JP3926614B2 - 車両用リアクトル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の床下に設置して使用されるリアクトルに係り、特に磁気遮蔽機能を備えた車両用リアクトルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば直流給電によるインバータ駆動方式の電気車では、通常、電力の取込みにリアクトルを必要とするが、このリアクトルは、車両の床下に設置して使用されるのが通例であり、このため、リアクトルから車室内に漏洩してくる磁束について何らかの対策が必要である。
【０００３】
そこで、このような車両用リアクトルでは、磁気遮蔽板を用いる方法が従来から知られており、例えば特開平７−１６９６２３号公報では、コイル巻線を保護カバーで包囲し両端部を支持金具で固定したリアクトルを鉄道用車両の床下に設置するとき、リアクトルと車両の床の間に、磁気遮蔽用の鋼板を配置し、これによりリアクトルから発生する漏洩磁束が車内に漏れてしまうのを低減させるようにしたリアクトルについて開示している。
【０００４】
ここで、このような車両の床下に設置して使用されるリアクトルの従来技術について、図１３により説明すると、この図において、まず、車両用リアクトルの全体を１で表わす。そして、２は巻線(コイル)、３は巻線支持金具、４は磁気遮蔽板、５は取付金具、６は車体の床面、７は車室内、１０は巻線２からの漏洩磁束、２０は空間、３０は保護カバーである。
【０００５】
巻線２は保護カバー３０により包囲され、両端部が巻線支持金具３により保持され、磁気遮蔽板４を介して取付金具５により車体６の床下に吊り下げられている。このとき、磁気遮蔽板４は、下向きの浅い皿状に作られていて、垂れ下がった四辺が巻線２の上に被された形で設けられている。
【０００６】
ところで、この図１３に示すようなリアクトル１では、巻線２の端部に巻線支持金具３が対向し、しかも、ほとんどの場合、巻線２を除く他の構造材は鋼材で作られており、従って、巻線２による漏洩磁束１０の大半は、図中に矢印で示すように、巻線２の端部から巻線支持金具３に集中して流れ込み、ここで上方と下方に分流する。
【０００７】
そして、上方の漏洩磁束１０の経路は、巻線２→巻線支持金具３→磁気遮蔽板４→取付金具５→巻線支持金具３→巻線２という形で形成され、下方では、巻線２→巻線支持金具３→空間２０→巻線支持金具３→巻線２という経路になる。
【０００８】
従って、上方の経路は磁気遮蔽板４で形成されているが、下方の経路には空間２０が含まれることになり、この結果、上方の経路は、下方に比べて磁気抵抗が小さく、このため、巻線２の漏洩磁束１０も、上方の経路の方が、下方よりも多くなっている。
【０００９】
ここで、このような車両用リアクトルは、直流リアクトルとして動作させるのが前提であり、従って、上記したように、漏洩磁束１０が巻線支持金具３に流れても、交番磁界による損失の発生は特に問題にはならない。
【００１０】
ここで、図１４は、図１３のＡ−Ａ断面における車室内７での漏洩磁束の解析結果を示したもので、この図から理解されるように、このような構成のリアクトル１の場合、車室７内での漏洩磁束１０は、図１４に示すように、取付金具４の近傍で強くなってしまう。
【００１１】
これは、図１３から明らかなように、巻線支持金具３が、巻線２と対向する両端部に配置されていて、巻線２による漏洩磁束１０は、まず巻線支持金具３に流れてから磁気遮蔽板４に流れるが、このとき巻線支持金具３の上には取付金具５があるので、これに移行して車室７内に流れ込んでしまうからである。
【００１２】
この車室７内での漏洩磁束は、車室７内にある計測器(図示せず)や制御機器に悪影響が及ぶと言われており、その機器に誤動作を引き起こす要因ともなり得る。
【００１３】
そこで、従来技術では、磁気遮蔽板４の板厚や面積を拡張して対応したり、或いは図示のように浅い皿状にして四辺に垂れ下がった部分を設けて対応したり、更に板厚の異なった鋼板を複数枚、所定の間隔で重ねて使用するなどして対応していた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、漏洩磁束遮蔽性能の向上に重量増加と大型化が伴ってしまう点に配慮がされておらず、車両用リアクトルの軽量化と小型化に問題があった。すなわち従来技術では、漏洩磁束遮蔽性能を向上するため、磁気遮蔽板の板厚を厚くしたり、板厚の異なった複数枚の鋼板を所定の間隔で重ねて磁気遮蔽板を構成しているため、リアクトルの重量が増加し大型になってしまうのである。
【００１５】
本発明の目的は、軽量且つ小型で充分な漏洩磁束遮蔽性能を備えた車両用リアクトルを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、リアクトル用巻線の両側を巻線支持金具に取付け、磁気遮蔽板と取付金具を介して車両の床下に設置した車両用リアクトルにおいて、前記巻線支持金具を非磁性材料で作り、前記リアクトル用巻線の漏洩磁束経路における磁気抵抗が、前記非磁性材料の巻線支持金具により、当該リアクトル用巻線の上下でバランスさせられるようにして達成される。
