磁気浮上移動システム
【課題】簡易な構成で、安定した浮上走行を可能にする。
【解決手段】強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間の磁気吸引力によって、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに浮上力が発生する。このとき、強磁性体３２Ａとの間の磁気吸引力による上下方向の正のバネ系によって、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが浮上するため、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂは安定して浮上する。車両１２が移動しているときに、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間の電磁気的作用による左右方向の正のバネ系によって、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが左右方向に案内される。
【解決手段】強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間の磁気吸引力によって、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに浮上力が発生する。このとき、強磁性体３２Ａとの間の磁気吸引力による上下方向の正のバネ系によって、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが浮上するため、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂは安定して浮上する。車両１２が移動しているときに、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間の電磁気的作用による左右方向の正のバネ系によって、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが左右方向に案内される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上移動システムに係り、特に、移動する磁場発生源の移動方向に沿って、強磁性体を配置した磁気浮上移動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電磁気的に物体を浮上走行させる手段が種々考案されている。大別すると電磁石（超電導磁石）を利用した誘導浮上システムと、電磁石と強磁性体との間の磁気吸引力を利用した磁気吸引型浮上システムとがある。
【０００３】
前者の誘導浮上システムは、磁場発生源（超電導磁石）と、地上に配置した誘導電流発生用コイルを用いて、安定して浮上走行を可能にするシステムであり、浮上・案内に伴って一切の制御が不要であることが大きな特徴である。ただし、停止時もしくは低速時には浮上力が得られないので、浮上体を支持するための車輪等の設備を必要とする。さらに、浮上走行に伴い、地上の誘導電流発生用コイルには大きな電流が流れるので、それに伴う損失が発生する。
【０００４】
他方、後者の磁気吸引型浮上システムは、浮上体に電磁石を搭載し、地上に配置した強磁性体との間の磁気吸引力を利用して浮上させる方式である（例えば、特許文献１、２）。この方式では、停止状態から完全に浮上させることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、従来の強磁性体との間の磁気吸引力を利用して浮上させる方式では、磁気吸引力が本質的に安定系ではないため、電磁石に流す電流を正確に制御する複雑な制御機構が必要となる、また浮上時の空隙が非常に小さくなる、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２５３１２６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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、簡易な構成で、安定した浮上走行が可能である磁気浮上移動システム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本発明に係る磁気浮上移動システムは、移動可能な磁場発生源と、前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた強磁性体と、を含む磁気浮上移動システムであって、前記強磁性体と前記磁場発生源との間の磁気吸引力による上下方向のバネ系が正のバネ定数となるように、前記強磁性体と前記磁場発生源とを配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る磁気浮上移動システムによれば、強磁性体と前記磁場発生源との間の磁気吸引力による上下方向のバネ系によって、移動可能な磁場発生源が浮上する。
【００１０】
このように、強磁性体と磁場発生源との間の磁気吸引力により磁場発生源を安定して浮上させるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる。
【００１１】
本発明に係る磁気浮上移動システムによれば、磁場発生源と強磁性体との間に作用する力による、磁場発生源の移動方向と交差する水平方向の負のバネ系が、総合的に正のバネ定数となるように、磁場発生源の移動方向に沿って設けられた水平案内機構を更に含むようにすることができる。これによって、移動方向と交差する方向に安定して磁場発生源が移動することができる。
【００１２】
上記の水平案内機構を、磁場発生源との間に電磁気的作用による、磁場発生源の移動方向と交差する水平方向のバネ系が、正のバネ定数となるように、磁場発生源の移動方向に沿って設けられた地上コイル群とすることができる。
【００１３】
上記の地上コイル群を、ヌルフラックス接続された複数の地上コイルを、磁場発生源の移動方向に沿って複数組配置したものとすることができる。
【００１４】
また、上記の地上コイル群を、強磁性体に沿って、強磁性体より水平方向の一方の片側に設けられた第１地上コイルと、強磁性体より水平方向の他方の片側に設けられた第２地上コイルとをヌルフラックス接続し、かつ、対向させたものを１組として、移動方向に複数組配置したものとし、磁場発生源を、移動軌跡が強磁性体及び地上コイル群を挟むように対向させて配置した第１磁場発生源及び第２磁場発生源で構成するようにすることができる。
【００１５】
また、上記の第１磁場発生源及び第２磁場発生源で磁場発生源を構成した磁気浮上移動システムにおいて、強磁性体の水平方向の位置を、第１磁場発生源と第２磁場発生源との間の中心とし、強磁性体の上下方向の位置を、第１磁場発生源及び第２磁場発生源で囲まれる上下方向の範囲を含む範囲とすることができる。
【００１６】
上記の地上コイル群には、電流供給装置から電流が供給されるようにすることができる。これによって、地上コイル群によって磁場発生源を駆動することができる。
【００１７】
上記の磁気浮上移動システムは、磁場発生源を、磁場発生源の移動方向と交差する水平方向に案内する水平案内補助機構を更に含むようにすることができる。
【００１８】
また、上記の磁場発生源を、超電導磁石とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の磁気浮上移動システムによれば、強磁性体と磁場発生源との間の磁気吸引力により磁場発生源をエネルギーの消費を伴うことなく、また制御を必要とすることなく安定して浮上させるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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移動システムのコイルの配置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コイルの配置を示す斜視図である。
【図４】超電導コイルの上下方向の変位と、浮上力との関係を示すグラフである。
【図５】超電導コイルの左右方向の変位と、左右方向の力との関係を示すグラフである。
【図６】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コイルの配置を示す模式図である。
【図７】本発明の第２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８】本発明の第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す断面図である。
【図９】超電導コイルの左右方向の変位と、左右方向の力との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す斜視図である。
【図１３】超電導コイルの上下方向の変位と、浮上力との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す斜視図である。
【図１６】超電導コイルの上下方向の変位と、上下方向の力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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、軌道１４とから構成されている。
【００２３】
車両１２の台車に相当する下部下面から下方向に突出するように複数の超電導磁石が設けられており、複数の超電導磁石は、それぞれ、低温容器１６Ａ〜１６Ｄの中に超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄを収納して構成されている。車両１２に設けられた超電動磁石は、移動可能な磁場発生源に対応している。
【００２４】
車両１２の台車片側に設けられた２つの超電導コイル１８Ａ、１８Ｂは、１組となって、左右に対向するように配置されている。また、車両１２のもう一方の台車片側に設けられた２つの超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄは、１組となって、左右に対向するように配置されている。例えば、１組の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとして、５００ｋＡの同極の超電導コイルを用い、１組の超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄとして、同様に、５００ｋＡの同極の超電導コイルを用いる。
