| 【発明の名称】 |
超電導利用浮上システム |
| 【発明者】 |
【氏名】中島 洋
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| 【要約】 |
【課題】構成が簡単で、極めて大きな浮上力の確保が可能な超電導利用浮上システムを提供する。
【解決手段】固定側にレール状の超電導線３を配置する固定側超電導チャンバ２と、前記超電導線３に対向し、閉じた誘導用超電導コイル５を内蔵する浮上側超電導ボックス４とを備え、前記超電導線３に直流電流を流し、前記誘導用超電導コイル５との作用により前記浮上側超電導ボックス４の停止状態から浮上状態まで幅広い速度領域において浮上力を得る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】（ａ）固定側にレール状の超電導線を配置する第１の超電導装置と、（ｂ）前記超電導線に対向し、閉じた誘導用超電導コイルを内蔵する第２の超電導装置とを備え、（ｃ）前記超電導線に直流電流を流し、前記誘導用超電導コイルとの作用により前記第２の超電導装置を浮上させることを特徴とする超電導利用浮上システム。
【請求項２】（ａ）固定側にリング状の超電導線を配置する第１の超電導装置と、（ｂ）前記超電導線に対向し、閉じた誘導用超電導コイルを内蔵する円盤状の第２の超電導装置とを備え、（ｃ）前記超電導線に直流電流を流し、前記誘導用超電導コイルとの作用により前記第２の超電導装置を浮上させることを特徴とする超電導利用浮上システム。
【請求項３】 請求項１又は２記載の超電導利用浮上システムにおいて、前記誘導用超電導コイルを複数個のコイルから構成し、相互を接続することにより、前記超電導線に対して上下方向の相対変位および左右方向の相対変位に対して復元力を持たせるように接続したことを特徴とする超電導利用浮上システム。
【請求項４】 請求項１又は２記載の超電導利用浮上システムにおいて、前記固定側の超電導線を偶数本で構成し、電流の向きの異なる直流電流線を組として構成することを特徴とする超電導利用浮上システム。
【請求項５】 請求項１又は２記載の超電導利用浮上システムにおいて、前記誘導用超電導コイルに予め電流を供給した上で、前記固定側の超電導線に対向させることにより、浮上特性の改善を図ることを特徴とする超電導利用浮上システム。
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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、超電導利用浮上システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】（１）従来の浮上式鉄道は、車上に超電導磁石（界磁用）を持ち、地上側に誘導用コイルを配置している。この場合には、車両が停止もしくは低速で走行するときは、誘導用コイルに発生する電流が流れないか、もしくは流れても減衰するため、期待される浮上力は発生しない。
【０００３】（２）このため、従来の考え方の浮上式鉄道の構成で地上コイルを超電導コイルで構成すれば、停止状態もしくは低速走行状態においても浮上力を確保することができる。ただし、この構成では配置するコイルのピッチに相当する磁場変動並びに浮上・案内に変動力が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来の浮上式鉄道の問題を検証するうちに、コイルの配置と接続を組み合わせることによって、より改善された超電導利用浮上システムが提供できるのではないかということから開発が進められた。
【０００５】本発明は、上記状況に鑑みて、構成が簡単で、極めて大きな浮上力の確保が可能な超電導利用浮上システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【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〕超電導利用浮上システムにおいて、固定側にレール状の超電導線を配置する第１の超電導装置と、前記超電導線に対向し、閉じた誘導用超電導コイルを内蔵する第２の超電導装置とを備え、前記超電導線に直流電流を流し、前記誘導用超電導コイルとの作用により前記第２の超電導装置を浮上させることを特徴とする。
【０００７】〔２〕超電導利用浮上システムにおいて、固定側にリング状の超電導線を配置する第１の超電導装置と、前記超電導線に対向し、閉じた誘導用超電導コイルを内蔵する円盤状の第２の超電導装置とを備え、前記超電導線に直流電流を流し、前記誘導用超電導コイルとの作用により前記第２の超電導装置を浮上させることを特徴とする。
