JP2739606B2 - 磁電式車両操作装置 - Google Patents

磁電式車両操作装置

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は磁電式車両の操作装置に関する。さらに詳し
くは、軌道に沿って移動可能であり、同期式リニヤ・モ
ータ、特に軌道に沿って敷設され、相互に接続された複
数の巻線区間に細分化された長距離巻線をもつ長距離固
定子モータと、車両上に装着された励磁装置とを備え、
さらに、軌道に並行に設けられ、複数の連続タップ点を
もつ少なくとも１つの区間ケーブルと、これらの連続タ
ップ点と固定子巻線区間の接続点との間に接続された複
数のスイッチ装置と、区間ケーブルのそれぞれの端部に
接続された少なくとも２つの変電所とを備えた磁電式浮
上車両の操作装置に関する。
（従来の技術） この種の従来装置では、軌道上に敷設された長距離固
定子巻線は、例えば、１キロメータといったように、比
較的短距離の複数の固定子巻線区間に分割され、これら
の巻線区間は相互が順次に直接に接続されている。例え
ば、約30キロメータといった比較的長距離の区間ケーブ
ルは、任意の時点に車両が走行する予定の固定子巻線区
間にスイッチ装置の１つによって接続されるようになっ
ている（西ドイツ特許第24 25 940号明細書）。この区
間ケーブルは、必要とされるDC/ACコンバータまたは類
似装置が設置されている変電所に接続されている。浮上
車両が連続する固定子巻線区間間の切替点上を走行方向
に通過するとき、浮上車両に作用する推進力が消失する
のを防止するために、「バック・ジャンプ」（buck−ju
mp）と呼ばれる方式が採用されている。この方式によれ
ば、２つの区間ケーブルが設けられ、連続する固定子巻
線区間が一方または他方の区間ケーブルに交互に接続さ
れ、切替時に位相電流が関係する両方の巻線区間に供給
されるようになっている。勿論、この方式では、２つの
独立した区間ケーブルとそれぞれに対応する変電所の使
用が必要とされる。長距離固定子巻線が車両の両側に設
けられている場合は、原理的に同じ方式が採用されてい
る。つまり、両側の固定子巻線区間は直列接続され、同
じ区間ケーブルに共通切替が可能になっている。一般的
に、この種の連続構成は軌道全体に沿って複数個所に設
ける必要がある。
区間ケーブル両端の電圧降下を小さくするために、ま
たコンバータの故障などが起こったときの電力低下時に
緊急動作ができるようにするために、この種の装置とし
て別の装置が知られている（西ドイツ特許公開第29 32
764号）。この装置によれば、各区間ケーブルごとに、
２つの変電所が各ケーブルの両終端に接続されており、
必要とされる推進力を発生するために必要な電流の半分
が各々の変電所から供給されるようにしている。これを
行なう場合、２つの連続する区間ケーブルのために２つ
の変電所の各々が使用され、付加的なスイッチ装置によ
って、車両が進入した範囲に渡る当該区間ケーブルに切
り替えられるようにしている。２重供給方式とも呼ばれ
るこの方式は、上述したバック・ジャンプ方式と結合す
ることが可能である。
また、別の方法として、２重供給方式を交互ステッピ
ングと呼ばれる方式と結合することも知られている（El
ektrotechnische Zeitshrift第108巻、1987年、コピー
９、378〜381ページ）。交互ステッピング方式は、両側
巻線の長距離固定子モータのそれぞれの長距離固定子側
に、相互に独立した２つの変電所から別々に電力を供給
すると共に、長距離固定子の右側と左側の固定子巻線
を、少なくとも車両の長さ分だけ相互に変位させるもの
である。この方法によると、バック・ジャンプ方式に比
べて、動作条件が同じであるとすると、設置された変電
所に必要な電力量を削減することが可能である。
（発明が解決しようとする課題） 上述した公知装置すべてに共通する特徴は、区間ケー
ブルにおける電力損失、軌道単位に敷設される固定子巻
線区間の数、それぞれの変電所の公称電力の利用といっ
た点で、操作を最適化することができないことである。
特に欠点として判明していることは、車両が走行しよう
とする瞬時に、変電所から最も離れている固定子巻線区
間でしか変電所の公称電力が十分に生かされないことで
ある。
（課題を解決するための手段） よって、本発明の一般的目的は、上述した諸問題点を
解消することである。
具体的には、本発明の目的は、上述した種類の装置に
おいて、区間ケーブルにおける電力損失を低減する改良
装置を提供することである。
本発明の別の目的は、変電所の公称電力が一定である
場合に、必要とされる固定子巻線区間とこれらに関連す
るスイッチ装置が少数ですむようにした改良装置を提供
することである。
本発明のさらに別の目的は、従来の装置に比べて、軌
道のうち割り当てられた部分全体に渡って変電所の公称
電力をより均等に利用できるようにした改良装置を提供
することである。
上記目的および以下の説明で明らかにされるその他の