【００２５】
また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの移動軌跡の間に挟まれるように、かつ、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと同じように左右に対向するように、ヌルフラックス接続された２個１組の案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂが、複数組設けられ、車両１２の走行方向に沿って配列されている。また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの移動軌跡の間に挟まれるように、かつ、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄと同じように左右に対向するように、ヌルフラックス接続された２個１組の案内用地上コイル３０Ｃ、３０Ｄが、複数組設けられ、車両１２の走行方向に沿って配列されている。なお、複数組の案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂ、及び複数組の案内用地上コイル３０Ｃ、３０Ｄが、地上コイル群に対応している。
【００２６】
また、軌道１４の表面から突出して、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの間に、すなわち、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの移動軌跡の間に挟まれるように、例えば鉄で形成される強磁性体３２Ａが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００２７】
同様に、軌道１４の表面から突出して、案内用地上コイル３０Ｃ、３０Ｄの間に、すなわち、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの移動軌跡の間に挟まれるように、強磁性体３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００２８】
車両１２の台車片側ともう一方の片側では、構成が同様であるため、以下、車両１２の台車片側の構成について説明する。
【００２９】
上記の構成により、図２、図３に示すように、強磁性体３２Ａによって生じる磁気吸引力が超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間で磁気吸引力による正のバネ系を形成する領域に、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを配置する。例えば、強磁性体３２Ａが、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに囲まれる上下方向の範囲内に配置されている。これによって、図４に示すように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が基準位置から下方向に変位するほど、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力（変位方向と反対の方向の磁気吸引力）が大きくなる。なお、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間で磁気吸引力による正のバネ系を形成すればよく、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに囲まれる上下方向の範囲外（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂより上側、または超電導コイル１８Ａ、１８Ｂより下側）に、強磁性体３２Ａが位置していてもよい。
【００３０】
また、超電導コイル１８Ａ,１８Ｂによって生じる移動磁界がヌルフラックス接続された案内用地上コイル３０Ａ,３０Ｂに作用して、移動方向と直交する左右方向に正の案内バネが発生する。他方、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間に働く左右方向の吸引力は、負のバネ特性を有しており左右方向に不安定であるが、案内用地上コイル３０Ａ,３０Ｂに作用する正のバネ定数を十分に確保することにより、総合的に正のバネ特性を得ることが可能となる。
【００３１】
図５は、解析結果の一例を示しており、高速で走行中の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が左右方向に変位するほど、超電導コイル１８Ａ,１８Ｂを中心位置に戻す力が強くなる。
【００３２】
なお、本実施の形態に係る磁気浮上移動システム１０は、案内用地上コイル３０Ａ〜３０Ｄに外部の電流供給装置（図示省略）から電流を供給することによって、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄに推進力を与えるシステムとして構成されている。
【００３３】
次に、第１の実施の形態に係る磁気浮上移動システム１０の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂ、及び強磁性体３２の配置について、図６の模式図を用いて説明する。
【００３４】
走行方向（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの長手方向）に沿って配列された複数の超電導コイル１８Ａ及び複数の超電導コイル１８Ｂが、車両１２の走行方向に沿って移動する。ヌルフラックス接続された左右２つの案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂが、走行方向に沿って複数ペア配置されている。強磁性体３２が、走行方向に沿って連続する連続体として配置されている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを浮上させると共に、案内する原理について説明する。
【００３６】
まず、超電導磁石を代表とする磁場発生源と強磁性体との間に生じる磁気吸引力を利用する。磁場発生源と強磁性体との間に生じる磁気吸引力を利用するだけの構成では、不安定系であり、上下左右全体に安定した浮上案内特性は得られないのは周知のとおりである。ただし、磁場発生源と強磁性体との位置関係の設定により、上下支持系に限って安定系を確保する領域を得ることは可能である。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、地上側に配置した強磁性体３２Ａと超電動コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に作用する磁気吸引力で安定バネを形成する領域で、当該磁気吸引力を浮上力として用いるように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２Ａとを配置する。
【００３８】
また、磁場発生源と強磁性体との組み合わせに対し、磁場発生源と強磁性体との間の左右方向の不安定性に勝るように、誘導電流発生用コイルによる左右方向のばね系を付加すれば、合計値として左右方向に安定なばね系を実現することができ、総合的に安定な浮上案内システムを構成することができる。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間の左右方向の不安定性に対して、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂによる左右方向の安定ばね系が勝るようにするために、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間の距離を大きくとるように配置することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間の不安定性を小さくしている。
【００４０】
一般的には、磁場発生源と強磁性体との距離を大きくすると急激に吸引力が低下するが、本実施の形態では、磁場発生源に強力な超電導磁石を採用することにより、強力な吸引力を維持することが可能な構成とした。
【００４１】
上記図１に示すように、磁気浮上移動システム１０では、例えば横に回転する車輪を用いて構成される退避可能な補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄを、低温容器１６Ａ〜１６Ｄの下面に設けており、車両１２の停止時又は低速走行時には、補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄが、軌道１４の突出部に当接することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａが位置すると共に、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ｂが位置する。これによって、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄと磁性体３２Ａ、３２Ｂとの間の磁気吸引力が、左右方向に安定する。
【００４２】
このとき、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄの位置が、案内用地上コイル３０Ａ〜３０Ｄに誘起される電流が零となる位置（電磁気的な中性点）に設定される。超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄの位置が、この位置から左右方向に変位しない限りは、誘導電流が流れないため、案内用地上コイル３０Ａ〜３０Ｄに流れる電流を最小にすることができ、損失を低減することができる。
【００４３】
また、高速走行する時には、補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄを移動させるためのモータ（図示省略）を駆動させて、軌道１４の突出部から離間するように補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄを退避させる。これによって、高速走行時には、非接触状態の浮上案内走行が実現される。
