(57)【要約】    【課題】浮上のための電流を低減するとともに、コイルの構成を簡便化し、コストの低減を図ることができる磁気誘導・浮上案内併用機構を提供する。    【解決手段】磁気誘導浮上・案内併用機構において、軌道路の底面に順次車両の進行方向に配置され、８の字形状の閉回路からなる地上側コイル２１，２２，２３，２４，２５，２６，…と、車両の超電導磁石の容器に支持され、前記軌道路に対して垂直に配置され、磁場を発生する第１の車両側コイル１，２，…と、前記車両の超電導磁石の容器の上部に搭載され、前記地上側コイル群に対向するとともに、前記車両側垂直コイルの間に配置され、磁場を発生する第２の車両側コイル１１，１２，１３，１４，…とを具備する。【選択図】図１
2005304270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の両側に配置される磁気誘導浮上・案内併用機構において、
（ａ）軌道路の底面に順次車両の進行方向に配置され、８の字形状に配置された閉回路からなる地上側コイルと、
（ｂ）該地上側コイルを挟んで両側部に配置され、磁場を発生する第１の車両側コイルと、
（ｃ）前記地上側コイルの上方に配置され、前記地上側コイルに対向するとともに、前記第１の車両側コイルの間に配置され、磁場を発生する第２の車両側コイルとを具備し、
（ｄ）前記第１の車両側コイルと前記第２の車両側コイルの進行方向配置ピッチの比を１対２あるいは２対１とすることを特徴とする磁気誘導浮上・案内併用機構。
【請求項２】
請求項１記載の磁気誘導浮上・案内併用機構において、前記第２の車両側コイルは、前記軌道路の水平方向に該軌道路の中心線に対して２個毎に偏倚させて配置することを特徴とする磁気誘導浮上・案内併用機構。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気誘導浮上・案内併用機構において、前記第１の車両側コイルが軌道路の垂直方向に配置される車両側垂直コイルであり、前記第２の車両側コイルが軌道路の水平方向に配置される車両側水平コイルであることを特徴とする磁気誘導浮上・案内併用機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気誘導浮上・案内併用機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両を非接触で走行させるためには、浮上と案内とをそれぞれ非接触で行うことが必要である。最も単純な方法は、浮上のための車両側磁石と地上側コイルの組み合わせと、案内のための車両側コイルと地上側コイルの組み合わせをそれぞれ用意する方法である。
【０００３】
図１０は従来の磁気誘導浮上機構の模式図であり、図１０（ａ）は最も古い従来の磁気誘導浮上機構（その１）の模式図、図１０（ｂ）は従来の磁気誘導浮上機構（その２）の模式図である。
【０００４】
図１０（ａ）において、１０１は車両の台車に搭載される車両側コイル（１次コイル）、１０２は軌道路に水平に配置される地上側コイルであり、この地上側コイル１０２は車両側コイル（１次コイル）１０１と対向するように配置されている。
【０００５】
図１０（ｂ）において、１０３は軌道路に垂直に配置される地上側コイル、１０４は車両の台車の側部に配置される車両側コイル（１次コイル）であり、地上側コイル１０３と車両側コイル（１次コイル）１０４は対向するように配置されている。
【０００６】
図１１は従来の磁気誘導浮上・案内併用機構（その３）の模式図である。図１１（ａ）は浮上系、図１１（ｂ）は案内系を示している。なお、ここでは図１０（ｂ）に示したような車両側コイル（１次コイル）１０４が必要であるが図示は省略している。
【０００７】
この磁気誘導浮上・案内併用機構では、軌道路に垂直に配置される地上側コイル２０１は８の字形状のコイルからなり、この軌道路の両側の８の字形状のコイル２０１はヌルフラックス２０２を有しており、互いにヌルフラックス接続線２０３によりヌルフラックス接続が行われている。したがって、車両の走行にあたっては、そのヌルフラックス接続線２０３によるヌルフラックス接続により車両の案内併用機能を持たせることができる。
【０００８】