目的を達成するために、本発明の特徴の１つは、少なく
とも２つの変電所をそれぞれある区間ケーブルの両端に
接続することにより、その区間ケーブルに、そして連続
的に接続可能な固定子巻線区間に、２つの部分電流を供
給し、これらの２つの部分電流比を、車両の動作条件の
関数としておよび／または変電所と接続された固定子巻
線区間との間の区間ケーブルの長さ（ｌ）と変電所間の
区間ケーブルの長さ（ｄ）との関数として、調整する手
段を設けたことである。
本発明を特徴づける新規な特徴事項は、特許請求の範
囲に記載されている通りであるが、本発明の構造とその
動作方式については、本発明の他の目的および利点と共
に、添付図面に示された個々の実施例の説明によって明
らかにする。
（実 施 例） 第１図に示すように、磁電浮上式鉄道は、所定の経路
に沿って延長している軌道２に固着された固定子メタル
・シート束１からなる同期式長距離固定子モータを備え
ている。３相コイルの形体になった長距離固定子巻線３
は、固定子メタル・シート束１の溝内に挿入されてい
る。長距離固定子巻線に、可変振幅と周波数をもつ３相
電流が流れることにより、公知のように、長距離固定子
モータに沿って漸進的な電流分布波が発生される。長距
離固定子同期機械の励磁場は、図示の浮上車両５に固着
された支持電磁石４形体の励磁装置によって発生され
て、浮上車両と共に所定の経路を移動するようにしてい
る。支持電磁石４の各々は、磁気コア６と励磁巻線７と
から構成されている。この支持電磁石４は、磁気的に支
持する機能の他に、同期機械の励磁場を発生する機能も
備えている。原理的には、それぞれが長距離固定子巻線
３をもつ固定子メタル・シート束１は、軌道２の左側と
右側に設けられて、車両５の左側と右側に配置された複
数の電磁石４と作用し合うようになっている。
車両を前方に推進させるために必要な力を発生するた
めには、車両の速度を同期モータの長距離固定子におけ
る電流分布波の伝播速度と同期させる必要がある。基本
周波数における走行波の振幅が一定であるとき、車両に
対する励磁場と走行波との相対位置が最適に維持された
とき正の最大駆動力または推進力が得られる。これは、
同期３相モータの場合に、磁場ホイールの負荷角度が最
適であるとき最大のトルクが得られるのと同じである。
車両と走行波との最適相対位置は、変電所におけるDC/A
Cコンバータで周波数を調整することによって得られ
る。この場合には、例えば、車両の瞬時速度と、支持電
磁石４と長距離固定子巻線３の位相Ｒとの相対位置とが
基準値として使用される。
この例においてこの基準値を判断するために、測定ス
トリップ８が固定子メタル・シート束１に沿って設けら
れている。この測定ストリップは、固定子メタル・シー
ト束１の上面から一定の間隔を置いて配置されており、
電流分布波の伝播方向に向かって長距離固定子巻線３に
対して一定の相関関係または分配関係をもっている。測
定ストリップ８には連続メタル層９が貼付され、磁気コ
ア６の磁極面に対して一定位置に、車両５上に装着され
たセンサ11の測定面となって、固定子メタル・シート束
１の磁極面とこれに向き合う磁気コア６の磁極面間の空
隙のサイズが測定される。さらに、測定ストリップ８
は、車両５上に固定された送信コイル13と受信コイル14
との間でメタル層９に対して直角に設けられた別のメタ
ル層12を支えている。この別のメタル層12には、電流分
布波の伝播方向に向かって、長距離固定子巻線３と一定
の相関関係をもつ中断個所が設けられ、磁極の相対位置
と車両の絶対位置に関するディジタル情報が得られるよ
うになっている。中断されたメタル層12上に記憶された
情報は、車両上の送信コイル13と受信コイル14によって
取り出され、磁極の位置、車両の絶対位置および車両速
度を示している信号が得られるように処理される。これ
らの信号は、支持空隙10のサイズを示しているセンサ11
からの信号と一緒に、例えば無線波によって２個所の変
電所と中央制御網に送信される。
リアクタンス電力または遊休電力の消費を最小にする
ために、また、車両５が矢印ｘの方向に走行するとき、
長距離固定子モータにおいてリアクタンス電圧が発生す
るのを最小にするために、長距離固定子巻線３のうち、
車両が走行する区間だけが活動化されるようになってい
る。この目的のために、第２図に示すように、長距離固
定子巻線３は複数の連続固定子巻線区間3.11ないし3.19
に細分化され、それぞれの巻線区間の接続点は、スイッ
チ装置16を通して区間ケーブル17の対応するタップに接
続可能になっている。第２図の例では、スイッチ装置16
は、固定子巻線区間3.14に割り当てられているものが作
用している。区間ケーブル17の両端はそれぞれ変電所18
Aと18Bに接続されている。各変電所には、連続固定子巻
線区間3.11ないし3.19に３相電流を供給する装置、特に
DC/ACコンバータおよび類似装置が設置されている。図
示の変電所18Aと18Bは、別のスイッチ装置19によって、
