JP2006117184A - Ground coil device for magnetic levitating type railway - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、磁気浮上式鉄道用軌道に設置される地上コイル装置に関するものである。 The present invention relates to a ground coil device installed on a magnetically levitated railway track.
磁気浮上式鉄道として、超電導磁石と地上側に敷設されたコイルとの電磁気的な相互作用により、車両に浮上力及び推進力を与えて、車両を軌道に対して非接触で高速移動させる方式の超電導磁気浮上式鉄道が実用化に向けて進められている。図4は、この種の磁気浮上式鉄道用の軌道(ガイドウエイ)における地上側のコイルのうち、車両に推進力を与える推進コイル1すなわちリニアモーター用コイルの配列を示す。図示のように三相交流のU、V、Wの各相の推進コイル1が、順次軌道長手方向に沿って配置される。図示例の各相の推進コイル1は、各相毎に、接続部2を介してリードケーブル3で順次接続されて、電源の三相に接続される。
As a magnetic levitation railway, a method of moving the vehicle at high speed without contact with the track by applying a levitating force and propulsive force to the vehicle by electromagnetic interaction between the superconducting magnet and the coil laid on the ground side. A superconducting magnetic levitation railway is being put into practical use. FIG. 4 shows an arrangement of a
上記の推進コイル1を構成する場合、図5に示すように、必要なターン数だけコイル巻きした複数の推進コイル6と各推進コイル6間のリード線部7とを、1本のケーブル8を用いて形成したものが提案されている(特願平1-261680の第1図など参照)。各推進コイル6は複数箇所をバインド9で結束される。図5に示した推進コイル6は、三相交流のU、V、Wの相の1つの相の推進コイルであり、U、V、Wの各相の推進コイルが順番に並ぶように配置される。
When the above-described
上記のようにケーブル8をコイル巻きして形成するこの種のケーブル型の推進コイル6に使用されるケーブルとしては、一般的な架橋ポリエチレン電力ケーブル、すなわち、図6に示すように、裸素線11aを撚り合わせた撚線導体11の周囲に、内側から順に、内部半導電層12、乾式架橋ポリエチレンからなる絶縁体層13、外部半導電層14を形成し、その外周に金属遮蔽層15を配置し押さえテープ16で押さえたその外周にシース17を形成した電力ケーブルが提案されている(特願平8-5976)。
推進コイルとして上記のように一般的な架橋ポリエチレンケーブル10を用いた場合、磁気浮上式鉄道用軌道に設置された推進コイルは、車両に搭載された超電導磁石の強い変動磁界が印加されるため、撚線導体11及び遮蔽金属層15に渦電流が誘起され、その渦電流による損失、特に裸素線11aからなる撚線導体11における渦電流損失が推進効率を低下させてリニアモーターの消費電力を増大させるという問題があった。
また、架橋ポリエチレンケーブルは、柔軟性が低いことで許容曲げ半径が大きいため、コイルの窓面積を大きくすることができず、このためコイルの推力特性が低く、推進効率が悪いという問題もある。
When the general
In addition, since the cross-linked polyethylene cable has a low allowable flexibility and a large allowable bending radius, the window area of the coil cannot be increased. Therefore, there is a problem that the thrust characteristic of the coil is low and the propulsion efficiency is low.
本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、渦電流損失を小さくして推進効率を向上させ消費電力を低減することが可能な磁気浮上式鉄道用地上コイル装置を得ることを主たる目的とする。さらに、ケーブルの許容曲げ半径を小さくすることを可能として、推進コイルの小形化を図ることを目的とする。 The present invention has been made to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks, and it is intended to obtain a magnetic levitation railway ground coil device capable of reducing eddy current loss, improving propulsion efficiency, and reducing power consumption. Main purpose. Furthermore, it is possible to reduce the allowable bending radius of the cable and reduce the size of the propulsion coil.