【００２０】
このとき、前記リアクトル用巻線が２個、軸方向に併設され、各リアクトル用巻線毎に、各々の漏洩磁束経路における磁気抵抗が、当該リアクトル用巻線の上下でバランスさせられるようにしても良い。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用リアクトルについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態で、図示のように、この実施形態による車両用リアクトル１は、巻線２と、この巻線２を両端部から固定する巻線支持金具３、磁気遮蔽板４、それに取付金具５を備えている。
【００２２】
そして、この車両用リアクトル１は、取付金具５により車体６の床下に取付けられるが、このとき、巻線２からの漏洩磁束１０を低減するため、磁気遮蔽板４を介して車体６の床下に吊り下げられるようになっている。
【００２３】
このとき、巻線２には、パンチングメタル(網目状に多数の小孔が設けてある板材)などで作られた保護カバー３０を設けてあるが、これらの構成は、図１３で説明した従来技術の場合と同じである。
【００２４】
ところで、この場合、図中に矢印で示すように、巻線２から多量に発生した漏洩磁束１０が巻線２の端部から巻線支持金具３に流れ込むので、このままでは、上記したように、車室内７にも多量の漏洩磁束１０が流れ込み、磁束に集中した部分が現われてしまう。
【００２５】
そこで、この実施形態では、巻線支持金具３と磁気遮蔽板４の間に非磁性体のギャップ材(スペース部材)４０を設け、これにより、漏洩磁束の経路における磁気抵抗が大きくなり、巻線２の上下でバランスされるようにしたものである。
【００２６】
ここで、このギャップ材４０の材質としては、要求される機械的強度に十分耐える材質の非磁性材料なら何でも良く、木材や各種の合成樹脂材などの絶縁物、ステンレス、アルミニュウムなどの非磁性金属材が使用できる。
【００２７】
このように構成した車両用リアクトル１によれば、非磁性体のギャップ材４０があるため、矢印で示すように、巻線２による漏洩磁束１０が巻線支持金具３に流れ込んだとき、ここで上下に分散され、この結果、図２に示すように、車室内７の漏洩磁束１０を減少させることができる。この図２は、図１のＡ−Ａ断面における車室内での漏洩磁束の解析結果を示したものである。
【００２８】
これは、ギャップ材４０があるため、巻線支持金具３と磁気遮蔽板４の間の磁気抵抗が大きくなり、この結果、巻線支持金具３と直交する巻線２の中心軸を境にして漏洩磁束の経路をみた場合、上側の経路の磁気抵抗が増し、下方向の経路の磁気抵抗とバランスされてしまうためである。
【００２９】
このように上下で磁気抵抗がバランスされると、漏洩磁束も上下でバランスされ、下側で漏洩磁束が増加された分、相対的に上側では漏洩磁束が減少されるので、車室内７の漏洩磁束１０も低減され、この結果、この実施形態によれば、磁気遮蔽板４に必要な磁気遮蔽性能が低くて済むことになる。
【００３０】
従って、この実施形態によれば、従来技術のように、磁気遮蔽板４の板厚や面積を大きくしたり、板厚の異なる複数枚の鋼板の積層体からなる磁気遮蔽板を用いたり、四辺が垂れ下がった磁気遮蔽板を用いたりする必要がなくなり、車両用リアクトル１の小型化と軽量化を充分に図ることができる。
【００３１】
なお、この実施形態による車両用リアクトルも直流リアクトルとして動作させるのが前提であるから、上記したように、交番磁界による損失の発生は特に問題にならない。従って、ギャップ材４０の取付けに溶接やボルトなどを用いても、性能に影響が現れる虞れはない。
【００３２】
なお、この図１の実施形態では、巻線支持金具３の材質が通常の磁性体の場合を例にして説明したが、別途、ギャップ材４０を設ける代りに、他の実施形態として、巻線支持金具３自体をステンレス、アルミニウム、非磁性鋼などの非磁性材にしてもよく、この場合でも、同等の作用効果が期待できことは言うまでもない。
【００３３】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
まず、図３は、本発明の第２の実施形態で、この図において、５０はバイパス磁性板で、その他の構成は、ギャップ材４０が設けてない点を除き、図１の実施形態と同じであり、従って、同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
ここで、バイパス磁性板５０は、巻線２の下側で、両側にある巻線支持金具３の間に取付けられた所定の厚さの鋼板で作られ、これにより、両側にある巻線支持金具３の下端部の間に、磁性体による磁気抵抗の少ない磁路が新たに形成されるように働く。
【００３５】
そうすると、この図３の実施形態の場合、上側の磁気遮蔽板４による磁路に対して、バイパス磁性板５０による磁路がバイパス磁路となるので、巻線２の中心を境にして、上方と下万で磁気抵抗がバランスした状態になる。
【００３６】
