JP4431061B2 - Derailment prevention device - Google Patents

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Description

本発明は、鉄道車両と軌条レールとの間に電磁結合による吸引力を発生させて、地震や横風時に鉄道車両の脱線や転覆を未然に防止するための脱線防止装置に関する。また、本発明は、軌条レールをリアクションプレートとして用いる渦電流ブレーキ装置と兼用することができる脱線防止装置に関する。さらに、本発明は、鉄道車両と軌条レールとの間のギャップ長が拡大したこと、又は、鉄道車両と軌条レールとが相対横ずれを起こしたことを検知し、さらには鉄道車両の脱線を検知する脱線検知装置と兼用することができる脱線防止装置に関する。   The present invention relates to a derailment prevention device for generating a suction force by electromagnetic coupling between a railway vehicle and a rail rail to prevent derailment and rollover of the railway vehicle before an earthquake or a crosswind. Moreover, this invention relates to the derailment prevention apparatus which can be combined with the eddy current brake apparatus which uses a rail rail as a reaction plate. Furthermore, the present invention detects that the gap length between the railway vehicle and the rail rail has increased, or that the railway vehicle and the rail rail have caused a relative lateral shift, and further detects derailment of the rail vehicle. The present invention relates to a derailment prevention device that can also be used as a derailment detection device.

高速で走行中の鉄道車両が強い地震や横風等にさらされると、車輪がレールから浮き上がってしまい、脱線や転覆のおそれが生じる。特に、強震時において、鉄道車両が左右方向に0.5Hz〜1Hz程度の周波数で加振された場合に、脱線する危険性が指摘されている。鉄道車両の車輪がレールから一旦浮上すると、車輪とレールとの間に働く力はゼロとなり、復元力が不足して脱線に到る可能性が有る。そこで、電磁石を用いて車体をレールに継続的に吸引し続けることによって、鉄道車両の脱線や転覆を未然に防止する脱線防止装置が開発されている。   When a railway vehicle running at high speed is exposed to a strong earthquake, crosswind, etc., the wheels are lifted off the rail, and there is a risk of derailment or rollover. In particular, the risk of derailment is pointed out when a railway vehicle is vibrated at a frequency of about 0.5 Hz to 1 Hz in the left-right direction during a strong earthquake. Once the wheel of a railway vehicle is lifted from the rail, the force acting between the wheel and the rail becomes zero, and there is a possibility that the restoring force is insufficient and a derailment is reached. Therefore, a derailment prevention device has been developed that prevents the railcar from being derailed or overturned by continuously attracting the vehicle body to the rail using an electromagnet.

関連する技術として、下記の特許文献1には、電磁力による鉄道車両用脱線事故防止装置が開示されている。この脱線事故防止装置は、レールの上を走行中の列車(鉄道車両)が、例えば、地震等による異常外力を受けて脱線の危険性がある場合に、レールに近い車体構造の一部を構成する電磁石装置を作動させて、車体をレールに吸引することによって、列車の浮き上がり現象を抑えると同時に、併せて作用する制動効果をも利用する。しかしながら、特許文献1の第2図を参照すると、この電磁石装置は、一方の極をレール側に向けているものの、他方の極をレールと反対側に向けているので、空気中又は車体の一部を介する長い磁路が形成されることになり、車体とレールとの間に大きな吸引力を発生させることは期待できない。   As a related technique, Patent Document 1 below discloses a derailment accident prevention apparatus for railway vehicles using electromagnetic force. This derailment accident prevention device constitutes a part of the vehicle body structure close to the rail when there is a risk of derailment due to an abnormal external force caused by an earthquake etc. By actuating the electromagnet device to attract the vehicle body to the rail, the phenomenon of lifting the train is suppressed, and at the same time, the braking effect acting together is utilized. However, referring to FIG. 2 of Patent Document 1, this electromagnet device has one pole directed to the rail side, but the other pole is directed to the opposite side of the rail. A long magnetic path through the section is formed, and it cannot be expected to generate a large attractive force between the vehicle body and the rail.

また、下記の特許文献2には、レール頭頂面の損傷を来たすことなく、車輪粘着係数の増加や脱線係数の低減を実現することができる鉄道車両用輪重制御装置及び方法が開示されている。これによれば、台車の前後の軸箱間に非磁性材からなる釣合梁が架設されており、釣合梁の中央部には、支持部材を介して電磁石が配置されている。非通電時に、電磁石がばねに引き上げられている状態においては、支持部材の内孔上端面と釣合梁との間に隙間が存在する。この隙間は、非通電時における電磁石の下端面とレール頭頂面との間の間隔よりも小さい。通電時に電磁石とレールとの間に吸引力が生じると、支持部材が釣合梁に当たり、釣合梁の両端部が軸箱を下げる。この力が車輪の輪重に付加され、車輪のレールへの見かけの粘着係数が大きくなる。特許文献2の図5を参照すると、この電磁石は、レールの長手方向に沿って2つの極を有しているが、後で詳しく説明するように、高速走行時において吸引力が大幅に低下してしまうという問題が存在する。   Patent Document 2 below discloses a wheel load control device and method for a railway vehicle that can increase the wheel adhesion coefficient and reduce the derailment coefficient without damaging the rail top surface. . According to this, the balance beam which consists of a nonmagnetic material is constructed between the axle boxes before and behind a trolley | bogie, and the electromagnet is arrange | positioned through the support member in the center part of the balance beam. When the electromagnet is pulled up by the spring when not energized, there is a gap between the upper end surface of the inner hole of the support member and the balancing beam. This gap is smaller than the distance between the lower end surface of the electromagnet and the rail top surface during non-energization. When an attractive force is generated between the electromagnet and the rail during energization, the support member hits the balancing beam, and both ends of the balancing beam lower the axle box. This force is added to the wheel load, and the apparent adhesion coefficient to the wheel rail is increased. Referring to FIG. 5 of Patent Document 2, this electromagnet has two poles along the longitudinal direction of the rail. However, as will be described in detail later, the attractive force is greatly reduced during high-speed traveling. There is a problem of end.

ところで、鉄道車両を加速又は減速させるために、軌条レールをリアクションプレートとして用いる渦電流ブレーキ装置が開発されている。渦電流ブレーキにおいては、軌条レールに対向するようにして台車に取り付けられた電機子が用いられる。電機子から軌条レールに磁界を印加することによって、鉄道車両にブレーキ力を発生させることができる。そこで、このような渦電流ブレーキ装置としての機能を併せ持つ脱線防止装置を実現することができれば、非常に利用価値が高い。   By the way, in order to accelerate or decelerate a railway vehicle, an eddy current brake device using a rail rail as a reaction plate has been developed. In the eddy current brake, an armature attached to the carriage so as to face the rail is used. By applying a magnetic field from the armature to the rail, it is possible to generate a braking force on the railway vehicle. Therefore, if a derailment prevention device having such a function as an eddy current brake device can be realized, the utility value is very high.

さらに、鉄道車両において、脱線による事故の拡大を防ぐために、迅速に脱線を検知することが望まれている。そこで、鉄道車両と軌条レールとの間のギャップ長が拡大したこと、又は、鉄道車両と軌条レールとが相対横ずれを起こしたことを検知し、さらには鉄道車両の脱線を検知する脱線検知装置としての機能を併せ持つ脱線防止装置を実現することができれば、非常に利用価値が高い。
特開昭55−36145号公報(第1−2頁、第2図) 特開2003−25992号公報(第1頁、図5)
Furthermore, in order to prevent the expansion of accidents due to derailment in railway vehicles, it is desired to detect derailment quickly. Therefore, as a derailment detection device that detects that the gap length between the railway vehicle and the rail rail has increased, or that the railcar and the rail rail have caused a relative lateral shift, and further detects derailment of the railcar. If a derailment prevention device having both functions can be realized, the utility value is very high.
JP 55-36145 A (page 1-2, Fig. 2) Japanese Patent Laying-Open No. 2003-25992 (first page, FIG. 5)

本発明は、このような点に鑑みてなされた。本発明の第1の目的は、高速走行時においても車体とレールとの間に大きな吸引力を発生することができる脱線防止装置を提供することである。また、本発明の第2の目的は、渦電流ブレーキ装置としての機能を併せ持つ脱線防止装置を提供することである。さらに、本発明の第3の目的は、脱線検知装置としての機能を併せ持つ脱線防止装置を提供することである。   The present invention has been made in view of these points. A first object of the present invention is to provide a derailment prevention device capable of generating a large suction force between a vehicle body and a rail even when traveling at a high speed. The second object of the present invention is to provide a derailment prevention device having a function as an eddy current brake device. Furthermore, a third object of the present invention is to provide a derailment prevention device that also has a function as a derailment detection device.

上記課題を解決するため、本発明の第の観点に係る脱線防止装置は、鉄道車両においてレールに対向する位置に配置され、磁芯と該磁芯に形成された溝に巻かれた複数の巻線とを含み、複数の巻線に電流が供給されたときに、レールに対向する複数の位置に極を有する磁界を発生させる電磁変換部と、電磁変換部の複数の巻線に直流電流を供給する駆動手段と、レールの長手方向に沿って1つの列に複数のN極が並び、かつ、他の列に複数のS極が並ぶように電磁変換部の複数の巻線に直流電流を供給するか、又は、レールの長手方向に沿ってN極とS極とが交互に並ぶように電磁変換部の複数の巻線に直流電流を供給するかを選択することにより、電磁変換部にレールに対する吸引力又はブレーキ力を選択的に発生させる選択手段とを具備する。 In order to solve the above problems, a derailment prevention device according to a first aspect of the present invention is arranged at a position facing a rail in a railway vehicle, and includes a plurality of cores wound around a magnetic core and grooves formed in the magnetic core. An electromagnetic conversion unit that generates a magnetic field having poles at a plurality of positions facing the rail when current is supplied to the plurality of windings, and a direct current to the plurality of windings of the electromagnetic conversion unit And a plurality of N poles arranged in one column along the longitudinal direction of the rail and a plurality of S poles arranged in the other column along the DC currents in the plurality of windings of the electromagnetic conversion unit Or by selecting whether to supply a direct current to a plurality of windings of the electromagnetic conversion unit so that N poles and S poles are alternately arranged along the longitudinal direction of the rail. Selecting means for selectively generating a suction force or a braking force against the rail. To.