上記課題を解決する請求項1の発明は、磁気浮上式鉄道用地上コイル装置であって、裸素線に絶縁材料を被覆した素線の複数本を撚り合わせてなる撚線導体の周囲に、内側から順に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層を形成し、さらにその周囲に金属遮蔽層及びシースを形成したケーブルを用いることを特徴とする。
Invention of
請求項2の発明は、磁気浮上式鉄道用地上コイル装置であって、裸素線に抵抗率が10-1〜106Ω・cmの半導電材料を被覆した素線の複数本を撚り合わせてなる撚線導体の周囲に、内側から順に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層を形成し、さらにその周囲に金属遮蔽層及びシースを形成したケーブルを用いることを特徴とする。
The invention of
請求項3は、請求項1〜2の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置において、素線の絶縁材料又は半導電材料が低融点樹脂であることを特徴とする。
請求項4は、請求項3における低融点樹脂がウレタン樹脂であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the magnetic levitation railway ground coil device according to the first or second aspect, the insulating material or semiconductive material of the wire is a low melting point resin.
A fourth aspect is characterized in that the low melting point resin in the third aspect is a urethane resin.
請求項5は、請求項1〜4の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置において、撚線導体における最外層の素線の少なくとも一部を、被覆のない裸素線に代えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the magnetic levitation railway ground coil device according to the first to fourth aspects, at least a part of the strands of the outermost layer in the stranded conductor is replaced with an uncovered bare strand. .
請求項6は、請求項1〜5の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置において、絶縁層が、ゴム系絶縁材料からなる絶縁層であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the magnetic levitation railway ground coil device according to the first to fifth aspects, the insulating layer is an insulating layer made of a rubber-based insulating material.
請求項7は、請求項1〜6の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置において、金属遮蔽層が、外部半導電層の外周に複数本の金属ワイヤを間隔をあけて並列にかつ螺旋状に配置したワイヤーシールドであることを特徴とする。
請求項8は、請求項7の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置において、ワイヤーシールドが樹脂からなるシース内に埋め込まれていることを特徴とする。
The magnetic levitation type railway ground coil device according to any one of
An eighth aspect of the present invention is the magnetic levitation railway ground coil device according to the seventh aspect, wherein the wire shield is embedded in a sheath made of resin.
磁気浮上式鉄道用軌道の推進コイルには、車両側の超電導磁石の強い変動磁界が印加されるため、推進コイルのケーブル導体に渦電流が誘起されるが、請求項1の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置によれば、使用するケーブルの撚線導体を構成する素線が、単なる裸素線でなく、裸素線に絶縁材料を被覆した絶縁素線なので、撚線導体に誘起される渦電流は抑制される。すなわち、単に裸素線を撚り合わせただけの撚線導体の場合、車両側の超電導磁石による変動磁界によって、撚線導体の全体にわたる渦電流が誘起されることで、大きな渦電流が生じ渦電流損失が大きくなるが、絶縁素線を撚り合わせた撚線導体の場合、個々の絶縁素線内で渦電流が誘起されることで、大きな渦電流は生じず渦電流損失は大きくならない。したがって、推進効率の低下が軽減され、リニアモーターの消費電力を少なくすることができる。 The levitation current is induced in the cable conductor of the propulsion coil because the strong fluctuating magnetic field of the superconducting magnet on the vehicle side is applied to the propulsion coil of the magnetic levitation railway track. According to the upper coil device, the strands constituting the stranded conductor of the cable to be used are not mere bare strands, but are insulated strands in which an insulation material is coated on the bare strands. The current is suppressed. In other words, in the case of a stranded conductor made by simply twisting bare strands, a large eddy current is generated by an eddy current that is induced by the fluctuating magnetic field generated by the superconducting magnet on the vehicle side. Although the loss increases, in the case of a stranded wire conductor in which insulating strands are twisted, an eddy current is induced in each insulating strand, so that a large eddy current does not occur and the eddy current loss does not increase. Therefore, the reduction in propulsion efficiency is reduced, and the power consumption of the linear motor can be reduced.
撚線導体を構成する素線として、請求項2のように、裸素線に抵抗率が10-1〜106Ω・cm半導電材料を被覆したものを用いても、撚線導体に誘起される渦電流を抑制する効果を有効に果たすことができる。 Even if a bare wire that has a resistivity of 10 −1 to 10 6 Ω · cm semiconductive material is used as a strand constituting the stranded wire conductor, it is induced in the stranded wire conductor. The effect of suppressing generated eddy currents can be effectively achieved.
