(57)【要約】【解決課題】集電コイルによる集電電力を増加することできるようにする。【解決手段】集電コイル部２０は、地上コイル側に設けられた表集電コイル２０Ａと車両側に設けられた裏集電コイル２０Ｂとの２層のコイルで構成され、また、表集電コイル２０Ａと裏集電コイル２０Ｂとは直列接続されており、表集電コイル２０Ａの巻き数は、裏集電コイル２０Ｂの巻き数より多くなっている。更に、地上コイルによって発生する高調波磁界の電磁誘導によって表集電コイル２０Ａに流れる電流と、裏集電コイル２０Ｂに流れる電流とが等しくなるように、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂの巻き数が調整されている。これにより、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。【選択図】図２
2007306736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体で形成された低温容器と、
前記低温容器に収納された超電導コイルと、
所定巻き数の第１の集電コイルを複数備え、前記低温容器の表面における、自装置が移動する軌道の側壁に設置された地上コイルに対向する部位に設けられた第１のコイル群と、
前記第１の集電コイルに直列接続され、かつ、前記所定巻き数より多い巻き数の第２の集電コイルを複数備え、前記第１のコイル群の前記地上コイル側に設けられた第２のコイル群と、
を含む磁気浮上移動装置。
【請求項２】
前記第２の集電コイルの巻き数は、前記地上コイルによって発生する磁界の電磁誘導によって、前記第１の集電コイルにおいて発生する電流と、前記第２の集電コイルにおいて発生する電流とが等しくなるように、前記所定巻き数より多くなっている請求項１記載の磁気浮上移動装置。
【請求項３】
前記第１の集電コイルの位置と、該第１の集電コイルに直列接続された第２の集電コイルの位置とが、自装置の移動方向に所定量ずれている請求項１又は２記載の磁気浮上移動装置。
【請求項４】
前記第１の集電コイルは、前記低温容器の表面の上部に設けられ、
前記第２の集電コイルは、大きさが前記第１の集電コイルより大きい請求項１〜請求項３の何れか１項記載の磁気浮上移動装置。
【請求項５】
導体で形成された低温容器と、
前記低温容器に収納された超電導コイルと、
所定巻き数の第１の集電コイルを複数備え、前記低温容器の表面における、自装置が移動する軌道の側壁に設置された地上コイルに対向する部位に設けられた第１のコイル群と、
前記第１の集電コイルに直列接続され、かつ、該第１の集電コイルの位置に対して、自装置の移動方向に所定量ずれた位置に設けられた第２の集電コイルを複数備え、前記第１のコイル群の前記地上コイル側に設けられた第２のコイル群と、
を含む磁気浮上移動装置。
【請求項６】
前記第１の集電コイルは、前記低温容器の表面の上部に設けられ、
前記第２の集電コイルは、大きさが前記第１の集電コイルより大きい請求項５記載の磁気浮上移動装置。
【請求項７】
導体で形成された低温容器と、
前記低温容器に収納された超電導コイルと、
所定巻き数の第１の集電コイルを複数備え、前記低温容器の表面の上部であって、かつ、自装置が移動する軌道の側壁に設置された地上コイルに対向する部位に設けられた第１のコイル群と、
前記第１の集電コイルに直列接続され、かつ、該第１の集電コイルより大きさが大きい第２の集電コイルを複数備え、前記第１のコイル群の前記地上コイル側に設けられた第２のコイル群と、
を含む磁気浮上移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上移動装置に係り、特に、地上コイルによって発生する磁界の電磁誘導により電力を集電コイルによって集電する磁気浮上移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超電導磁気浮上式鉄道車両等、電磁力により非接触で支持され駆動される磁気浮上移動体の集電方式の一つとして、地上コイルの磁界の高調波成分による電磁誘導を利用して磁気浮上移動体において非接触で電力を集電する非接触誘導集電装置を用いた集電方式が利用されている。
【０００３】
また、側壁浮上方式の超電導磁気浮上車両においては、車両の台車に相当する下部両側面に超電導磁石低温容器に収納された超電導コイルが取り付けられ、Ｕ字型断面を持つ軌道の側壁内面に設けられた推進用地上コイルが発生する移動磁界により車両が駆動される。また、この軌道の側壁内面に設けられた推進用地上コイルの内側には、８の字状に短絡された浮上用地上コイルが、超電導コイルに対向して、車両の走行方向にそって並べられている。
【０００４】
ここで、良導体からなる超電導磁石低温容器表面に配置された集電コイルでは、その低温容器表面に発生する渦電流の影響により、集電電力が低減されるという特徴があり、その影響を如何に低減するかが設計のポイントとなっている。
【０００５】
そこで、低温容器渦電流の影響を受けにくいように、集電コイルを低温容器表面から離して構成した誘導集電装置が知られている（非特許文献１）。
【非特許文献１】村井、長谷川、藤原、「側壁浮上方式における誘導集電装置の特性改善」、電気学会論文誌D、117巻、1号、ｐｐ．８１−９０（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１記載の誘導集電装置では、集電コイルを厚さ方向（低温容器表面法線方向）に１層のコイルとして構成する場合、集電コイルの厚さを増大しても、図７に示すように、低温容器渦電流の影響により、かえって集電電力が低減されてしまい、集電電力を増加することができない、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、集電電力を増加することができる磁気浮上移動装置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】