また、本発明の第の観点に係る脱線防止装置は、本発明の第1の観点に係る脱線防止装置において、駆動手段が電磁変換部に直流電流と共に脱線検知用の交流電流を供給し、構成要素として、駆動手段から電磁変換部に供給される交流電流を検出して第1の検出信号を出力する電流検出手段と、駆動手段から電磁変換部に供給される交流電流に従って電磁変換部に含まれている少なくとも1つの巻線に発生する電圧を検出して第2の検出信号を出力する電圧検出手段と、電流検出手段から出力される第1の検出信号と電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、鉄道車両の脱線を検知する脱線検知手段とをさらに具備する。 Further , the derailment prevention device according to the second aspect of the present invention is the derailment prevention device according to the first aspect of the present invention, wherein the driving means supplies an AC current for derailment detection together with a DC current to the electromagnetic conversion unit, As a component, current detection means for detecting an alternating current supplied from the drive means to the electromagnetic conversion section and outputting a first detection signal; and an electromagnetic conversion section according to the alternating current supplied from the drive means to the electromagnetic conversion section A voltage detection means for detecting a voltage generated in at least one of the included windings and outputting a second detection signal; a first detection signal output from the current detection means; and a voltage detection means Derailment detection means for detecting derailment of the railway vehicle based on the second detection signal is further provided.

本発明の第1の観点によれば、レールに対向する面においてレールの長手方向と直交する方向にN極とS極とが並んだ磁界を発生させることにより、高速走行時においても車体とレールとの間に大きな吸引力を発生することができる。   According to the first aspect of the present invention, by generating a magnetic field in which N poles and S poles are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the rails on the surface facing the rails, the vehicle body and rails can be used even at high speeds. A large suction force can be generated between the two.

また、本発明の第2の観点によれば、レールの長手方向に沿って1つの列に複数のN極が並び、かつ、他の列に複数のS極が並ぶように電磁変換部の複数の巻線に直流電流を供給するか、又は、レールの長手方向に沿ってN極とS極とが交互に並ぶように電磁変換部の複数の巻線に直流電流を供給するかを選択することにより、渦電流ブレーキ装置としての機能を併せ持つ脱線防止装置を提供することができる。   Further, according to the second aspect of the present invention, a plurality of electromagnetic conversion units are arranged such that a plurality of N poles are arranged in one row and a plurality of S poles are arranged in another row along the longitudinal direction of the rail. To supply a direct current to the windings of the electromagnetic converter, or to supply a direct current to a plurality of windings of the electromagnetic conversion unit so that N poles and S poles are alternately arranged along the longitudinal direction of the rail Thereby, the derailment prevention apparatus which has a function as an eddy current brake apparatus can be provided.

さらに、本発明の第3の観点によれば、電磁変換部に直流電流と共に脱線検知用の交流電流を供給し、この交流電流及びそれによって発生する交流電圧を検出することにより、脱線検知装置としての機能を併せ持つ脱線防止装置を提供することができる。   Furthermore, according to the third aspect of the present invention, by supplying an AC current for derailment detection together with a DC current to the electromagnetic conversion unit, and detecting the AC current and the AC voltage generated thereby, as a derailment detection device It is possible to provide a derailment prevention device having both functions.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子及びその周辺部分を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る脱線防止装置は、電磁変換部として、一方のレール21に対向するように配置された第1の電機子11と、他方のレール22に対向するように配置された第2の電機子12とを含んでいる。これらの電機子11及び12は、車輪13を回転可能に支持する台車14の台枠(バネ間)に固定されているか、又は、車輪13の軸箱(バネ下)に直接固定されており、軌条レール21及び22に対して吸引力を発生させることができる。あるいは、電機子11及び12を使用時に台車14から下方に移動させる機構を介して、これらの電機子11及び12を台車14に取り付けても良い。なお、電機子は、先頭/後尾車等の特定の車両のみに取り付けても良いし、特定の車両の特定の台車又は軸箱のみに取り付けても良い。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a diagram illustrating an armature of a derailment prevention device according to the first embodiment of the present invention and its peripheral portion. As shown in FIG. 1, the derailment prevention device according to the present embodiment is configured to oppose the first armature 11 disposed to face one rail 21 and the other rail 22 as an electromagnetic conversion unit. And the second armature 12 arranged in the position. These armatures 11 and 12 are fixed to the base frame (between springs) of the carriage 14 that rotatably supports the wheel 13 or directly fixed to the axle box (under the spring) of the wheel 13, A suction force can be generated for the rails 21 and 22. Alternatively, the armatures 11 and 12 may be attached to the carriage 14 via a mechanism that moves the armatures 11 and 12 downward from the carriage 14 when in use. The armature may be attached only to a specific vehicle such as a head / tail vehicle, or may be attached only to a specific carriage or axle box of the specific vehicle.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子の例を示す断面図であり、図3は、その斜視図である。図2において、「◎」と「×」は、直流励磁電流の向きを示している。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an armature of the derailment prevention device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view thereof. In FIG. 2, “と” and “×” indicate the direction of the direct current excitation current.

図2の(a)及び図3の(a)に示す第1の例において、電機子11及び12の各々は、長手方向に沿って溝が形成された直線状のコア(磁芯)1の中央部に巻線2を巻いて構成され、駆動部50(図5参照)から巻線2に直流励磁電流が供給されることにより、レール21又は22と対向する面において、レールの長手方向と直交する方向にN極とS極とが並んだ磁界を発生させる電磁石を含んでいる。1つの電機子は、1組の極を有していても良いし、長手方向に沿って設けられた複数組の極(例えば、2×6極)を有していても良い。   In the first example shown in FIG. 2A and FIG. 3A, each of the armatures 11 and 12 has a linear core (magnetic core) 1 in which grooves are formed along the longitudinal direction. The coil 2 is wound around the center, and a DC excitation current is supplied to the coil 2 from the drive unit 50 (see FIG. 5), so that the rail 21 or 22 faces the rail in the longitudinal direction. It includes an electromagnet that generates a magnetic field in which N poles and S poles are arranged in the orthogonal direction. One armature may have one set of poles, or may have a plurality of sets of poles (for example, 2 × 6 poles) provided along the longitudinal direction.

このように電磁石を構成すれば、コア1とレール21又は22との間の空隙(ギャップ長)を小さくすることにより、これらを通過する磁路を短くすることができるので、磁気抵抗が小さくなって磁束が増加する。その結果、電機子11とレール21との間、及び、電機子12とレール22との間に、強力な吸引力を発生させることができる。   If the electromagnet is configured in this manner, the magnetic path passing through the core 1 and the rail 21 or 22 can be shortened by reducing the gap (gap length), so that the magnetic resistance is reduced. Magnetic flux increases. As a result, a strong suction force can be generated between the armature 11 and the rail 21 and between the armature 12 and the rail 22.

一方、図2の(b)及び図3の(b)に示す第2の例において、電機子11及び12の各々は、長手方向に沿って溝が形成された直線状のコア1の図中左側の脚部に第1の巻線2を巻いて形成される第1の極(この図においてはN極)と、コア1の図中右側の脚部に第2の巻線3を巻いて形成される第2の極(この図においてはS極)とを有する電磁石を含んでいる。1つの電機子は、1組の極を有していても良いし、長手方向に沿って設けられた複数組の極(例えば、2×6極)を有していても良い。図2の(b)に示す電機子も、図2の(a)に示す電機子と同様に、電機子11又は12とレール21又は22との間に強力な吸引力を発生させることができる。   On the other hand, in the second example shown in FIG. 2B and FIG. 3B, each of the armatures 11 and 12 is a linear core 1 in which grooves are formed along the longitudinal direction. A first pole (N pole in this figure) formed by winding the first winding 2 around the left leg, and a second winding 3 around the right leg in the figure of the core 1 It includes an electromagnet having a second pole formed (S pole in this figure). One armature may have one set of poles, or may have a plurality of sets of poles (for example, 2 × 6 poles) provided along the longitudinal direction. The armature shown in FIG. 2B can also generate a strong suction force between the armature 11 or 12 and the rail 21 or 22 in the same manner as the armature shown in FIG. .

次に、渦電流ブレーキ装置としての機能を併せ持つ脱線防止装置の電機子における極性の切換について説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子における極の配列の例を示す平面図である。図4の(a)は、脱線防止動作モードにおける極の配列を示しており、図4の(b)は、渦電流ブレーキ動作モードにおける極の配列を示している。なお、電機子の断面図は、図2の(b)に示すものと同様である。   Next, switching of the polarity in the armature of the derailment prevention device that also functions as an eddy current brake device will be described. FIG. 4 is a plan view showing an example of the arrangement of poles in the armature of the derailment prevention device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the arrangement of the poles in the derailment prevention operation mode, and FIG. 4B shows the arrangement of the poles in the eddy current braking operation mode. The sectional view of the armature is the same as that shown in FIG.

電機子11及び12において、駆動部50(図5参照)から複数の巻線に直流励磁電流が供給されることにより、レール21又は22に対向する複数の位置に、第1列の極P(1,1)〜P(1,6)と、第2列の極P(2,1)〜P(2,6)とが構成される。   In the armatures 11 and 12, a DC excitation current is supplied to the plurality of windings from the drive unit 50 (see FIG. 5), so that the first row of poles P ( 1, 1) to P (1, 6) and the second row of poles P (2, 1) to P (2, 6).

脱線防止動作モードにおいては、図4の(a)に示すように、極P(1,1)〜P(1,6)がN極となり、極P(2,1)〜P(2,6)がS極がとなるように、複数の巻線に供給される直流励磁電流の向きが選択される。これにより、レール21又は22の長手方向に沿って、第1列に複数のN極が並び、第2列に複数のS極が並ぶので、電機子11又は12とレール21又は22との間に吸引力を発生させることができる。ただし、鉄道車両が走行してもレール内の磁束の向きが一方向に揃えられるので、ブレーキ力は、ほとんど発生しない。この配置は、進行方向にできるだけ磁束の変化が起こらないようにして、高速走行時にレール内に発生する渦電流によって吸引力が低下するのを防止するためのものである。   In the derailment prevention operation mode, as shown in FIG. 4A, the poles P (1,1) to P (1,6) become N poles, and the poles P (2,1) to P (2,6) The direction of the direct current excitation current supplied to the plurality of windings is selected so that the S pole becomes the S pole. As a result, a plurality of N poles are arranged in the first row and a plurality of S poles are arranged in the second row along the longitudinal direction of the rails 21 or 22, so that there is a gap between the armature 11 or 12 and the rails 21 or 22. A suction force can be generated. However, even if the railway vehicle travels, the direction of the magnetic flux in the rail is aligned in one direction, so that almost no braking force is generated. This arrangement is intended to prevent the magnetic force from changing as much as possible in the traveling direction, and to prevent the attractive force from being reduced by the eddy current generated in the rail during high speed traveling.