推進コイルをガイドウエイの側壁に設置する場合、推進コイルどうしの接続が必要となるが、撚線導体の素線を絶縁素線とした場合、その絶縁被覆を除去する必要がある。
素線の絶縁被覆として、モーターや変圧器に使用する巻線導体の絶縁材料として一般に用いられているポリエステル、エステルイミド、ホルマール等を用いると、これらの材料は、耐熱性に優れるものが多く、薬品を使用し、更に加熱しないと容易に除去できないので、接続作業に非常に手間が掛かり現実的でない。
しかし、請求項3のように、素線の絶縁材料として低融点樹脂を用いると、はんだ槽へのディッピング等により絶縁被覆を容易に除去することが可能となり、推進コイルどうしの接続の作業性が著しく向上する。
低融点樹脂のなかで特にウレタン樹脂は、ポリエステル、エステルイミド、ホルマール等と比べて、はんだ槽へのディッピングにより容易に剥離するので、素線の絶縁材料として適切である。
また、絶縁材料でなく半導電材料を被覆する場合も同様であり、半導電材料として低融点樹脂、特にウレタン樹脂が適切である。
When the propulsion coil is installed on the side wall of the guideway, the propulsion coils need to be connected to each other. However, when the strand of the stranded conductor is an insulating strand, it is necessary to remove the insulating coating.
When using polyester, ester imide, formal, etc., which are generally used as insulation materials for winding conductors used in motors and transformers, as the insulation coating for strands, these materials are often excellent in heat resistance, Since it cannot be easily removed unless chemicals are used and further heated, the connection work is very laborious and unrealistic.
However, if a low melting point resin is used as the insulation material of the wire as in
Among low-melting-point resins, urethane resin is particularly suitable as an insulating material for strands because it is easily peeled off by dipping into a solder bath as compared with polyester, ester imide, formal and the like.
The same applies to the case where a semiconductive material is coated instead of an insulating material, and a low melting point resin, particularly a urethane resin, is suitable as the semiconductive material.
また、請求項5のように、撚線導体における最外層の素線の少なくとも一部を、被覆のない裸素線にすることで、撚線導体を内部半導電層と同電位にすることができ、これにより、電界を均等にする内部半導電層の作用が有効に果たされる。
車両側の超電導磁石による変動磁界によって、金属遮蔽層にも渦電流が誘起されるが、請求項7のように、外部半導電層の外周に複数本のシールド素線を間隔をあけて並列にかつ螺旋状に配置したワイヤーシールドにより金属遮蔽層を構成すると、編組構造の金属遮蔽層と比べて、渦電流を抑制でき渦電流損失は少ない。すなわち、ケーブル円周方向の導通路が形成される編組構造では大きな渦電流が誘起され易いので、渦電流損失が増すが、各金属ワイヤが分離状態で巻き付けられるワイヤシールドでは、大きな渦電流は誘起されず、渦電流損失は少ない。
Further, as in claim 5, by making at least a part of the outermost strand in the stranded conductor into an uncovered bare strand, the stranded conductor can have the same potential as the inner semiconductive layer. Thus, the action of the internal semiconductive layer that equalizes the electric field is effectively achieved.
Eddy currents are also induced in the metal shielding layer by the fluctuating magnetic field generated by the superconducting magnet on the vehicle side. As in
推進コイルのケーブルの曲げ半径は極めて小さいことから、使用するケーブルに十分な可撓性を要求されるが、絶縁体が架橋ポリエチレンである単心ケーブルの許容曲げ半径は少なくとも外径の8倍程度であり、推進コイルのケーブルとしては必ずしも十分な可撓性でない。しかし、請求項6のように、絶縁体にゴム系絶縁材料を用いることで、許容曲げ半径を外径の4倍程度まで小さくすることができる。したがって、コイルの窓面積を大きくでき、同一の推進電流で発生する推力を大きくできるため推進効率を向上することができる。 Since the bending radius of the cable of the propulsion coil is extremely small, sufficient flexibility is required for the cable to be used, but the allowable bending radius of the single-core cable whose insulation is cross-linked polyethylene is at least about 8 times the outer diameter. And is not necessarily flexible enough for the cable of the propulsion coil. However, as described in claim 6, by using a rubber-based insulating material for the insulator, the allowable bending radius can be reduced to about four times the outer diameter. Therefore, the window area of the coil can be increased and the thrust generated with the same propulsion current can be increased, so that the propulsion efficiency can be improved.