【００４４】
次に、第１の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。なお、以下では、車両１２の台車片側（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ側）の作用と、車両１２のもう一方の台車片側（超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄ側）の作用とは同様であるため、車両１２の台車片側の作用について説明し、車両１２のもう一方の台車片側の作用については説明を省略する。
【００４５】
まず、車両１２の停止時及び低速走行時には、補助案内機構４０Ａ、４０Ｂを、軌道１４の突出部に当接させることにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａを位置させる。すわなち、車両１２が、左右方向に案内される。また、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に磁気吸引力が働き、上下方向に関しては正のばね系を形成することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが安定して浮上する。すなわち、車両１２が安定して浮上する。
【００４６】
また、車両１２の高速走行時には、補助案内機構４０Ａ、４０Ｂが、軌道１４の突出部から離間するように退避される。
【００４７】
ここで、例えば、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心が、左右の案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの中性点より、案内用地上コイル３０Ｂ側にずれると、案内用地上コイル３０Ｂの誘導起電力が、案内用地上コイル３０Ａの誘導起電力に優り、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂに誘導電流が流れる。案内用地上コイル３０Ｂには超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束を打ち消す極性の磁界が、また案内用地上コイル３０Ａにはこれと反対の磁界が発生し、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心を案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの中性点に一致させようとする左右方向の力が働く。
【００４８】
また、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心が案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの左右の中性点と一致している時は、ヌルフラックス接続された案内用地上コイル３０Ａと案内用地上コイル３０Ｂとの起電力が相殺され、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂには誘導電流が流れない。
【００４９】
このように、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが左右方向に安定して案内され、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心が、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの中性点を中心に左右に変動するため、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂに流れる電流が最小になる。
【００５０】
また、車両１２の高速走行時にも、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に磁気吸引力が働き、上下方向に関しては正のばね系を形成することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが安定して浮上する。すなわち、車両１２が安定して浮上走行を行う。
【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、強磁性体と超電導コイルとの間の磁気吸引力により、超電導コイルを安定して浮上させるため、停止状態から高速走行状態の全領域において、安定した浮上特性を確保でき、上下方向の補助支持機構が不要となるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる。
【００５２】
また、超電導コイルと案内用地上コイルとの間に、電磁気的作用による左右の正のバネ系を形成するため、左右方向に安定して超電導コイルが案内される。このように、強磁性体と超電導コイルとの間の磁気吸引力、及び案内用地上コイルと超電導コイルとの間の電磁気的作用により、超電導コイルを安定して浮上及び案内させるため、簡易な構成で、総合的に安定した高速走行が可能となる。
【００５３】
また、浮上系のための地上コイルが不要な上、車両が中心位置を走行する限りは、案内用地上コイルに流れる電流は零となるため、案内用地上コイルに流れる誘導電流を減少させることができ、損失を低減することができる。
【００５４】
また、車両が停止状態もしくは低速での移動状態において、機械的な左右補助支持機構を利用して左右方向の位置を強制的に設定することができ、高速走行時には、補助支持機構を開放させて完全に非接触で浮上案内走行させることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
第２の実施の形態では、案内用地上コイルを用いていない点と、走行時にも補助案内機構を用いている点とが、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００５７】
図７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２１０では、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの移動軌跡の間に挟まれるように、強磁性体３２Ａが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。同様に、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの移動軌跡の間に挟まれるように、強磁性体３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００５８】
車両１２の台車片側ともう一方の片側では、構成が同様であるため、以下、車両１２の台車片側（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ側）の構成について説明する。
【００５９】
上記の構成により、図８に示すように、強磁性体３２Ａによって生じる磁気吸引力が超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間で磁気吸引力による正のバネ系が形成される領域に、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが配置される。これによって、上記図４に示すように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が基準位置から下がるほど、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力が大きくなる。
【００６０】
また、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２Ａとの間に生じる磁気吸引力を利用するだけの構成では、図７に示すように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が基準位置から左右方向に変位するほど、変位方向への磁気吸引力が大きくなる不安定系であり、安定した案内特性が得られない。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、上記図７に示すように、磁気浮上移動システム２１０において、例えば横に回転する車輪からなる補助案内機構２４０Ａ、２４０Ｂを、車両１２の台車に相当する下部下面に設けている。補助案内機構２４０Ａ、２４０Ｂが、軌道１４の突出部に当接することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａが位置すると共に、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ｂが位置する。これによって、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄと磁性体３２Ａ、３２Ｂとの磁気吸引力が、左右方向に安定する。
【００６２】
次に、第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システム２１０の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ、及び強磁性体３２の配置について、図１０の模式図を用いて説明する。
【００６３】
走行方向（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの長手方向）に沿って配列された複数の超電導コイル１８Ａ及び複数の超電導コイル１８Ｂが、車両１２の走行方向に沿って移動する。強磁性体３２が、走行方向に沿って連続する連続体として配置されている。
【００６４】
次に、第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システム２１０の作用について説明する。なお、車両１２の台車片側（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ側）ともう一方の片側（超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄ側）では、作用が同様であるため、以下、車両１２の台車片側の作用について説明する。
