JP4334774B2 - リニアモーターカーの駆動推進制御システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモーターカーの駆動推進制御システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、地上一次式の超電導リニアモーターカーの駆動推進システムとしては、以下に示すようなものがあった。
【0003】
図6はかかる従来の超電導リニアモーターカーの駆動推進システムの概略構成図である。
【0004】
この図において、1は超電導リニアモーターカー、2はその超電導リニアモーターカー1に搭載される超電導磁石、3はその超電導磁石に接続される冷凍機と圧縮器、4は超電導リニアモーターカー1に搭載される集電コイル、5はその集電コイル4に接続される発電用電力変換器、6はガスタービン式発電用エンジン、7は発電機、8はバッテリーである。
【0005】
一方、地上側には、電力・周波数変換器11、区分開閉器12、電磁コイル13が配置されている。
【0006】
このように、地上側に駆動推進用の電磁コイル13を設け、この電磁コイル13に給電と制御を行う電力・周波数変換器11を設け、一方、車両側に超電導磁石2を設け、車両側の消費電力の確保は集電コイル4を介して行うようにしていた。すなわち、車両側と地上側との電力の授受についてスリップレールを介する駆動推進システムが無かった。また、この逆の構成も無かった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した地上一次式超電導リニアモーターカーの駆動推進システムでは、地上側に多数の電力周波数変換器と、区分開閉器を延々と配置し、車両側には超電導磁石を設ける必要があるため、そのシステムが大型化し、コストの面でも省エネルギーの面でも難があった。
【0008】
本発明は、上記問題点を除去し、リニアモーターカーの駆動推進制御システムの大幅な小型軽量化と低コスト化を図ることができるリニアモーターカーの駆動推進制御システムを提供することを目的とする。
【0009】
【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〕リニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、地上側に車両駆動推進用電磁コイルを、車両側に永久磁石をそれぞれ設け、地上側の第1のスリップレールから車両側の第1の集電・摺動接触装置を介して直流電力を受電し、この受電した直流電力を電力変換器により単相または3相交流電力に変換し、この変換された単相または3相交流電力を車両側の第2の集電・摺動接触装置を介して地上側の第2のスリップレールに給電し、前記車両駆動推進用電磁コイルは移動方向に対して線形状に配置し、この各電磁コイルは前記第2のスリップレールに梯子状に並列に結線し、単相においては、隣り合う電磁コイルの極性は交互に異なる巻線方向の接続とし、3相においては、U相,V相,W相の順に連なる電磁コイルを配置し、前記永久磁石は隣り合う極性が交互に異なる向きで前記電磁コイルと対向する位置に配置し、前記電磁コイルの両側には短絡環状の誘導コイルを線形状に配置したモノレールとし、これら地上側の各コイルの複数個と各スリップレールを1組のコイルユニットとし、この1組のコイルユニットはモノレール状のベースに対し一体的に取り付け、前記ベースを地上側に連続的に敷設することを特徴とする。
【0010】
〔2〕上記〔1〕記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、前記第1および第2の集電・摺動接触装置は編成列車当たり所定距離を隔てて編成の前後に2組以上配置することを特徴とする。
【0011】
〔3〕上記〔1〕記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、前記集電・摺動接触装置とスリップレールとの接触は、板状で剛体のスリップレールに対し摺動集電体を両面から押し当てて挟み込まれる方式とすることを特徴とする。
【0012】
〔4〕上記〔1〕記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、前記永久磁石の配列としてハルバッハ配列を用いることを特徴とする。
【0013】
〔5〕上記〔1〕記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、停止時あるいは低速移動時の車両の支持と案内は車輪で行い、高速移動時の車両の支持と案内は地上側の誘導コイルで非接触に行い、駆動推進の制御は車両側を介して行うことを特徴とする。
【0014】
【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。
【0015】
図1は本発明の実施例を示すリニアモーターカーの駆動推進制御システムの概略構成図である。なお、図1では浮上及び案内機構については省略されている。
【0016】
この図に示すように、101はリニアモーターカー(車両)であり、このリニアモーターカー101には、電力変換器102が設けられ、この電力変換器102は受電される直流電力を単相又は3相交流電力に変換する。ここで、車両側には、地上側の給電用のスリップレール201,202と接続される第1の集電・摺動接触装置103,104、車両走行制御装置105A、磁気・位置検出器105B、永久磁石106、電力変換器102を有し、電力変換器102の出力側には、単相又は3相交流電力線、地上側の車両駆動推進用スリップレール(単相の場合には、301,302)、(3相の場合には、301,302,303)に接続される第2の集電・摺動接触装置(単相の場合には、107,108)(3相の場合には、107,108,109)が設けられている。