推進コイルのケーブルの曲げ半径は上記のように極めて小さいため、金属遮蔽層として請求項7のようなワイヤシールドを形成した場合、金属ワイヤが円周方向に移動し金属ワイヤの分布に偏り(円周方向の粗密)が生じて、シールド性能が低下する恐れがあり、また、さらには互いに接触して渦電流が増す恐れがあり、また、偏った金属ワイヤが外部半導電層を挟んでこれを変形させて、電界を均等にする作用が低下する恐れがある。このように、ケーブルの電気特性を損なう恐れがあることから、推進コイルのケーブルの曲げ半径を十分小さくすることができない。
しかし、請求項8のように、ワイヤーシールドをシース樹脂内に埋め込んだ構造にすると、ケーブルを極めて小さい曲げ半径で曲げた場合でも、金属ワイヤの円周方向の移動は生じず、金属ワイヤ間隔が一定に保たれる。したがって、金属ワイヤに分布に偏り(円周方向の粗密)が生じたり、互いに接触したり、外部半導電層を挟んでこれを変形させる恐れはなく、シールド性能の低下や渦電流の増加や電界を均等にする作用の低下などのような、電気特性を損なう問題は生じず、このため推進コイルのケーブルの曲げ半径を十分小さくできる。
また、金属ワイヤを外部半導電層の外周面に直接巻き付ける場合は、押さえ巻きテープを必要とし、その巻き付けが煩雑であるが、金属ワイヤをシース樹脂に埋め込む場合は、押さえ巻きテープが不要となり、製造工程が簡略化される。
なお、金属遮蔽層を金属テープで構成すると、剛性が高くなりケーブルの可撓性が低下するが、金属ワイヤを巻き付けたワイヤシールドによれば、金属テープの場合と比べて、可撓性の低下を避けられる。
また、金属遮蔽層を編組で構成した場合、ケーブル円周方向の導通路が形成される編組構造では大きな渦電流が誘起され易いので、渦電流損失が増すが、各金属ワイヤが分離状態で巻き付けられるワイヤシールドでは、大きな渦電流は誘起されず、渦電流損失は少ない。
Since the bending radius of the cable of the propulsion coil is extremely small as described above, when the wire shield as in
However, when the wire shield is embedded in the sheath resin as in claim 8, even when the cable is bent with an extremely small bending radius, the movement of the metal wire in the circumferential direction does not occur, and the interval between the metal wires is reduced. Kept constant. Therefore, there is no risk of uneven distribution (circumferential density) in the metal wires, contact with each other, or deformation of the outer semiconductive layer, and there may be a decrease in shielding performance, an increase in eddy currents, or an electric field. There is no problem of damaging the electrical characteristics, such as a reduction in the action of equalizing, and the bending radius of the cable of the propulsion coil can be made sufficiently small.
In addition, when winding a metal wire directly on the outer peripheral surface of the outer semiconductive layer, a press-wound tape is required and its winding is complicated, but when a metal wire is embedded in a sheath resin, a press-wound tape is not required, The manufacturing process is simplified.
If the metal shielding layer is made of a metal tape, the rigidity is increased and the flexibility of the cable is lowered. However, according to the wire shield wound with the metal wire, the flexibility is lowered as compared with the case of the metal tape. Can be avoided.
In addition, when the metal shielding layer is composed of a braid, a large eddy current is likely to be induced in the braid structure in which a conductive path in the cable circumferential direction is formed, which increases eddy current loss, but each metal wire is wound in a separated state. In the wire shield, a large eddy current is not induced and eddy current loss is small.