そこで、巻線２による漏洩磁束１０が、矢印で示すように巻線支持金具３に流れ込んだとき、漏洩磁束１０の中で巻線支持金具３の下方に向かい、バイパス磁性板５０によりバイパスされてしまう成分が増加し、その分、巻線支持金具３から磁気遮蔽板４、取付金具５を経由して、車体６など上方に流れていた漏洩磁束１０の移行分が減少する。
【００３７】
この結果、図４に示すように、車室内７の漏洩磁束１０を減少させることができる。
ここで、この図４も、図３のＡ−Ａ断面における車室内での漏洩磁束の解析結果を示したものであり、従って、この図３の実施形態によっても、磁気遮蔽板４に必要な磁気遮蔽性能が低くて済み、車両用リアクトル１の小型化と軽量化を充分に図ることができる。
【００３８】
なお、この図３では、バイパス磁性板５０が１枚の場合の実施形態になっているが、複数枚使用してもよい。すなわち、上記したバイパス磁路に必要な磁気抵抗特性に合わせるなどの要求に応じて任意の枚数使用することができる。
【００３９】
次に、図５は、本発明の第３の実施形態で、この図において、４Ａ、４Ｂは磁気遮蔽板４の垂れ下がり部分で、その他の構成は図１の実施形態と同じであり、従って、同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４０】
垂れ下がり部分４Ａ、４Ｂは、磁気遮蔽板４の２辺で、巻線支持金具３の外側に位置する部分を下方(巻線２がある方)に向けて折り曲げて形成された部分で、ギャップ材４０の存在により、そこから漏れ出た漏洩磁束１０を吸引し、車室内７に流入するのを抑える働きをする。
【００４１】
そうすると、この図５の実施形態は、まず非磁性体のギャップ材４０があるため、矢印で示すように、巻線２による漏洩磁束１０が巻線支持金具３に流れ込んだとき、ここで上下に分散されるので、車室内７の漏洩磁束１０を減少させることができると共に、垂れ下がり部分４Ａ、４Ｂにより車室内７に流れ込むのが抑えられることになる。
【００４２】
この結果、図６に示すように、車室内７の漏洩磁束１０を減少させることができる。
ここで、この図６も、図５のＡ−Ａ断面における車室内での漏洩磁束の解析結果を示したものであり、従って、この図５の実施形態によっても、磁気遮蔽板４に必要な磁気遮蔽性能が低くて済み、車両用リアクトル１の小型化と軽量化を充分に図ることができる。
【００４３】
次に、図７は、本発明の第４の実施形態で、この実施形態は、図３の実施形態において、巻線２の軸方向における磁気遮蔽板４を短縮させ、巻線支持金具３の上端部と同じ位置までの長さにした上で、その板厚と、巻線支持金具３の板厚を増加させたものに相当するが、その他の構成は図３の実施形態と同じであり、従って、ここでも同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４４】
図３の実施形態では、磁気遮蔽板４を巻線支持金具３の外側まで伸ばすことにより、必要な磁気遮蔽性能が得られるようにしたものであるが、この図７の実施形態の場合、巻線支持金具３と磁気遮蔽板４の板厚を厚くすることにより、同等の磁気遮蔽性能が得られるようにしたものであり、従って、図８に示すように、車室内７の漏洩磁束１０を減少させることができる。
【００４５】
ここで、この図８も、図７のＡ−Ａ断面における車室内での漏洩磁束の解析結果を示したものであり、従って、この図７の実施形態によっても、磁気遮蔽板４に必要な磁気遮蔽性能が低くて済み、車両用リアクトル１の小型化と軽量化を充分に図ることができる。
【００４６】
ところで、以上の実施形態は、車両用リアクトルが１基だけの場合について説明したが、このような車両用リアクトルの場合、複数基、例えば２基、併設される場合もある。そこで、以下、２基のリアクトルが併設された場合の実施形態について説明する。
【００４７】
ここで、図９は、本発明の第５の実施形態で、この実施形態は、図１の実施形態による車両用リアクトルを２基、並んで併設した場合に相当するもので、巻線２ａによる車両用リアクトルを図の左側にし、巻線２ｂによる車両用リアクトルを図の右側に、それぞれ配置したものである。
【００４８】
この図９は、各巻線２ａ、２ｂの巻線方向と接続方向が同じになっていて、図示のように、漏洩磁束１０が左右の巻線で同じになっている場合の実施形態であるが、このとき、磁気遮蔽板４と取付金具５は左右共通にしてあり、この点を除けば、図１の実施形態と同じであり、従って、同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
この実施形態によれば、ギャップ４０が設けてあるので、巻線２ａ、２ｂからの漏洩磁束１０が、各々矢印で示すように、巻線２ａ、２ｂの両側に配置された巻線支持金具３に流入したとき、図１の実施形態で説明したように、巻線支持金具３と直交する巻線２の中心を境に磁気抵抗がバランスされる。
【００５０】
この結果、巻線２ａ、２ｂからの漏洩磁束１０の一部分は巻線支持金具３の下端部から空間２０を経由して流れるために、図１０に示すように、車室内７への漏洩磁束１０を減少させることができる。ここで、この図１０も、図９のＡ−Ａ断面における車室内での漏洩磁束の解析結果を示したものである。