【０００８】
上記の目的を達成するために第１の発明に係る磁気浮上移動装置は、導体で形成された低温容器と、前記低温容器に収納された超電導コイルと、所定巻き数の第１の集電コイルを複数備え、前記低温容器の表面における、自装置が移動する軌道の側壁に設置された地上コイルに対向する部位に設けられた第１のコイル群と、前記第１の集電コイルに直列接続され、かつ、前記所定巻き数より多い巻き数の第２の集電コイルを複数備え、前記第１のコイル群の前記地上コイル側に設けられた第２のコイル群とを含んで構成されている。
【０００９】
第１の発明に係る磁気浮上移動装置によれば、軌道の側壁に設置された地上コイルによって発生された高調波磁界を利用して、直列接続された第１の集電コイル及び第２の集電コイルによって電力を集電する。このとき、地上コイルによって発生された高調波磁界によって、低温容器に渦電流が生じ、第１の集電コイル及び第２の集電コイルへの高調波磁界を低減し、第１の集電コイル及び第２の集電コイルによる集電電力を低下させる。
【００１０】
また、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流によって発生する磁界により、低温容器に渦電流が生じるため、第１の集電コイル及び第２の集電コイルにとって損失となり、第１の集電コイル及び第２の集電コイルの見かけ上の抵抗を増加させ、集電電力を低下させる。
【００１１】
ここで、第１の集電コイルの巻き数を小さくして、第１の集電コイルと第２の集電コイルとの巻き数比を変化させると、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失が減少し、第１の集電コイル及び第２の集電コイルの見かけ上の抵抗の増加を抑制する。
【００１２】
従って、第１の集電コイルと、第１の集電コイルの地上コイル側に設けられた第２の集電コイルとによって、電力を集電すると共に、第２の集電コイルの巻き数を第１の集電コイルの巻き数より多くすることにより、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。
【００１３】
また、第１の発明に係る第２の集電コイルの巻き数は、地上コイルによって発生する磁界の電磁誘導によって、第１の集電コイルにおいて発生する電流と、第２の集電コイルにおいて発生する電流とが等しくなるように、所定巻き数より多くすることができる。これにより、第１の集電コイルと第２の集電コイルとの各々による集電能力を最大限生かすことができるため、集電電力を更に増加することができる。
【００１４】
また、第１の発明に係る第１の集電コイルの位置と、第１の集電コイルに直列接続された第２の集電コイルの位置とが、自装置の移動方向に所定量ずれるように構成することができる。これにより、第１の集電コイルの位置と第２の集電コイルの位置とがずれているため、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させ、集電電力を更に増加することができる。
【００１５】
また、第１の発明に係る第１の集電コイルは、低温容器の表面の上部に設けられ、第２の集電コイルは、大きさが第１の集電コイルより大きくなるように構成することができる。これにより、大きさが小さい第１の集電コイルを、低温容器の表面の上部に設けているため、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させ、集電電力を更に増加することができる。
【００１６】
また、第２の発明に係る磁気浮上移動装置は、導体で形成された低温容器と、前記低温容器に収納された超電導コイルと、所定巻き数の第１の集電コイルを複数備え、前記低温容器の表面における、自装置が移動する軌道の側壁に設置された地上コイルに対向する部位に設けられた第１のコイル群と、前記第１の集電コイルに直列接続され、かつ、該第１の集電コイルの位置に対して、自装置の移動方向に所定量ずれた位置に設けられた第２の集電コイルを複数備え、前記第１のコイル群の前記地上コイル側に設けられた第２のコイル群とを含んで構成されている。
【００１７】
第２の発明に係る磁気浮上移動装置によれば、軌道の側壁に設置された地上コイルによって発生された高調波磁界を利用して、直列接続された第１の集電コイル及び第２の集電コイルによって電力を集電する。このとき、地上コイルによって発生された高調波磁界によって、低温容器に渦電流が生じ、第１の集電コイル及び第２の集電コイルへの高調波磁界を低減し、第１の集電コイル及び第２の集電コイルによる集電電力を低下させる。
【００１８】
また、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流によって発生する磁界により、低温容器に渦電流が生じるため、第１の集電コイル及び第２の集電コイルにとって損失となり、第１の集電コイル及び第２の集電コイルの見かけ上の抵抗を増加させ、集電電力を低下させる。
【００１９】
ここで、第１の集電コイルの位置と第２の集電コイルの位置とを移動方向にずらすと、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失が減少し、第１の集電コイル及び第２の集電コイルの見かけ上の抵抗の増加を抑制する。
【００２０】