以下、本発明を実施した磁気浮上式鉄道用地上コイル装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a magnetic levitation railway ground coil device embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置を適用する磁気浮上式鉄道は、車両上の超電導磁石と地上側に敷設されたコイルとの電磁気的な相互作用により、車両に浮上力及び推進力を与えて、車両を軌道に対して非接触で高速移動させる方式である。図3は、この磁気浮上式鉄道の軌道(ガイドウエイ)を模式的に示したもので、ガイドウエイ21を構成するコンクリートの側壁22に、車両に推進力を与える推進コイル23が取り付けられ、その上に、詳細説明は省くが車両の浮上・案内のための浮上・案内用コイル24が取り付けられる。25は車体、26は車体25側に設けた超電導磁石を示す。
The magnetic levitation railway to which the magnetic levitation railway ground coil device of the present invention is applied has a levitation force and a propulsion force on the vehicle by electromagnetic interaction between a superconducting magnet on the vehicle and a coil laid on the ground side. This is a method of moving the vehicle at high speed without contact with the track. FIG. 3 schematically shows a track (guideway) of this magnetically levitated railway, and a
図2に実施例の推進コイル23の配列を模式的に示す。推進コイル23は、図示のように三相交流のU、V、Wの各相の推進コイル23が、順次軌道長手方向に沿って配置される。図示例の各推進コイル23は、接続ケーブル部23aが一連続で設けられてコイルユニットとなっており、各コイルユニットの接続ケーブル部23aどうしが接続部28で接続されて、各推進コイル23が各相毎に順次接続されて、電源の三相に接続される。推進コイル23に印加される電圧は例えば10〜35kV等である。
図2では推進コイル23のターン数を簡略化して示したが、例えば数ターンなど必要に応じたターン数のコイルを形成する。各推進コイル23はコンクリート側壁22に、例えば取り付け金具29や浮上案内コイルで挟み込んで固定される。
実施例の推進コイル23は図2の通り、重ね巻によるコイルである。重ね巻することにより一相当りの巻数を複数回とすることができるため、高い誘起電圧を得ることができ、リニアモータ(リニア同期モータ)の効率を向上させることができる。なお、一相を1本のケーブルで波巻した場合、一相当りの巻数は1ターンであり、ターン数(導体数)を増やすには、接続数を増やさなければならなくなるが、重ね巻の場合は1本のケーブルで複数ターンを構成できるので、繁雑にならずに、リニアモータの効率向上を図ることができる。
FIG. 2 schematically shows the arrangement of the
In FIG. 2, the number of turns of the
The
図1(イ)に本発明の一実施例の地上コイル装置を構成するケーブル31を断面図で示す。この地上コイル装置を構成するケーブル31は、図1(ロ)に示すように裸素線(電気導体のみからなる線)32aに絶縁材料32bを被覆した素線32の複数本を撚り合わせてなる撚線導体33の周囲に、内側から順に内部半導電層34、ゴム系絶縁材料からなる絶縁層35、外部半導電層36を形成し、さらにその周囲に金属遮蔽層37を埋め込んだシース38を形成した構造である。裸素線32aは銅線あるいはアルミニウム線等である。素線径は0.45〜3.2mmφ等であり、裸素線に被覆する絶縁材料32bの被覆厚さは、0.001〜0.1mm等である。地上コイル装置を構成するケーブル31の外径は例えば20mm〜50mmφ等である。
このように、撚線導体33の素線32が絶縁素線であることで、車両側の超電導磁石による変動磁界によって撚線導体33に誘起される渦電流は小さく、したがって渦電流損失は大きくならない。これにより、推進効率の低下が軽減され、リニアモーターの消費電力を少なくすることができる。
FIG. 1 (a) shows a cross-sectional view of a
Thus, since the
撚線導体33を構成する素線32のうち最外層の一部、例えば数本は、裸素線にすることが好ましい。これにより、撚線導体33を内部半導電層34と同電位にすることができ、電界を均等にする内部半導電層34の作用が有効に果たされる。
Of the
素線32の絶縁材料32bとして低融点樹脂を用いるとよいが、特に、ウレタン樹脂が好適である。すなわち、推進コイル23をガイドウエイの側壁に取り付ける場合、推進コイル23どうしの接続が必要となる。図示の場合は、推進コイル23の接続用ケーブル部23aどうしを接続することになる。地上コイル装置を構成するケーブル31における撚線導体33の素線32が絶縁被覆32bを持つので、接続に際して素線33の絶縁被覆32bを除去する必要がある。素線の絶縁被覆として、モーターや変圧器に使用する巻線導体の絶縁材料として一般に用いられているポリエステル、エステルイミド、ホルマール等を用いると、これらの材料は、耐熱性に優れるものが多く、薬品を使用し、更に加熱しないと容易に除去できないので、接続作業に非常に手間が掛かり現実的でない。
しかし、素線の絶縁材料として低融点樹脂、特にウレタン樹脂を用いると、はんだ槽へのディッピングにより絶縁被覆を容易に除去することが可能となり、推進コイルどうしの接続の作業性が著しく向上する。ウレタン樹脂は、ポリエステル、エステルイミド、ホルマール等と比べて、はんだ槽へのディッピングにより容易に剥離するので、素線の絶縁材料として適切である。
A low melting point resin may be used as the insulating
However, when a low melting point resin, particularly urethane resin, is used as the insulation material of the wire, the insulation coating can be easily removed by dipping into the solder bath, and the workability of connecting the propulsion coils is significantly improved. A urethane resin is suitable as an insulating material for a wire because it is easily peeled off by dipping into a solder bath as compared with polyester, ester imide, formal and the like.