【００５１】
次に、図１１は、本発明の第６の実施形態で、この実施形態も、図１の実施形態による車両用リアクトルを２基、並んで併設した場合に相当するもので、図９の場合と同じく、巻線２ａによる車両用リアクトルを図の左側にし、巻線２ｂによる車両用リアクトルを図の右側に、それぞれ配置したものである。
【００５２】
しかし、この図１１の実施形態では、各巻線２ａ、２ｂの巻線方向又は接続方向が異なっていて、図示のように、漏洩磁束１０が左右の巻線で反対方向に向いている点で図９の実施形態とは異なっているが、磁気遮蔽板４と取付金具５が左右共通にしてある点は図９の実施形態と同じであり、従って、同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５３】
ここで、図１２は、図１１のＡ−Ａ断面における車室内での漏洩磁束の解析結果を示したもので、この実施形態の場合、漏洩磁束１０が、左右の巻線で反対方向に向いているので、図示のように、漏洩磁束の分布に３箇所、山が現れてしまう。
【００５４】
しかし、この場合でも、この実施形態によれば、ギャップ４０が設けてあるので、巻線２ａ、２ｂからの漏洩磁束１０が、各々矢印で示すように、巻線２ａ、２ｂの両側に配置された巻線支持金具３に流入したとき、図１の実施形態で説明したように、巻線支持金具３と直交する巻線２の中心を境に磁気抵抗がバランスされる。
【００５５】
この結果、巻線２ａ、２ｂからの漏洩磁束１０の一部分は巻線支持金具３の下端部から空間２０を経由して流れるために、図１２に示すように、車室内７への漏洩磁束１０を減少させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、巻線の上下で漏洩磁束に対する磁気抵抗をバランスさせることにより、車室内での漏洩磁束の集中が緩和されるようにしたので、磁気遮蔽板に必要な磁気遮蔽性能が低減でき、軽量で小型の車両用リアクトルを容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用リアクトルの第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による車室内の漏洩磁束分布を示す特性図である。
【図３】本発明による車両用リアクトルの第２の実施形態を示す正面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による車室内の漏洩磁束分布を示す特性図である。
【図５】本発明による車両用リアクトルの第３の実施形態を示す正面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による車室内の漏洩磁束分布を示す特性図である。
【図７】本発明による車両用リアクトルの第４の実施形態を示す正面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態による車室内の漏洩磁束分布を示す特性図である。
【図９】本発明による車両用リアクトルの第５の実施形態を示す正面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態による車室内の漏洩磁束分布を示す特性図である。
【図１１】本発明による車両用リアクトルの第６の実施形態を示す正面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態による車室内の漏洩磁束分布を示す特性図である。
【図１３】従来技術による車両用リアクトルの一例を示す正面図である。
【図１４】従来技術の車両用リアクトルの一例による車室内の漏洩磁束分布を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 車両用リアクトル
２、２ａ、２ｂ 巻線
３ 巻線支持金具
４ 磁気遮蔽板
５ 取付金具
６ 車体の床面
７ 車室内
１０ 漏洩磁束
２０ 空間
３０ 保護カバー
４０ ギャップ材(スペース部材)
５０ バイパス磁性板

Claims (2)

1. リアクトル用巻線の両側を巻線支持金具に取付け、磁気遮蔽板と取付金具を介して車両の床下に設置した車両用リアクトルにおいて、
   前記巻線支持金具を非磁性材料で作り、
   前記リアクトル用巻線の漏洩磁束経路における磁気抵抗が、前記非磁性材料の巻線支持金具により、当該リアクトル用巻線の上下でバランスさせられるように構成したことを特徴とする車両用リアクトル。
2. 請求項１に記載の車両用リアクトルにおいて、
   前記リアクトル用巻線が２個、軸方向に併設され、
   各リアクトル用巻線毎に、各々の漏洩磁束経路における磁気抵抗が、当該リアクトル用巻線の上下でバランスさせられるように構成されていることを特徴とする車両用リアクトル。

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