従って、第１の集電コイルと、第１の集電コイルの地上コイル側に設けられた第２の集電コイルとによって、電力を集電すると共に、第１の集電コイルの位置と第２の集電コイルの位置とを移動方向にずらすことにより、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。
【００２１】
また、第２の発明に係る第１の集電コイルは、低温容器の表面の上部に設けられ、第２の集電コイルは、大きさが前記第１の集電コイルより大きくなるように構成することができる。これにより、大きさが小さい第１の集電コイルを、低温容器の表面の上部に設けているため、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させ、集電電力を更に増加することができる。
【００２２】
また、第３の発明に係る磁気浮上移動装置は、導体で形成された低温容器と、前記低温容器に収納された超電導コイルと、所定巻き数の第１の集電コイルを複数備え、前記低温容器の表面の上部であって、かつ、自装置が移動する軌道の側壁に設置された地上コイルに対向する部位に設けられた第１のコイル群と、前記第１の集電コイルに直列接続され、かつ、該第１の集電コイルより大きさが大きい第２の集電コイルを複数備え、前記第１のコイル群の前記地上コイル側に設けられた第２のコイル群とを含んで構成されている。
【００２３】
第３の発明に係る磁気浮上移動装置によれば、軌道の側壁に設置された地上コイルによって発生された高調波磁界を利用して、直列接続された第１の集電コイル及び第２の集電コイルによって電力を集電する。また、地上コイルによって発生された高調波磁界によって、低温容器に渦電流が生じ、第１の集電コイル及び第２の集電コイルへの高調波磁界を低減し、第１の集電コイル及び第２の集電コイルによる集電電力を低下させる。また、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流によって発生する磁界により、低温容器に渦電流が生じるため、第１の集電コイル及び第２の集電コイルにとって損失となり、第１の集電コイル及び第２の集電コイルの見かけ上の抵抗を増加させ、集電電力を低下させる。
【００２４】
ここで、第１の集電コイルの大きさを、第２の集電コイルよりも小さくし、低温容器の表面の上部に設けると、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失が減少し、第１の集電コイル及び第２の集電コイルの見かけ上の抵抗の増加を抑制する。
【００２５】
従って、第１の集電コイルと、第１の集電コイルの地上コイル側に設けられた第２の集電コイルとによって、電力を集電すると共に、大きさが小さい第１の集電コイルを、低温容器の表面の上部に設けることにより、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の磁気浮上移動装置によれば、第１の集電コイルと、第１の集電コイルの地上コイル側に設けられた第２の集電コイルとによって、電力を集電すると共に、第２の集電コイルの巻き数を第１の集電コイルの巻き数より多くすることにより、又は、第１の集電コイルの位置と第２の集電コイルの位置とを移動方向にずらすことにより、又は、大きさが小さい第１の集電コイルを、低温容器の表面の上部に設けることにより、第１の集電コイル及び第２の集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る磁気浮上移動システム１０は、車両１２と、Ｕ字型断面を持つ軌道１４とから構成されている。
【００２９】
車両１２の台車に相当する下部両側面に、アルミニウムなどの良導体で形成された超電導磁石低温容器１６が設けられており、超電導磁石低温容器１６には、超電導コイル１８が収納されている。
【００３０】
また、超電導磁石低温容器１６の表面には、複数の集電コイルが走行方向に配列された集電コイル部２０が設けられており、集電コイル部２０は、車両１２の定常走行状態において、後述する地上コイルに対向するように配置されている。
【００３１】
また、車両１２には、集電コイル部２０に誘起される誘導交流電流を整流するためのＰＷＭ（パルス幅変調）コンバータ２２と、ＰＷＭコンバータ２２を介して整流された電流が供給される負荷２４とが設けられている。また、ＰＷＭコンバータ２２によって整流された電流によって蓄電される蓄電池２６が設けられている。
【００３２】
また、軌道１４の側壁内面には、移動磁界を発生させる推進用地上コイル（図示省略）が設けられ、推進用地上コイルの内側には、８の字状に短絡された浮上用地上コイル３０が、超電導コイル１８に対向するように、車両１２の走行方向に配列されて設けられている。
【００３３】
上記の構成により、車両１２を支持する電磁力が、超電導コイル１８とその移動によって生じる浮上用地上コイル３０の反作用磁界の基本波成分との相互作用によって発生するようになっている。また、浮上用地上コイル３０の反作用磁界の高調波成分（以下、高調波磁界と称する。）を利用して、車両１２上の集電コイル部２０によって電力を集電するようになっている。
【００３４】
また、集電コイル部２０は、車両１２の走行方向に３相回路を構成するようになっており、また、集電コイル部２０は、大きなインダクタンスを持つため、ＰＷＭコンバータ２２を使用して、力率改善を行い、出力を増大するようになっている。
【００３５】