【０００８】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導利用浮上システムにおいて、前記誘導用超電導コイルを複数個のコイルから構成し、相互を接続することにより、前記超電導線に対して上下方向の相対変位および左右方向の相対変位に対して復元力を持たせるように接続したことを特徴とする。
【０００９】〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導利用浮上システムにおいて、前記固定側の超電導線を偶数本で構成し、電流の向きの異なる直流電流線を組として構成することを特徴とする。
【００１０】〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導利用浮上システムにおいて、前記誘導用超電導コイルに予め電流を供給した上で、前記固定側の超電導線に対向させることにより、浮上特性の改善を図ることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１２】図１は本発明の第１実施例を示す超電導利用浮上システムの模式図であり、ここでは、浮上側超電導ボックスの蓋部は開けられて内部が見れるように描かれている。
【００１３】この図において、１は固定部、２はその固定部１に設けられる固定側超電導チャンバ（第１の超電導装置）、３はその超電導チャンバ２内に配置される固定側超電導線であり、この固定側超電導線３はレール状に配置されている。
【００１４】一方、そのレール状の固定側超電導線３上に跨がるように、閉じた超電導コイルが内蔵された浮上側超電導ボックス（第２の超電導装置）４が配置される。
【００１５】図２は本発明の第１実施例を示す超電導利用浮上システムの浮上側の閉じた超電導コイルの構成図であり、図２（ａ）はその浮上側の閉じた超電導コイルの平面図、図２（ｂ）はその閉じた超電導コイルと固定側超電導線との配置〔図２（ａ）のＡ−Ａ線断面〕図である。
【００１６】この図から明らかなように、超電導コイル５を構成する８字形状のコイル５Ａ，５Ｂは、８字形状のコイルのコイル素子５Ａ−１，５Ａ−２および５Ｂ−１，５Ｂ−２をそれぞれ内部でヌルフラックス接続されており、それぞれの８字形状のコイル５Ａと５Ｂは、前後に接続線６Ａ，６Ｂにより接続されている。
【００１７】このような構成であるために、浮上力は８字形状のコイル５Ａと５Ｂのコイル素子５Ａ−１と５Ｂ−１および５Ａ−２と５Ｂ−２のそれぞれの左右のコイルとレール状の固定側超電導線３間で発生する。
【００１８】レール状固定側超電導線３に対して、８字形状のコイル５Ａと５Ｂが左右方向にずれると、８字形状のコイルのコイル素子５Ａ−１，５Ａ−２および５Ｂ−１，５Ｂ−２のそれぞれの内部に電流が流れて、そのずれと反対方向に変位させる力が働く、つまり案内力が働いて自動的に正常な位置へと復元させることができる。
【００１９】図３は本発明の第１実施例を示す超電導利用浮上システムの他の超電導コイルの構成図であり、図３（ａ）はその浮上側の閉じた超電導コイルの平面図、図３（ｂ）はその閉じた超電導コイルと固定側超電導線との配置〔図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面〕図である。
【００２０】この図から明らかなように、案内専用の８字形状のコイル５Ｃと浮上専用のロ字形状のコイル５Ｄが独立して配置されている。その８字形状のコイル５Ｃは、コイル素子５Ｃ−１と５Ｃ−２からなっている。
【００２１】このような構成であるために、レール状固定側超電導線３に対して、８字形状のコイル５Ｃが左右方向にずれると、８字形状のコイル５Ｃの左右のコイル間に不平衡電流が流れて、そのずれと反対方向に変位させる力が働く、つまり案内力が働いて自動的に正常な位置へと復元させることができる。浮上力は、浮上専用のロ字形状のコイル５Ｄとレール状固定側超電導線３間で発生させる。
【００２２】そこで、図１に戻って、レール状の固定側超電導線３を超電導状態にして直流電流を流すと、強力な磁場が発生して、浮上側の閉じた超電導コイル５も超電導状態にあるために、強力な誘導電流が生じて、浮上側超電導ボックス４を浮上させることができる。また、案内力も得ることができる。
【００２３】なお、上記したコイルの配置以外にも各種の配置が可能である。
【００２４】本発明によれば、地上ならびに移動体の双方に超電導装置を配置するという設備上の不利な点はあるが、固定側の超電導線（直流電流線）は移動体の進行方向に対して変化がないため、基本的に磁場もしくは浮上・案内力の変動が発生しないシステムの構築が可能となる。
【００２５】図４は本発明の第２実施例を示す超電導利用浮上システムの模式図である。