一方、渦電流ブレーキ動作モードにおいては、図4の(b)に示すように、レール21又は22の長手方向に沿ってN極とS極とが交互に並ぶように、電磁石P(2,1)、P(1,2)、P(2,3)、P(1,4)、P(2,5)、P(1,6)の巻線に流れる直流励磁電流の向きが選択される。これにより、鉄道車両の走行に伴ってレール内に交番磁界が発生する。その結果、レール内に渦電流損が発生するので、鉄道車両にブレーキ力を発生させることができる。ただし、渦電流によって磁束が遮蔽されるので、高速走行時には吸引力が大幅に低下する。この配置は、進行方向にできるだけ磁束の変化が起こるようにして、鉄道車両の走行時にレール内に渦電流を発生させ、そのジュール熱相当のブレーキ力を得るためのものである。   On the other hand, in the eddy current brake operation mode, as shown in FIG. 4B, the electromagnets P (2,1) are arranged so that the N poles and the S poles are alternately arranged along the longitudinal direction of the rail 21 or 22. ), P (1,2), P (2,3), P (1,4), P (2,5), P (1,6), the direction of the direct current excitation current flowing through the winding is selected. . Thereby, an alternating magnetic field is generated in the rail as the railway vehicle travels. As a result, eddy current loss occurs in the rail, so that the braking force can be generated in the railway vehicle. However, since the magnetic flux is shielded by the eddy current, the attractive force is greatly reduced when traveling at high speed. This arrangement is intended to change the magnetic flux as much as possible in the traveling direction so as to generate an eddy current in the rail when the railway vehicle is running and to obtain a braking force equivalent to the Joule heat.

図5は、直流き電とした場合の本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の全体構成を示すブロック図である。この脱線防止装置は、図4の(a)及び(b)のいずれに示す極の配列をも可能にすることにより、渦電流ブレーキ装置と兼用することが可能であり、さらに、脱線検知装置と兼用することも可能である。これにより、通常は脱線検知動作を行いながら、脱線の危険性が検知されたときに脱線防止動作又は緊急ブレーキ動作を行うことが可能となる。   FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of the derailment prevention apparatus according to the first embodiment of the present invention when a DC feeder is used. This derailment prevention device can also be used as an eddy current brake device by enabling the arrangement of the poles shown in either of FIGS. 4 (a) and 4 (b). It is also possible to use both. Accordingly, it is possible to perform the derailment prevention operation or the emergency brake operation when the risk of derailment is detected while performing the derailment detection operation normally.

図5に示すように、この脱線防止装置は、電磁変換部として、電機子11及び12と、探りコイル53及び54とを有している。台車14には、一方のレール21に対向するように第1の電機子11が配置され、他方のレール22に対向するように第2の電機子12が配置されている。これらの電機子11及び12は、駆動部50から供給される直流励磁電流に従って直流磁界を発生させることにより、レールに対して吸引力又はブレーキ力を発生させると共に、駆動部50から供給される脱線検知用の交流電流に従って、探りコイル53及び54に誘導起電力を発生させる。   As shown in FIG. 5, the derailment prevention apparatus includes armatures 11 and 12 and search coils 53 and 54 as electromagnetic conversion units. The first armature 11 is disposed on the carriage 14 so as to face one rail 21, and the second armature 12 is disposed so as to face the other rail 22. These armatures 11 and 12 generate a DC magnetic field according to a DC excitation current supplied from the drive unit 50, thereby generating an attractive force or a brake force on the rail, and a derailment supplied from the drive unit 50. An induced electromotive force is generated in the search coils 53 and 54 in accordance with the alternating current for detection.

駆動部50は、車輪13を介してレールに接地されており、架線(トロリ)からパンタグラフ16及びインダクタ17を介して印加される直流電圧に基づいて、電機子11及び12の複数の巻線に直流励磁電流を供給することにより直流磁界を発生させると共に、電機子11及び12の複数の巻線に脱線検知用の交流電流を供給することにより、探りコイル53及び54に誘導起電力を誘起させて交流電圧を発生させる。   The drive unit 50 is grounded to the rail through the wheel 13, and is applied to the plurality of windings of the armatures 11 and 12 based on the DC voltage applied from the overhead wire (trolley) through the pantograph 16 and the inductor 17. A DC magnetic field is generated by supplying a DC excitation current, and an induced electromotive force is induced in the search coils 53 and 54 by supplying an AC current for derailment detection to a plurality of windings of the armatures 11 and 12. To generate an AC voltage.

電機子11及び12の巻線に流れる電流を検出するために、駆動部50と電機子11及び12との間の配線には、電流検出部18が挿入されている。また、探りコイル53及び54において発生する電圧を検出するために、探りコイル53及び54の配線間には、2つの電圧検出部61及び62がそれぞれ接続されている。   In order to detect the current flowing through the windings of the armatures 11 and 12, a current detection unit 18 is inserted in the wiring between the drive unit 50 and the armatures 11 and 12. In order to detect the voltage generated in the probe coils 53 and 54, two voltage detectors 61 and 62 are connected between the wires of the probe coils 53 and 54, respectively.

電流検出部18は、電流を検出して得られたディジタルの検出信号を出力し、電圧検出部61及び62は、電圧を検出して得られたディジタルの検出信号を出力する。これらの検出信号は、中央演算装置(CPU)20に入力される。また、CPU20に動作を行わせるためのソフトウェア(制御プログラム)が格納されているROM30が、CPU20に接続されている。CPU20とソフトウェアとによって、脱線検知部20a及び制御部20bが、機能ブロックとして実現される。あるいは、脱線検知部20a及び制御部20bを、ディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。   The current detection unit 18 outputs a digital detection signal obtained by detecting the current, and the voltage detection units 61 and 62 output a digital detection signal obtained by detecting the voltage. These detection signals are input to a central processing unit (CPU) 20. A ROM 30 storing software (control program) for causing the CPU 20 to perform an operation is connected to the CPU 20. The derailment detection unit 20a and the control unit 20b are realized as functional blocks by the CPU 20 and software. Or you may comprise the derailment detection part 20a and the control part 20b with a digital circuit or an analog circuit.

制御部20bは、電流検出部18から出力される検出信号に基づいて、電機子11及び12の巻線に流れる直流励磁電流値を検出し、指令部から送られてくる指令信号に従って、電機子11及び12に供給すべき直流励磁電流値を制御するための制御信号を算出して駆動部50に出力する。   The control unit 20b detects the DC excitation current value flowing through the windings of the armatures 11 and 12 based on the detection signal output from the current detection unit 18, and according to the command signal sent from the command unit, the armature A control signal for controlling the DC excitation current value to be supplied to 11 and 12 is calculated and output to the drive unit 50.

図6は、本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子の巻線に流れる直流励磁電流の向きを示す平面図である。図6において、矢印は電流の向きを示しており、「◎」と「×」は磁界の向きを示している。   FIG. 6 is a plan view showing the direction of the direct current excitation current flowing in the armature winding of the derailment prevention apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 6, arrows indicate the direction of current, and “と” and “×” indicate the direction of the magnetic field.

電磁石の極P(1,1)、P(2,2)、P(1,3)、P(2,4)、P(1,5)、P(2,6)を発生させる巻線は直列接続されており、これらの巻線には、駆動部50から直接的に直流励磁電流が供給されるので、脱線防止動作モードと渦電流ブレーキ動作モードとのいずれにおいても、直流励磁電流の向きは一定である。また、極P(2,1)、P(1,2)、P(2,3)、P(1,4)、P(2,5)、P(1,6)の巻線は直列接続されており、これらの巻線には、駆動部50から選択回路51又は52を介して直流励磁電流が供給されるので、動作モードに応じて直流励磁電流の向きが選択される。   The windings that generate the poles P (1,1), P (2,2), P (1,3), P (2,4), P (1,5), P (2,6) of the electromagnet Since the DC excitation current is directly supplied from the drive unit 50 to these windings in series, the direction of the DC excitation current is the same in both the derailment prevention operation mode and the eddy current brake operation mode. Is constant. The windings of the poles P (2,1), P (1,2), P (2,3), P (1,4), P (2,5), P (1,6) are connected in series. Since the DC excitation current is supplied to these windings from the drive unit 50 via the selection circuit 51 or 52, the direction of the DC excitation current is selected according to the operation mode.

図6の(a)は、脱線防止動作モードにおける直流励磁電流の向きを示す平面図であり、図6の(b)は、渦電流ブレーキ動作モードにおける直流励磁電流の向きを示す平面図である。脱線防止動作モードにおいては、図6の(a)に示すように、極P(1,1)〜P(1,6)の巻線に時計回りの方向の電流が流れ、極P(2,1)〜P(2,6)の巻線に反時計回りの方向の電流が流れるように、直流励磁電流の向きが選択される。これにより、レール21又は22の長手方向に沿って、第1列に複数のN極が並び、第2列に複数のS極が並ぶので、電機子11又は12とレール21又は22との間にブレーキ力ではなく吸引力を発生させることができる。   FIG. 6A is a plan view showing the direction of the DC excitation current in the derailment prevention operation mode, and FIG. 6B is a plan view showing the direction of the DC excitation current in the eddy current brake operation mode. . In the derailment prevention operation mode, as shown in FIG. 6A, a clockwise current flows through the windings of the poles P (1,1) to P (1,6), and the pole P (2, The direction of the direct current excitation current is selected so that a current in a counterclockwise direction flows through the windings 1) to P (2, 6). As a result, a plurality of N poles are arranged in the first row and a plurality of S poles are arranged in the second row along the longitudinal direction of the rails 21 or 22, so that there is a gap between the armature 11 or 12 and the rails 21 or 22. Therefore, suction force can be generated instead of braking force.

一方、渦電流ブレーキ動作モードにおいては、図6の(b)に示すように、極P(1,1)、P(1,3)、P(1,5)、P(2,1)、P(2,3)、P(2,5)の巻線に時計回りの方向の電流が流れ、極P(1,2)、P(1,4)、P(1,6)、P(2,2)、P(2,4)、P(2,6)の巻線に反時計回りの方向の電流が流れるように、直流励磁電流の向きが選択される。これにより、レール21又は22の長手方向に沿って、N極とS極とが交互に並ぶので、電機子11又は12とレール21又は22との間にブレーキ力を発生させることができる。   On the other hand, in the eddy current brake operation mode, as shown in FIG. 6B, the poles P (1,1), P (1,3), P (1,5), P (2,1), A clockwise current flows through the windings of P (2,3) and P (2,5), and the poles P (1,2), P (1,4), P (1,6), P ( 2, 2), P (2, 4), and the direction of the DC excitation current are selected so that the current in the counterclockwise direction flows through the windings of P (2, 6). Thereby, since the N pole and the S pole are alternately arranged along the longitudinal direction of the rail 21 or 22, a braking force can be generated between the armature 11 or 12 and the rail 21 or 22.