絶縁層35を構成するゴム系絶縁材料としては、例えば、EPゴム(エチレンプロピレンゴム)やSiゴム(シリコンゴム)等が好適である。
推進コイルは、ケーブルの曲げ半径が極めて小さいことから、使用するケーブルに十分な可撓性を要求されるが、絶縁体が架橋ポリエチレンである単心ケーブルの許容曲げ半径は少なくとも外径の8倍程度であり、推進コイルのケーブルとしては必ずしも十分な可撓性でない。しかし、絶縁体に例えばEPゴムを用いることで、許容曲げ半径を外径の4倍程度まで小さくすることができる。したがって、コイルの窓面積を大きくでき、同一の推進電流で発生する推力を大きくできるため推進効率を向上することができる。
As the rubber-based insulating material constituting the insulating
The propulsion coil is required to have sufficient flexibility for the cable to be used because the bending radius of the cable is extremely small. However, the allowable bending radius of a single-core cable whose cross-linked polyethylene is an insulator is at least 8 times the outer diameter. This is not necessarily flexible enough as a cable for the propulsion coil. However, the allowable bending radius can be reduced to about four times the outer diameter by using, for example, EP rubber as the insulator. Therefore, the window area of the coil can be increased and the thrust generated with the same propulsion current can be increased, so that the propulsion efficiency can be improved.
前記金属遮蔽層37は、外部半導電層36の外周に複数本の金属ワイヤ37aを間隔をあけて並列にかつ螺旋状に配置したワイヤーシールドであり、しかも、このワイヤシールド37は、前述の通り、樹脂からなるシース38内に埋め込んで形成している。
推進コイルは、上記のようにケーブルの曲げ半径が極めて小さいため、ケーブルの金属遮蔽層として、外部半導電層36の外周に単に金属ワイヤを間隔をあけて並列にかつ螺旋状に配置したワイヤシールドを設けたとすると、金属ワイヤが移動し金属ワイヤの分布に偏り(円周方向の粗密)が生じる恐れがあり、この場合シールド性能が低下する恐れがある。また、金属ワイヤどうしが互いに接触する恐れがあり、この場合、金属ワイヤが離間している場合と比べて渦電流が若干増すことになる。また、偏った金属ワイヤが外部半導電層を挟んでこれを変形させる恐れがあり、この場合、外部半導電層の変形で電界を均等にする作用が低下する恐れがある。このように、ケーブルの電気特性を損なう恐れがあることから、推進コイルのケーブルの曲げ半径を十分小さくすることができない。
しかし、実施例のようにワイヤーシールド37をシース樹脂38内に埋め込んだ構造にすると、ケーブルを極めて小さい曲げ半径で曲げた場合でも、金属ワイヤ37aの移動は生じず、金属ワイヤ37a間隔が一定に保たれる。したがって、金属ワイヤ37aの分布に偏り(円周方向の粗密)が生じたり、互いに接触したり、外部半導電層36を挟んでこれを変形させる恐れはなく、シールド性能の低下や渦電流の増加や電界を均等にする作用の低下などのような、電気特性を損なう問題は生じず、このため推進コイルのケーブルの曲げ半径を十分小さくできる。
また、金属ワイヤを外部半導電層36の外周面に直接巻き付ける場合は、従来例の図6のように押さえ巻きテープ16を必要とし、その巻き付けが煩雑であるが、金属ワイヤ37aをシース樹脂38に埋め込む場合は、押さえ巻きテープが不要となり、製造工程が簡略化される。
なお、金属遮蔽層を金属テープで構成すると、剛性が高くなりケーブルの可撓性が低下するが、金属ワイヤを巻き付けたワイヤシールドによれば、可撓性の低下を避けられる。
また、金属遮蔽層を編組で構成した場合、ケーブル円周方向の導通路が形成される編組構造では大きな渦電流が誘起され易いので、渦電流損失が増すが、各金属ワイヤが分離状態で巻き付けられるワイヤシールドでは、大きな渦電流は誘起されず、渦電流損失は少ない。
The
Since the bend radius of the cable is extremely small as described above, the propulsion coil is a wire shield in which a metal wire is simply arranged in parallel and spirally at an outer periphery of the outer
However, when the
Further, when the metal wire is directly wound around the outer peripheral surface of the outer
When the metal shielding layer is made of a metal tape, the rigidity is increased and the flexibility of the cable is lowered. However, according to the wire shield around which the metal wire is wound, the flexibility can be avoided.
