石の振動を意識した設計となっているわけではなく、低速時に車両を支えるための支持脚や案内脚および超電導磁石を冷却するために必要な圧縮機等を実装するために決められた要素が大きい。
【特許文献１】特開平１１−２３４８１０号公報
【非特許文献１】日本ＡＥＭ学会誌  Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．４（２００４），ｐｐ．２７２−２７８
【非特許文献２】日本ＡＥＭ学会誌  Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．３（２００５），ｐｐ．２５２−２５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、昨今は地上コイルの数を低減することが不可欠となり、簡略地上コイル配置（１２０度ピッチ）が行われるようになってきている。かかる簡略地上コイル配置の場合には、超電導磁石にはより大きいストレスが負荷されることになる。特に、超電導磁石で発生する発熱に最も影響が大きいと考えられる左右三次曲げ振動モードを低減するための台枠構成をどのように構成するかが重要な課題となってきている。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みて、有効に左右三次曲げ振動モードを低減することができる超電導磁石の振動低減のための台枠構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕超電導磁気浮上式鉄道における車両に搭載される超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、台枠の横梁の剛性を最適化して左右三次曲げ振動モードを車両の走行速度に起因した共振周波数外に設定することを特徴とする。
【００１２】
〔２〕上記〔１〕記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、通常のＡｌの台枠の横梁のヤング率を剛性１とする場合、当該台枠の横梁の剛性を４〜５倍に設定するすることを特徴とする。
【００１３】
〔３〕上記〔１〕記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、台枠の横梁にＣＦＲＰを用いたことを特徴とする。
【００１４】
〔４〕上記〔３〕記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、前記ＣＦＲＰの厚さを５ｍｍ〜６ｍｍとすることを特徴とする。
【００１５】
〔５〕上記〔１〕記載の超電導磁石の振動低減のための台枠構造において、前記超電導磁石の振動に起因した発熱を車載冷凍機の冷凍能力内に収めることを特徴とする。
【００１６】
超電導磁石の台枠の横梁の剛性を変えることにより、超電導磁石の振動を低減させる。但し、台枠の横梁の剛性を単純に強くしただけでは振幅は低減しないことが後述の解析により明らかとなった。そこで、「超電導磁石内で発生する発熱を低減する台枠構造」という提案とし、発熱量は振動加速度の２乗に比例することが実験によりわかっていることから、例えば「従来の発熱を半分にする剛性を選択する」といった設計指針に基づいた台枠構造を提案する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、有効に超電導磁石の左右三次曲げ振動モードを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の超電導磁気浮上式鉄道における車両に搭載される超電導磁石の振動低減のための台枠構造は、台枠の横梁の剛性を最適化して左右三次曲げ振動モードを車両の走行速度に起因した共振周波数外に設定する。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施例を示す超電導磁石の４本梁の台枠構造の斜視図、図２はそれに負荷される左右三次曲げ振動モードの模式図、図３は本発明の超電導磁石の共振周波数（Ｈｚ）に対する振幅（振動加速度）の特性図（その１）である。
【００２１】
図１に示すように、左右に配置される超電導磁石１，２の内側に台枠の側梁３，４が配置され、その台枠の側梁３，４間に４本の台枠の横梁５〜８が配置された台枠構造となっている。この台枠構造において、その横梁５〜８に使われているＡｌのヤング率を１として剛性のみを１０倍まで変化させた場合の左右三次曲げ振動モードの共振周波数と振幅の関係を導いた。
【００２２】
図３中の数字は、従来の横梁のＡｌのヤング率を１とした場合の倍率になっている。振動加速度は、三次モード１での従来の横梁剛性の振幅で規格化した。
【００２３】
２つの左右三次曲げ振動モードについては、剛性を変化させていくと振幅が小さくなって消滅していくもの（●：三次モード１）と途中から発達していくもの（■：三次モード２）がある。
【００２４】
図３から明らかなように、左右三次曲げ振動モードは、ただ単に剛性を向上させても共振周波数を速度５００ｋｍｈ／相当の共振周波数である１５４Ｈｚの外側へシフトさせることは難しいことがわかる。
【００２５】
したがって、「改良台枠にした場合に従来の横梁剛性のときの発熱量の半分以下にする」といった基準を提案する。その場合には、発熱量は振動の２乗に比例するので、振幅が１／√２≒０．７１以下になる横梁剛性を、図３から読み取れば良い。
【００２６】
図３からは従来の台枠の横梁剛性に比べて改良台枠の横梁剛性の４倍から５倍が望ましいことが分かる。このように、従来の発熱量や冷凍機の冷凍能力を勘案して、剛性を選択することが可能となった。
【００２７】
次に、Ａｌよりも剛性が高く密度の低いＣＦＲＰを用いた場合の検討を行った。計算に用いた密度やヤング率は表１に示す通りである。
【００２８】
【表１】
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今回の計算では、ＣＦＲＰの厚さを３〜６ｍｍまで変えることで比較した。振動加速度は、前述と同じように三次モード１での従来の横梁剛性の振幅で規格化した。
【００２９】
図４は本発明の超電導磁石の共振周波数（Ｈｚ）に対する振幅（振動加速度）の特性図（その２）である。
【００３０】
図４中の数字は、板の厚さである。
【００３１】
先ほどと同じ基準であれば、検討した板の厚さの範囲では従来と比べて発熱をほぼ半分以下にすることができる。
【００３２】
また、厚さを５ｍｍ以上にすることで三次モード２の共振周波数を走行領域外にシフトさせることも可能であることもわかった。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の超電導磁石の振動低減のための台枠構造は、台枠の横梁の剛性を最適化して左右三次曲げ振動モードを車両の走行速度に起因した共振周波数外に設定可能な超電導磁石の台枠構造として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例を示す超電導磁石の４本梁の台枠構造の斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示す超電導磁石に負荷される左右三次曲げ振動モードの模式図である。
【図３】本発明の超電導磁石の共振周波数（Ｈｚ）に対する振幅（振動加速度）の特性図（その１）である。
【図４】本発明の超電導磁石の共振周波数（Ｈｚ）に対する振幅（振動加速度）の特性図（その２）である。
【符号の説明】
【００３６】
１，２    超電導磁石
３，４    台枠の側梁
５〜８    台枠の横梁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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