集電コイル部２０は、図２に示すように、浮上用地上コイル３０側に設けられた表集電コイル２０Ａと車両１２側に設けられた裏集電コイル２０Ｂとの２層のコイルで構成されている。また、表集電コイル２０Ａと裏集電コイル２０Ｂとは直列接続されており、また、表集電コイル２０Ａの巻き数は、裏集電コイル２０Ｂの巻き数より多くなっており、浮上用地上コイル３０によって発生する高調波磁界の電磁誘導によって表集電コイル２０Ａに流れる電流と、裏集電コイル２０Ｂに流れる電流とが等しくなるように、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂの巻き数が調整されている。なお、集電コイル部２０は、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂの２層のコイルが車両１２の走行方向に複数配列されて構成されている。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る磁気浮上移動システム１０の走行方向の解析モデルを図３に示す。浮上用地上コイル３０のコイルピッチτ１を極ピッチτの１／３とすると、集電コイル部２０は、浮上用地上コイル３０の基本波電流が作る高調波磁界のうち５次空間調波による６次時間調波成分を利用するのが望ましく、集電コイル部２０のコイルピッチτ２は、２τ／１５または４τ／１５となる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る磁気浮上移動システム１０の作用について説明する。
【００３８】
まず、車両１２が推進用地上コイルにより駆動され、超電導コイル１８と浮上用地上コイル３０との間に相対速度が生ずると、レンツの法則により浮上用地上コイル３０に誘導起電力が発生するが、例えば、車両１２が車輪によって支持され、超電導コイル１８の磁束の上下の中心が浮上用地上コイル３０の上下の中心と一致している時は、８の字状に短絡された浮上用地上コイル３０の上部と下部との起電力が相殺され、浮上用地上コイル３０には誘導電流が流れない。しかし、例えば、車両速度が浮上に十分な速度となり車輪が引きあげられ車両１２が沈み、超電導コイル１８の磁束の中心が浮上用地上コイル３０の中心より下に下がると、浮上用地上コイル３０の下部の誘導起電力が、上部の誘導起電力に優り、浮上用地上コイル３０に誘導電流が流れ、下部には超電導コイル１８の磁束を打ち消す極性の磁界が、また上部にはこれと反対の磁界が発生し、超電導コイル１８を持ちあげて、超電導コイル１８の磁束の中心を浮上用地上コイル３０の中心に一致させようとする浮上力が働く。この誘導電流、すなわち浮上力は、超電導コイル１８と浮上用地上コイル３０との上下の相対距離に応じて、また、前後の相対速度に応じて大きくなり、例えば、相対速度５００ｋｍ／ｈで超電導コイル１８の中心が浮上用地上コイル３０の中心から４０ｍｍ下がった所で車両１２の重量（台車荷重）と浮上力とが拮抗する。
【００３９】
また、上記したように浮上用地上コイル３０は、車両１２の走行方向にそって離散的に並べられているので、超電導コイル１８が設置されている車両１２の下部側面の一点の磁界をみると、例えば上下の位置が浮上用地上コイル３０の上部に対向する一点では、車両１２が走行し、浮上用地上コイル３０の前後の中心に対向している位置にあるときに、最も磁束が密になり、２つの浮上用地上コイル３０の中間点に対向する位置にあるときに、磁束が粗になる高調波成分（高調波磁界）が生じる。
【００４０】
そして、この浮上用地上コイル３０による高調波磁界を利用して、電磁誘導によって、集電コイル部２０の表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂに誘導電圧を発生させて、電力を集電する。また、集電された電力は、ＰＷＭコンバータ２２を介して、負荷に供給され、又は、蓄電池２６に供給されて、蓄電池２６を充電する。なお、速度３５０ｋｍ／ｈ程度までの低速度域では、負荷２４には、集電された電力がＰＷＭコンバータ２２を介して供給されると共に、蓄電池２６からも電力が供給される。
【００４１】
ここで、浮上用地上コイル３０の高調波磁界は、超電導コイル１８に悪影響を与えるので、良導体によって形成された超電導磁石低温容器１６は、その高調波磁界を遮蔽する。そのために、後述する２種類の渦電流が超電導磁石低温容器１６の表面に発生し、集電コイル部２０の表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂへの高調波磁界を低減し、集電電力を低下させる。一つの渦電流は、浮上用地上コイル３０が作る高調波磁界によって発生する渦電流で、超電導コイル１８への高調波磁界と共に集電コイル部２０への高調波磁界も低減し、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂによる集電電力を低下させる。もう一つの渦電流は、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂに流れる電流が作る磁界によって発生する渦電流であり、この渦電流により損失が生じ、集電コイル部２０の見かけ上の抵抗（等価抵抗）を増加させて、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂによる集電電力を低下させる。
【００４２】
また、超電導磁石低温容器１６の表面に設置する集電コイル部を、浮上用地上コイル３０側にある表集電コイルと、車両１２側にある裏集電コイルとの２層にて構成し、各層のコイルを別々の回路にて集電を行った場合には、裏集電コイルも表集電コイルの半分程度の集電電力を得る。ところが、両コイルの巻き数を同じにして単純に直列接続すると、集電電力は、別々の回路として構成した場合の和とならず、この電力の和よりも小さくなる。
【００４３】