ここで、走行速度による吸引力及びブレーキ力の変化に関するシミュレーション結果について、図7及び図8を参照しながら説明する。図7は、走行速度による吸引力及びブレーキ力の変化に関するシミュレーション結果を示す図である。図7において、横軸には鉄道車両の走行速度(km/h)を取っており、縦軸には1つの電機子(渦電流ブレーキ:ECB)当りに働く吸引力/ブレーキ力(kN/ECB)を取っている。ここでは、電機子の極数を2×6極とし、電機子とレールとの間の空隙(ギャップ長)を6.5mmとし、直流励磁電流を33.4kAとした。   Here, simulation results regarding changes in suction force and braking force depending on the traveling speed will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a diagram illustrating simulation results regarding changes in suction force and braking force depending on traveling speed. In FIG. 7, the horizontal axis represents the traveling speed (km / h) of the railway vehicle, and the vertical axis represents the attraction force / braking force (kN / ECB) that works per armature (eddy current brake: ECB). ). Here, the number of poles of the armature was 2 × 6, the gap (gap length) between the armature and the rail was 6.5 mm, and the direct current excitation current was 33.4 kA.

図7の(a)は、図4の(a)に示すような吸引力発生用配列における吸引力及びブレーキ力の変化を示す図である。このシミュレーション結果によれば、吸引力は、高速走行時においてもあまり低下せず、走行速度300kmにおいて、1つの台車に装備した4つの電機子によって、163kN(16トン)程度の軸重が得られる。これは、現行新幹線の軸重の1/3程度であり、脱線防止に有効であると考えられる。一方、ブレーキ力は、ほとんど発生していない。以上のことから、吸引力を利用するためには、図4の(a)に示すような極の配列が有効であることが分る。   FIG. 7A is a diagram showing changes in the suction force and the braking force in the suction force generation array as shown in FIG. According to this simulation result, the suction force does not decrease much even when traveling at high speed, and an axial weight of about 163 kN (16 tons) can be obtained by four armatures mounted on one carriage at a traveling speed of 300 km. . This is about 1/3 of the axial weight of the current Shinkansen and is considered to be effective in preventing derailment. On the other hand, almost no braking force is generated. From the above, it can be seen that the arrangement of the poles as shown in FIG. 4A is effective in using the suction force.

図7の(b)は、図4の(b)に示すようなブレーキ力発生用配列における吸引力及びブレーキ力の変化を示す図である。このシミュレーション結果によれば、吸引力は、高速走行時に大幅に低下する。一方、走行速度300kmにおいて、1つの台車に装備した4つの電機子によって、25kN程度のブレーキ力が得られる。1つの車両の全ての台車に電機子を装備した場合に、1つの車両の重量を45トンとすると、このブレーキ力によって、0.56m/s=2km/h/s程度の減速がもたらされる。以上のことから、ブレーキ力を利用するためには、図4の(b)に示すような極の配列が有効であることが分る。 FIG. 7B is a diagram showing changes in the suction force and the braking force in the brake force generation array as shown in FIG. According to the simulation result, the suction force is greatly reduced during high-speed traveling. On the other hand, at a traveling speed of 300 km, a braking force of about 25 kN can be obtained by four armatures mounted on one carriage. When all the carriages of one vehicle are equipped with armatures, assuming that the weight of one vehicle is 45 tons, this braking force brings about a deceleration of about 0.56 m / s 2 = 2 km / h / s. . From the above, it can be seen that the arrangement of poles as shown in FIG. 4B is effective in using the braking force.

図8は、シミュレーションに用いられた電機子(電磁石1個分)の諸元を示しており、(a)が側面図、(b)が裏面図である。図8に示すように、コア1の2つの脚部に、第1の巻線2と第2の巻線3とが巻かれている。なお、このシミュレーションにおいては、このような電磁石が進行方向に無限個続くとして、電磁石1個当りに働く力を計算し、電機子に含まれている電磁石の数をその力に掛けることにより、1つの電機子当りに働く力を求めている。   FIG. 8 shows the specifications of the armature (one electromagnet) used in the simulation, where (a) is a side view and (b) is a back view. As shown in FIG. 8, the first winding 2 and the second winding 3 are wound around the two legs of the core 1. In this simulation, assuming that an infinite number of such electromagnets continues in the traveling direction, the force acting per electromagnet is calculated, and the number of electromagnets included in the armature is multiplied by that force to obtain 1 We are seeking the power to work per armature.

再び図5を参照すると、脱線検知部20aは、電流検出部18から出力される検出信号によって表される交流電流値と、電圧検出部61及び62から出力される検出信号によって表される交流電圧値とに基づいて、電機子11及び12の巻線に流れる交流電流と探りコイル53及び54において発生する交流電圧との関係を算出する。   Referring again to FIG. 5, the derailment detection unit 20 a includes an AC current value represented by a detection signal output from the current detection unit 18 and an AC voltage represented by detection signals output from the voltage detection units 61 and 62. Based on the value, the relationship between the alternating current flowing in the windings of the armatures 11 and 12 and the alternating voltage generated in the search coils 53 and 54 is calculated.

図9は、電機子とレールとの間のギャップ長と探りコイルを貫通する磁束との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。ここでは、交流電流の周波数を50Hzとして、車両停止状態において探りコイルを貫通する磁束を、2次元及び3次元のシミュレーションによって求めた。図9において、最も右側は、レールが存在しない場合を示している。図9に示されているように、電機子とレールとの間のギャップ長が大きくなる程、探りコイルを貫通する磁束が減少している。   FIG. 9 is a diagram illustrating a result of obtaining a relationship between a gap length between the armature and the rail and a magnetic flux penetrating the search coil by simulation. Here, the frequency of the alternating current was set to 50 Hz, and the magnetic flux penetrating the probe coil when the vehicle was stopped was obtained by two-dimensional and three-dimensional simulations. In FIG. 9, the rightmost side shows a case where there is no rail. As shown in FIG. 9, as the gap length between the armature and the rail increases, the magnetic flux penetrating the search coil decreases.

なお、探りコイル53及び54の一形態として、横ずれ時における磁束の変化分のみを捕らえるヌル(null)フラックス構成とすることも可能である。この場合には、8の字型の探りコイルをレールと電機子との間に挿入する。図10は、8の字型の探りコイルとレールとを上から見た図である。図10に示すように、8の字型の探りコイル53は、8の字の縦方向がレール21の長手方向と直交するように配置される。このように配置されたヌルフラックス構成の探りコイルは、レールと電機子とが横ずれを起こさない場合には出力電圧がゼロであるが、レールと電機子とが横ずれを起こすと、そのずれ量にほぼ比例した電圧を出力する。   As one form of the search coils 53 and 54, it is possible to adopt a null flux configuration that captures only a change in magnetic flux at the time of lateral deviation. In this case, an 8-shaped probe coil is inserted between the rail and the armature. FIG. 10 is a view of an 8-shaped probe coil and rails as viewed from above. As shown in FIG. 10, the 8-shaped probe coil 53 is arranged so that the vertical direction of the 8-shaped shape is orthogonal to the longitudinal direction of the rail 21. The probe coil of the null flux configuration arranged in this way has an output voltage of zero when the rail and the armature do not cause a lateral shift, but when the rail and the armature cause a lateral shift, the amount of the shift is reduced. Outputs an almost proportional voltage.

探りコイルを貫通する磁束は、電機子の巻線に供給される電流によって発生する。また、探りコイルを貫通する磁束の変化に比例して、探りコイルから誘導起電力が発生する。従って、電機子の巻線に供給される交流電流値と、探りコイルの両端電圧値とを計測することにより、例えば、両端電圧値を交流電流値で割った値に基づいて、電機子とレールとの間のギャップ長を検知することができる。さらに、両端電圧値を交流電流値で割った値が設定値以下となった場合に、鉄道車両が脱線したと判定することができる。   The magnetic flux penetrating the probe coil is generated by the current supplied to the armature winding. In addition, an induced electromotive force is generated from the probe coil in proportion to the change in the magnetic flux passing through the probe coil. Therefore, by measuring the alternating current value supplied to the winding of the armature and the voltage value at both ends of the probe coil, for example, based on the value obtained by dividing the voltage value at both ends by the alternating current value, the armature and the rail Can be detected. Furthermore, when the value obtained by dividing the voltage value at both ends by the alternating current value is equal to or less than the set value, it can be determined that the railcar has derailed.

図5に示す制御部20bは、脱線検知部20aによって算出された値に基づいて、鉄道車両と軌条レールとの間の距離が拡大したことを検知して警告を表示したり、さらには、脱線検知部20aによって鉄道車両が脱線する可能性が大きいと判定された場合に、脱線防止動作又は渦電流ブレーキ動作を行うように駆動部50を制御する。   Based on the value calculated by the derailment detection unit 20a, the control unit 20b shown in FIG. 5 detects that the distance between the railway vehicle and the rail rail has increased, and displays a warning. When it is determined by the detection unit 20a that there is a high possibility that the railway vehicle is derailed, the drive unit 50 is controlled to perform the derailment prevention operation or the eddy current braking operation.

本実施形態においては、直流励磁電流を流すための電機子の巻線とは別に、電機子に探りコイルを巻いておき、探りコイルに誘起される電圧を計測することにより、鉄道車両の脱線を検知するようにしたが、電機子の巻線に発生する交流電圧を検出して鉄道車両の脱線を検知するようにしても良い。   In this embodiment, apart from the armature winding for passing a DC excitation current, a search coil is wound around the armature, and the voltage induced in the search coil is measured, thereby derailing the railway vehicle. Although it is detected, derailment of the railway vehicle may be detected by detecting an alternating voltage generated in the winding of the armature.