【００６５】
車両１２の停止時及び走行時において、補助案内機構２４０Ａ、２４０Ｂを、軌道１４の突出部に当接させることにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａを位置させる。すわなち、車両１２が、左右方向に案内される。
【００６６】
また、車両１２の停止時及び走行時において、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に磁気吸引力が働き、上下方向に正のばね系を形成することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが安定して浮上する。すなわち、車両１２が安定して浮上走行する。
【００６７】
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、強磁性体と超電導コイルとの間の磁気吸引力により、超電導コイルを安定して浮上させるため、停止状態から走行状態の全領域において、安定した浮上特性を確保でき、上下方向の補助支持機構が不要となるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる。
【００６８】
また、車両が停止状態及び移動状態において、機械的な左右補助支持機構を利用して左右方向の位置を強制的に設定するため、左右方向に安定して超電導コイルが案内される。
【００６９】
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。
【００７０】
第３の実施の形態では、磁場発生源である超電導コイルと強磁性体との配置が、第１の実施の形態と異なっている。
【００７１】
第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムでは、車両１２の台車片側において、下部下面から下方向に突出するように設けられた複数の超電導磁石が、図１１に示すように、２つの超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂを１組として上下に対向するように配置されて構成されている。超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂは、低温容器３１６Ａ、３１６Ｂの中に収納されている。なお、車両１２のもう一方の台車片側も、同様の構成である。以下、車両１２の台車片側の構成について説明し、もう一方の台車片側の構成については説明を省略する。
【００７２】
また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂの移動軌跡を挟むように、２つの強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００７３】
上記の構成により、図１２に示すように、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂによって生じる磁気吸引力が超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂに作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂと超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂとの間で上下方向に関して磁気吸引力による正のバネ系が形成される領域に、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂが配置される。例えば、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂが、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂに囲まれる上下方向の範囲内であって、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂによって囲まれる範囲を左右から挟むように、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂが配置される。これによって、図１３に示すように、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂの位置が基準位置から下方向に変位するほど、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力が大きくなる。なお、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂと超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂとの間で上下方向に関して磁気吸引力による正のバネ系を形成すればよく、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂによって囲まれる上下方向の範囲外（例えば、超電導コイル３１８Ａより上側又は超電導コイル３１８Ｂより下側）に、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂが位置していてもよい。
【００７４】
なお、第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７５】
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。
【００７６】
第４の実施の形態では、磁場発生源である超電導コイルと強磁性体との配置が、第１の実施の形態と異なっている。
【００７７】
第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムでは、車両１２の台車片側において、下部下面から下方向に突出するように設けられた超電導磁石が、図１４に示すように、軸方向を上下方向とするように配置された超電導コイル４１８で構成されている。超電導コイル４１８は、低温容器４１６の中に収納されている。なお、車両１２のもう一方の台車片側も、同様の構成である。以下、車両１２の台車片側の構成について説明し、もう一方の台車片側の構成については説明を省略する。
【００７８】
また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル４１８の移動軌跡を挟むように、２つの強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００７９】
上記の構成により、図１５に示すように、強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂによって生じる磁気吸引力が超電導コイル４１８に作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂと超電導コイル４１８との間で上下方向に関して磁気吸引力による正のバネ系が形成される領域に、超電導コイル４１８が配置される。例えば、強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂが、超電導コイル４１８の上下方向の位置と対応する上下方向の位置であって、超電導コイル４１８を左右から挟むように、超電導コイル４１８Ａ、４１８Ｂが配置される。これによって、図１６に示すように、超電導コイル４１８の位置が基準位置から下方向に変位するほど、超電導コイル４１８Ａ、４１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力が大きくなる領域が存在する。
【００８０】
なお、第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８１】
なお、上記の第１の実施の形態〜第４の実施の形態では、案内用地上コイルに電流を供給して、車両に設けられた超電導コイルに推進力を加えて駆動する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、推進用地上コイルを別途設け、推進用地上コイルにより車両を駆動するようにしてもよい。
【００８２】
また、磁場発生源として、超電導磁石を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の種類の磁場発生源を用いて構成してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 磁気浮上移動システム
１２ 車両
１４ 軌道
１６ 低温容器
１８ 超電導コイル
３０Ａ、３０Ｂ 案内用地上コイル
３２ 強磁性体
２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ 案内用地上コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上移動システムに係り、特に、移動する磁場発生源の移動方向に沿って、強磁性体を配置した磁気浮上移動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電磁気的に物体を浮上走行させる手段が種々考案されている。大別すると電磁石（超電導磁石）を利用した誘導浮上システムと、電磁石と強磁性体との間の磁気吸引力を利用した磁気吸引型浮上システムとがある。
【０００３】
前者の誘導浮上システムは、磁場発生源（超電導磁石）と、地上に配置した誘導電流発生用コイルを用いて、安定して浮上走行を可能にするシステムであり、浮上・案内に伴って一切の制御が不要であることが大きな特徴である。ただし、停止時もしくは低速時には浮上力が得られないので、浮上体を支持するための車輪等の設備を必要とする。さらに、浮上走行に伴い、地上の誘導電流発生用コイルには大きな電流が流れるので、それに伴う損失が発生する。
【０００４】
