| 【発明の名称】 |
超電導磁気浮上式鉄道の地上コイル |
| 【発明者】 |
【氏名】藤原 俊輔
【氏名】村井 敏昭
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| 【要約】 |
【課題】地上コイルの上側矩形部分の上辺においてのみ高調波磁界を増大させることにより、集電能力を向上させ、しかも車両側の超電導コイルに対する影響を少なくすることができる超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルを提供する。
【解決手段】超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ側壁に配置する、矩形状コイルを上下２段に配置し８字状に結線する地上コイルにおいて、前記矩形状コイルの上側矩形の最上辺２１Ａの両肩部に下降部としての斜めの直線部２１Ｂ，２１Ｃを形成し、前記最上辺２１Ａの水平部の長さを減じ、前記矩形状コイルの垂直辺２１Ｄ，２１Ｅの上端部を、超電導磁気浮上車両に搭載される、磁気浮上時に対向する超電導コイルの上側水平辺の高さ付近に配置する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ側壁に配置する、矩形状コイルを上下２段に配置し８字状に結線する地上コイルにおいて、前記矩形状コイルの上側矩形の上辺の両肩部に下降部を形成し、前記上辺の水平部の長さを減じ、前記矩形状コイルの垂直辺の上端部を、超電導磁気浮上車両に搭載される、磁気浮上時に対向する超電導コイルの上側水平辺の高さ付近に配置することを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の地上コイル。
【請求項２】 請求項１記載の超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルにおいて、前記矩形状コイルの上側矩形の上辺の両肩部に形成される下降部は、前記上辺から下方の垂直辺にわたる斜めの直線部からなることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の地上コイル。
【請求項３】 請求項１記載の超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルにおいて、前記矩形状コイルの上側矩形の上辺の両肩部に形成される下降部は、該上辺から下方の垂直辺にわたる円弧あるいは楕円形の一部からなることを特徴とする超電導磁気浮上式鉄道の地上コイル。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ側壁に配置する浮上用あるいは浮上と案内兼用、浮上と案内と推進兼用の地上コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ側壁に配置される、浮上用あるいは浮上と案内兼用、あるいは浮上と案内推進兼用の地上コイルは、これまで矩形のコイルを上下２段に並べてその上下間を８字状に結線するものが開発されてきた（例えば、特開平５−２８１２８１号公報）。
【０００３】このコイルの長さは、浮上力が大きく、かつ発生する高調波磁界が小さくなるよう、定められた配置ピッチの中で極力長く取るよう設計されている。この高調波磁界は地上コイルの配置ピッチに起因するものであるが、対向する超電導磁石での発熱の原因となるので、その発熱を減らすためには小さくすることが求められる。
【０００４】一方、超電導磁気浮上車両側での電源を得るために、誘導集電方式の開発が進められている（例えば、特願平１１−６１８２１号）。
【０００５】これは地上コイルの発生する高調波磁界を利用して誘導集電方式により車両側で電力を得るものであり、集電能力を大きくするためには、高調波磁界が大きいことが望まれる。
【０００６】このように、両者は相矛盾する要求であり、これまでは、超電導磁石の発熱を重視して設計されている。
【０００７】図６はかかる従来の地上コイルの巻線形状を示す模式図である。
【０００８】この図に示すように、上下２段に矩形状のコイルを配置して、互いに逆向きに、８字状の結線をしている。
【０００９】このコイルを敷設したガイドウェイを超電導磁気浮上車両が通過したとき、地上コイルが発生する高調波磁界の横方向成分の振幅の上下方向への分布を計算した例が図７である。ここで、図７の横軸は地上コイルの上下方向位置（ｍ）、縦軸は磁束密度振幅Ｂy （ｍＴ）を示し、その横軸の０は地上コイルの中心位置を示している。
【００１０】図６において、１は地上コイルの上側矩形部分の上辺、２は上側矩形部分の下辺、３は下側矩形部分の上辺、４は下側矩形部分の下辺、５は上側矩形部分の垂直辺、６は下側矩形部分の垂直辺、７は上側矩形部分と下側矩形部分を結線する部分を示している。
【００１１】一方、１１は対向する車両側の超電導コイルの上辺、１２は対向する車両側の超電導コイルの下辺、１３は対向する車両側の超電導コイルの垂直辺を示している。
【００１２】図７に示すように、従来の構成による地上コイルでは、高調波振幅は超電導コイルの上辺１１と下辺１２付近で大きくなっている。地上コイルの長さを小さくして高調波磁界を大きくすると、図７に示す横軸の全体にわたって振幅が増加し、超電導磁石への影響が増大する。
【００１３】一方、地上コイルの設置数を減らし、建設費を下げるためには地上コイルの配置ピッチを大きくすることが必要である。地上コイルの配置ピッチを拡げると、高調波磁界の周波数が下がって、集電能力の減少につながり、車両上電源の確保に困難がある。