この方式は、山梨実験線で採用された方式であり、浮上・案内併用方式である。つまり、車両側コイルと地上側コイルは共に浮上と案内に共用される。しかし、浮上のための電流と案内のための電流が同じ回路に流れると両者の区別が付かず互いに力が干渉しあうため、浮上と案内の電流とが別の流れ方をするように、左右の地上側コイルを結線して案内のための回路を作っている。なお、図１１（ａ）の矢印が浮上のための電流を示し、図１１（ｂ）の矢印が案内のための電流を示している。
【０００９】
このようにこの方式では、コイル自身は浮上と案内に共用できるのであるが、左右のコイルを電気的に接続する必要がある。
【００１０】
これらの従来の磁気誘導浮上・案内併用機構については、下記の特許文献１、２、３に詳細に説明されている。
【特許文献１】米国特許第４，９１３，０５９号公報
【特許文献２】特公平７−５５００３号公報
【特許文献３】特公平６−６９２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように、従来の磁気誘導浮上・案内併用機構においては、その配線が煩雑になり、敷設のコストが嵩むといった問題があった。
【００１２】
本発明は、上記状況に鑑みて、コイルの構成を簡便化し、コストの低減を図ることができる磁気誘導浮上・案内併用機構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】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕車両の両側に配置される磁気誘導浮上・案内併用機構において、軌道路の底面に順次車両の進行方向に配置され、８の字形状に配置された閉回路からなる地上側コイルと、この地上側コイルを挟んで両側部に配置され、磁場を発生する第１の車両側コイルと、前記地上側コイルの上方に配置され、前記地上側コイルに対向するとともに、前記第１の車両側コイルの間に配置され、磁場を発生する第２の車両側コイルとを具備し、前記第１の車両側コイルと前記第２の車両側コイルの進行方向配置ピッチの比を１対２あるいは２対１とすることを特徴とする。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載の磁気誘導浮上・案内併用機構において、前記第２の車両側コイルは、前記軌道路の水平方向に該軌道路の中心線に対して２個毎に偏倚させて配置することを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の磁気誘導浮上・案内併用機構において、前記第１の車両側コイルが軌道路の垂直方向に配置される車両側垂直コイルであり、前記第２の車両側コイルが軌道路の水平方向に配置される車両側水平コイルであることを特徴とする。
【００１６】
例えば、一定の間隔で交互に極性を変えた磁場を発生する車両側コイル群（一次側コイルの列）と８の字形状に配置された閉回路である地上側コイル（二次側コイル）の列から成り、移動体の進行方向への相対変位により、地上側コイル（二次側コイル）に発生する誘導電流と車両側コイル（一次側コイルの列）との間に得られる電磁気力を利用して一方のコイルを浮上させることを目的とした磁気誘導浮上システムにおいて、前記車両側コイル（一次側コイルの列）として、車両側垂直コイル群に、この車両側垂直コイル群とは配置の間隔を変えたもう一つの磁場発生源である車両側水平コイル群を併設し、両車両側コイル（一次側コイル）を搭載した移動体が前記閉回路である地上側コイル（二次側コイル）と上下および左右に相対変位を発生した時に、変位に応じて上下方向、左右方向の復元力を働かせることを可能にしている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、磁気誘導浮上・案内併用機構において、コイルの構成を簡便化することにより、コスト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】
車両の両側に配置される磁気誘導浮上・案内併用機構において、軌道路の底面に順次車両の進行方向に配置され、８の字形状に配置された閉回路からなる地上側コイルと、この地上側コイルを挟んで両側部に配置され、磁場を発生する第１の車両側コイルと、前記地上側コイルの上方に配置され、前記地上側コイルに対向するとともに、前記第１の車両側コイルの間に配置され、磁場を発生する第２の車両側コイルとを具備し、前記第１の車両側コイルと前記第２の車両側コイルの進行方向配置ピッチの比を１対２あるいは２対１とする。よって、コイルの構成を簡便化することによりコストを低減できる。