他方、後者の磁気吸引型浮上システムは、浮上体に電磁石を搭載し、地上に配置した強磁性体との間の磁気吸引力を利用して浮上させる方式である（例えば、特許文献１、２）。この方式では、停止状態から完全に浮上させることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、従来の強磁性体との間の磁気吸引力を利用して浮上させる方式では、磁気吸引力が本質的に安定系ではないため、電磁石に流す電流を正確に制御する複雑な制御機構が必要となる、また浮上時の空隙が非常に小さくなる、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２５３１２６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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、簡易な構成で、安定した浮上走行が可能である磁気浮上移動システム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本発明に係る磁気浮上移動システムは、移動可能な磁場発生源と、前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた強磁性体と、を含む磁気浮上移動システムであって、前記強磁性体と前記磁場発生源との間の磁気吸引力による上下方向のバネ系が正のバネ定数となるように、前記強磁性体と前記磁場発生源とを配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る磁気浮上移動システムによれば、強磁性体と前記磁場発生源との間の磁気吸引力による上下方向のバネ系によって、移動可能な磁場発生源が浮上する。
【００１０】
このように、強磁性体と磁場発生源との間の磁気吸引力により磁場発生源を安定して浮上させるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる。
【００１１】
本発明に係る磁気浮上移動システムによれば、磁場発生源と強磁性体との間に作用する力による、磁場発生源の移動方向と交差する水平方向の負のバネ系が、総合的に正のバネ定数となるように、磁場発生源の移動方向に沿って設けられた水平案内機構を更に含むようにすることができる。これによって、移動方向と交差する方向に安定して磁場発生源が移動することができる。
【００１２】
上記の水平案内機構を、磁場発生源との間に電磁気的作用による、磁場発生源の移動方向と交差する水平方向のバネ系が、正のバネ定数となるように、磁場発生源の移動方向に沿って設けられた地上コイル群とすることができる。
【００１３】
上記の地上コイル群を、ヌルフラックス接続された複数の地上コイルを、磁場発生源の移動方向に沿って複数組配置したものとすることができる。
【００１４】
また、上記の地上コイル群を、強磁性体に沿って、強磁性体より水平方向の一方の片側に設けられた第１地上コイルと、強磁性体より水平方向の他方の片側に設けられた第２地上コイルとをヌルフラックス接続し、かつ、対向させたものを１組として、移動方向に複数組配置したものとし、磁場発生源を、移動軌跡が強磁性体及び地上コイル群を挟むように対向させて配置した第１磁場発生源及び第２磁場発生源で構成するようにすることができる。
【００１５】
また、上記の第１磁場発生源及び第２磁場発生源で磁場発生源を構成した磁気浮上移動システムにおいて、強磁性体の水平方向の位置を、第１磁場発生源と第２磁場発生源との間の中心とし、強磁性体の上下方向の位置を、第１磁場発生源及び第２磁場発生源で囲まれる上下方向の範囲を含む範囲とすることができる。
【００１６】
上記の地上コイル群には、電流供給装置から電流が供給されるようにすることができる。これによって、地上コイル群によって磁場発生源を駆動することができる。
【００１７】
上記の磁気浮上移動システムは、磁場発生源を、磁場発生源の移動方向と交差する水平方向に案内する水平案内補助機構を更に含むようにすることができる。
【００１８】
また、上記の磁場発生源を、超電導磁石とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の磁気浮上移動システムによれば、強磁性体と磁場発生源との間の磁気吸引力により磁場発生源をエネルギーの消費を伴うことなく、また制御を必要とすることなく安定して浮上させるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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移動システムのコイルの配置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コイルの配置を示す斜視図である。
【図４】超電導コイルの上下方向の変位と、浮上力との関係を示すグラフである。
【図５】超電導コイルの左右方向の変位と、左右方向の力との関係を示すグラフである。
【図６】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コイルの配置を示す模式図である。
【図７】本発明の第２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８】本発明の第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す断面図である。
【図９】超電導コイルの左右方向の変位と、左右方向の力との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す斜視図である。
【図１３】超電導コイルの上下方向の変位と、浮上力との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムのコイルの配置を示す斜視図である。
【図１６】超電導コイルの上下方向の変位と、上下方向の力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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、軌道１４とから構成されている。
【００２３】
車両１２の台車に相当する下部下面から下方向に突出するように複数の超電導磁石が設けられており、複数の超電導磁石は、それぞれ、低温容器１６Ａ〜１６Ｄの中に超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄを収納して構成されている。車両１２に設けられた超電動磁石は、移動可能な磁場発生源に対応している。
【００２４】
車両１２の台車片側に設けられた２つの超電導コイル１８Ａ、１８Ｂは、１組となって、左右に対向するように配置されている。また、車両１２のもう一方の台車片側に設けられた２つの超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄは、１組となって、左右に対向するように配置されている。例えば、１組の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとして、５００ｋＡの同極の超電導コイルを用い、１組の超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄとして、同様に、５００ｋＡの同極の超電導コイルを用いる。
【００２５】
また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの移動軌跡の間に挟まれるように、かつ、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと同じように左右に対向するように、ヌルフラックス接続された２個１組の案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂが、複数組設けられ、車両１２の走行方向に沿って配列されている。また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの移動軌跡の間に挟まれるように、かつ、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄと同じように左右に対向するように、ヌルフラックス接続された２個１組の案内用地上コイル３０Ｃ、３０Ｄが、複数組設けられ、車両１２の走行方向に沿って配列されている。なお、複数組の案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂ、及び複数組の案内用地上コイル３０Ｃ、３０Ｄが、地上コイル群に対応している。
【００２６】
また、軌道１４の表面から突出して、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの間に、すなわち、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの移動軌跡の間に挟まれるように、例えば鉄で形成される強磁性体３２Ａが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００２７】
同様に、軌道１４の表面から突出して、案内用地上コイル３０Ｃ、３０Ｄの間に、すなわち、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの移動軌跡の間に挟まれるように、強磁性体３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００２８】
車両１２の台車片側ともう一方の片側では、構成が同様であるため、以下、車両１２の台車片側の構成について説明する。
【００２９】
上記の構成により、図２、図３に示すように、強磁性体３２Ａによって生じる磁気吸引力が超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間で磁気吸引力による正のバネ系を形成する領域に、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを配置する。例えば、強磁性体３２Ａが、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに囲まれる上下方向の範囲内に配置されている。これによって、図４に示すように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が基準位置から下方向に変位するほど、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力（変位方向と反対の方向の磁気吸引力）が大きくなる。なお、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間で磁気吸引力による正のバネ系を形成すればよく、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに囲まれる上下方向の範囲外（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂより上側、または超電導コイル１８Ａ、１８Ｂより下側）に、強磁性体３２Ａが位置していてもよい。