軌道２に沿って敷設された別の区間ケーブル20と21に連
続可能になっている。装置19の切替えは、車両５が変電
所18A、18B間の区間ケーブルにまだ到着していないとき
か、あるいは車両が経路のこの部分を離れる前に行なわ
れる。
実際には、長距離固定子巻線３は図示の巻線区間3.11
ないし3.19だけでなく、図示していない追加の相巻線区
間が星形回路における個々の巻線区間3.11ないし3.19と
接続されて、相Ｒ、Ｓ、Ｔからなる従来の３相方式にな
っている。それぞれの固定子巻線区間の星形結線を詳し
く示さなくても本発明を理解できるので、簡略化のため
に第２図からはこれらは除かれている。
第２図に示されている連続固定子巻線区間3.11ないし
3.19は、車両５の一方の側、例えば右側を駆動するため
のものである。車両の反対側、つまり、左側を駆動する
ために、対応する固定子巻線区間3.21ないし3.29と対応
するスイッチ装置22と23が設けられていて、区間ケーブ
ル27、28、および29で対応するタップ点を切り替えるよ
うになっており、車両の左側も上述したのと同じように
駆動される。固定子巻線区間3.11ないし3.19は、第２図
に示す場合において、ｘ方向に見たとき、少なくとも車
両の長さ分だけ、固定子巻線区間3.21ないし3.29に対し
て相互に変位するが、これは交互ステッピング方式の採
用を可能にするためである。この方式によれば、それぞ
れのスイッチ装置16または22は、２つの連続する固定子
巻線区間間の間隔がほぼ車両の中央に位置したときの瞬
時に作動するようになっている。区間ケーブル27、28お
よび29の両端は追加の変電所24Aおよび24Bに接続可能で
あるが、これらの変電所は、実際には、変電所18Aおよ
び18Bと共に、経路上に配置された変電所単位に結合さ
れている。上述した装置およびそれぞれの機能の詳細
は、一般的に従来技術（西ドイツ特許公開第29 32 764
号、第33 03 961号、Elektrotechnische Zeitschrift第
108巻、1987年、コピー９、378〜381ページ）に公知で
あるので、詳しい説明は省略する。
第３図は、巻線区間3.11ないし3.19または3.21ないし
3.29間でスイッチがオンになった固定子巻線区間の等価
回路を示したものである。望ましい通常また公称速度を
得るために、スイッチがオンになって固定子巻線区間で
車両５を通常にまたは公称的に動作させるために必要な
電流は、ISで示されており、車両５の瞬時速度に依存す
る負荷角度電圧（load angle voltage）は、UPで示され
ている。RSとjXSは、それぞれ、区間ケーブル17のタッ
プ点と星形回路の中立点間のスイッチ・オンの固定子巻
線区間のオーム抵抗とリアクタンスである。変電所18A
は部分電流IAを供給するが、そのためには、負荷角度電
圧UPより大きい電圧UAを、部分電流IAが流れる区間ケー
ブル17の対応する部分における実抵抗またはオーム抵抗
RZAとリアクタンス負荷jXZAの和の両端電圧と、スイッ
チ・オンの固定子巻線区間全体の実抵抗RSとリアクタン
ス負荷jXSの和の両端電圧降下の比率に比例して発生さ
せる必要がある。RZAとjXZAの値は、変電所18Aの出力側
から、作動して固定子巻線区間と区間ケーブル上の対応
するタップ点の接続点までの区間ケーブル17部分に対し
て有効である。その結果の電圧を示したのが第４図のベ
クトル図である。第２変電所18Bから得られる電圧UBお
よび部分電流IBに対しても同じように表わすことができ
る。
この種の従来装置では、部分電流IAとIBはどちらも常
に0.5・Isである。これに対し、本発明の装置では、電
流IAとIBの割合は、瞬時に励磁した固定子巻線区間が２
つの変電所18A、18Bまたは24A、24B間の経路のどの部分
に位置しているかによって変化する。ある固定子巻線区
間、例えば区間3.14をスイッチ・オンしたあと、励磁し
た巻線区間に近い位置にある変電所18Aからの電流I
Aが、遠く離れた位置にある変電所18Bから供給される他
方の部分電流IBよりも大きいとき、特に有利な電流割合
が得られる。２つの部分電流がＩ＝（１−l/d）IS式を
満足しているとき、最適な結果が得られる。ただし、ｌ
は瞬時にスイッチ・オンした固定子巻線区間、例えば第
２図の固定子巻線区間3.14が最後の変電所、この例では
変電所18Aからどれだけ離れているかを示す可変距離で
あり、ｄは２つの変電所間の一定距離であり、これは区
間ケーブル17の総長さに相当する。実際には、ｌは先頭
の変電所の出力側から、スイッチ装置16とこのスイッチ
装置に割り当てられた巻線区間3.11−3.19が励磁した瞬
時タップ点までの区間ケーブル17部分の実測距離を示
し、ｄは、２つの変電所18Aと18Bの出力側間の区間ケー
ブル17の総長さである。第２図の例では、車両はｘ方向
に走行しているところである。従って、励磁した固定子
巻線区間3.14のl/d比は、最後の変電所18Aに対しては0.