その場合には、電圧検出部61及び62が、駆動部50から電機子11及び12に供給される交流電流に従って発生する交流電圧を検出して検出信号を出力し、脱線検知部20aが、電流検出部18から出力される検出信号と電圧検出部61及び62から出力される検出信号とに基づいて、鉄道車両の脱線を検知する。例えば、脱線検知部20aは、電流検出部18から出力される検出信号と電圧検出部61及び62から出力される検出信号とに基づいて、電機子11及び12に含まれている少なくとも1つの巻線のインピーダンスを算出することにより、鉄道車両の脱線を検知するようにしても良い。   In that case, the voltage detection parts 61 and 62 detect the alternating voltage generated according to the alternating current supplied from the drive part 50 to the armatures 11 and 12, and output a detection signal, and the derailment detection part 20a Based on the detection signal output from the detection unit 18 and the detection signals output from the voltage detection units 61 and 62, derailment of the railway vehicle is detected. For example, the derailment detection unit 20a includes at least one winding included in the armatures 11 and 12 based on the detection signal output from the current detection unit 18 and the detection signal output from the voltage detection units 61 and 62. The derailment of the railway vehicle may be detected by calculating the impedance of the line.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本発明の第2の実施形態に係る脱線防止装置は、渦電流ブレーキ装置と兼用することが可能であり、さらに、脱線検知装置と兼用することも可能である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The derailment prevention device according to the second embodiment of the present invention can be used also as an eddy current brake device, and can also be used as a derailment detection device.

図11は、本発明の第2の実施形態に係る脱線防止装置の原理について説明するための図である。なお、図11においては、説明を簡単にするために、片側の電機子11及び片側のレール21のみが示されている。   FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of the derailment prevention device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 11, only the armature 11 on one side and the rail 21 on one side are shown for ease of explanation.

図11の(a)を参照すると、台車14及びその上に取り付けられた客室等を含む鉄道車両は、レール21上を走行することにより、運動エネルギーを蓄積している。走行速度を減少させたい場合には、電機子11の巻線に交流電流を流すことにより交流磁界を発生させる。この磁界により、電機子11の一端からレール21内を貫通して電機子11の他端に戻る磁束が発生し、レール21内に渦電流が生じる。鉄道車両の移動と共に磁束もレール21内を移動するが、レール21内の渦電流は磁束の変化を妨げようとするので、電機子11とレール21との間にブレーキ力が生じる。   Referring to (a) of FIG. 11, the railway vehicle including the carriage 14 and the guest room attached thereon accumulates kinetic energy by traveling on the rail 21. When it is desired to reduce the traveling speed, an alternating magnetic field is generated by passing an alternating current through the windings of the armature 11. This magnetic field generates a magnetic flux that passes through the rail 21 from one end of the armature 11 and returns to the other end of the armature 11, and an eddy current is generated in the rail 21. The magnetic flux also moves in the rail 21 with the movement of the railway vehicle. However, since the eddy current in the rail 21 tries to prevent the magnetic flux from changing, a braking force is generated between the armature 11 and the rail 21.

交流励磁を行って交流磁界を発生することにより、逆に、鉄道車両の走行に伴ってレール21内の相対的な磁束変化が電機子11に誘導起電力を発生させ、鉄道車両の運動エネルギーの一部を、架線(トロリ)に電力回生させたり、鉄道車両内に設けられた装置に用いられている抵抗によって消費させたり、鉄道車両内に設けられた装置に用いられている電力貯蔵媒体に充電したりすることが可能となる。その結果、レール内の渦電流損失による発熱を低減することができる。   By generating an alternating magnetic field by performing alternating current excitation, on the contrary, a relative magnetic flux change in the rail 21 with the traveling of the railway vehicle generates an induced electromotive force in the armature 11, and the kinetic energy of the railway vehicle is increased. Part of the power storage medium used in the equipment installed in the railway car, or part of the power is regenerated in the overhead line (trolley), consumed by the resistance used in the equipment installed in the railway car It becomes possible to charge. As a result, heat generation due to eddy current loss in the rail can be reduced.

また、図11の(b)に示すように、電機子11とレール21との間には、磁界による吸引力が発生する。これにより、鉄道車両の重量増を伴うことなく、車輪13とレール21との間の接触圧を増加させることが可能であり、鉄道車両用の増粘着装置としても利用することができる。磁界による吸引力を用いているので、接触圧を増加させても路盤にかかる荷重が変化しないという利点がある。   Further, as shown in FIG. 11B, an attractive force due to a magnetic field is generated between the armature 11 and the rail 21. Thereby, it is possible to increase the contact pressure between the wheel 13 and the rail 21 without increasing the weight of the railway vehicle, and it can also be used as an increased adhesion apparatus for a railway vehicle. Since the attractive force by the magnetic field is used, there is an advantage that the load applied to the roadbed does not change even if the contact pressure is increased.

第1の実施形態におけるように直流磁界を利用する場合には、磁界の配置にもよるが、接触圧を増加させると、レール内の渦電流損失により多少の走行抵抗を生じることが多かった。一方、第2の実施形態におけるように交流磁界を利用する場合には、リニアモータの同期運転を利用することにより、レール内の渦電流損失を殆ど生じることなく、効果的に吸引力を発生させることが可能である。さらに、吸引力を制御することにより、鉄道車両制振装置としても利用することができる。   When a DC magnetic field is used as in the first embodiment, although depending on the arrangement of the magnetic field, increasing the contact pressure often causes some running resistance due to eddy current loss in the rail. On the other hand, when an AC magnetic field is used as in the second embodiment, the attraction force is effectively generated with almost no eddy current loss in the rail by using the synchronous operation of the linear motor. It is possible. Furthermore, it can also be used as a railway vehicle vibration control device by controlling the suction force.

図12は、直流き電とした場合の本発明の第2の実施形態に係る脱線防止装置の全体構成を示すブロック図である。台車14には、一方のレール21に対向するように第1の電機子11が配置され、他方のレール22に対向するように第2の電機子12が配置されている。これらの電機子11及び12は、インバータ15から供給される交流電流に従って発生する交流磁界によってレール21及び22内に磁束及び渦電流を発生させると共に、レール21及び22に対する相対的な位置の変化に伴って起電力を生じる。なお、図12には、1つのインバータに対して2つの電機子が並列に接続される構成が示されているが、本発明は、電機子の数や接続形態に関わりなく実現することができる。   FIG. 12 is a block diagram showing an overall configuration of a derailment prevention apparatus according to the second embodiment of the present invention when a DC feeder is used. The first armature 11 is disposed on the carriage 14 so as to face one rail 21, and the second armature 12 is disposed so as to face the other rail 22. These armatures 11 and 12 generate magnetic flux and eddy current in the rails 21 and 22 by the alternating magnetic field generated according to the alternating current supplied from the inverter 15 and change in relative position with respect to the rails 21 and 22. Along with this, an electromotive force is generated. Note that FIG. 12 shows a configuration in which two armatures are connected in parallel to one inverter, but the present invention can be realized regardless of the number of armatures and the connection form. .

本実施形態においては、電機子11及び12の各々に含まれている複数の巻線が、3相に分類されてデルタ結線又はスター結線される。電機子11及び12に電流を供給するための駆動手段として、周波数制御が可能なインバータ15が用いられる。インバータ15は、車輪13を介してレールに接地されており、架線(トロリ)からパンタグラフ16及びインダクタ17を介して印加される直流電圧に基づいて電機子11及び12に3相交流電流を流すことにより交流磁界を発生させると共に、電機子11及び12から印加される3相交流起電力に基づいてトロリに直流電流を供給することにより電力回生動作を行う。なお、3相交流の替わりに単相交流を用いても、レール発熱低減効果が劣るものの、渦電流ブレーキ機能を有する脱線防止装置を実現することが可能である。   In the present embodiment, a plurality of windings included in each of the armatures 11 and 12 are classified into three phases and are delta-connected or star-connected. As a driving means for supplying current to the armatures 11 and 12, an inverter 15 capable of frequency control is used. The inverter 15 is grounded to the rail through the wheel 13, and causes a three-phase alternating current to flow to the armatures 11 and 12 based on a direct current voltage applied from the overhead wire (trolley) through the pantograph 16 and the inductor 17. Generates an AC magnetic field and supplies a DC current to the trolley based on the three-phase AC electromotive force applied from the armatures 11 and 12 to perform a power regeneration operation. Even if single-phase alternating current is used instead of three-phase alternating current, it is possible to realize a derailment preventing device having an eddy current braking function, although the effect of reducing rail heat generation is inferior.

図13に、本実施形態において用いられるインバータの原理的な構成例を示す。この例においては、インバータ15として、電力回生機能を有する3相のPWPインバータが用いられている。インバータ15は、電機子の3種類の巻線の内のU相の巻線に接続されるIGBT(インシュレーティドゲート・バイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子Q1及びQ2と、V相の巻線に接続されるスイッチング素子Q3及びQ4と、W相の巻線に接続されるスイッチング素子Q5及びQ6と、スイッチング素子Q1〜Q6にそれぞれ並列に接続されたダイオードD1〜D6とを有している。   FIG. 13 shows a principle configuration example of an inverter used in this embodiment. In this example, a three-phase PWP inverter having a power regeneration function is used as the inverter 15. The inverter 15 is connected to switching elements Q1 and Q2 such as IGBTs (insulated gate bipolar transistors) connected to the U-phase winding of the three types of armature windings, and to the V-phase winding. Switching elements Q3 and Q4, switching elements Q5 and Q6 connected to the W-phase winding, and diodes D1 to D6 connected in parallel to the switching elements Q1 to Q6, respectively.

これらのスイッチング素子Q1〜Q6は、トロリとレールとによってそれぞれ供給される2種類の電源電位とU相〜W相の巻線との間でスイッチング動作を行うことにより、電機子11に3相交流電流を供給する。また、インバータ15は、電機子11に交流電流を供給する場合に対して電流位相を反転させるようにスイッチング素子Q1〜Q6を制御してスイッチング動作を行わせることにより、電力回生動作を行う。なお、インバータ15は、電力回生動作を行う替わりに、1次側(直流側)において、電力を消費又は貯蔵する装置に直流電流を供給するようにしても良い。   These switching elements Q1 to Q6 perform a switching operation between two kinds of power supply potentials respectively supplied by the trolley and the rail and the windings of the U phase to the W phase, thereby causing the armature 11 to perform a three-phase alternating current. Supply current. Further, the inverter 15 performs a power regeneration operation by controlling the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 6 to perform a switching operation so as to reverse the current phase with respect to the case where an alternating current is supplied to the armature 11. The inverter 15 may supply a direct current to a device that consumes or stores power on the primary side (DC side) instead of performing the power regeneration operation.