【００３０】
また、超電導コイル１８Ａ,１８Ｂによって生じる移動磁界がヌルフラックス接続された案内用地上コイル３０Ａ,３０Ｂに作用して、移動方向と直交する左右方向に正の案内バネが発生する。他方、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間に働く左右方向の吸引力は、負のバネ特性を有しており左右方向に不安定であるが、案内用地上コイル３０Ａ,３０Ｂに作用する正のバネ定数を十分に確保することにより、総合的に正のバネ特性を得ることが可能となる。
【００３１】
図５は、解析結果の一例を示しており、高速で走行中の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が左右方向に変位するほど、超電導コイル１８Ａ,１８Ｂを中心位置に戻す力が強くなる。
【００３２】
なお、本実施の形態に係る磁気浮上移動システム１０は、案内用地上コイル３０Ａ〜３０Ｄに外部の電流供給装置（図示省略）から電流を供給することによって、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄに推進力を与えるシステムとして構成されている。
【００３３】
次に、第１の実施の形態に係る磁気浮上移動システム１０の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂ、及び強磁性体３２の配置について、図６の模式図を用いて説明する。
【００３４】
走行方向（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの長手方向）に沿って配列された複数の超電導コイル１８Ａ及び複数の超電導コイル１８Ｂが、車両１２の走行方向に沿って移動する。ヌルフラックス接続された左右２つの案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂが、走行方向に沿って複数ペア配置されている。強磁性体３２が、走行方向に沿って連続する連続体として配置されている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを浮上させると共に、案内する原理について説明する。
【００３６】
まず、超電導磁石を代表とする磁場発生源と強磁性体との間に生じる磁気吸引力を利用する。磁場発生源と強磁性体との間に生じる磁気吸引力を利用するだけの構成では、不安定系であり、上下左右全体に安定した浮上案内特性は得られないのは周知のとおりである。ただし、磁場発生源と強磁性体との位置関係の設定により、上下支持系に限って安定系を確保する領域を得ることは可能である。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、地上側に配置した強磁性体３２Ａと超電動コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に作用する磁気吸引力で安定バネを形成する領域で、当該磁気吸引力を浮上力として用いるように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２Ａとを配置する。
【００３８】
また、磁場発生源と強磁性体との組み合わせに対し、磁場発生源と強磁性体との間の左右方向の不安定性に勝るように、誘導電流発生用コイルによる左右方向のばね系を付加すれば、合計値として左右方向に安定なばね系を実現することができ、総合的に安定な浮上案内システムを構成することができる。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間の左右方向の不安定性に対して、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂによる左右方向の安定ばね系が勝るようにするために、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間の距離を大きくとるように配置することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２との間の不安定性を小さくしている。
【００４０】
一般的には、磁場発生源と強磁性体との距離を大きくすると急激に吸引力が低下するが、本実施の形態では、磁場発生源に強力な超電導磁石を採用することにより、強力な吸引力を維持することが可能な構成とした。
【００４１】
上記図１に示すように、磁気浮上移動システム１０では、例えば横に回転する車輪を用いて構成される退避可能な補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄを、低温容器１６Ａ〜１６Ｄの下面に設けており、車両１２の停止時又は低速走行時には、補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄが、軌道１４の突出部に当接することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａが位置すると共に、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ｂが位置する。これによって、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄと磁性体３２Ａ、３２Ｂとの間の磁気吸引力が、左右方向に安定する。
【００４２】
このとき、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄの位置が、案内用地上コイル３０Ａ〜３０Ｄに誘起される電流が零となる位置（電磁気的な中性点）に設定される。超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄの位置が、この位置から左右方向に変位しない限りは、誘導電流が流れないため、案内用地上コイル３０Ａ〜３０Ｄに流れる電流を最小にすることができ、損失を低減することができる。
【００４３】
また、高速走行する時には、補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄを移動させるためのモータ（図示省略）を駆動させて、軌道１４の突出部から離間するように補助案内機構４０Ａ〜４０Ｄを退避させる。これによって、高速走行時には、非接触状態の浮上案内走行が実現される。
【００４４】
次に、第１の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。なお、以下では、車両１２の台車片側（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ側）の作用と、車両１２のもう一方の台車片側（超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄ側）の作用とは同様であるため、車両１２の台車片側の作用について説明し、車両１２のもう一方の台車片側の作用については説明を省略する。
【００４５】
まず、車両１２の停止時及び低速走行時には、補助案内機構４０Ａ、４０Ｂを、軌道１４の突出部に当接させることにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａを位置させる。すわなち、車両１２が、左右方向に案内される。また、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に磁気吸引力が働き、上下方向に関しては正のばね系を形成することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが安定して浮上する。すなわち、車両１２が安定して浮上する。
【００４６】
また、車両１２の高速走行時には、補助案内機構４０Ａ、４０Ｂが、軌道１４の突出部から離間するように退避される。
【００４７】
ここで、例えば、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心が、左右の案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの中性点より、案内用地上コイル３０Ｂ側にずれると、案内用地上コイル３０Ｂの誘導起電力が、案内用地上コイル３０Ａの誘導起電力に優り、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂに誘導電流が流れる。案内用地上コイル３０Ｂには超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束を打ち消す極性の磁界が、また案内用地上コイル３０Ａにはこれと反対の磁界が発生し、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心を案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの中性点に一致させようとする左右方向の力が働く。
【００４８】
また、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心が案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの左右の中性点と一致している時は、ヌルフラックス接続された案内用地上コイル３０Ａと案内用地上コイル３０Ｂとの起電力が相殺され、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂには誘導電流が流れない。
【００４９】
