JP3347043B2 - 磁気浮上式鉄道用推進コイル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気浮上式鉄道用推
進コイル装置に係り、特に絶縁劣化検出手段を付加した
磁気浮上式鉄道用推進コイル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】次世代の大量高速輸送システムとして、
超電導マグネットを用いた磁気浮上式鉄道が注目されて
いる。このシステムは、車体側に超電導マグネットを搭
載するとともに地上側のガイドウエ−全域に亘って推進
コイル、浮上コイル及び案内コイル（実際の場合、特別
な案内コイルは用いず、浮上コイル若しくは推進コイル
を利用して案内力を得る場合が多い）とを取り付け、こ
れらの地上側のコイルと車体側の超電導マグネットとの
間に働く電磁力によって、車体を浮上走行させるもので
ある。

【０００３】このシステムにおいては、複数個直列に接
続された推進コイルに所定の駆動電磁力を発生させるた
めの電流を流すためには、例えば１１ｋＶとか２２ｋＶ
というような高電圧を推進コイルに課電する必要があ
る。推進コイルは、そのような高電圧に耐える必要があ
るため、その導体は、例えばエポキシ樹脂などの絶縁特
性の優れた固体絶縁物で完全に覆われるように構成され
る。これらの固体絶縁物は製作当初においては高い耐電
圧を有しているものの、長期の使用によって、徐々にそ
の耐電圧も低下する懸念がある。特に、本発明の対象で
ある磁気浮上式鉄道用の推進コイルでは、屋外に設置さ
れるため雨等による吸湿劣化、温度変化による熱応力や
電磁力による繰返し応力等が加わることにより機械的な
劣化、さらには高電圧課電による部分放電劣化等の影響
を受け、長期的には絶縁性能が低下することが考えられ
る。もちろん、推進コイル等の絶縁設計はこれらの劣化
要因を考慮してなされているが、実際にシステムがこの
考慮した劣化範囲程度内であるか否かを検出できる手段
があれば、さらに信頼性を向上させることが可能にな
る。

【０００４】絶縁劣化を検出する手段としては、該当す
る絶縁物に高電圧を課電し、部分放電の検出、誘電正
接、絶縁抵抗の測定などが行なわれる。前記の推進コイ
ルも直列接続された推進コイル群に一括して課電し、部
分放電等の測定を行なうことは可能であり、推進コイル
群全体としての絶縁性能の劣化の検出は或る程度可能で
あると考えられる。しかしながら、直列接続された全体
としての検出であるため、検出感度の低下は避けられず
且つ具体的にどのコイルが劣化しているかの情報は得ら
れない。

【０００５】いずれのコイルが劣化しているかについて
の情報を得るためには、直列接続しているケーブルをは
ずし、推進コイル個々に課電して測定すれば可能である
が、ケーブル接続の取外し、再接続にかなりの時間を要
し、能率的な方法とは言えない。このような問題を解決
する提案として、特開平3-86039がある。これは、推進
コイル毎の入出力端子部に貫通型変流器を設け、入出力
端子を一括してこの貫通型変流器に挿入するようにした
ものである。このようにすることによって、他の推進コ
イルで発生した部分放電の影響を排除し、該当するコイ
ルの部分放電の検出ができるとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】磁気浮上式鉄道におけ
る推進コイルの数は、数千個/km程度にもなり、それに
取り付ける前記のセンサ類の数も同様莫大な数になるた
め、小型化は極めて重要な課題である。しかるに上記の
ような方法においては、入出力端子全体を貫通型変流器
に一括して挿入する必要があるため、かなり大型の貫通
型変流器を必要とする欠点がある。

【０００７】本発明の目的は、そのような大型センサが
必要である欠点を排除しながら、推進コイル個々の絶縁
劣化の検出可能な小形の磁気浮上式鉄道用推進コイル装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、両端部
にそれぞれケ−ブル導体が接続されるコイル導体と、前
記ケ−ブル導体及びコイル導体を絶縁体を介して被覆す
る導電層とを備えた磁気浮上式鉄道用推進コイル装置に
おいて、前記導電層を流れる電流を検出するように構成
したことを特徴とする磁気浮上式鉄道用推進コイル装置
が提供される。

【０００９】本発明の別の側面によれば、両端部にそれ
ぞれ端子リ−ドを介してケ−ブル導体が接続されるコイ
ル導体と、前記コイル導体及び端子リ−ドを絶縁体を介
して被覆する導電層とを備えた磁気浮上式鉄道用推進コ
イル装置において、前記端子リ−ドを被覆する導電層を
分断して、その分断した導電層をそれぞれリ−ドで接続
し、該リ−ドを流れる電流を検出するように構成したこ
とを特徴とする磁気浮上式鉄道用推進コイル装置が提供
される。