一方、発電機等にて利用されるインピーダンス整合と同様な考え方にて、本実施の形態のように、表集電コイル２０Ａと裏集電コイル２０Ｂとに流れる電流が同じとなるように両コイルの巻き数を調整した場合、前述した別々の回路として構成した場合に集電される電力の和となる。
【００４４】
次に、第１の実施の形態の原理を簡単な数値例を用いて説明する。表集電コイル及び裏集電コイルの２層にて構成される集電コイル部を別々の回路とした場合の誘導電圧、抵抗、電流、及び集電電力の例を表１に示す。なお、図２において、表集電コイル２０Ａ及び裏集電コイル２０Ｂを合わせた厚さＤｂを３０ｍｍ、幅Ｄｗを１３０ｍｍ、高さＨ０を４００ｍｍとし、コイル個数を１５とする。また、電流及び集電電力は、誘導電圧及び抵抗から以下のように求められる。
（電流）＝（誘導電圧）／（抵抗）／２
（集電電力）＝（誘導電圧）２／（抵抗）／４＊（コイル個数）
【００４５】
【表１】
2007306736.tif 000003
【００４６】
表１に示すように、表集電コイルの約４０％と小さいが、裏集電コイルによって集電電力が得られており、表集電コイルの集電電力と裏集電コイルの集電電力との合計値は、８７．４ｋＷとなる。また集電電力の大きい表集電コイルの電流は、裏集電コイルの電流の約１．８倍と大きくなっている。このとき、表集電コイル及び裏集電コイルの各電流を同じにするためには、表集電コイルの巻き数を裏集電コイルの１．８倍にする必要がある。この表集電コイル及び裏集電コイルを直列接続とする場合、誘導電圧及び抵抗は両コイルの和となり、電流及び集電電力は上述した式を用いて求められる。なお、実際には、集電コイル部の電流が発生させる渦電流による損失を含める必要があるため、抵抗は損失分に相当する値だけ増加するが、ここでは簡易化した例にて原理を説明するために、その増加分を省略する。
【００４７】
同じ巻き数の表集電コイルと裏集電コイルとを直列接続にした場合、及びほぼ同じ電流となる巻き数の表集電コイルと裏集電コイルとを直列接続にした場合の誘導電圧、抵抗、電流、及び集電電力の例を上記の表１に示す。表１に示すように、同じ電流となるように調整された巻き数の表集電コイルと裏集電コイルとを直列接続にした場合の集電電力は、同じ巻き数の表集電コイルと裏集電コイルとを直列接続にした場合の８％増となっている。この値は、表集電コイル及び裏集電コイルを別々の回路とした場合の集電電力の和に一致しており、巻き数を調整することによって、集電電力が増大し、集電能力を最大限に生かしていることがわかる。
また、上述したように、上記の表１における抵抗は、表集電コイル及び裏集電コイルの電流が発生させる超電導磁石低温容器１６における渦電流による損失を考慮した増加分を含んでいないため、本実施の形態における集電コイル部２０において、その損失を考慮した場合の誘導電圧、抵抗、電流、集電電力、及び皮相電力の例を、表２に示す。なお、最大電力を得るために力率制御を行う電力変換器容量は、この皮相電力に比例するため、皮相電力が大きいほど大きな電力変換器が必要となる。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表２に示される誘導電圧は、表１の値と同じとなっており、表１の例と比較すると、「表集電コイル（２０回）＋裏集電コイル（２０回）」の抵抗が、３８．０ｍΩから５４．９ｍΩに増加し、「表集電コイル（３６回）＋裏コイル（２０回）」が７７．１ｍΩから１０７．５ｍΩに増加している。これは、以下のように説明される。
【００５０】
表集電コイル及び裏集電コイルの電流が発生させる超電導磁石低温容器の渦電流を、各々ａ、ｂとすると、各コイルの通電時の渦電流による損失は、各々、ａ２、ｂ２に比例し、単純な両者の和はａ２＋ｂ２となる。一方、両コイルの通電時の渦電流による損失は、（ａ＋ｂ）２に比例するため、両コイルの通電時の渦電流による損失は、表集電コイル及び裏集電コイルの電流が発生させる渦電流による損失を表す式のクロス項である２ａｂ分大きくなる。なお、このクロス項２ａｂは、表集電コイル及び裏集電コイルの巻き数の比によっても変化するため、表集電コイルの巻き数を多くした「表集電コイル（３６回）＋裏集電コイル（２０回）」の抵抗増加率（表２の値／表１の値）は、巻き数が同じになっている「表集電コイル（２０回）＋裏集電コイル（２０回）」の抵抗増加率より小さくなる。そのため、同じ電流となるように調整された巻き数の表集電コイルと裏集電コイルとを直列接続にした場合の集電電力（表２の下段参照）は、同じ巻き数の表集電コイルと裏集電コイルを直列接続にした場合（以下、従来方式、表２の上段参照）の１２％増となり、巻き数を調整したことによる特性向上は、表１より更に良くなっていることがわかる。
【００５１】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る磁気浮上移動システムによれば、直列接続された表集電コイルと裏集電コイルとによって、電力を集電すると共に、表集電コイルの巻き数を裏集電コイルの巻き数より多くすることにより、表集電コイル及び裏集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。
【００５２】
また、裏集電コイルの巻き数を、同じ電流が流れるように、表集電コイルの巻き数より少なくすることにより、表集電コイルと裏集電コイルとの各々による集電能力を最大限生かすことができるため、集電電力を更に増加することができる。
【００５３】
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