【００１４】また、車両は低速では車輪によって支持されており、ある程度の速度から浮上するものであるが、浮上開始速度を低くするために、地上コイルの上側矩形コイルの高さを低くする上下非対称コイルが提案されている（特願平８−２１４４１４号公報参照）。
【００１５】誘導集電は超電導磁石の上部において、鎖交磁束が多く、集電の能力が高いので、地上コイルの高さを低くすると、集電能力が下がるという問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】誘導集電の集電能力を増すためには、地上コイルが発生する高調波磁界を大きくすることが必要になる。定められた配置ピッチの中で、地上コイルの長さを短くすることによって、高調波磁界を大きくすることができるが、この方法では対向する超電導磁石の全面にわたって、高調波磁界が大きくなり、超電導磁石の発熱に悪影響を及ぼす可能性が高い。
【００１７】誘導集電に効果のある地上コイルの上側矩形部分の上辺においてのみ地上コイルの高調波を増すことができれば、集電能力が向上し、しかも車両側の超電導コイルに対する影響を少なくすることができる。
【００１８】本発明は、上記状況に鑑みて、地上コイルの上側矩形部分の上辺においてのみ高調波磁界を増大させることにより、集電能力を向上させ、しかも車両側の超電導コイルに対する影響を少なくすることができる超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】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のガイドウェイ側壁に配置する、矩形状コイルを上下２段に配置し８字状に結線する地上コイルにおいて、前記矩形状コイルの上側矩形の上辺の両肩部に下降部を形成し、前記上辺の水平部の長さを減じ、前記矩形状コイルの垂直辺の上端部を、超電導磁気浮上車両に搭載される、磁気浮上時に対向する超電導コイルの上側水平辺の高さ付近に配置することを特徴とする。
【００２０】〔２〕上記〔１〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルにおいて、前記矩形状コイルの上側矩形の上辺の両肩部に形成される下降部は、前記上辺から下方の垂直辺にわたる斜めの直線部からなることを特徴とする。
【００２１】〔３〕上記〔１〕記載の超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルにおいて、前記矩形状コイルの上側矩形の上辺の両肩部に形成される下降部は、前記上辺から下方の垂直辺にわたる円弧あるいは楕円形の一部からなることを特徴とする。
【００２２】このように構成したので、本発明の請求項１における地上コイルによれば、地上コイルの上側矩形部分の上部だけが、等価的に長さの短いコイルの作用をすることになる。従って、地上コイルの長さが短ければ高調波磁界が増すという特性を利用して、高調波磁界の増大を地上コイルの上部だけに限定することができる。しかも、その等価的な長さが短い位置は、超電導磁石の上部に限定されているので、超電導磁石全体への影響は小さい。
【００２３】また、本発明の請求項２及び３における地上コイルによれば、請求項１記載の地上コイルの上側矩形部分の上辺両端付近を斜めにするのに円弧あるいは楕円形の一部とすることを特徴としており、コイル製作に際し、より容易な形状である。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】図１は本発明の第１実施例を示す地上コイルの巻線形状を示す模式図、図２は本発明の第１実施例を示す超電導磁気浮上式鉄道の断面図である。
【００２６】図１において、超電導磁気浮上式鉄道の地上コイル２０は、超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ側壁に配置され、上側矩形状コイル２１と下側矩形状コイル２２とを有しており、特に、上側矩形状コイル２１は、最上辺２１Ａと、その上辺の下降部としての斜めの直線部２１Ｂ，２１Ｃと、垂直辺２１Ｄ，２１Ｅと、下辺２１Ｆから構成されている。
【００２７】また、下側矩形状コイル２２、上側矩形状コイル２１と下側矩形状コイル２２とを結線する部分２３は、従来の形状と同様である。
【００２８】一方、超電導磁気浮上式車両に搭載される超電導磁コイルの位置を点線で示している。つまり、その超電導磁コイルの上辺位置１１、下辺位置１２及び垂直辺位置１３となっており、地上コイル２０に対向する。
【００２９】超電導磁気浮上式鉄道の全体は、図２に示すようになっている。つまり、地上コイル（推進・浮上・案内用地上コイル）２０は軌道３０の両側壁３１の凹所３２に配置され、上側矩形状コイル２１と下側矩形状コイル２２とを備えており、超電導磁気浮上可能な車体７０の台車７２の両側に搭載されるクライオスタット６４内の超電導コイル６３を有する超電導磁石６０に対向する。
【００３０】なお、３３は軌道路、３４は車輪走行路、５２は給電線兼ヌルフラックス線、５９は誘導集電コイル、６５はヘリウムタンク、７１は空気バネ、７３は台車枠、７４は補助案内装置、７５は補助支持装置、７６は緊急着地装置を示している。
【００３１】図３は本発明の第１実施例を示す地上コイルが超電導コイル位置に作る高調波磁界横方向成分の上下方向への分布の計算結果例の説明図、図４は本発明の第１実施例を示す地上コイルが誘導集電コイル位置に作る高調波磁界横方向成分の上下方向への分布の計算結果例の説明図であり、横軸は上下方向位置（ｍ）、縦軸は磁束密度振幅Ｂy （ｍＴ）を示している。