【００１０】これによれば、推進コイル個々の絶縁劣化
の検出が可能であるとともに、従来例のように推進コイ
ルの入出力端子部全体を貫通型変流器に一括して通す必
要をなくすことが可能となるため小型化が可能である。

【００１１】本発明のもう一つの側面によれば、両端部
にそれぞれ端子リ−ドを介してケ−ブル導体が接続され
るコイル導体と、前記コイル導体及び端子リ−ドを絶縁
体を介して被覆する導電層とを備えた磁気浮上式鉄道用
推進コイル装置において、前記両端子リ−ドの少なくと
も一部は絶縁距離を隔てて一括して絶縁体を介して導電
層によって被覆されているとともに、その一部において
前記端子リ−ドを流れる電流を検出するように構成した
ことを特徴とする磁気浮上式鉄道用推進コイル装置が提
供される。

【００１２】これよっても、推進コイル個々の絶縁劣化
の検出が可能であるとともに、従来例のように、推進コ
イルの入出力端子部全体を貫通型変流器に一括して通し
ていないため小型化が可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例を示す断
面図である。コイル導体１は、例えばアルミニウムある
いは銅の導体上に絶縁テープを巻くなどして導体絶縁を
施したものを数回から数十回巻いて構成され、その両端
には端子リ−ド４が設けられている。端子リ−ド４の先
端には接続子６が設けられ、該接続子はケ−ブル導体５
の先端を堅く保持することにより端子リ−ド４とケ−ブ
ル導体５を電気的に接続している。

【００１４】コイル導体１の絶縁は、絶縁テープを巻く
代わりにスペーサ材を設け、後述するモールドレジンを
その隙間に含浸させて構成することもできる。これらの
コイル導体１、端子リ−ド４及び接続子６は、通常、型
の中に納められ、その周囲に無機質充填材が混入された
熱硬化性レジンが注入、硬化された対地絶縁層２が形成
される。さらにその周囲には、導電率を制御した導電性
の塗料が塗布されるなどして接地導電層（接地シール
ド）３が施される。

【００１５】ケ−ブル導体５と接続子６の周りの対地絶
縁層２とは絶縁体で被覆され、さらにその絶縁体はケ−
ブル外部導電層を形成する導電層７によって被覆され、
そして両導電層３及び７は互いに電気的に接続されてい
る。

【００１６】本発明の実施方法としては、推進コイルの
接地導電層３を電気的に分断する方法（後述図３）とケ
ーブルの外部導電層７を電気的に分断する方法がある
が、図１はケーブルの外部導電層７を分断する方法を図
示したものである。外部導電層７は、外部導電層部７a
と７b とに分断され、それぞれの外部導電層部７a と７
b から引き出されたリード線８a と８b は高周波特性の
優れたコア９を通して接続される。

【００１７】図１においては、リ−ド線８a と８b はそ
れぞれ１回のみの巻き付けであるが、外部導電層部８a
あるいは８b を複数回巻き付けた後に接続して検出の感
度を向上させることもできる。その場合、左右のリード
線８a と８b の巻き付け回数は同一にしておく必要があ
る。

【００１８】さらにコア９には信号検出コイル１０が巻
かれる。推進コイルに高電圧が課電された際の部分放電
信号等はこの巻線の出力として得られる。部分放電を検
出する際には、通常の部分放電の検出と同様、信号検出
コイルに得られた出力を高周波フィルターを通した後増
幅し、さらに必要に応じてこれに波形成形などが施され
る。

【００１９】このような構成にして、推進コイル個々の
部分放電が検出できる原理を図２を用いて説明する。図
２は直列に接続された推進コイル３個分（Coil 1 〜 Co
il 3)の電気的等価回路を示す。推進コイルはコイル導
体の作るリアクタンスに対地に対する静電容量が並列に
接続されている形で表せる。図の上側の線は、コイル導
体及びケーブル導体を示し、下側の線は接地導電層及び
ケーブルの外部導電層に対応している。

【００２０】図２の等価回路は、さらに絶縁物の一部に
ボイド（空隙）等の欠陥がある場合の等価回路を表して
いる。Cd は欠陥部分の静電容量であり、それと並列に
接続されている対抗した矢印は、欠陥部分の放電発生電
圧に対応した放電ギャップを示している。Ca 1 〜 Ca 3
は接続ケ−ブルの静電容量であり、Cd に加わる分担電
圧が放電ギャップの放電電圧を超えると、ギャップは放
電し、外部の回路に放電電流パルスが流れる。Cs は欠
陥に直列な静電容量、Cp は欠陥以外の部分の静電容量
を示す。