第２の実施の形態では、裏集電コイルの大きさが、表集電コイルより小さくなっており、裏集電コイルが超電導磁石低温容器の上部に集中して配置されている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００５５】
図４に示すように、第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの集電コイル部１２０は、表集電コイル１２０Ａ及び裏集電コイル１２０Ｂの２層のコイルで構成され、裏集電コイル１２０Ｂの高さが、表集電コイル１２０Ａの高さより低くなっている。
【００５６】
ここで、表集電コイル１２０Ａと裏集電コイル１２０Ｂとの両者の集電電流が発生させる超電導磁石低温容器１６の渦電流による損失は、両者の渦電流による損失の相乗効果によって、各コイル単独とした集電コイルの電流が発生させる渦電流による損失より増加する。そのため、本実施の形態では、裏集電コイル１２０Ｂの高さを低くすると共に、超電導磁石低温容器１６の表面における渦電流の発生しにくい上部に集中して裏集電コイル１２０Ｂを配置している。
【００５７】
集電コイル部１２０を上記のように構成することにより、表集電コイル１２０Ａ及び裏集電コイル１２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失の相乗効果が低減されて、全体として表集電コイル１２０Ａ及び裏集電コイル１２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失が低減されるため、集電電力の低下が抑制され、結果として、表集電コイル１２０Ａ及び裏集電コイル１２０Ｂによる集電電力を増大させる。
【００５８】
次に、第２の実施の形態における原理について説明する。本実施の形態に係る磁気浮上移動システムにおいても、第１の実施の形態と同様に、表集電コイル及び裏集電コイルが発生させる渦電流による損失を表す式のクロス項２ａｂが、集電電力を低下させてしまう。そこで、本実施の形態のように、裏集電コイル１２０Ｂの高さを低くし、超電導磁石低温容器１６の表面上部に配置すると、裏集電コイル１２０Ｂは、超電導磁石低温容器１６と対向する面積が低減するため、裏集電コイル１２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失が低減されると共に、前述した渦電流による損失を表す式のクロス項２ａｂに相当する部分を低減させて、表集電コイル１２０Ａ及び裏集電コイル１２０Ｂに流れる電流が発生させる渦電流による損失を低減させることができる。
【００５９】
次に、第２の実施の形態における集電コイル部１２０において、表集電コイル１２０Ａ及び裏集電コイル１２０Ｂを合わせた厚さＤｂを３０ｍｍ、幅Ｄｗを１３０ｍｍ、表集電コイル１２０Ａの高さＨ０を４００ｍｍ、裏集電コイル１２０Ｂの高さＨｉを１３５ｍｍとした構成における誘導電圧、抵抗、集電電力、及び皮相電力の例を表３に示す。
【００６０】
【表３】
2007306736.tif 000005
【００６１】
表３に示すように、裏集電コイルの高さを低減した場合の集電電力（表３の上段参照）は、従来方式（表２の上段参照）の約３６％増となっている。
【００６２】
また、第１の実施の形態と同様に、表集電コイルの巻き数を、裏集電コイルと同じ電流が流れるように裏集電コイルの巻き数より多くして構成すると共に、裏集電コイルの高さを低減して構成することもできる。なお、表３では、裏集電コイルの高さを低減するため、同じ電流が得られる表集電コイルの巻き数は、上記の表２の場合とは異なり、裏集電コイルの１．２倍となっている。
【００６３】
この場合には、前述した渦電流による損失を表す式のクロス項２ａｂに相当する部分を更に低減することができ、例えば、従来方式（上記表２の上段参照）と比較して、表集電コイルの巻き数を増加した構成（表３の下段参照）にて約３８％増となっている。
【００６４】
以上説明したように、第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システムによれば、表集電コイルと裏集電コイルとによって、電力を集電すると共に、大きさが小さい裏集電コイルを超電導磁石低温容器表面の上部に設けることにより、表集電コイル及び裏集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。
【００６５】
また、更に、表集電コイルの巻き数を裏集電コイルの巻き数より多くするように構成した場合には、表集電コイル及び裏集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を更に減少させるため、集電電力を更に増加させることができる。
【００６６】
次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
第３の実施の形態では、集電コイル部の表集電コイルの位置と裏集電コイルの位置とが、車両１２の走行方向にずれている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００６８】
図５に示すように、第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの集電コイル部２２０は、表集電コイル２２０Ａ及び裏集電コイル２２０Ｂの２層のコイルが複数配列されて構成されており、表集電コイル２２０Ａの位置と、この表集電コイル２２０Ａと直列接続されている裏集電コイル２２０Ｂの位置とが、車両１２の走行方向に半コイルピッチ分ずれるように配置されている。
【００６９】