【実施例１】
【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車両の両側に配置される磁気誘導浮上・案内併用機構の片側の模式図である。なお、本発明において、以下に示すコイルは磁石と同義である。
【００２１】
この図において、１，２，…は車両の超電導磁石の容器の下方の両側に垂直に配置され、磁場を発生する第１の車両側コイル（垂直配置の超電導コイル：一次側コイル）、１１，１２，１３，１４，…はその車両の超電導磁石の容器の上部に水平に配置され、磁場を発生する第２の車両側コイル（水平配置の超電導コイル：一次側コイル）、２１，２２，２３，２４，２５，２６，…は軌道路（図示なし）上に水平に配置され、８の字形状に配置された閉回路からなる地上側コイル（二次側コイル）である。
【００２２】
図２は本発明の実施例を示す磁気誘導浮上・案内併用機構を敷設した軌道路の断面図である。
【００２３】
これらの図において、３１は軌道路、３２はその底面、３３はその底面３２に形成される突出部、３４はその突出部３３の上面に水平に配置され、８の字形状に配置された閉回路からなる地上側コイル、３５は超電導磁石の容器、３６はその容器３５の両側に、軌道路３１に垂直に配置され、磁場を発生する第１の車両側コイル、３７はその容器３５の上部に軌道路３１に水平に配置され、磁場を発生する第２の車両側コイル、３８は容器３５を支持する台車である。なお、Ｖは車両である。
【００２４】
図３は本発明の基本的構成を示す磁気誘導浮上・案内併用機構の模式図であり、図３（ａ）は地上側コイルが単純矩形形状の場合、図３（ｂ）は地上側コイルが８の字形状の場合を示している。
【００２５】
図３（ａ）において、４１は車両の超電導磁石の容器の上部に搭載され、地上側コイル４３に対向するとともに、第１の車両側コイル４２，４２の間に配置され、磁場を発生する第２の車両側コイルであり、４２，４２は、車両の超電導磁石の容器の下部の両側面に搭載された、磁場を発生する第１の車両側コイルである。４３は単純矩形形状の閉回路からなる地上側コイルである。
【００２６】
図３（ｂ）においては、８の字形状の閉回路からなる地上側コイル４４を有していて、４１は車両の超電導磁石の容器の上部に搭載され、前記地上側コイル４４に対向するとともに、磁場を発生する第２の車両側コイルであり、４２，４２は第２の車両側コイル４１を挟むように両側に配置され、磁場を発生する第１の両側コイルである。
【００２７】
図４は本発明の磁気誘導浮上・案内併用機構の動作原理を示す模式図であり、図４（ａ）はその浮上系、図４（ｂ）はその案内系を示す模式図である。
【００２８】
本発明の閉回路からなる地上側コイル４３は浮上用と案内用に共用され、また電流の流れる回路も１種類でよい。従って、浮上のための電流と案内のための電流は同じ回路に流れるのであるが、本発明は１台車分の長さを走行する間に浮上用の電流と案内用の電流とでは時間的変化の仕方が異なるようにすることで、浮上用と案内用の電流の干渉が起こらないようにしたものである。従って、ある瞬間だけをとると、浮上用の電流は案内力をも出し、案内用の電流は浮上力をも出している。台車の中を走行する間の平均を取ると力が分離されている。原理を分かりやすくするために、実際とは異なるコイル構成で説明する。ここでは浮上と案内を説明するために、磁石を分けて図示している。
（１）浮上系は、図４（ａ）に示すように、磁場を発生する長い磁石（第２の車両側コイル）４１が閉回路からなる地上側コイル４３と対向している。
（２）案内系は、図４（ｂ）に示すように、８の字形状の閉回路からなる地上側コイル４３は浮上系と共用されている。車両側には磁場を発生する第１の車両側コイル４２があり、これは磁場を発生する第２の車両側コイル４１の１／２のピッチで配置される。図４では進行方向に対して第２の車両側コイル４１の１個の長さに対応する分だけ示している。
（３）浮上用の電流は地上側コイル４３が磁場を発生する第２の車両側コイル４１に対向している間は同じ向きに流れており、浮上力を発生している。