3であり、その結果、次の変電所18Bに対しては0.7とな
る。よって、上記の式によれば、部分電流IAは0.7・IS
の値になり、他方の部分電流IBは0.3・ISの値になる。
区間ケーブル17の実抵抗とリアクタンス抵抗が、通常の
場合と同様に、その長さに比例するとすれば、変電所18
Aにつながる区間ケーブル17部分の両端電圧降下UZA（第
３図と第４図）は、次の変電所18Bにつながる区間ケー
ブル部分の両端電圧降下UZBに等しくなる。残りの固定
子巻線区間のすべてについても、同じ式UZA＝UZBがあて
はまるので、区間ケーブル17の中央、例えば、区間3.15
における固定子巻線区間の部分電流は等しくなる。つま
り、IA＝IB＝0.5・ISとなる。その結果、すべての固定
子巻線区間はUA＝UBとなる。
Ｉ＝（１−l/d）IS式を適用すると、部分電流IAとIB
は任意の固定子巻線区間3.11ないし3.19に供給されるの
で、区間ケーブル17の電力損失は車両の通常動作条件が
与えられているとき、常に最小になる。従って、総エネ
ルギ消費は節減されることになる。本発明によれば、供
給電流IA＝IB＝0.5・1Sの分布が対照的である従来技術
に比べて電力損失を減少できる利点のほかに、励磁した
固定子巻線区間から離れた変電所においても最大電圧を
大幅に低減化できる利点がある。
上述したように、本発明による電流配分の調整は、第
２図の操作装置によって行なわれる。この操作装置は速
度調整装置31からなり、車両５がケーブル17上を走行す
るとき車両５が維持すべき速度の公称値がライン32から
入力される。この公称速度度値は記憶装置33に記憶され
ている。この記憶装置には、車両５から無線で送られて
きた車両位置信号がライン34を通って入力され、位置信
号に応じて、車両が走行中の瞬時固定子巻線区間に対す
る公称速度値がその出力端から送り出されるようになっ
ている。
速度調整装置31は、その出力端から制御信号を電流配
分ブロック35に送り、この制御信号を受けた電流配分ブ
ロックは、所望または公称速度を得るために必要な値に
電流ISを調整する。ライン34からの車両位置信号は軌道
データ記憶装置46にも入力され、その出力は電流配分ブ
ロック35にも接続されている。電流配分ブロック35の出
力36Aは変電所18Aに接続され、電流IAの瞬時値を調整す
るために必要な変電所電圧UAを調整するための制御信号
が出力される。対応する制御信号が電流配分ブロック35
の出力端から変電所18B（出力36B）および変電所24Aと2
4Bに送られる。車両５の実測速度信号はライン37に送り
出され、ライン37を通って速度調整装置31の入力と電流
配分ブロック35の入力に印加される。速度調整装置はこ
の実測速度値を公称値と比較して、電流配分ブロックが
公称速度を維持するための電流を調整するように制御す
る。
第５図は、電流配分ブロック35の詳細回路図である。
入力39は実測車両速度信号を送出するライン37に接続さ
れ、入力40は車両位置信号を送出するライン34に接続さ
れ、入力38は速度調整装置31の出力に接続されている。
入力40は処理ブロック41につながっており、このブロッ
ク41は車両の通常動作のための電流配分を、対応する固
定子巻線区間を通過したときのその瞬時位置に応じて判
断する関数Ｋ＝ｆ（ｘ）を記憶している。この例におけ
る関数Ｋはl/dに等しく、上述したように、ｌはある区
間ケーブルの可変長であり、ｄはその固定長である。第
２図において左側の変電所18Aに対してl/dの値をもつ位
置依存信号は処理ブロック41の出力端から出力されて、
減算ステージ42に入力され、そこで記憶値43に記憶され
ている“1"の値から減算される。従って、減算ステージ
42の出力端からは、（１−l/d）の値が得られる。この
値は乗算器44で入力端38から送られてきた、電流値ISに
対応する信号値に掛けられて、その積が出力端36Aに印
加される。さらに、Ｋ＝l/dの値は乗算器45に直接に入
力され、そこで信号ISが掛けられ、その積が出力端36B
に印加される。かくして、出力端36Aからは、（１−l/
d）に対応する信号が常に得られるので、変電所18Aを制
御するとができる。また、出力端36Bからは、l/dの値に
対応する信号が得られるので、他方の変電所18Bを制御
することができる。対応する出力信号は、車両の反対側
の固定子巻線区間を励磁するために変電所24Aと24Bにも
送られる。
軌道全体に関するデータは軌道データ記憶装置46（第
２図と第５図）に記憶されており、その入力端はライン
34に接続され、その出力端は処理ブロック41に接続され
ている。軌道データ記憶装置46は、車両５が経路の次の
区間に移るとき、例えば、区間ケーブル17から区間ケー
ブル21に移るとき、変電所18Bを出力端36Aに接続するよ
うに電流配分ブロック35を制御する。このとき、変電所
18Bは次の固定子巻線区間に最も近い位置にあるので、
出力端36Bからはその電流制御信号が最も離れた位置に
ある次の変電所に送られることになる。関数Ｋ＝ｆ
（ｘ）は、経路の各部分と相関関数をもつテーブルの形
で表わして、車両５が次の経路部分に移るとき、出力端
36Aと36Bからの該当制御信号が直ちにテーブルから送り
出されるようにすることも可能である。
第２図に図示の経路区間全体に対してＩ＝（１−l/
d）IS式を適用すると、ある変電所に近接する固定子巻
線区間、例えば、巻線区間3.11または3.19が励磁された
とき、その変電所から得られる電流ISのほぼ全部を供給