図12に示すように、電機子11及び12の巻線に流れる電流を検出するために、インバータ15と電機子11及び12との間の3つの配線には、3つの電流検出部18a〜18cがそれぞれ挿入されている。また、電機子11及び12において発生する電圧を検出するために、インバータ15と電機子11及び12との間を接続する配線間には、3つの電圧検出部19a〜19cが接続されている。   As shown in FIG. 12, in order to detect the current flowing through the windings of the armatures 11 and 12, the three wires between the inverter 15 and the armatures 11 and 12 have three current detectors 18a to 18c. Are inserted. Further, in order to detect the voltage generated in the armatures 11 and 12, three voltage detectors 19a to 19c are connected between the wirings connecting the inverter 15 and the armatures 11 and 12.

電流検出部18a〜18cは、電流を検出して得られたディジタルの検出信号を出力し、電圧検出部19a〜19cは、電圧を検出して得られたディジタルの検出信号を出力する。これらの検出信号は、中央演算装置(CPU)70に入力される。また、CPU70に動作を行わせるためのソフトウェア(制御プログラム)が格納されているROM80が、CPU70に接続されている。CPU70とソフトウェアとによって、脱線検知部70a及び制御部70bが、機能ブロックとして実現される。なお、脱線検知部70a及び制御部70bは、ディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。   The current detection units 18a to 18c output digital detection signals obtained by detecting the current, and the voltage detection units 19a to 19c output digital detection signals obtained by detecting the voltage. These detection signals are input to a central processing unit (CPU) 70. A ROM 80 storing software (control program) for causing the CPU 70 to perform an operation is connected to the CPU 70. The derailment detection unit 70a and the control unit 70b are realized as functional blocks by the CPU 70 and software. The derailment detection unit 70a and the control unit 70b may be configured with a digital circuit or an analog circuit.

制御部70bは、電流検出部18a〜18cから出力される検出信号に基づいて、電機子11及び12の巻線に流れる電流の電流ベクトルを検出し、指令部から送られてくる指令信号に従い、検出された電流ベクトルを用いて、電機子11及び12に供給すべき3相交流電流の周波数や振幅を制御するための制御信号を算出してインバータ15に出力する。制御信号を算出する際に必要な車両の速度情報は、鉄道車両の速度を検出するための速度センサ40を設ける方法の他、速度センサレスで制御する方法もある。   The control unit 70b detects the current vector of the current flowing through the windings of the armatures 11 and 12 based on the detection signals output from the current detection units 18a to 18c, and according to the command signal sent from the command unit, Using the detected current vector, a control signal for controlling the frequency and amplitude of the three-phase alternating current to be supplied to the armatures 11 and 12 is calculated and output to the inverter 15. The vehicle speed information necessary for calculating the control signal includes a method of controlling without a speed sensor in addition to a method of providing the speed sensor 40 for detecting the speed of the railway vehicle.

脱線検知部70aは、電流検出部18a〜18cから出力される検出信号によって表される3相電流値i、i、iと、電圧検出部19a〜19cから出力される検出信号によって表される線間電圧値eUV、eVW、eWUとに基づいて、電機子11及び12の入力インピーダンスを算出する。さらに、脱線検知部70aは、電機子11及び12の入力インピーダンスから、レールが存在しない場合の電機子11及び12のインピーダンスを差し引くことにより、2次側(レール側)の等価的なインピーダンスを算出する。脱線検知部70aは、算出されたインピーダンスの値が設定値以下となった場合に、鉄道車両が脱線していると判定する。 The derailment detection unit 70a is represented by three-phase current values i U , i V , i W represented by detection signals output from the current detection units 18a to 18c, and detection signals output from the voltage detection units 19a to 19c. Based on the line voltage values e UV , e VW , and e WU , the input impedances of the armatures 11 and 12 are calculated. Further, the derailment detection unit 70a calculates the equivalent impedance on the secondary side (rail side) by subtracting the impedance of the armatures 11 and 12 when there is no rail from the input impedance of the armatures 11 and 12. To do. The derailment detection unit 70a determines that the railway vehicle is derailed when the calculated impedance value is equal to or less than the set value.

制御部70bは、脱線検知部70aによって算出されたインピーダンスの値に基づいて、鉄道車両と軌条レールとの間の距離が拡大したことを検知して警告を表示したり、さらには、脱線検知部70aによって鉄道車両が脱線する可能性が大きいと判定された場合に、脱線防止動作又は渦電流ブレーキ動作を行うようにインバータ15を制御する。   Based on the impedance value calculated by the derailment detection unit 70a, the control unit 70b detects that the distance between the railway vehicle and the rail rail has increased and displays a warning, or further, the derailment detection unit When it is determined by 70a that there is a high possibility that the railway vehicle will derail, the inverter 15 is controlled to perform the derailment prevention operation or the eddy current braking operation.

次に、脱線検知部70aにおけるインピーダンスの計算手法について説明する。ここでは、3相平衡回路を前提とした計算手法について説明するが、現実には、不平衡等に起因する計算値の脈動が予想されるので、フィルタ処理等の対策が必要である。
まず、脱線検知部70aが、電圧検出部19a〜19cから出力される検出信号によって表される線間電圧値eUV、eVW、eWUを、3相電圧値e、e、eに変換する。
Next, an impedance calculation method in the derailment detection unit 70a will be described. Here, a calculation method based on a three-phase balanced circuit will be described, but in reality, a pulsation of a calculated value due to unbalance or the like is expected, and thus measures such as filter processing are required.
First, the derailment detection unit 70a converts the line voltage values e UV , e VW , and e WU represented by the detection signals output from the voltage detection units 19a to 19c into the three-phase voltage values e U , e V , and e W. Convert to

次に、脱線検知部70aが、3相電圧値e、e、eを、2相電圧値eα、eβに変換する。
これらの2相電圧値eα、eβに基づいて、脱線検知部70aが、電圧の振幅Eと位相θを求める。
Next, the derailment detection unit 70a converts the three-phase voltage values e U , e V , and e W into two-phase voltage values e α and e β .
Based on these two-phase voltage values e α and e β , the derailment detection unit 70a determines the voltage amplitude E P and phase θ e .

同様に、電流についても、脱線検知部70aが、3相電流値i、i、iを、2相電流値iα、iβに変換する。
さらに、脱線検知部70aが、2相電流値iα、iβに基づいて、電流の振幅Iと位相θを求める。
Similarly, for the current, the derailment detection unit 70a converts the three-phase current values i U , i V , i W into the two-phase current values i α , i β .
Further, the derailment detection unit 70a obtains the current amplitude I P and the phase θ i based on the two-phase current values i α and i β .

以上の式(1)〜(4)に基づいて、脱線検知部70aが、入力端から見た抵抗値RとリアクタンスXとを求める。
Based on the above equations (1) to (4), the derailment detection unit 70a obtains the resistance value R and the reactance X viewed from the input end.

図14に、電機子の1相当りの等価回路を示す。図14の(a)に示すように、電機子は、1次側と2次側との間の誘導作用により、変圧器と同様の回路で表される。1次側回路は、電機子抵抗rと1次漏れリアクタンスxとによって表され、励磁回路は、鉄損rと励磁リアクタンスxとによって表され、2次側回路は、2次抵抗rと2次漏れリアクタンスxと滑りsとによって表される。ここで、図14の(a)に示す回路を、変圧器の等価回路と同様に、図14の(b)のように書き改めることができる。さらに、励磁回路を2次側回路に含めた等価回路として、図14の(c)のように表すことができる。このとき、r2e及びx2eを、それぞれ等価2次抵抗及び等価2次リアクタンスと呼ぶ。 FIG. 14 shows an equivalent circuit corresponding to one armature. As shown to (a) of FIG. 14, an armature is represented by the circuit similar to a transformer by the induction | guidance | derivation effect | action between a primary side and a secondary side. The primary side circuit is represented by an armature resistance r 1 and a primary leakage reactance x 1, and the excitation circuit is represented by an iron loss r 0 and an excitation reactance x 0, and the secondary side circuit is a secondary resistance. It is represented by r 2 , secondary leakage reactance x 2 and slip s. Here, the circuit shown in FIG. 14A can be rewritten as shown in FIG. 14B, similarly to the equivalent circuit of the transformer. Further, an equivalent circuit including the excitation circuit in the secondary circuit can be expressed as shown in FIG. At this time, r 2e and x 2e are referred to as equivalent secondary resistance and equivalent secondary reactance, respectively.

式(5)、(6)に基づいて算出された入力端から見た抵抗値R及びリアクタンスXから、電機子の巻線抵抗r及び1次側の漏洩リアクタンスxをそれぞれ差し引くことにより、等価2次抵抗r2e及び等価2次リアクタンスx2eを求めることができる。
2e=R−r
2e=X−x
By subtracting the winding resistance r 1 of the armature and the leakage reactance x 1 on the primary side from the resistance value R and the reactance X seen from the input end calculated based on the equations (5) and (6), respectively. The equivalent secondary resistance r 2e and the equivalent secondary reactance x 2e can be obtained.
r 2e = R−r 1
x 2e = X−x 1

図15に、交流励磁電流の周波数を変化させたときの等価2次抵抗及び等価2次リアクタンスの変化を示す。交流励磁電流の周波数fが同期周波数よりも小さい範囲においては、推力がマイナスとなってブレーキ力が働くと共に、電力回生動作が行われる。この範囲においては、滑りs及び等価2次抵抗r2eもマイナスとなる。交流励磁電流の周波数fを同期周波数と等しくすれば、推力がゼロとなってブレーキ力が働かなくなり、吸引力のみを利用することができる。交流励磁電流の周波数fが同期周波数よりも大きい範囲においては、推力がプラスとなって推進力が働くことにより力行する。この範囲においては、滑りs及び等価2次抵抗r2eもプラスとなる。 FIG. 15 shows changes in equivalent secondary resistance and equivalent secondary reactance when the frequency of the AC excitation current is changed. In a range where the frequency f of the AC excitation current is smaller than the synchronous frequency, the thrust becomes negative and the braking force works, and the power regeneration operation is performed. In this range, the slip s and the equivalent secondary resistance r 2e are also negative. If the frequency f of the AC excitation current is made equal to the synchronous frequency, the thrust becomes zero and the braking force does not work, and only the attractive force can be used. In a range where the frequency f of the AC exciting current is larger than the synchronous frequency, the thrust is positive and the power is driven by the driving force. In this range, the slip s and the equivalent secondary resistance r 2e are also positive.