In addition, when the metal shielding layer is composed of a braid, a large eddy current is likely to be induced in the braid structure in which a conductive path in the cable circumferential direction is formed, which increases eddy current loss, but each metal wire is wound in a separated state. In the wire shield, a large eddy current is not induced and eddy current loss is small.
上述の撚線導体33を構成する素線32として、図1(ハ)に示すように、裸素線32aに抵抗率が10-1〜106Ω・cmの半導電材料の被覆32’bを施すこともできる。半導電材料は、一般にポリマーとカーボンブラック、銀、銅などの導電性微粒子との複合化により得られるが、低融点樹脂特にウレタン樹脂をベースとする半導電材料を用いるとよい。
なお、半導電の定義として、厳格に抵抗率が106〜109Ω・cmの範囲を半導電と呼ぶ場合もあるが、抵抗率が10-2〜1010Ω・cmの範囲を半導電と呼ぶ場合もあるので、ここでは、抵抗率10-1〜106Ω・cmの範囲も半導電の範疇に入るものとしている。裸素線の被覆が絶縁材料でなくても、抵抗率が10-1〜106Ω・cmの範囲の半導電材料であれば、上述したような渦電流抑制の効果を得るために有効であることを、以下に説明する。
半導電被覆層の抵抗値は、素線間を渡る渦電流を十分に防止する抵抗値以上とし、かつ、撚り線導体と内部半導電層の間で放電を起こすような電位差を生じない抵抗値以下にする必要がある。
ここで、素線間を渡る渦電流を防止するのに必要な抵抗値について説明する。
ケーブル型推進コイルが受ける変動磁界条件下において、導体の渦電流損失は渦電流回路に鎖交する磁束×周波数の2乗に比例し、渦電流回路の全抵抗に反比例する。隣り合う2本の導体素線間の抵抗値が0の場合、鎖交磁束が2倍になるのと同義であるので、渦電流損失は素線1本に発生する渦電流損失の4倍となる。一方、隣り合う2本の導体素線間に半導電層を設け、渦電流回路の全抵抗を4倍にすると、渦電流損失は1/4になり、素線1本に発生する渦電流損失と同等にすることができる。以上のことから、素線間を渡る渦電流を防止するのに必要な抵抗値を簡易的に以下の計算で求めることができる。
Ra=ρ1・L1/S1 ・・・(1)
Rb=ρ1・L1/S1+ρ2・2d/S2 ・・・(2)
Ra:隣り合う2本の導体素線間に発生する渦電流回路の全抵抗(半導電層がない場合)
Rb:隣り合う2本の導体素線間に発生する渦電流回路の全抵抗(半導電層がある場合)
ρ1:素線導体の抵抗率
ρ2:半導電層の抵抗率
L1:渦電流回路の素線導体部分の長さ
d :素線被覆半導電層厚さ
S1:素線導体の断面積
S2:隣り合う2本の導体素線の接触面積÷2
(1)式と(2)式からRb=4Raとなるρ2は、
ρ2=3ρ1・L1/S1・S2/2d ・・・(3)
(3)式から、実施例で示したケーブルサイズにおいて、素線間を渡る渦電流を防止するのに必要な半導電層の抵抗率を計算すると、おおよそ10-1Ω・cmとなる。
一方、抵抗率の上限については、撚り線導体と内部半導電層の間で放電を起こすような電位差を生じさせないため、内部半導電層の抵抗率以下にすることが望ましい。内部半導電層の抵抗率は、導体との接触部分でコロナ放電を起こさないために106Ω・cm以下が望ましいことが報告されている。(G.S.Eager,G.Barder and D.A.Silver,”Corona detection experience in
commercial production of power cables with extruded insulation,“IEEE trans. Power
Apparatus and Systems,vol.PAS-88,pp.342-364,April 1969)
As the
In addition, as a definition of semiconductivity, the range of
The resistance value of the semiconductive coating layer is not less than the resistance value that sufficiently prevents eddy currents between the strands, and does not cause a potential difference that causes a discharge between the stranded conductor and the internal semiconductive layer. Must be:
Here, a resistance value necessary for preventing an eddy current across the wires will be described.