しなければならないことになる。しかし、部分電流IAと
IBに対しては、変動を最小にし、最大電流値を相対的に
小さくした方が好ましいので、この状態が常に望ましい
とは限らない。本発明の別の特徴によれば、部分電流
IA、IBは、それぞれの経路区間の中央領域に対してだけ
Ｉ＝（１−l/d）IS式に従って計算され、２つの残り部
分の領域に対しては、ISより小さく、近接変電所から送
られる部分電流と遠隔変電所から送られる部分電流との
比が“1"より大きくなっている一定の部分電流が使用さ
れるようになっている。
電流配分の好ましい変形例を示したのが、第６図のプ
ロット図である。同図から明らかなように、この例で
も、値ｄは区間ケーブルの総長さが一定であることを表
わしている。前記実施例とは対照的に、変数ｌはl/d値
の中央領域のみの部分電流比に影響を与えるが、残りの
終端領域の固定子巻線区間に送られる部分電流は一定の
ままになっている。例えば、左側の変電所から供給され
る部分電流IAは2/3・ISの一定値になっている。第２図
では、部分電流IAのこの一定値は巻線区間3.11−3.13に
適用可能である。この巻線区間範囲において遠隔変電所
18Bから供給される他方の部分電流の値は一定値IB＝1/3
・ISになっている。第２図の例において固定子巻線区間
3.14−3.16に対応する経路部分の中央領域においては、
部分電流IAとIBは共に（１−1/d）IS式を満足してい
る。このことから明らかなように、固定子巻線区間3.17
−3.19の範囲では、変電所からは逆数値の部分電流が供
給される。つまり、変電所18Bからは一定の部分電流IB
＝2/3・ISが供給され、変電所18Aからは一定の部分電流
IA＝1/3・ISが供給される。従って、２つの残余区間に
おける部分電流IAと部分電流IBとの比は2:1となる。上
述した電流配分の変形例によれば、区間ケーブル17にお
ける電力損失の低減と変電所18Aと18Bにおける最大電圧
低減化の利点が一部損なわれることになるが、他方、供
給される部分電流IAとIBが値2/3・ISまでに制限される
という利点が得られる。達成できる電力損失低減は第７
図に特性曲線48で示されており、達成できる最大電圧低
減は第８図に特性曲線49で示されている。これらの特性
曲線はどちらも、同じ条件の下で線50と51で示されてい
る対称的電流配分IA＝IB＝0.5・ISに関係するものであ
る。第７図のプロット図の縦座標は、電力損失ｖを示
し、第８図のプロット図の縦座標は変電所18Aから得ら
れる最大電圧UAを示している。これらのプロット図の横
座標はl/d比を示しており、ｌは瞬時励磁固定子巻線区
間が先頭または最後の変電所18Aからどれだけ離れてい
るかの距離である。次の、つまり、右側の変電所18Bの
電圧UBに関しては、それぞれの巻線区間の位置に依存す
る線49に対応するコースをとることになる。
遠隔または次の変電所の最大電圧は、例えば、6.05KV
ではなく、5.84KVのように小さい値が本発明の装置で使
用されるので、個々の固定子巻線区間3.11−3.19または
3.21−3.29を走行方向ｘに延長することが可能である。
その結果、経路区間で必要になる固定子巻線区間とスイ
ッチ装置が少なくなるので、長い軌道の場合には、材料
と保守費用が大幅に削減されることになる。
これまでに最も利点があると説明してきた本発明の好
適実施例では、区間ケーブルがカバーする経路区間の中
央領域の外側の固定子巻線区間、例えば、巻線区間3.11
−3.13および3.17−3.19の長さは、遠隔変電所につなが
る区間ケーブル17の対応する部分のそれぞれの公称負荷
角度電圧、オーム抵抗RSとリアクタンスjXS両端の電圧
降下およびオーム抵抗RZとリアクタンスjXZ両端の電圧
降下の総和が一定になり、考慮の対象になっている固定
子巻線区間の位置ｘに左右されないように最適化されて
いる。第２図の変電所18Aの例の場合には、このことは
次のことを意味する。つまり、巻線区間3.17−3.19の長
さが、好ましくは、巻線区間3.14−3.16の長さもが、こ
れらの区間を目的とした部分電流IAを発生する場合に
は、同じ大きさの電圧UAが使用できるのに対し、部分電
流IAを巻線区間3.11−3.13に供給する場合には、若干小
さくなった電圧UAでも十分であるような寸法になってい
ることである。ほぼ一定の最大電圧UBで部分電流IBを固
定子巻線区間3.11−3.16に供給する遠隔変電所18Bの場
合も、同じような調整が行なわれる。このようにして、
これらの変電所の最大電圧と最大電流はその利用効率が
最大化されている。
厳密には、巻線区間の両端電圧の上述した総和は、車
両の速度や、磁気ホイール電圧または負荷角度電圧UPも
一定であるときだけ、一定に保たれる。そうでない場合
には、上記の総和は、通常または公称動作条件の下でそ
れぞれの固定子巻線区間に現われる最高負荷角度電圧に
対して変化する。
第９図のプロット図は、通常または公称条件に対応す
る車両の動作状態が一定である場合、つまり、車両が一
定速度で走行し、電流ISが一定であることを条件とし
て、各所の巻線区間の長さが異なるときの効果を示して
いる。巻線区間の実際の長さをlwとすれば、lwは、上述
した最適化計算によって求められる。
同じく、第９図の別のプロット図は、対応する部分電
流IA、IBおよび部分電圧UA、UBと、それぞれの巻線区間
が左側変電所18Aから離れている距離l/d（第２図）との
対比曲線を示している。
それぞれの変電所18A、18B、24A、24Bに設置されてい