【００２１】１８〜２３は電流パルス検出センサであ
る。これらのセンサは、電流がセンサの右側から左側に
向かって流れた場合に正の出力が得られるように接続さ
れているものとする。今、Coil 2 中の欠陥が部分放電
を発生したとすると、その部分放電に伴って消失した電
荷量を、主にそのコイルに接続されているケーブルの静
電容量から補う形でパルス電流 Ip 1、Ip 2 が図に示し
た方向に流れる。この場合、電流検出センサ２１は Ip
1 に対応する出力が得られ、電流検出センサ２１には−
Ip 2（センサの左から右に流れる電流）に対応した出
力が得られる。ここで、センサ２０と２１の差動出力が
得られるように結線しておくとその出力は、Ip 1 - (-
Ip 2) = Ip 1 + Ip 2 に対応したものとなる。すなわち
部分放電によって生じた電流に対応した出力が得られ
る。

【００２２】このような動作をする具体策の一例が図１
に示した高周波特性の優れたコアにそれぞれの外部導電
層接続リードを通し、さらに、このコアに信号検出コイ
ルを巻く方法である。このようにすると、右のリードか
ら流れ込んだと同じ電流が左のリードから流れでたとす
ると、これらのリードを流れる電流が作る磁束はコア中
で打ち消されるため、信号検出コイルには信号が出な
い。逆に右と左のリード線を流れる電流の向きが同方向
の場合、これらの電流の作る磁束はコア中で強められ、
信号検出コイルには電流の和に対応した出力が得られ
る。このように、図１の構成は対応する推進コイルの部
分放電の検出が可能である。

【００２３】前記の説明では、Coil 2 で部分放電が発
生した場合、直接接続されているケーブルの静電容量か
らのみ電流が供給されるとして説明したが、実際には図
７に示すように、その大きさは小さいが、隣あった推進
コイルの静電容量からも電荷が供給される。この場合も
Coil 2 の部分放電の検出に関しては何等問題がない
が、このような電流が流れた場合、電流検出センサ１９
及び２２も電流パルスが検出され、部分放電の生じてい
ないコイルでも部分放電が発生していると誤認される懸
念がある。しかしながら、図２と図７の電流の向きを考
慮に入れ、それぞれのコイルで得られる出力を考えると
Coil 1 では - In 1に、Coil 2 では In1 + In 2 に、
Coil 3 では - In 2 にそれぞれ対応した出力となるの
が分かる。このように該当コイル中で発生した部分放電
パルスと隣のコイルで発生した部分放電の電流パルス波
形とではその位相が異なっている。そのため、一般の部
分放電測定においてノイズの識別法にも用いられている
ように、パルスの立上り部分の位相（立ち上がっている
か、その逆か）を比較することで識別が可能である。
また、In 1、In 2 までを考慮した場合、Coil 2（部分
放電発生コイル）で検出される放電電流パルスの大きさ
は、（Ip 1 + In 1 + Ip 2 + In 2) であるのに対し、C
oil 1、Coil 3 で検出される電流パルスの大きさは、In
1、In 2であり、当然のことながら Coil 2 で検出され
るものより小さい。このように、検出されたパルスの位
相及びその大きさを比較することで、該当コイルで発生
した部分放電か隣接コイルでの部分放電かを判別でき
る。

【００２４】以上の説明のように、本発明によれば推進
コイルへの電流供給用のケーブルをはずすこと無く、絶
縁劣化の生じている推進コイルの特定が可能になる。ま
た、使用する電流検出センサもケーブル外部導電層の接
続リード線２本を通す程度のものでよいから極めて小形
のもので良く、小形のシステムの構築が可能になる。

【００２５】次に本発明の別の実施例について述べる。
図３は、図１における外部導電層である導電層７を分断
する代わりに、リ−ド４の部分で接地導電層３を分断し
た例である。推進コイルの端子部の接地導電層部分に設
けた場合の例である。３b は分断された接地導電層部、
12a、12b はそれぞれの接地導電層部から引き出された
リード線である。

【００２６】この場合も図２を用いて説明したと同様の
原理で部分放電等の絶縁劣化信号の検出ができる。この
場合は、本発明の部分放電等の検出部分を推進コイルに
直接組み込めるため、ケーブルとの接続と無関係に作業
できる利点がある。図１、図３においてはケーブル外部
導電層７あるいは推進コイルの接地導電層３の切断部分
は、見やすくするためかなり開いたように誇張して示し
ているが、実際には図４に示すように薄い絶縁層１３を
１枚介在させる程度で十分である。