このように、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが左右方向に安定して案内され、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの磁束の左右の中心が、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂの中性点を中心に左右に変動するため、案内用地上コイル３０Ａ、３０Ｂに流れる電流が最小になる。
【００５０】
また、車両１２の高速走行時にも、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に磁気吸引力が働き、上下方向に関しては正のばね系を形成することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが安定して浮上する。すなわち、車両１２が安定して浮上走行を行う。
【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、強磁性体と超電導コイルとの間の磁気吸引力により、超電導コイルを安定して浮上させるため、停止状態から高速走行状態の全領域において、安定した浮上特性を確保でき、上下方向の補助支持機構が不要となるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる。
【００５２】
また、超電導コイルと案内用地上コイルとの間に、電磁気的作用による左右の正のバネ系を形成するため、左右方向に安定して超電導コイルが案内される。このように、強磁性体と超電導コイルとの間の磁気吸引力、及び案内用地上コイルと超電導コイルとの間の電磁気的作用により、超電導コイルを安定して浮上及び案内させるため、簡易な構成で、総合的に安定した高速走行が可能となる。
【００５３】
また、浮上系のための地上コイルが不要な上、車両が中心位置を走行する限りは、案内用地上コイルに流れる電流は零となるため、案内用地上コイルに流れる誘導電流を減少させることができ、損失を低減することができる。
【００５４】
また、車両が停止状態もしくは低速での移動状態において、機械的な左右補助支持機構を利用して左右方向の位置を強制的に設定することができ、高速走行時には、補助支持機構を開放させて完全に非接触で浮上案内走行させることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
第２の実施の形態では、案内用地上コイルを用いていない点と、走行時にも補助案内機構を用いている点とが、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００５７】
図７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２１０では、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの移動軌跡の間に挟まれるように、強磁性体３２Ａが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。同様に、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの移動軌跡の間に挟まれるように、強磁性体３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００５８】
車両１２の台車片側ともう一方の片側では、構成が同様であるため、以下、車両１２の台車片側（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ側）の構成について説明する。
【００５９】
上記の構成により、図８に示すように、強磁性体３２Ａによって生じる磁気吸引力が超電導コイル１８Ａ、１８Ｂに作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間で磁気吸引力による正のバネ系が形成される領域に、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが配置される。これによって、上記図４に示すように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が基準位置から下がるほど、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力が大きくなる。
【００６０】
また、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂと強磁性体３２Ａとの間に生じる磁気吸引力を利用するだけの構成では、図７に示すように、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの位置が基準位置から左右方向に変位するほど、変位方向への磁気吸引力が大きくなる不安定系であり、安定した案内特性が得られない。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、上記図７に示すように、磁気浮上移動システム２１０において、例えば横に回転する車輪からなる補助案内機構２４０Ａ、２４０Ｂを、車両１２の台車に相当する下部下面に設けている。補助案内機構２４０Ａ、２４０Ｂが、軌道１４の突出部に当接することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａが位置すると共に、超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ｂが位置する。これによって、超電導コイル１８Ａ〜１８Ｄと磁性体３２Ａ、３２Ｂとの磁気吸引力が、左右方向に安定する。
【００６２】
次に、第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システム２１０の超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ、及び強磁性体３２の配置について、図１０の模式図を用いて説明する。
【００６３】
走行方向（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの長手方向）に沿って配列された複数の超電導コイル１８Ａ及び複数の超電導コイル１８Ｂが、車両１２の走行方向に沿って移動する。強磁性体３２が、走行方向に沿って連続する連続体として配置されている。
【００６４】
次に、第２の実施の形態に係る磁気浮上移動システム２１０の作用について説明する。なお、車両１２の台車片側（超電導コイル１８Ａ、１８Ｂ側）ともう一方の片側（超電導コイル１８Ｃ、１８Ｄ側）では、作用が同様であるため、以下、車両１２の台車片側の作用について説明する。
【００６５】
車両１２の停止時及び走行時において、補助案内機構２４０Ａ、２４０Ｂを、軌道１４の突出部に当接させることにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂの間の左右方向の中心に、強磁性体３２Ａを位置させる。すわなち、車両１２が、左右方向に案内される。
【００６６】
また、車両１２の停止時及び走行時において、強磁性体３２Ａと超電導コイル１８Ａ、１８Ｂとの間に磁気吸引力が働き、上下方向に正のばね系を形成することにより、超電導コイル１８Ａ、１８Ｂが安定して浮上する。すなわち、車両１２が安定して浮上走行する。
【００６７】
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、強磁性体と超電導コイルとの間の磁気吸引力により、超電導コイルを安定して浮上させるため、停止状態から走行状態の全領域において、安定した浮上特性を確保でき、上下方向の補助支持機構が不要となるため、簡易な構成で安定した浮上走行が可能となる。
【００６８】
また、車両が停止状態及び移動状態において、機械的な左右補助支持機構を利用して左右方向の位置を強制的に設定するため、左右方向に安定して超電導コイルが案内される。
【００６９】
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。
【００７０】
第３の実施の形態では、磁場発生源である超電導コイルと強磁性体との配置が、第１の実施の形態と異なっている。
【００７１】
第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムでは、車両１２の台車片側において、下部下面から下方向に突出するように設けられた複数の超電導磁石が、図１１に示すように、２つの超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂを１組として上下に対向するように配置されて構成されている。超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂは、低温容器３１６Ａ、３１６Ｂの中に収納されている。なお、車両１２のもう一方の台車片側も、同様の構成である。以下、車両１２の台車片側の構成について説明し、もう一方の台車片側の構成については説明を省略する。
【００７２】
また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂの移動軌跡を挟むように、２つの強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００７３】
上記の構成により、図１２に示すように、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂによって生じる磁気吸引力が超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂに作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂと超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂとの間で上下方向に関して磁気吸引力による正のバネ系が形成される領域に、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂが配置される。例えば、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂが、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂに囲まれる上下方向の範囲内であって、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂによって囲まれる範囲を左右から挟むように、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂが配置される。これによって、図１３に示すように、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂの位置が基準位置から下方向に変位するほど、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力が大きくなる。なお、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂと超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂとの間で上下方向に関して磁気吸引力による正のバネ系を形成すればよく、超電導コイル３１８Ａ、３１８Ｂによって囲まれる上下方向の範囲外（例えば、超電導コイル３１８Ａより上側又は超電導コイル３１８Ｂより下側）に、強磁性体３３２Ａ、３３２Ｂが位置していてもよい。