るDC/ACコンバータ53は、所与の変圧比をもつ変圧器を
介して、区間ケーブル17または28の両端に接続されてい
る。コンバータ53は経路の各種部品の特定要件または条
件に適合し、その電力出力が各種の経路区間の動作要
件、例えば、平面上を一定速度で安定した慣性走行、加
速走行、登り坂の走行といった条件に適合するように設
計されたものを用意する必要がある。従って、この種の
従来装置では、電力出力が異なるさまざまなタイプのコ
ンバーアを多数使用して、経路全体に沿って配置してい
る。
これに反して、本発明の装置では、例えば第10図に示
す18Aのように、変電所に設置されるDC/ACコンバータ53
は統一化されたものが、軌道全体に沿って配置されてお
り、変圧器54の変圧比だけが車両の異なる動作条件に適
合するように調整されるようにして、製造費をさらに削
減している。勿論、このようにすると、変電所に設置さ
れる装置は出力電力が統一されていなければならないが
（ｐ＝UI）、最大電圧と最大電流は必要時に変化させて
得ることができる。
第11図は変圧器54の出力側の電圧Ｉと共に変化する電
流値を図式化して示したものである。電流Ｉが車両速度
ｖに依存することは同じであるので、これは図に示され
ていない。第11図に示すように、例えば、第11図の特性
曲線の点C1に関して、変圧器の変圧比を小さくすると、
低い出力電圧で大きな電流を得ることができる。例え
ば、経路のうち車両の停止状態から加速が予想されるよ
うな、あるいは傾斜面が存在するような区間では、変圧
比が小さくなっている。このような加速段階では、車両
の速度、従って負荷角度電圧UBも相対的に小さいので、
一般的に最大電圧が低くても十分である。従って、この
段階では、最大電流値を大きくする必要があるのは、加
速に必要な推進力を大きくする場合である。その後、車
両が最大速度の走行が許される経路区間までくると、こ
の区間では、例えば、第11図のプロット図における点C2
に対応して、変圧比が大きい変圧器が使用されるが、こ
れは、一定の高速で駆動するためには、必要とされる電
流ISは相対的に小さいが、負荷角度電圧UPが大きいため
に、かかる電流を発生するために変電所の出力電圧を相
対的に高くする必要があるからである。また、考え方と
して、変圧比が異なるいくつかの変圧器54を変電所に設
けることも、あるいは経路区間をいくつかの区間に細分
化して、これらの区間に所定の変圧比をもつ変圧器を設
けて、その経路区間における異なる動作条件に対応する
ようにすることも可能である。第11図中のImaxとU
maxは、採用される長距離固定子システム（巻線ケーブ
ルなど）の電流と電圧の限界値を示している。
本発明による位置依存電流配分により、２つの変電所
18Aおよび18Bの少なくとも一方において予備電流が常に
用意されているという利点が得られる。例えば、第９図
に示すように、電流配分と巻線長さが車両位置に依存す
る場合には、電流ISの1/3を固定子巻線区間に供給して
いる変電所は、理論的には、他方の部分電流の値に相当
する2/3・ISの電流をまだ供給できる容量を残してい
る。本発明の装置がもつこの能力を利用すると、予想外
の混乱が起きた場合に、車両が突然に引き起す過剰な推
進力を防止することができる。
例えば、妨害や混乱が原因で変電所全体、例えば、変
電所18Aが稼動不能になった場合には、本発明によれ
ば、上述した位置依存電流配分が無効化され、例えば、
18B、24A、24Bといった、まだ稼動可能な変電所が同時
に可能な限りの最大電流を供給するように誘引されるの
で、偶発的事故が発生した場合でも、公称電力全体が確
保されることになる。勿論、これは、車両速度がある速
度まで落ちたあとに初めて可能になるが、これは、稼動
中の変電所18B、24A、24Bがこれらの固定子巻線区間の
ために最大電圧の限界で動作しており、その結果、瞬時
公称電流より大きい電流を供給できるのが、車両速度、
従って負荷角度電圧UBがそれに応じて減少したあとだけ
であるからである。それにもかかわらず、速度低下は、
まだ稼動状態にある３つの変電所18B、24A、24Bが電流I
Sのわずか50％を供給しているときの場合よりも、著し
く小さくなる。
ある変電所全体が停止した場合には、公称電力の67％
（わずか50％ではなく）がまだ残っているので、緊急動
作を維持することができる。同じ電力状態は、モータの
一方の側が故障したときにも起こる。例えば、第２図に
おいて変電所24Aおよび24Bから電力供給を受けているモ
ータ側で障害が起こった場合には、稼動状態にある２つ
の変電所18Aおよび18Bが、車両の速度低下に応じて、そ
のモータ側の総電流ISの約67％までを供給することにな
る。その結果、この場合にも、推進力の変化は50％では
なく、わずか約33％である。他の障害の場合にも同じよ
うな考え方があてはまるので、車両が走行中の固定子巻
線区間の位置ｘに関係なく、関係する変電所の一方は、
常にその電流限界値に保たれるか、あるいは電流限界値
に切り替えられ、他方の変電所はその電圧限界値で稼動
するか、あるいは電圧限界値に切り替えられることにな
る。車両が動作状態にあり、そのとき、関係する変電所
のいずれもが電圧限界値まで達していない場合には、車
両速度に関係なく、移動中の変電所はすべて、その最大
電流を供給する能力が残されている。
このようにして、瞬時に起こった障害に依存して、い
ろいろな動作条件が設定できるので、どのような事情の
下でも、車両を最適モードで動作させることが可能であ