【００２７】これまでの説明では、入出力端子及びその
端子リードが２本にそれぞれ独立して引き出されれた場
合についての構造を示したが、図５に示すように端子リ
ード部は必要な絶縁距離を離すのみで一緒に引き出さ
れ、その後それぞれの先端を互いに離す方向に延ばすよ
うにして、全体としてＴ型構造となるようにしてもよ
い。この場合は、コアの内周側（必ずしもコアの内周側
に面している必要はない）の導電層を電気的に分割し、
それぞれから引き出されたリード線相互をコアの外周側
で電気的に接続すればよい。この状態を等価回路上に表
すと図８のようになる。これまで説明してきた図２の回
路では設置シ−ルド側に流れるパルス電流を検出するの
に対して、図８のＴ型構造ではコイル導体、したがって
端子リ−ドを流れるパルス電流を検出する。両者はパル
ス電流を検出する場所が若干異なるが、同じ電流を検出
しており、Ｔ型の場合も前記の説明と同様の原理で所定
のコイルの部分放電の検出ができる。

【００２８】また、Ｔ型構造においては図６に示すよう
に検出用のコアを端子リードの絶縁層中に埋め込んでし
まうこともできる。この場合は、接地導電層を電気的に
分割する等の作業を省略できる利点が有る。

【００２９】なお、図８において、２５〜２７は図５お
よび６におけるコア９に対応するものである。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明のように本発明によれば、推
進コイル個々の絶縁劣化の検出可能な小形の磁気浮上式
鉄道用推進コイル装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す磁気浮上式鉄道用推進
コイル装置の断面図。

【図２】図１のコイル装置の原理を説明する等価回路
図。

【図３】本発明のもう一つの実施例を示す磁気浮上式鉄
道用推進コイル装置の断面図。

【図４】図１および２の導電層を電気的に分割（分断）
する詳細構造を示す断面図。

【図５】本発明の別のもう一つの実施例を示す磁気浮上
式鉄道用推進コイル装置の断面図。

【図６】本発明のさらにもう一つの実施例を示す磁気浮
上式鉄道用推進コイル装置の断面図。

【図７】図２の等価回路に対応するもう一つの例の等価
回路図。

【図８】図５及び６のコイル装置の原理を説明する等価
回路図。

【符号の説明】

１……コイル導体、２……対地絶縁層、３……接地導電
層（接地絶縁層）、４……端子リード、５……ケーブル
導体、６……接続子、７、８……ケーブル外部導電層、
９……コア、１０……信号検出コイル、１２……分断接
地導電層接続リード、１３……絶縁物、１４……分断接
地導電層接続リード、１８〜２３……電流パルス検出セ
ンサ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−160442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−47966（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 13/03 B65G 54/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部にそれぞれ端子リードを介してケー
   ブル導体が接続されるコイル導体と、前記コイル導体及
   び端子リードを絶縁体を介して被覆する導電層とを備え
   た磁気浮上式鉄道用推進コイル装置において、前記両端
   子リードの少なくとも一部は絶縁距離を隔てて一括して
   絶縁体を介して導電層によって被覆されているととも
   に、その一部において前記端子リードを流れる電流を検
   出するように構成したことを特徴とする磁気浮上式鉄道
   用推進コイル装置。
2. 【請求項２】 前記端子リードの、前記絶縁距離を隔てて
   一括して絶縁体を介して導電層によって被覆されている
   部分においては前記両端子リードを通すコアを前記絶縁
   体中に埋め込んだことを特徴とする請求項１に記載され
   た磁気浮上式鉄道用推進コイル装置。
3. 【請求項３】 前記両端子リードのそれぞれの先端は互い
   に離れる方向に延びていることを特徴とする請求項１ま
   たは2に記載された磁気浮上式鉄道用推進コイル装置。
4. 【請求項４】 両端部にそれぞれ端子リードを介してケー
   ブル導体が接続される地上コイル導体と、前記コイル導
   体及び端子リードを絶縁体を介して被覆する導電層とを
   備えた磁気浮上式鉄道用推進コイル装置において、前記
   コイル導体の両端部を基準にして前記ケーブル導体側に
   おいて前記導電層を分断してその分断した導電層をそれ
   ぞれリード線で接続し、コイル導体から引き出される一
   対の端子リードの導電層を流れる電流を同時に検出する
   ように構成したことを特徴とする磁気浮上式鉄道用推進
   コイル装置。