【００２６】この図において、１１は固定部、１２はその固定部１１に設けられる固定側超電導チャンバ、１３はその超電導チャンバ１２内に配置されるリング状の超電導線、１４はその超電導チャンバ１２上に配置される厚みのある円盤状の浮上側超電導ボックス１４、１５はその円盤状の浮上側超電導ボックス１４の円周にわたって内蔵された第１実施例で示された超電導コイルである。
【００２７】この実施例は、回転体の支持（ベアリング）として有効である。その場合にも、回転体の外周方向へのずれは自動体に戻され補償される。
【００２８】特に、回転体の支持機構に関しては、固定側の超電導線（直流電流線）１３は限られた長さの超電導線で構成可能であり、設備上で大きなネックとはならない。
【００２９】また、誘導用超電導コイルに予め電流を供給した上で、固定側の超電導線１３に対向させることにより、浮上特性の改善を図ることができる。
【００３０】この超電導利用浮上システムにおいては、誘導電流が発生するコイルは超電導コイル１５であるため、浮上に伴う損失はない。
【００３１】従って、全体として相対速度零から浮上し、移動に伴っての磁場変動もしくは力の脈動がなく、損失も発生しない極めて安定した浮上システムが構築可能となる。
【００３２】なお、この超電導利用浮上システムは、特に、移動体を構成する場合には連続して超電導線を配置する必要があり、超電導を維持するための冷却も必要となるが、現在開発が進む高温超電導線を使用すれば、液体窒素温度での冷却でよいため、付加価値との関連で実用的と考えられる。
【００３３】また、上記した固定側の直流電流線を移動体側に配置し、誘導用超電導コイルを固定側に配置して構成することも可能である。
【００３４】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。
【００３５】
【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。
【００３６】（１）非接触、抵抗零、脈動力零、全速度領域が使用可能、制御不要等の特徴を持っており、従来にはない機能を確保することができる。このため、新たな概念の設備の出現の可能性も含めて応用範囲は広い。
【００３７】（２）最も単純な設備として、大型ベアリングがある。完全磁気浮上のベアリングとしては、バルク超電導体と永久磁石を使用した浮上原理を応用した設備が開発され、応用範囲が広がろうとしている。バルクによるシステムでは、バルクの大きさに伴う制約があり、浮上力にも限界があるが、本発明によれば、原理的にはこのバルク超電導体と永久磁石の組み合わせによる浮上システムと共通しているが、バルクではなく超電導コイルを使用し、且つその浮上原理に超電導磁気浮上式鉄道で実績のある誘導浮上システムの原理を導入していることに大きな特徴がある。すなわち、単純に超電導コイルを組み合わせただけでは、安定した浮上・案内特性は得られないが、コイルの配置と接続を組み合わせることによって可能となったものである。且つ、磁気浮上式鉄道で実証されているように、極めて大きな浮上力の確保が可能である。
【００３８】（３）このような大型ベアリングの用途の一つとして、大型のフライホイール支持が考えられる。すなわち、最近重要な課題となっているエネルギー貯蔵の手段として大型のフライホイールが可能性として議論されるが、こうした分野への適用が最も代表的である。
【００３９】（４）回転円盤とは限らず、長手方向に移動するシステムにおいてもその特性を発揮できる。結果的には、十分な空隙を確保し、完全非接触で変動のない浮上システムが構成可能である。重量物の搬送、短距離輸送機関等に採用することによって、保守の簡便な輸送システムが構成できる。
【００４０】（５）特に、輸送システムにおいては、車上には従来必要であった低速時用の車輪は不要であり、且つ、浮上に伴う制御は一切不要、液体窒素温度領域にさえ維持すればすべての機能が確保できる。
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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１２年５月３０日（２０００．５．３０） |
| 【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２００１−３３９８１１（Ｐ２００１−３３９８１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月７日（２００１．１２．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１５９２７５（Ｐ２０００−１５９２７５） |
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