（４）浮上用の電流が同じ向きに流れている間に地上側コイル４３は磁場を発生する第１の車両側コイル４２であるＮ極とＳ極の２個の磁石と対向する。このとき、磁場を発生する第１の車両側コイル４２もそれぞれ力を発生するが、地上側コイル４３と対向する２個の第１の車両側コイル４２は極性が逆なので、力の向きも逆である。即ち、Ｎ極とＳ極の２個のコイルを合わせると力は打ち消し合う。これは浮上用の電流が第１の車両側コイル４２に対して力を発生させていないことを意味する。
（５）逆に車両が左右に変位して第１の車両側コイル４２の左右の位置に変位が起きて案内用の電流が流れる場合、電流は第１の車両側コイル４２の極性に従って向きを変え、それぞれのコイルで同じ向きの案内力を発生する。案内用の電流は第２の車両側コイル４１に対しては、１個のコイルを通過する間に極性を変えてしまうことになるので、第２の車両側コイル４１に対しては正味の力を発生させない。すなわち案内用の電流は案内力は発生させるが浮上力は発生させない。この例では第２の車両側コイル４１のピッチは第１の車両側コイル４２のピッチの２倍であるが、ピッチは浮上用を短くすることもできる。
【００２９】
ただし、図４は説明のための原理図であって、この図のような配置では性能が悪く、揚抗比が高くなるように配置を工夫する必要がある。また、第２の車両側コイル４１と第１の車両側コイル４２の配置が重複しているので、実際はこのままの配置では走行不可能である。
【００３０】
図５は本発明の実施例を示す磁気誘導浮上・案内併用機構の模式図であり、図５（ａ）は車両側磁石をスタガー（ｓｔａｇｇｅｒ）配置した場合、図５（ｂ）はそれと均等な車両側磁石を等価な配置とした機構を示す図である。
【００３１】
図５（ａ）における、５１〜５４は中心線５０に対して偏奇したスタガー状に配置される、磁場を発生する第２の車両側コイル、図５（ｂ）における、６１，６２，６５，６６は中心線６０に対して対称的に配置していると置換できる内側の第２の車両側コイルであり、図５（ａ）におけるコイル５１〜５４の、中心線５０に対称な部分に対応している。６３，６４，６７，６８は中心線６０に対して反対称的に配置していると置換できる外側の第１の車両側コイルであり、図５（ａ）におけるコイル５１〜５４の、中心線５０に反対称な部分に対応している。
【００３２】
そこで、磁場を発生する第２の車両側コイル５１〜５４を図５（ａ）に示すように配置すると、図５（ｂ）に示すようなピッチの違う磁石の列と等価的に同じになるので、車両側は、図５（ａ）に示す配置だけで浮上と案内を兼ねることができる。また、誘導浮上機構と組み合わせることができる。
【００３３】
図６は比較例としての最も簡単なコイル配置を示す模式図である。
【００３４】
ここでは、特性は悪いが、最も簡単な構成について計算結果を説明する。
【００３５】
その断面内コイル配置を図６に示す。
【００３６】
これまで浮上用のコイルと案内、推進用のコイルを分けて見てきたが、案内用のコイルも浮上力を分担しているので、ここでは、水平に配置される第１の車両側コイル７１だけを考えてみる。なお、７２は水平に配置される地上側コイルである。コイルの諸元はこれまで新方式を検討してきた地上側コイルと水平に配置される第１の車両側コイルを用い、表１のように仮定する。
【００３７】
【表１】
2005304270.tif 000003
【００３８】
表１のコイルの諸元を用いて、浮上と案内の特性を求めたものが表２である。
【００３９】
【表２】
2005304270.tif 000004
【００４０】
これらの表より、
（ａ）浮上力は確保できるが、揚抗比が悪い。
（ｂ）左右のばねは十分大きい。上下のばねはやや小さいが、スタガーの量を調整すると大きくできる。
（ｃ）浮上高さはあまり大きくないが、スタガーの量を変えると大きくできる。
この検討の範囲では揚抗比は悪いが、安定に浮上・案内の機能を果たすことができる、ということがわかる。
【００４１】
図７は本発明にかかる上下ヌルフラックス配置のコイル配置を示す図である。
【００４２】
この図では、閉回路からなる８の字形状浮上コイル（地上側コイル）８１を水平に配置する。その両脇に８の字形状浮上コイル（地上側コイル）８１に対して垂直に超電導コイル（第１の車両側コイル）８２を配置し浮上力発生に用い、水平の超電導コイル（第２の車両側コイル）８３を案内と推進に利用する。
【００４３】