る。
障害発生時に異なる変電所を制御するために、本発明
の装置は車両５の速度を示す信号を電流配分ブロック35
の入力端39に送ると共に、別の入力端56を通して、瞬時
公称速度値に対応する信号をライン32から送出する。こ
れらの２信号は例えば、比較器などの制御装置57に入力
され、その出力は処理ブロック41の入力端に入力され
る。制御装置57は、実測速度が公称速度に一致するとき
は、その出力端から例えば「０」信号を出力する。実測
速度があるしきい値だけ公称速度以下である場合は、制
御装置はその出力端から「１」信号を出力する。「０」
信号が現われた場合は、ブロック41は上述したように動
作する。しかし、「１」信号がその出力端に現われて位
置依存電流配分が取り消された場合には、ブロック41は
その出力端から0.5値を出力するので、２つの関係する
変電所18A、18Bまたは24A、24Bは、等しい部分電流IA＝
IBを供給するようにそれぞれのDC/ACコンバータを調整
することになる。コマンド記憶ブロック58と59が処理ブ
ロック41に接続されていることが好ましい。ブロック58
と59は、所定の障害に対応するデータと、障害発生時に
実行すべきコマンドを記憶している。このようにする
と、障害発生時にその障害に見合った電流配分が例えば
IA＝IBのように設定されるだけでなく、変電所から供給
される電流と電圧が必要時にそれぞれの限界値に保たれ
るか、あるいはその限定値に切り替えられることが制御
装置57および関係する変電所につながるライン（図示せ
ず）によって保証されることになる。特殊な障害とし
て、予定外の車両停止がある。かかる事態のために必要
な緊急制動を行なうために、２つの変電所18Aまたは24A
と18Bまたは24Bは、正常動作時とは向きが反対の算術符
号をもつ等しい電流IAとIBを供給するように指示され
る。上述したその他の障害の場合と同じように、制動電
流の供給は車両５の瞬時速度に依存するので、最大制動
電流IA＝IB＝−2/3・ISまでになるのは、通常、車両速
度、従って負荷角度電圧UPがそれに応じて減少したあと
だけである。逆に、緊急停止後の加速段階では、関係す
るすべての変電所は、初めは、負荷角度電圧IPがまだ十
分に小さくなっているまで、最大電流IA＝IB＝2/3・IS
の供給を受けている。公称速度までになると、車両位置
依存電流配分は再びオンにすることが可能になる。
以上、操作装置の実施例を参照して本発明を図示し
て、説明してきたが、本発明は、その精神から逸脱しな
い範囲内で種々改良ができると共に、構造上の変更が可
能であるので、これまでに詳しく説明してきた実施例に
限定されるものではない。特に、上述した車両位置依存
電流配分と巻線長さ配分に関しては、特定の必要条件に
応じて個別的にまたはブロック単位で最適化することが
可能である。特に、本発明による巻線長さ配分を、従来
から電流IA＝IB＝0.5・ISで２重に供給していたさまざ
まな固定子巻線区間で採用すると、利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、磁電式浮上車両とその軌道の断面を概略図で
示した正面図、 第２図は、第１図の電磁式浮上車両を操作する本発明に
よる装置のブロック回路図、 第３図は、第２図の装置における同期式長距離固定モー
タの等価回路図、 第４図は、第３図の長距離固定子モータのベクトル図、 第５図は、第２図の装置における電流配分ブロックの回
路図、 第６図は、第２図の装置における電流配分例のプロット
図、 第７図は、第６図による電流配分の過程で起こる電力損
失を示すプロット図、 第８図は、第６図による電流配分で必要な電圧のプロッ
ト図、 第９図は、第２図の軌道に沿って敷設された区間ケーブ
ル部分の比率が異なるときの電流配分と電圧配分を示す
プロット図、 第10図は、出力変圧器を備えた変電所の簡略ブロック回
路図、 第11図は、第10図の変圧器の変圧比が異なるときの出力
電流と電圧または車両速度との対比関係を示したプロッ
ト図である。 １……固定子メタル・シート束、２……軌道 ３……長距離固定子巻線、４……支持電磁石 ５……浮上車両、６……磁気コア ７……励磁巻線、８……測定ストリップ ９……連続メタル層、10……支持空隙 11……センサ、12……別のメタル層 13……送信コイル、14……受信コイル 16……スイッチ装置 17……区間ケーブル、18A、18B……変電所 19……追加のスイッチ装置 20、21……追加の区間ケーブル 22、23……スイッチ装置 24A、24B……追加の変電所 27、28、29……区間ケーブル 31……速度調整装置、32……ライン 33、43……記憶装置、34……ライン 35……電流配分ブロック 36A、36B……出力端、37……ライン 38、39……入力端、41……処理ブロック 42……減算ステージ、44、45……乗算器 46……軌道データ記憶装置 49、50、51……線、54……変圧器 56……追加の入力端、57……制御装置 58、59……コマンド記憶ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フリードリッヒ レーザー ドイツ連邦共和国 ディー‐8012 リー メルリング アステルンストラーセ ７ (72)発明者 ヘルマン フォン クェパッハ ドイツ連邦共和国 ディー‐8300 ラン ドシュット エイヒェングルーベ 18 (56)参考文献 特開 昭53−53809（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−83203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−151891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−25502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−131707（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】軌道に沿って敷設され、相互に分離した複