【0017】
すなわち、地上側には、給電用のスリップレール201,202の他に、車両駆動推進用スリップレール301,302(3相の場合には、301,302,303)が敷設され、この車両駆動推進用スリップレール301,302(3相の場合には、301,302,303)には梯子状に並列に結線される駆動推進用電磁コイル(シンクロナスモータの固定子と均等)305が設けられる。地上側には、区分絶縁端子304が配置される。
【0018】
また、第1及び第2の集電・摺動接触装置は、車両側の所定距離Lをおいて、編成の前後2箇所以上で集電を行い、並列接続により、給電電圧の低下を防止するとともに、いずれか一方の集電・摺動接触装置が損傷しても、もう一方の集電・摺動接触装置によってバックアップできるように構成されている。
【0019】
また、第2の集電子107,108,109の場合は、2箇所の間にある地上側コイルに対し、電力を集中的に供給できる配置である。
【0020】
更に、磁気・位置検出器105Bは、例えば、ホール素子を用いた磁気センサからなり、電磁コイルの磁界の極性を検知するとともに、区分絶縁端子304を基準として、その磁界の極性の検知数をカウントすることにより、区分絶縁端子304を基準とした車両の走行距離を検出することができる。
【0021】
また、第1の集電・摺動接触装置103,104からの受電により得られた電力は、車両101内の負荷に給電することができる。
【0022】
図2は本発明の実施例を示すリニアモーターカーの駆動推進制御システムのスリップレールと集電・摺動接触装置の模式図である。
【0023】
この図において、400はスリップレールの地上側固定部であり、路盤側に取り付けられる取り付けネジ401、碍子(絶縁体)本体部402を有し、その碍子(絶縁体)本体部402には外方に開口する空洞部403が形成され、その空洞部403の内壁に衝撃吸収カバー404を介してコ字形状の板状で剛体からなるスリップレール201,202,301,302(3相の場合には、301,302,303)が設けられている。このスリップレール201,202,301,302(3相の場合には、301,302,303)に第1および第2の集電・摺動接触装置103,104,107,108(3相の場合には、107,108,109)が接触する。この集電・摺動接触装置103,104,107,108(3相の場合には、107,108,109)は、外方に開いた2股形状の摺動接触部材本体110の先端に設けられる接触子111と前記2股形状の摺動接触部材本体110を外側にバイアスするように設けられるバネ部材112を備える。つまり、板状で剛体からなるスリップレール201,202,301,302(3相の場合には、301,302,303)に対し2股形状の摺動接触部材本体110が両面から押し当てて挟み込まれる方式としている。
【0024】
このように構成することにより、第1及び第2の集電・摺動接触装置103,104,107,108(3相の場合には、107,108,109)は空洞部403内のコ字形状のスリップレール201,202,301,302(3相の場合には、301,302,303)に対して2股形状の摺動接触部材本体110に保持された接触子111により、振動条件下においても、2点以上の接触を行わせることができるとともに、バネ部材112により高い接触圧で接触させることができ、衝撃吸収カバー404によって走行中の離線現象をより低減させることができる。
【0025】
図3は本発明の実施例を示すリニアモーターカーの軌道の構造及び車体の模式図である。
【0026】
501は路盤、601はその路盤501上に配置されるコイル一体形モノレールであり、このコイル一体形モノレール601は、給電用母線603を内封するモノレール枕602上に設置される。モノレール枕602には、スリップレール201,202,301,302(3相の場合には、301,302,303)が設けられている。コイル一体形モノレール601の上方には浮上・案内コイル604とその上方の中央部に駆動推進用電磁コイル(3相シンクロナスモータの固定子と均等)305を配置する。
【0027】
一方、車両101は、コイル一体形モノレール601を跨ぐような形状をなし、中央の内底部に永久磁石(浮上・推進用コイル)106を配置する。
【0028】
図4は本発明の他の実施例を示すリニアモーターカーの駆動推進制御システムの概略構成図である。なお、図3と同じ部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【0029】
この実施例においては、第1実施例におけるスリップレール201,202における集電方式の変更はないが、スリップレール301,302(3相の場合には、301,302,303)における集電を集電車輪方式とした点が相違する。
【0030】
すなわち、車両101の脚部に集電車輪801を設け、路盤501に配置される車輪用集電レール802,803に接触させて給電を行うようにしたものであり、例えば、スリップレール302や303をそれに置き替えることができる。
【0031】
この場合、車体101が浮上中も、集電車輪801は転がり車輪用集電レール802,803と接触する方法である。
【0032】
図5は本発明の実施例を示すリニアモーターカーの浮上と案内機能を有するハルバッハ配列のコイル構成を示す図である。
【0033】