図15においては、鉄道車両の速度が50km/h、100km/h、200km/hの場合について、交流励磁電流の周波数fを変化させたときの等価2次抵抗r2e及び等価2次リアクタンスx2eの変化を示している。いずれの速度においても、周波数fが大きくなると、等価2次リアクタンスx2eは単調に増加し、等価2次抵抗r2eも、その値がプラスとなる範囲においては、増加することが分る。 In FIG. 15, when the speed of the railway vehicle is 50 km / h, 100 km / h, and 200 km / h, the equivalent secondary resistance r 2e and the equivalent secondary reactance x 2e when the frequency f of the AC excitation current is changed. Shows changes. It can be seen that at any speed, as the frequency f increases, the equivalent secondary reactance x 2e increases monotonously, and the equivalent secondary resistance r 2e also increases within a range where the value is positive.

一方、脱線時には、電機子と対向するレールが無くなるので、電機子において磁束が減少して入力インピーダンスが変化する。即ち、鉄道車両が脱線すると、磁束が減少し、図14の(a)及び(b)に示す励磁リアクタンスxが小さくなる。また、2次抵抗rが増大するので、図7の(c)に示す等価2次回路のインピーダンス(等価2次抵抗及び等価2次リアクタンス)が小さくなる。このとき、等価2次インピーダンスは、図15における原点の近傍に移動する。従って、電機子に含まれている少なくとも1つの巻線のインピーダンスを計測し、それを用いて算出される等価2次インピーダンスの大きさを監視することにより、鉄道車両の脱線を検知することができる。ただし、周波数が非常に低くなるとインピーダンスの算出精度が低下するので、交流励磁電流の周波数fが、所定の周波数fよりも大きいことが条件である。 On the other hand, at the time of derailment, since there is no rail facing the armature, the magnetic flux decreases in the armature and the input impedance changes. That is, when the railway vehicle is derailed, the magnetic flux is reduced, the excitation reactance x 0 shown in (a) and (b) of FIG. 14 is reduced. Further, since the secondary resistance r 2 increases, the impedance (equivalent secondary resistance and equivalent secondary reactance) of the equivalent secondary circuit shown in FIG. At this time, the equivalent secondary impedance moves to the vicinity of the origin in FIG. Therefore, the derailment of the railway vehicle can be detected by measuring the impedance of at least one winding included in the armature and monitoring the magnitude of the equivalent secondary impedance calculated using the impedance. . However, since the frequency is very low impedance calculation accuracy decreases, the frequency f of the alternating exciting current is greater condition than a predetermined frequency f d.

ここでは、等価2次インピーダンスの大きさを自乗した値を、等価2次インピーダンスの大きさの閾値zに基づいて設定された参照値z と比較することにより、鉄道車両が脱線しているか否かを判定することにする。
(R−r+(X−x≦z ・・・(7)
即ち、交流励磁電流の周波数fが所定の周波数fよりも大きい場合に(f>f)、式(7)が成立したら、鉄道車両が脱線する可能性が大きいと判定される。あるいは、複数の周波数fに対応して、参照値z を設定しても良い。
Here, by comparing the value obtained by squaring the magnitude of the equivalent secondary impedance with the reference value z d 2 set based on the threshold value z d of the magnitude of the equivalent secondary impedance, the railway vehicle is derailed. It will be determined whether or not.
(R−r 1 ) 2 + (X−x 1 ) 2 ≦ z d 2 (7)
That is, when the frequency f of the alternating current excitation current is greater than the predetermined frequency f d (f> f d ), it is determined that there is a high possibility that the railway vehicle will derail if Equation (7) holds. Alternatively, the reference value z d 2 may be set corresponding to a plurality of frequencies f.

電流及び電圧がベクトル(又は複素数)として測定される場合には、脱線検知部70aにおけるインピーダンスの計算手法は、以下のようになる。
まず、脱線検知部70aが、電圧検出部19a〜19cから出力される検出信号によって表される線間電圧ベクトルEUV、EVW、EWUを、3相電圧ベクトルE、E、Eに変換する。
When the current and voltage are measured as vectors (or complex numbers), the impedance calculation method in the derailment detection unit 70a is as follows.
First, the derailment detection unit 70a converts the line voltage vectors E UV , E VW , and E WU represented by the detection signals output from the voltage detection units 19a to 19c into the three-phase voltage vectors E U , E V , and E W. Convert to

3相電流ベクトルI、I、Iと3相電圧ベクトルE、E、Eとに基づいて、脱線検知部70aが、入力インピーダンスZ、Z、Zを求める。
Based on the three-phase current vectors I U , I V , I W and the three-phase voltage vectors E U , E V , E W , the derailment detection unit 70a obtains input impedances Z U , Z V , Z W.

ここでは、各相の等価2次インピーダンス(Z−Z)、(Z−Z)、(Z−Z)の自乗和を、等価2次インピーダンスの閾値Zに基づいて設定された参照値3Z と比較することにより、鉄道車両が脱線しているか否かを判定するようにする。
(Z−Z+(Z−Z+(Z−Z≦3Z ・・・(8)
ここで、Z=r+jxは、電機子の1次側のインピーダンスである。交流励磁電流の周波数fが所定の周波数fよりも大きい場合に(f>f)、式(8)が成立したら、鉄道車両が脱線していると判定される。あるいは、複数の周波数fに対応して、参照値3Z を設定しても良い。
Here, the sum of squares of the equivalent secondary impedances (Z U -Z 1 ), (Z V -Z 1 ), and (Z W -Z 1 ) of each phase is set based on the threshold value Z d of the equivalent secondary impedance. By comparing with the reference value 3Z d 2 that has been made, it is determined whether or not the railway vehicle is derailed.
(Z U -Z 1) 2 + (Z V -Z 1) 2 + (Z W -Z 1) 2 ≦ 3Z d 2 ··· (8)
Here, Z 1 = r 1 + jx 1 is the impedance on the primary side of the armature. When the frequency f of the AC excitation current is higher than the predetermined frequency f d (f> f d ), if the equation (8) is established, it is determined that the railway vehicle is derailed. Alternatively, the reference value 3Z d 2 may be set corresponding to a plurality of frequencies f.

本実施形態によれば、交流励磁電流の周波数fが同期周波数よりも小さい範囲においては、マイナスの推力が発生することにより、脱線防止装置がブレーキ装置としても働き、交流励磁電流の周波数fが同期周波数と等しい範囲においては、推力がゼロとなって吸引力のみが発生することになる。   According to this embodiment, in a range where the frequency f of the AC excitation current is smaller than the synchronization frequency, a negative thrust is generated, so that the derailment prevention device also functions as a brake device, and the frequency f of the AC excitation current is synchronized. In the range equal to the frequency, the thrust becomes zero and only the attractive force is generated.

本実施形態においては、交流励磁電流を流すための巻線に発生する交流電圧を検出して鉄道車両の脱線を検知したが、図5に示すように、交流励磁電流を流すための巻線とは別に、電機子に探りコイルを巻いておき、探りコイルに誘起される交流電圧を計測することにより、鉄道車両の脱線を検知するようにしても良い。また、以上の実施形態においては、直流き電とした場合について説明したが、本発明に係る脱線防止装置は、交流き電とした場合にも適用できる。   In the present embodiment, the AC voltage generated in the winding for passing the AC exciting current is detected to detect the derailment of the railway vehicle. However, as shown in FIG. Alternatively, a derailment of the railway vehicle may be detected by winding a probe coil around the armature and measuring an AC voltage induced in the probe coil. Moreover, although the case where it was set as the DC feeding was demonstrated in the above embodiment, the derailment prevention apparatus based on this invention is applicable also when it is set as an AC feeding.

本発明は、鉄道車両と軌条レールとの間に電磁結合による吸引力を発生させて、地震や横風時に鉄道車両の脱線や転覆を未然に防止するための脱線防止装置において利用することが可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a derailment prevention device for generating a suction force due to electromagnetic coupling between a railway vehicle and a rail rail to prevent derailment or rollover of the railway vehicle before an earthquake or a crosswind. is there.

本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子及びその周辺部分を示す図である。It is a figure which shows the armature of the derailment prevention apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and its peripheral part. 本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the armature of the derailment prevention apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the armature of the derailment prevention apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子における極の配列の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the arrangement | positioning of the pole in the armature of the derailment prevention apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 直流き電とした場合の本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the derailment prevention apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention at the time of setting it as DC feeding. 本発明の第1の実施形態に係る脱線防止装置の電機子の巻線に流れる直流励磁電流の向きを示す平面図である。It is a top view which shows the direction of the direct current excitation current which flows into the coil | winding of the armature of the derailment prevention apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 走行速度による吸引力及びブレーキ力の変化に関するシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result regarding the change of the attraction | suction force and brake force by driving speed. シミュレーションに用いられた電機子の諸元を示す図である。It is a figure which shows the item of the armature used for simulation. 電機子とレールとの間のギャップ長と探りコイルを貫通する磁束との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the relationship between the gap length between an armature and a rail, and the magnetic flux which penetrates a search coil by simulation. 8の字型の探りコイルとレールとを上から見た図である。It is the figure which looked at the figure-shaped search coil and rail from the top. 本発明の第2の実施形態に係る脱線防止装置の原理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the derailment prevention apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 直流き電とした場合の本発明の第2の実施形態に係る脱線防止装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the derailment prevention apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention at the time of setting it as direct current feeding. 本実施形態において用いられるインバータの原理的な構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of a fundamental structure of the inverter used in this embodiment. 電機子の1相当りの等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit equivalent to 1 of an armature. 交流励磁電流の周波数を変化させたときの等価2次抵抗及び等価2次リアクタンスの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of an equivalent secondary resistance and an equivalent secondary reactance when changing the frequency of alternating current excitation current.