    数の連続固定子巻線区間に細分化された長距離固定子巻
    線と車両上に装着された励磁装置とからなる同期リニヤ
    ・モータと、軌道に平行に延設され、複数の連続タップ
    点をもつ少なくとも１つの区間ケーブルと、連続固定子
    巻線区間と区間ケーブルの割り当てられたタップ点との
    間に接続されていて、スイッチ・オンされたとき、当該
    固定子巻線区間を当該区間ケーブルに連続的に接続する
    ための複数のスイッチ装置と、それぞれが区間ケーブル
    の両端に接続されていて、当該区間ケーブルに接続され
    た固定子巻線区間に２つの部分電流を供給するための少
    なくとも２つの変電所と、車両の動作条件の関数として
    および／または変電所と接続された固定子巻線区間との
    間の区間ケーブルの長さ（ｌ）と変電所間の区間ケーブ
    ルの長さ（ｄ）との関数として２つの部分電流の比率を
    調整するための手段とから構成されていることを特徴と
    した軌道に沿って移動可能な磁電式車両操作装置。
  2. 【請求項２】当該車両は磁電式浮上車両であることを特
    徴とした請求項１に記載の磁電式車両操作装置。
  3. 【請求項３】固定子巻線区間が当該区間ケーブルに接続
    されたとき、当該接続された固定子巻線区間に近い位置
    にある変電所から供給される部分電流が、当該接続され
    た巻線区間から離れている位置にある変電所から供給さ
    れる部分電流よりも大であることを特徴とした請求項１
    に記載の磁電式車両操作装置。
  4. 【請求項４】中央の固定子巻線区間が当該区間ケーブル
    に接続されたとき、２つの変電所から供給される部分電
    流は同じ大きさをもち、当該接続された固定子巻線で必
    要とされる総電流の半分に相当することを特徴とした請
    求項１に記載の磁電式車両操作装置。
  5. 【請求項５】少なくとも車両が通常または公称動作して
    いるときは、それぞれの変電所から供給される２つの部
    分電流は下式に従って調整されることを特徴とした請求
    項１に記載の磁電式車両操作装置。 Ｉ＝（１−l/d）Is ただし、ｄは２つの変電所間のケーブル区間の長さ、Is
    は当該固定子巻線区間のうちの接続された巻線区間を流
    れる総電流、ｌは変電所と当該固定子巻線区間のうちの
    当該接続された巻線区間との間の区間ケーブル部分の長
    さである。
  6. 【請求項６】調整手段は、区間ケーブルの中央領域に接
    続される固定子巻線区間に対してだけ前記式に従って部
    分電流を調整し、残りの固定子巻線区間に対して、当該
    残りの固定子巻線区間と当該変電所間の当該区間ケーブ
    ルの長さに依存しない一定の部分電流（IA、IB）を調整
    し、その場合に、当該一部の部分電流は総電流（Is）よ
    り小さく、接続された固定子巻線区間に近い位置にある
    変電所から供給される部分電流と、当該接続された固定
    子巻線区間から離れた位置にある変電所から供給される
    部分電流との比率が区間ケーブルの終端領域に対しては
    一定であり、１より大きいことを特徴とした請求項５に
    記載の磁電式車両操作装置。
  7. 【請求項７】比率は一定であり、2:1であることを特徴
    とした請求項６に記載の磁電式車両操作装置。
  8. 【請求項８】区間ケーブルの終端領域に割り当てられる
    固定子巻線区間の長さは、当該終端領域における巻線区
    間の各々に対しては、公称負荷角度電圧と、その実抵抗
    とリアクタンス抵抗による電圧降下と、当該巻線区間の
    うちの接続された巻線区間から延設されている区間ケー
    ブル部分と離れた位置にある変電所の両端電圧降下との
    総和がほぼ一定に保たれるように調整されることを特徴
    とした請求項６に記載の磁電式車両操作装置。
  9. 【請求項９】変電所の各々は、区間ケーブルの割り当て
    られる終端に変圧器を介して接続されたDC/ACコンバー
    タを備えており、当該変圧器の変圧比が所与の経路部分
    の動作条件に従って調整されることを特徴とした請求項
    １に記載の磁電式車両操作装置。
  10. 【請求項１０】調整手段はそれぞれの変電所に接続され
    た電流配分ブロックを備えており、当該電流配分ブロッ
    クは、動作障害が起きた場合に、変電所の一方を最大電
    流に設定し、他方の変電所を最大電圧に設定し、または
    両方の変電所を最大電流に設定するための制御手段を備
    えていることを特徴とした請求項６に記載の磁電式車両
    操作装置。
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