【００７４】
なお、第３の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７５】
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。
【００７６】
第４の実施の形態では、磁場発生源である超電導コイルと強磁性体との配置が、第１の実施の形態と異なっている。
【００７７】
第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムでは、車両１２の台車片側において、下部下面から下方向に突出するように設けられた超電導磁石が、図１４に示すように、軸方向を上下方向とするように配置された超電導コイル４１８で構成されている。超電導コイル４１８は、低温容器４１６の中に収納されている。なお、車両１２のもう一方の台車片側も、同様の構成である。以下、車両１２の台車片側の構成について説明し、もう一方の台車片側の構成については説明を省略する。
【００７８】
また、軌道１４の表面から突出して、超電導コイル４１８の移動軌跡を挟むように、２つの強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂが、車両１２の走行方向に沿った連続体として、設けられている。
【００７９】
上記の構成により、図１５に示すように、強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂによって生じる磁気吸引力が超電導コイル４１８に作用して、車両１２が浮上する。ここで、強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂと超電導コイル４１８との間で上下方向に関して磁気吸引力による正のバネ系が形成される領域に、超電導コイル４１８が配置される。例えば、強磁性体４３２Ａ、４３２Ｂが、超電導コイル４１８の上下方向の位置と対応する上下方向の位置であって、超電導コイル４１８を左右から挟むように、超電導コイル４１８Ａ、４１８Ｂが配置される。これによって、図１６に示すように、超電導コイル４１８の位置が基準位置から下方向に変位するほど、超電導コイル４１８Ａ、４１８Ｂを持ち上げる磁気吸引力が大きくなる領域が存在する。
【００８０】
なお、第４の実施の形態に係る磁気浮上移動システムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８１】
なお、上記の第１の実施の形態〜第４の実施の形態では、案内用地上コイルに電流を供給して、車両に設けられた超電導コイルに推進力を加えて駆動する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、推進用地上コイルを別途設け、推進用地上コイルにより車両を駆動するようにしてもよい。
【００８２】
また、磁場発生源として、超電導磁石を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の種類の磁場発生源を用いて構成してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 磁気浮上移動システム
１２ 車両
１４ 軌道
１６ 低温容器
１８ 超電導コイル
３０Ａ、３０Ｂ 案内用地上コイル
３２ 強磁性体
２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ 案内用地上コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能な磁場発生源と、
前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた強磁性体と、
を含む磁気浮上移動システムであって、
前記強磁性体と前記磁場発生源との間の磁気吸引力による上下方向のバネ系が正のバネ定数となるように、前記強磁性体と前記磁場発生源とを配置したことを特徴とする磁気浮上移動システム。
【請求項２】
前記磁場発生源と前記強磁性体の間に作用する力による、前記磁場発生源の移動方向と交差する水平方向の負のバネ系が、総合的に正のバネ定数となるように、前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた水平案内機構を更に含む請求項１記載の磁気浮上移動システム。
【請求項３】
前記水平案内機構を、前記磁場発生源との間に電磁気的作用による、前記磁場発生源の移動方向と交差する水平方向のバネ系が、正のバネ定数となるように、前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた地上コイル群とした請求項２記載の磁気浮上移動システム。
【請求項４】
前記地上コイル群を、ヌルフラックス接続された複数の地上コイルを、前記磁場発生源の移動方向に沿って複数組配置したものとした請求項３記載の磁気浮上移動システム。
【請求項５】
前記地上コイル群を、前記強磁性体に沿って、前記強磁性体より前記水平方向の一方の片側に設けられた第１地上コイルと、前記強磁性体より前記水平方向の他方の片側に設けられた第２地上コイルとをヌルフラックス接続し、かつ、対向させたものを１組として、前記移動方向に複数組配置したものとし、
前記磁場発生源を、移動軌跡が前記強磁性体及び前記地上コイル群を挟むように対向させて配置した第１磁場発生源及び第２磁場発生源で構成した請求項４記載の磁気浮上移動システム。
【請求項６】
前記強磁性体の前記水平方向の位置を、前記第１磁場発生源と前記第２磁場発生源との間の中心とし、前記強磁性体の上下方向の位置を、前記第１磁場発生源及び前記第２磁場発生源で囲まれる上下方向の範囲を含む範囲とした請求項５記載の磁気浮上移動システム。
【請求項７】
前記地上コイル群には、電流供給装置から電流が供給される請求項３〜請求項６の何れか１項記載の磁気浮上移動システム。
【請求項８】
前記磁場発生源を、前記磁場発生源の移動方向と交差する水平方向に案内する水平案内補助機構を更に含む請求項１〜請求項７の何れか１項記載の磁気浮上移動システム。
【請求項９】
前記磁場発生源を、超電導磁石とした請求項１〜請求項８の何れか１項記載の磁気浮上移動システム。
【請求項１】
移動可能な磁場発生源と、
前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた強磁性体と、
を含む磁気浮上移動システムであって、
前記強磁性体と前記磁場発生源との間の磁気吸引力による上下方向のバネ系が正のバネ定数となるように、前記強磁性体と前記磁場発生源とを配置したことを特徴とする磁気浮上移動システム。
【請求項２】
前記磁場発生源と前記強磁性体の間に作用する力による、前記磁場発生源の移動方向と交差する水平方向の負のバネ系が、総合的に正のバネ定数となるように、前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた水平案内機構を更に含む請求項１記載の磁気浮上移動システム。
【請求項３】
前記水平案内機構を、前記磁場発生源との間に電磁気的作用による、前記磁場発生源の移動方向と交差する水平方向のバネ系が、正のバネ定数となるように、前記磁場発生源の移動方向に沿って設けられた地上コイル群とした請求項２記載の磁気浮上移動システム。
【請求項４】
前記地上コイル群を、ヌルフラックス接続された複数の地上コイルを、前記磁場発生源の移動方向に沿って複数組配置したものとした請求項３記載の磁気浮上移動システム。
【請求項５】
前記地上コイル群を、前記強磁性体に沿って、前記強磁性体より前記水平方向の一方の片側に設けられた第１地上コイルと、前記強磁性体より前記水平方向の他方の片側に設けられた第２地上コイルとをヌルフラックス接続し、かつ、対向させたものを１組として、前記移動方向に複数組配置したものとし、
前記磁場発生源を、移動軌跡が前記強磁性体及び前記地上コイル群を挟むように対向させて配置した第１磁場発生源及び第２磁場発生源で構成した請求項４記載の磁気浮上移動システム。
【請求項６】
前記強磁性体の前記水平方向の位置を、前記第１磁場発生源と前記第２磁場発生源との間の中心とし、前記強磁性体の上下方向の位置を、前記第１磁場発生源及び前記第２磁場発生源で囲まれる上下方向の範囲を含む範囲とした請求項５記載の磁気浮上移動システム。
【請求項７】
前記地上コイル群には、電流供給装置から電流が供給される請求項３〜請求項６の何れか１項記載の磁気浮上移動システム。
【請求項８】
前記磁場発生源を、前記磁場発生源の移動方向と交差する水平方向に案内する水平案内補助機構を更に含む請求項１〜請求項７の何れか１項記載の磁気浮上移動システム。
【請求項９】
前記磁場発生源を、超電導磁石とした請求項１〜請求項８の何れか１項記載の磁気浮上移動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１４７２７４（Ｐ２０１１−１４７２７４Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６１７９（Ｐ２０１０−６１７９）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【Ｆターム（参考）】
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