ここで、表集電コイル２２０Ａと裏集電コイル２２０Ｂとの両者の集電電流が発生させる超電導磁石低温容器１６の渦電流による損失は、両者の渦電流による損失の相乗効果によって、各コイル単独とした集電コイルの電流が発生させる渦電流による損失より増加する。そのため、本実施の形態では、表集電コイル２２０Ａの位置と裏集電コイル２２０Ｂの位置とを走行方向にずらして配置する。
【００７０】
上記のように構成することにより、表集電コイル２２０Ａ及び裏集電コイル２２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失の相乗効果が低減されて、全体として表集電コイル２２０Ａ及び裏集電コイル２２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失とが低減され、集電電力の低下が抑制されて、結果として、表集電コイル２２０Ａ及び裏集電コイル２２０Ｂによる集電電力が増大されるようになっている。また、集電コイル部２２０のリアクタンスも低減できるため、集電コイル部２２０に接続される電力変換器の容量が増大しないようになっている。
【００７１】
次に、第３の実施の形態における原理について説明する。第１の実施の形態と同様に、表集電コイル及び裏集電コイルが発生させる渦電流による損失を表す式のクロス項２ａｂが、集電電力を低減させてしまう。そこで、本実施の形態のように、裏集電コイル２２０Ｂを表集電コイル２２０Ａと半コイルピッチ分ずらして配置すると、裏集電コイル２２０Ｂの電流より発生する渦電流の流路と表集電コイル２２０Ａの電流により発生する渦電流の流路とが異なるものとなるため、渦電流による損失の相乗効果を低減して、前述した渦電流による損失を表す式のクロス項を低減することができる。
【００７２】
次に、本実施の形態における集電コイル部２２０において、表集電コイル２２０Ａ及び裏集電コイル２２０Ｂを合わせた厚さＤｂを３０ｍｍ、幅Ｄｗを１３０ｍｍ、表集電コイル１２０Ａの高さＨ０を４００ｍｍとした構成における誘導電圧、抵抗、集電電力、及び皮相電力の例を表４に示す。
【００７３】
【表４】
2007306736.tif 000006
【００７４】
表４に示すように、裏集電コイルを半コイルピッチ分ずらす場合の集電電力は、従来方式（上記表２の上段参照）と比較して、同じ巻き数のコイルで構成した場合（表４の上段参照）にて約４１％増となっている。
また、皮相電力に関して、第２の実施の形態で説明したように裏集電コイルの高さを低減する場合（表３参照）は、従来方式（表２の上段参照）の２倍以上となっているが、裏集電コイルを半コイルピッチ分ずらした場合（表４参照）では、集電電力の増加率に比例する程度でそれほど大きくならなくて済んでいる。従って、それほど大きな電力変換器を必要としない。
【００７５】
また、第１の実施の形態と同様に、表集電コイルの巻き数を、裏集電コイルと同じ電流が流れるように裏集電コイルの巻き数より多くして構成すると共に、裏集電コイルを半コイルピッチ分ずらした場合には、前述した渦電流による損失を表す式のクロス項を更に低減することができ、集電電力を増加させることができる。例えば、従来方式（上記表２の上段参照）と比較して、表集電コイルの巻き数を増加した構成（表４の下段参照）にて約５３％増となっている。
【００７６】
以上説明したように、第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムによれば、表集電コイルと裏集電コイルとによって、電力を集電すると共に、表集電コイルの位置と裏集電コイルの位置とを車両の走行方向にずらすことにより、表集電コイル及び裏集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。
【００７７】
また、更に、表集電コイルの巻き数を裏集電コイルの巻き数より多くするように構成した場合には、表集電コイル及び裏集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を更に減少させるため、集電電力を更に増加させることができる。
【００７８】
次に、第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７９】
第４の実施の形態では、裏集電コイルの大きさが、表集電コイルより小さくなっており、裏集電コイルが超電導磁石低温容器の上部に集中して配置されている点と、集電コイル部の表集電コイルの位置及び裏集電コイルの位置が車両の走行方向にずれている点とが第１の実施の形態と異なっている。
【００８０】
図６に示すように、第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの集電コイル部３２０は、表集電コイル３２０Ａ及び裏集電コイル３２０Ｂの２層のコイルが走行方向に複数配列されて構成され、表集電コイル３２０Ａの位置と、この表集電コイル３２０Ａと直列接続されている裏集電コイル３２０Ｂの位置とが、車両１２の走行方向に半コイルピッチ分ずれている。
【００８１】
また、裏集電コイル３２０Ｂの高さが、表集電コイル３２０Ａの高さより低くなっている。
【００８２】
また、表集電コイル３２０Ａと裏集電コイル３２０Ｂとの両者の集電電流が発生させる超電導磁石低温容器１６の渦電流による損失は、両者の渦電流による損失の相乗効果によって、各コイル単独とした集電コイルの電流が発生させる渦電流による損失より増加する。そのため、本実施の形態では、表集電コイル３２０Ａの位置と裏集電コイル３２０Ｂの位置とを走行方向にずらして配置し、また、裏集電コイル３２０Ｂの高さを低くすると共に、超電導磁石低温容器１６の表面における渦電流の発生しにくい上部に集中して裏集電コイル３２０Ｂを配置する。