Under the varying magnetic field conditions that the cable type propulsion coil receives, the eddy current loss of the conductor is proportional to the square of the magnetic flux multiplied by the frequency linked to the eddy current circuit and inversely proportional to the total resistance of the eddy current circuit. When the resistance value between two adjacent conductor wires is 0, it is synonymous with doubling the flux linkage, so the eddy current loss is 4 times the eddy current loss generated in one strand. Become. On the other hand, if a semiconductive layer is provided between two adjacent conductor wires and the total resistance of the eddy current circuit is quadrupled, the eddy current loss is reduced to ¼ and the eddy current loss generated in one strand. Can be equivalent. From the above, it is possible to simply obtain the resistance value necessary for preventing eddy currents across the strands by the following calculation.
R a = ρ 1 · L 1 / S 1 (1)
R b = ρ 1 · L 1 / S 1 + ρ 2 · 2d / S 2 (2)
R a : Total resistance of eddy current circuit generated between two adjacent conductor wires (when there is no semiconductive layer)
R b : Total resistance of eddy current circuit generated between two adjacent conductor wires (when there is a semiconductive layer)
ρ 1 : resistivity of the strand conductor ρ 2 : resistivity of the semiconductive layer L 1 : length of the strand conductor portion of the eddy current circuit d: thickness of the strand covering semiconductive layer S 1 : breakage of the strand conductor Area S 2 : contact area of two adjacent conductor wires ÷ 2
From equation (1) and equation (2), ρ 2 where R b = 4R a is
ρ 2 = 3ρ 1 · L 1 / S 1 · S 2 / 2d (3)
From the equation (3), when the resistivity of the semiconductive layer necessary to prevent eddy currents across the wires in the cable size shown in the embodiment is calculated, it is approximately 10 −1 Ω · cm.
On the other hand, the upper limit of the resistivity is preferably set to be equal to or lower than the resistivity of the internal semiconductive layer so as not to cause a potential difference that causes discharge between the stranded conductor and the internal semiconductive layer. It has been reported that the resistivity of the inner semiconductive layer is preferably 10 6 Ω · cm or less so as not to cause corona discharge at the contact portion with the conductor. (GSEager, G. Barder and DASilver, “Corona detection experience in
commercial production of power cables with extruded insulation, “IEEE trans. Power
Apparatus and Systems, vol.PAS-88, pp.342-364, April 1969)
本発明の地上コイル装置は、図2のように、推進コイル23を接続ケーブル部23aと一連続で形成するのが、ケーブル接続個所を少なくできる点で好ましいが、図4のように独立した推進コイル1どうしを独立した接続ケーブル3で接続するものでもよい。また、図5のように、1本のケーブル8で複数の推進コイル6を一連続で形成するものでもよい。
In the ground coil device of the present invention, as shown in FIG. 2, it is preferable that the
21 磁気浮上式鉄道用軌道(ガイドウエイ)
22 ガイドウエイの側壁
23 推進コイル
23a 接続ケーブル部
24 案内・浮上コイル
25 車体
26 超電導コイル
28 接続部
29 取り付け金具
31 地上コイル装置を構成するケーブル
32 (撚線導体の)素線
32a 裸素線
32b 絶縁材料の被覆
32’b 半導電材料の被覆
33 素線
34 内部半導電層
35 絶縁体
36 外部半導電層
37 ワイヤシールド(金属遮蔽層)
37a 金属ワイヤ
38 シース
21 Magnetically levitated railway track (guideway)
22 Guide
Claims (8)
8. The magnetically levitated railway ground coil device according to claim 7, wherein the wire shield is embedded in a sheath made of resin.
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