この図において、車両側に上部が庇状部分を有する永久磁石106を配置し、図に示すように、浮上・案内コイル604を励磁する。その庇状部分の下方に対応するように、軌道側に浮上・案内コイル604を配置する。
【0034】
このように構成することにより、軌道側の浮上・案内コイル604と車両側の永久磁石106の作用により、車両を浮上・案内することができる。
【0035】
なお、このハルバッハ配列の浮上方式は、日経サイエンス2000年4月号、94〜99頁に記載されている。
【0036】
また、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。
【0037】
【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。
【0038】
(1)リニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、路盤側の基礎構造物や側壁や電力変電所設備の簡素化と小容量化と低コスト化を図ることができる。
【0039】
(2)クエンチのない永久磁石を用いた浮上高さの大きい浮上式駆動推進制御システムを実現することができるため、クエンチ等の異常時において高速域から車両が着地することを防ぐことができる。
【0040】
(3)シンプルで、コイル配置が少なく、エネルギー効率の高いリニアモータ用駆動推進システムを実現することができる。
【0041】
(4)モノレールベースに取付精度を要するコイルを一体化させたことにより、リニアモーターの工場生産が可能になり、高価で高精度な現場作業量を簡略化できるので、工事方法の簡略化と、コストの大幅な低減が可能になる。
【0042】
(5)実績ある新幹線等の従来電車技術でシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すリニアモーターカーの駆動推進制御システムの概略構成図である。
【図2】本発明の実施例を示すリニアモーターカーの駆動推進制御システムのスリップレールと集電・摺動接触装置の模式図である。
【図3】本発明の実施例を示すリニアモーターカーの軌道の構造及び車体の模式図である。
【図4】本発明の他の実施例を示すリニアモーターカーの駆動推進制御システムの概略構成図である。
【図5】本発明の実施例を示すリニアモーターカーのハルバッハ配列のコイル構成を示す図である。
【図6】従来の超電導リニアモーターカーの駆動推進システムの概略構成図である。
【符号の説明】
101 リニアモーターカー(車両)
102 電力変換器
103,104 第1の集電・摺動接触装置
105A 車両走行制御装置
105B 磁気・位置検出器
106 永久磁石
107,108,109 第2の集電・摺動接触装置
110 2股形状の摺動接触部材本体
111 接触子
112 バネ部材
201,202 給電用のスリップレール
301,302,303 車両駆動推進用スリップレール
304 区分絶縁端子
305 駆動推進用電磁コイル
400 スリップレールの固定部
401 取り付けネジ
402 碍子(絶縁体)本体部
403 空洞部
404 衝撃吸収カバー
501 路盤
601 コイル一体形モノレール
602 モノレール枕
603 給電用母線
604 浮上・案内コイル
801 集電車輪
802,803 車輪用集電レール
Claims (5)
- 地上側に車両駆動推進用電磁コイルを、車両側に永久磁石をそれぞれ設け、地上側の第1のスリップレールから車両側の第1の集電・摺動接触装置を介して直流電力を受電し、該受電した直流電力を電力変換器により単相又は3相交流電力に変換し、該変換された単相又は3相交流電力を車両側の第2の集電・摺動接触装置を介して地上側の第2のスリップレールに給電し、前記車両駆動推進用電磁コイルは移動方向に対して線形状に配置し、該各電磁コイルは前記第2のスリップレールに梯子状に並列に結線し、隣り合う電磁コイルの極性は交互に異なる巻線方向の接続とし、前記永久磁石は隣り合う極性が90°ずつ回転する向きで前記電磁コイルと対向する位置に配置し、前記電磁コイルの両側には短絡環状の誘導コイルを線形状に配置し、これら地上側の各コイルの複数個と各スリップレールを1組のコイルユニットとし、該1組のコイルユニットはモノレール状のベースに対し一体的に取り付け、前記ベースを地上側に連続的に敷設することを特徴とするリニアモーターカーの駆動推進制御システム。
- 請求項1記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、前記第1および第2の集電・摺動接触装置は車両当たり所定距離を隔てて複数個配置することを特徴とするリニアモーターカーの駆動推進制御システム。
- 請求項1記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、前記集電・摺動接触装置とスリップレールとの接触は、板状で剛体のスリップレールに対し摺動集電体を両面から押し当てて挟み込まれる方式とすることを特徴とするリニアモーターカーの駆動推進制御システム。
- 請求項1記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、前記集電・摺動接触装置が集電車輪を併用することを特徴とするリニアモーターカーの駆動推進制御システム。
- 請求項1記載のリニアモーターカーの駆動推進制御システムにおいて、停止時あるいは低速移動時の車両の支持と案内は車輪で行い、高速移動時の車両の支持と案内は地上側の誘導コイルで非接触に行い、駆動推進の制御は車両側を介して行うことを特徴とするリニアモーターカーの駆動推進制御システム。
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