【００８３】
このように構成することにより、裏集電コイル３２０Ｂを表集電コイル３２０Ａと半コイルピッチ分ずらして配置するため、裏集電コイル３２０Ｂの電流より発生する渦電流の流路と表集電コイル３２０Ａの電流により発生する渦電流の流路とが異なるものとなり、また、超電導磁石低温容器１６の表面の上部に集中して裏集電コイル３２０Ｂを配置するため、裏集電コイル３２０Ｂが超電導磁石低温容器１６と対向する面積を低減させ、裏集電コイル３２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失が低減される。従って、表集電コイル３２０Ａ及び裏集電コイル３２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失の相乗効果が低減されて、全体として表集電コイル３２０Ａ及び裏集電コイル３２０Ｂの電流が発生させる渦電流による損失が低減されるため、集電電力の低下が抑制され、結果として、表集電コイル３２０Ａ及び裏集電コイル３２０Ｂによる集電電力を増大させる。
【００８４】
このように、第１の実施の形態と同様に、表集電コイル及び裏集電コイルの電流が発生させる渦電流による損失を表す式のクロス項２ａｂの相当する部分を低減することができるため、集電電力の低下を抑制し、集電コイル部３２０による集電電力を増大させる。
【００８５】
次に、第４の実施の形態に係る集電コイル部３２０において、表集電コイル３２０Ａ及び裏集電コイル３２０Ｂを合わせた厚さＤｂを３０ｍｍ、幅Ｄｗを１３０ｍｍ、表集電コイル３２０Ａの高さＨ０を４００ｍｍ、裏集電コイル３２０Ｂの高さＨｉを１３５ｍｍとした構成における誘導電圧、抵抗、集電電力、及び皮相電力の例を表５に示す。なお、裏集電コイルの高さを低減するため、第２の実施の形態と同様に、同じ電流が得られる表コイル巻数は、上記の表２とは異なり、裏集電コイルの１．２倍となっている。
【００８６】
【表５】
2007306736.tif 000007
【００８７】
表５に示すように、裏集電コイルの高さを低くし、裏集電コイルの位置を半コイルピッチ分ずらした場合の集電電力（表５の上段参照）は、従来方式（表２の上段参照）の約３６％増となっている。
【００８８】
また、第１の実施の形態と同様に、表集電コイルの巻き数を、裏集電コイルと同じ電流が流れるように、裏集電コイルの巻き数より多くすると共に、表集電コイルの位置と、裏集電コイルの位置とを、半コイルピッチ分ずらし、かつ、高さを低くした裏集電コイルを超電導磁石低温容器の表面上部に配置した構成である場合には、前述した渦電流による損失を表す式のクロス項を更に低減することができ、例えば、従来方式（上記表２の上段参照）と比較して、表集電コイルの巻き数を増加した構成（表５の下段参照）にて約３６％増となっている。
【００８９】
以上説明したように、第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムによれば、表集電コイルと裏集電コイルとによって、電力を集電すると共に、大きさが小さい裏集電コイルを、超電導磁石低温容器の表面の上部に設け、かつ、表集電コイルの位置と裏集電コイルの位置とを車両の走行方向にずらすことにより、表集電コイル及び裏集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を減少させるため、集電電力を増加させることができる。
【００９０】
また、更に、表集電コイルの巻き数を裏集電コイルの巻き数より多くするように構成した場合には、表集電コイル及び裏集電コイルに流れる電流が発生させる渦電流に基づく損失を更に減少させるため、集電電力を更に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気浮上システムの集電コイル部の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの走行方向の解析モデルを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る磁気浮上システムの集電コイル部の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る磁気浮上システムの集電コイル部の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る磁気浮上システムの集電コイル部の構成を示す斜視図である。
【図７】従来例におけるコイル断面厚さと集電電力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９２】
１０  磁気浮上移動システム
１２  車両
１４  軌道
１６  超電導磁石低温容器
１８  超電導コイル
２０、１２０、２２０、３２０  集電コイル部
２０Ａ、１２０Ａ、２２０Ａ、３２０Ａ  表集電コイル
２０Ｂ、１２０Ｂ、２２０Ｂ、３２０Ｂ  裏集電コイル
２２  ＰＷＭコンバータ
２４  負荷
２６  蓄電池
３０  浮上用地上コイル
【図１】
2007306736.tif 000008
【図２】
2007306736.tif 000009
【図３】
2007306736.tif 000010
【図４】
2007306736.tif 000011
【図５】
2007306736.tif 000012
【図６】
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【図７】
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