1 コア
2、3 巻線
11、12 電機子
13 車輪
14 台車
15 インバータ
16 パンタグラフ
17 インダクタ
18、18a〜18c 電流検出部
19a〜19c、61、62 電圧検出部
20、70 CPU
20a、70a 脱線検知部
20b、70b 制御部
21、22 レール
30、80 ROM
40 速度センサ
50 駆動部
53、54 探りコイル
Q1〜Q6 スイッチング素子
D1〜D6 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core 2, 3 Winding 11, 12 Armature 13 Wheel 14 Dolly 15 Inverter 16 Pantograph 17 Inductor 18, 18a-18c Current detection part 19a-19c, 61, 62 Voltage detection part 20, 70 CPU
20a, 70a Derailment detection unit 20b, 70b Control unit 21, 22 Rail 30, 80 ROM
40 Speed sensor 50 Drive unit 53, 54 Search coil Q1-Q6 Switching element D1-D6 Diode

Claims (10)

鉄道車両においてレールに対向する位置に配置され、磁芯と該磁芯に形成された溝に巻かれた複数の巻線とを含み、前記複数の巻線に電流が供給されたときに、レールに対向する複数の位置に極を有する磁界を発生させる電磁変換部と、
前記電磁変換部の前記複数の巻線に直流電流を供給する駆動手段と、
レールの長手方向に沿って1つの列に複数のN極が並び、かつ、他の列に複数のS極が並ぶように前記電磁変換部の前記複数の巻線に直流電流を供給するか、又は、レールの長手方向に沿ってN極とS極とが交互に並ぶように前記電磁変換部の前記複数の巻線に直流電流を供給するかを選択することにより、前記電磁変換部にレールに対する吸引力又はブレーキ力を選択的に発生させる選択手段と、
を具備する脱線防止装置。
A railcar is disposed at a position facing the rail and includes a magnetic core and a plurality of windings wound in grooves formed in the magnetic core, and when a current is supplied to the plurality of windings, the rail An electromagnetic conversion unit for generating a magnetic field having poles at a plurality of positions opposite to
Driving means for supplying a direct current to the plurality of windings of the electromagnetic conversion unit;
A plurality of N poles are arranged in one row along the longitudinal direction of the rail, and a DC current is supplied to the plurality of windings of the electromagnetic conversion unit so that a plurality of S poles are arranged in the other row, Alternatively, by selecting whether to supply a direct current to the plurality of windings of the electromagnetic conversion unit so that N poles and S poles are alternately arranged along the longitudinal direction of the rail, Selection means for selectively generating suction force or braking force against
A derailment prevention device comprising:
前記駆動手段が、前記電磁変換部に直流電流と共に脱線検知用の交流電流を供給し、
前記駆動手段から前記電磁変換部に供給される電流を検出して第1の検出信号を出力する電流検出手段と、
前記駆動手段から前記電磁変換部に供給される交流電流に従って前記電磁変換部に含まれている少なくとも1つの巻線に発生する電圧を検出して第2の検出信号を出力する電圧検出手段と、
前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記鉄道車両の脱線を検知する脱線検知手段と、
をさらに具備する、請求項1記載の脱線防止装置。
The drive means supplies an alternating current for derailment detection together with a direct current to the electromagnetic conversion unit,
Current detecting means for detecting a current supplied from the driving means to the electromagnetic converter and outputting a first detection signal;
Voltage detection means for detecting a voltage generated in at least one winding included in the electromagnetic conversion unit according to an alternating current supplied from the driving means to the electromagnetic conversion unit and outputting a second detection signal;
Derailment detection means for detecting derailment of the railway vehicle based on a first detection signal output from the current detection means and a second detection signal output from the voltage detection means;
Further comprising, claim 1 Symbol placement derailment prevention device.
前記脱線検知手段が、前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記電磁変換部に含まれている少なくとも1つの巻線のインピーダンスを算出することにより、前記鉄道車両の脱線を検知する、請求項記載の脱線防止装置。 The derailment detection means is based on the first detection signal output from the current detection means and the second detection signal output from the voltage detection means, and includes at least one included in the electromagnetic conversion unit. The derailment prevention device according to claim 2 , wherein derailment of the railway vehicle is detected by calculating an impedance of a winding. 前記電磁変換部が、磁芯と、前記磁芯に形成された溝に巻かれ前記駆動手段から電流が供給される少なくとも1つの第1の巻線と、前記磁芯に形成された溝に巻かれ前記少なくとも1つの第1の巻線に供給される交流電流によって誘起される誘導起電力に従って交流電圧を発生する第2の巻線とを有し、前記駆動手段が、前記電磁変換部の前記少なくとも1つの第1の巻線に直流電流と共に脱線検知用の交流電流を供給し、
前記駆動手段から前記電磁変換部の前記少なくとも1つの第1の巻線に供給される電流を検出して第1の検出信号を出力する電流検出手段と、
前記電磁変換部の前記第2の巻線から発生される電圧を検出して第2の検出信号を出力する電圧検出手段と、
前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記鉄道車両の脱線を検知する脱線検知手段と、
をさらに具備する、請求項1記載の脱線防止装置。
The electromagnetic conversion unit includes a magnetic core, at least one first winding wound around a groove formed in the magnetic core and supplied with current from the driving unit, and wound around a groove formed in the magnetic core. A second winding for generating an AC voltage according to an induced electromotive force induced by an AC current supplied to the at least one first winding, and the driving means includes the electromagnetic conversion unit. Supplying an alternating current for derailment detection together with a direct current to at least one first winding;
Current detection means for detecting a current supplied from the driving means to the at least one first winding of the electromagnetic converter and outputting a first detection signal;
Voltage detection means for detecting a voltage generated from the second winding of the electromagnetic conversion unit and outputting a second detection signal;
Derailment detection means for detecting derailment of the railway vehicle based on a first detection signal output from the current detection means and a second detection signal output from the voltage detection means;
Further comprising, claim 1 Symbol placement derailment prevention device.
前記脱線検知手段が、前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記電磁変換部の前記少なくとも1つの第1の巻線に流れる交流電流と前記電磁変換部の前記第2の巻線から発生される交流電圧との関係を算出することにより、前記鉄道車両の脱線を検知する、請求項記載の脱線防止装置。 The derailment detection unit is configured to detect the at least one first of the electromagnetic conversion unit based on a first detection signal output from the current detection unit and a second detection signal output from the voltage detection unit. The derailment prevention device according to claim 4 , wherein a derailment of the railway vehicle is detected by calculating a relationship between an alternating current flowing through the winding and an alternating voltage generated from the second winding of the electromagnetic conversion unit. . 鉄道車両においてレールに対向する位置に配置され、磁芯と該磁芯に形成された溝に巻かれた複数の巻線とを含み、前記複数の巻線に電流が供給されたときに、レールに対向する複数の位置に極を有する磁界を発生させると共に、レールに対する相対的な位置の変化に伴って起電力を生じる電磁変換部と、
架線から前記鉄道車両に印加される電圧に基づいて、前記鉄道車両の走行速度に同期する周波数を有する交流電流、又は、前記鉄道車両の走行速度に同期する周波数よりも小さい周波数を有する交流電流を選択的に前記電磁変換部の前記複数の巻線に供給することにより、前記電磁変換部にレールに対する吸引力又はブレーキ力を選択的に発生させる駆動手段と、
を具備する脱線防止装置。
A railcar is disposed at a position facing the rail and includes a magnetic core and a plurality of windings wound in grooves formed in the magnetic core, and when a current is supplied to the plurality of windings, the rail An electromagnetic conversion unit that generates a magnetic field having poles at a plurality of positions opposite to each other and generates an electromotive force in accordance with a change in the position relative to the rail;
Based on a voltage applied to the railway vehicle from an overhead line, an alternating current having a frequency synchronized with the traveling speed of the railway vehicle, or an alternating current having a frequency smaller than a frequency synchronized with the traveling speed of the railway vehicle Driving means for selectively generating attraction force or braking force for the rail in the electromagnetic conversion unit by selectively supplying the plurality of windings of the electromagnetic conversion unit;
A derailment prevention device comprising:
前記駆動手段から前記電磁変換部に供給される電流を検出して第1の検出信号を出力する電流検出手段と、
前記駆動手段から前記電磁変換部に供給される交流電流に従って前記電磁変換部に含まれている少なくとも1つの巻線に発生する電圧を検出して第2の検出信号を出力する電圧検出手段と、
前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記鉄道車両の脱線を検知する脱線検知手段と、
をさらに具備する、請求項記載の脱線防止装置。
Current detecting means for detecting a current supplied from the driving means to the electromagnetic converter and outputting a first detection signal;
Voltage detection means for detecting a voltage generated in at least one winding included in the electromagnetic conversion unit according to an alternating current supplied from the driving means to the electromagnetic conversion unit and outputting a second detection signal;
Derailment detection means for detecting derailment of the railway vehicle based on a first detection signal output from the current detection means and a second detection signal output from the voltage detection means;
The derailment prevention device according to claim 6 , further comprising:
前記脱線検知手段が、前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記電磁変換部に含まれている少なくとも1つの巻線のインピーダンスを算出することにより、前記鉄道車両の脱線を検知する、請求項記載の脱線防止装置。 The derailment detection means is based on the first detection signal output from the current detection means and the second detection signal output from the voltage detection means, and includes at least one included in the electromagnetic conversion unit. The derailment prevention device according to claim 7 , wherein derailment of the railway vehicle is detected by calculating an impedance of a winding. 前記電磁変換部が、磁芯と、前記磁芯に形成された溝に巻かれ前記駆動手段から交流電流が供給される複数の第1の巻線と、前記磁芯に形成された溝に巻かれ前記複数の第1の巻線に供給される交流電流によって誘起される誘導起電力に従って交流電圧を発生する第2の巻線とを有し、
前記駆動手段から前記電磁変換部の前記複数の第1の巻線に供給される電流を検出して第1の検出信号を出力する電流検出手段と、
前記電磁変換部の前記第2の巻線から発生される電圧を検出して第2の検出信号を出力する電圧検出手段と、
前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記鉄道車両の脱線を検知する脱線検知手段と、
をさらに具備する、請求項記載の脱線防止装置。
The electromagnetic conversion portion is wound around a magnetic core, a plurality of first windings wound around a groove formed in the magnetic core and supplied with an alternating current from the driving means, and a groove formed in the magnetic core. A second winding for generating an alternating voltage according to an induced electromotive force induced by an alternating current supplied to the plurality of first windings;
Current detection means for detecting a current supplied from the drive means to the plurality of first windings of the electromagnetic converter and outputting a first detection signal;
Voltage detection means for detecting a voltage generated from the second winding of the electromagnetic conversion unit and outputting a second detection signal;
Derailment detection means for detecting derailment of the railway vehicle based on a first detection signal output from the current detection means and a second detection signal output from the voltage detection means;
The derailment prevention device according to claim 6 , further comprising:
前記脱線検知手段が、前記電流検出手段から出力される第1の検出信号と前記電圧検出手段から出力される第2の検出信号とに基づいて、前記電磁変換部の前記複数の第1の巻線に流れる交流電流と前記電磁変換部の前記第2の巻線から発生される交流電圧との関係を算出することにより、前記鉄道車両の脱線を検知する、請求項記載の脱線防止装置。 The derailment detection unit is configured to output the plurality of first windings of the electromagnetic conversion unit based on a first detection signal output from the current detection unit and a second detection signal output from the voltage detection unit. The derailment prevention apparatus of Claim 9 which detects derailment of the said railway vehicle by calculating the relationship between the alternating current which flows into a line, and the alternating voltage generated from the said 2nd coil | winding of the said electromagnetic conversion part.
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