【００３２】図３には地上コイルが超電導コイル位置に作る高調波磁界が示されており、この図において、対向する車両側の超電導コイルの上辺位置１１と、超電導コイルの下辺位置１２の高調波磁界が示されている。
【００３３】また、図４には誘導集電用コイルが存在する位置での高調波磁界が示されており、この図において、超電導コイルの上辺位置１１と、超電導コイルの下辺位置１２の高調波磁界が示されている。
【００３４】更に、対向する車両側の超電導コイルの上辺位置１１と、超電導コイルの下辺位置１２、対向する車両側の誘導集電コイル５９の下側矩形部分の位置１５と、誘導集電コイル５９の上側矩形部分の位置１６の高調波磁界が示されている。
【００３５】本発明の請求項２における地上コイルの実施形態について、図１、図３及び図４を用いて説明する。
【００３６】その地上コイルは次のように作動する。
【００３７】図１に示すように、上側矩形状コイル２１は、最上辺２１Ａと、その上辺の下降部としての斜めの直線部２１Ｂ，２１Ｃと、垂直辺２１Ｄ，２１Ｅと、下辺２１Ｆから構成されており、この斜めの直線部２１Ｂ，２１Ｃのようにコイル上辺の両端を斜めにすることによって、上側矩形状コイル２１の最上辺２１Ａの上辺付近だけが等価的に長さが短くなるために、長さが短くなった部分においてのみ高調波磁界が増す。
【００３８】従って、図３に示すように、高調波磁界の振幅分布を高さ方向に取ると、従来のコイルによる高調波磁界の分布である図７と比較して地上コイル上部でのみ高調波磁界の振幅が増加していることが分かる。
【００３９】次に、この振幅分布を誘導集電コイルの存在する位置で見た場合、図４に示すように、高調波磁界の増加している領域がさらに限定されていて、しかもそれは誘導集電コイルの存在する位置であることが分かる。
【００４０】このように、一方で高調波磁界を増加して誘導集電の電力を増加することができ、他方で超電導磁石全体に対しては、大きな影響を生じないようにすることができる。
【００４１】次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００４２】図５は本発明の第２実施例を示す地上コイルの巻線形状を示す模式図である。
【００４３】本発明の第２実施例の地上コイルの実施形態について図５を用いて説明する。
【００４４】図５において、超電導磁気浮上式鉄道の地上コイル４０は、超電導磁気浮上式鉄道のガイドウェイ側壁に配置され、上側矩形状コイル４１と下側矩形状コイル４２とを有しており、特に、上側矩形状コイル４１は、最上辺４１Ａと、その上辺の下降部としての円弧あるいは楕円の一部４１Ｂ，４１Ｃと、垂直辺４１Ｄ，４１Ｅと、下辺４１Ｆから構成されている。
【００４５】また、下側矩形状コイル４２、上側矩形状コイル４１と下側矩形状コイル４２とを結線する部分４３は、従来の形状と同様である。
【００４６】この実施例においては、地上コイルの上側矩形部分の上辺を短くするために、下降部を円弧あるいは楕円の一部４１Ｂ，４１Ｃの形状としている。実際の巻線作業において巻線を折り曲げて矩形コイルにするのに、直線のみの形状よりも、円弧、楕円の一部の曲線形状を挟んで成形する方が製造上容易であり利点を有する。
【００４７】さらに、本発明の地上コイルは、上側矩形の上部水平辺の長さが短く、垂直辺の高さが、下側矩形の高さよりも小さくなっているので、特願平８−２１４４１４号公報参照に示されている地上コイルの上側矩形コイルの高さを低くする上下非対称コイルと同じ効果を有する。
【００４８】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、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４９】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５０】（Ａ）超電導磁気浮上式鉄道の地上コイルにおいて高調波磁界を局部的に増加することによって、超電導磁石に大きな影響を与えることなく、低速における車両浮上の安定性を増大させながら、誘導集電の集電電力を増やすことができる。
【００５１】（Ｂ）また、このような集電能力の向上を図ることによって、地上コイルの配置個数を減らすための配置ピッチ選択の幅を増大させることができる。
【００５２】（Ｃ）更に、超電導磁気浮上式車両の低速での浮上安定性を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１７３７８４
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１０日（１９９９．９．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９６３５
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 守 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８６６０５（Ｐ２００１−８６６０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５６５３９ |
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