このように、浮上用と案内用にコイルを共用するが、回路が同一であるので、浮上と案内の両機能を満たすためのパラメータ選定には注意を要す。
【００４４】
次に、本発明の上下ヌルフラックス配置特性について説明する。
【００４５】
今回は８の字形状浮上コイルを水平に配置する方式で、その性能がどうであるかを検討する。図８は８の字形状の地上側コイルを水平に配置した場合を示す図であり、図８（ａ）はその正面図、図８（ｂ）はその上面図である。
【００４６】
この構成の特徴は、上述したように、水平に配置された地上側コイル９１の上方に配置される水平配置超電導コイル（第２の車両側コイル）９３のピッチが垂直配置超電導コイル（第１の車両側コイル）９２の１／２であることで、左右力がうち消される。推進系を共用するためには工夫が必要である。
【００４７】
計算の前提として表３の様な値を目標とする。ただし、ばね定数の上下には１Ｇの力でギャップ３０ｍｍが変化し、左右には０．５Ｇでギャップ３０ｍｍが変化するような値とした。
【００４８】
【表３】
2005304270.tif 000005
【００４９】
この条件でコイルの構成が可能かどうかを検討する。まずは極ピッチは１．３５ｍとして検討を進め、必要に応じて極ピッチ短縮を考慮する。
【００５０】
性能を満たすコイル仕様を表４に示す。垂直超電導コイルの起磁力は５００ｋＡとした。
【００５１】
【表４】
2005304270.tif 000006
【００５２】
その均衡変位における速度特性を図９に示す。ばね定数が目標よりやや少ないが、ほぼ目標は達成している。
【００５３】
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いて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】
【００５４】
本発明の磁気誘導浮上・案内併用機構は、リニアモーターカーに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例を示す磁気誘導浮上・案内併用機構の構成図である。
【図２】図１の磁気誘導浮上・案内併用機構を敷設した軌道路の断面図である。
【図３】本発明の基本的構成を示す磁気誘導浮上・案内併用機構の模式図である。
【図４】本発明の磁気誘導浮上・案内併用機構の動作原理を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例を示す磁気誘導浮上・案内併用機構の模式図である。
【図６】比較例としての最も簡単なコイル配置を示す模式図である。
【図７】本発明にかかる上下ヌルフラックス配置のコイル配置を示す図である。
【図８】８字状浮上コイルを水平に配置した場合を示す図である。
【図９】均衡変位における速度特性を示す図である。
【図１０】従来の磁気誘導浮上機構の模式図である。
【図１１】従来の磁気誘導浮上機構（その３）の模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，２，３６，４２，６３，６４，６７，６８，７１，８２，９２    第１の車両側コイル（超電導コイル）
１１，１２，１３，１４，３７，４１，５１〜５４，６１，６２，６５，６６    第２の車両側コイル（超電導コイル）
２１，２２，２３，２４，２５，２６，３４，４３，４４，７２，８１，９１    地上側コイル
３１    軌道路
３２    底面
３３    突出部
３５    車両の超電導磁石の容器
３８    台車
Ｖ    車両
５０，６０    中心線
８３，９３    水平配置超電導コイル（第２の車両側コイル）
【図１】
2005304270.tif 000007
【図２】
2005304270.tif 000008
【図３】
2005304270.tif 000009
【図４】
2005304270.tif 000010
【図５】
2005304270.tif 000011
【図６】
2005304270.tif 000012
【図７】
2005304270.tif 000013
【図８】
2005304270.tif 000014
【図９】
2005304270.tif 000015
【図１０】
2005304270.tif 000016
【図１１】
2005304270.tif 000017