JP4597797B2 - トロリ線電流検出装置 - Google Patents

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本発明は、直流電気車のトロリ線を流れる電流を検出するトロリ線電流検出装置に関するものである。
従来、直流電気車のトロリ線を流れる電流を検出しようとする場合、まず考え付くのは、図６のようにトロリ線に発生する水平磁界を検出する方法である。図６において、測定対象のトロリ線１の近傍に一対の鉄芯２を空隙部３を介して配し、この空隙部３にホール素子等の磁界センサ４を設け、この磁界センサ４により、測定対象のトロリ線１に流れる電流が作る周回方向の磁界５のうち、空隙部３における水平方向磁界５ａの磁束密度を検出し、その検出値を電流値に変換する方法である。尚、従来より、逆向きの電流が流れる２つの平行な測定対象導体の近傍に水平磁界を検知し垂直磁界は検知しない磁気センサをそれぞれ設け、各磁気センサの出力信号を減算することにより、各測定対象導体を流れる電流を外部磁界の影響を排除して高精度に測定するようにした電流センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−９０８５０号公報
しかしながら上記の水平磁界を検出する上記の方法では、測定対象のトロリ線の周辺２〜５ｍ以内には隣りのトロリ線やき電線等の測定対象のトロリ線電流と同じ方向の電流が流れる複数の電線が存在し、これらの電線が作る磁界が外乱となって測定精度を低下させるという可能性がある。このような問題は前記特許文献１の技術では解決することはできない。また、新規な構成のトロリ線電流検出装置を設計開発する場合、既存の設備を大幅に変更することなく使用できることが必要である。
従って、本発明は上記外乱磁界の影響を軽減できるトロリ線電流検出装置を提供することを課題とする。
本発明によるトロリ線電流検出装置は、直流電気車のトロリ線を流れる電流が作る周回磁界のうち互いに逆方向の垂直磁界を検出する二つの磁界検出手段を共通の鉄芯表面に近接して設け、一方の磁界検出手段は、自身の下部に直接に流入し、自身の上部から流出して前記鉄芯に流入する前記周回磁界を検出し、他方の磁界検出手段は、前記鉄芯から流出し、自身の上部へ流入して自身の下部から直接に流出する前記周回磁界を検出し、前記二つの磁界検出手段の検出出力を減算し、減算結果に基づいて電磁変換式により前記トロリ線を流れる電流を求める演算手段を設けたことを特徴とするものである。
本発明によれば、他のトロリ線やき電線等の外乱源による外乱磁界の影響を軽減でき、測定対象のトロリ線を流れる電流を高精度に測定することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施の形態によるトロリ線電流検出装置の構成及び測定対象磁界と垂直外乱磁界との関係を示す構成図である。尚、この図１及び後述する図２、図４等は模式的な構成を示すもので、各部の大きさ、寸法は必ずしも実際の比率を表していない。
図１において、測定対象のトロリ線１１に流れる電流により周回方向の測定対象磁界１２が作られている。この磁界１２中に鉄芯１３が配され、この鉄芯１３に近接してホール素子等からなる二つの磁界センサ１４，１５が設けられている。二つの磁界センサ１４，１５は、磁界１２のうち互いに逆方向の垂直方向の磁界１２ａ，１２ｂを検出するように配されている。磁界センサ１４，１５の検出出力は磁界―電流変換部１６に供給され、磁界―電流変換部１６は２つの検出出力に基づいてトロリ線１１を流れる電流値を示す電流値信号１７を出力する。
ここで、測定対象のトロリ線１１の横に隣りのトロリ線等による外乱源１８が存在するものとする。磁界センサ１４，１５はこの外乱源１８からの外乱磁界のうち垂直外乱磁界１９を検出する。この垂直外乱磁界１９は図示のように磁界センサ１４，１５に対して同じ方向となっている。トロリ線１１の測定対象磁界１２における垂直方向の磁界１２ａ，１２ｂをＢ、垂直外乱磁界１９をｂとすると、磁界センサ１４はＢ−ｂを検出し、磁界センサ１５は−Ｂ−ｂを検出する。磁界―電流変換部１６において
（Ｂ−ｂ）−（−Ｂ−ｂ）＝２Ｂ…（１）
の減算を行うことにより、垂直外乱磁界１９がキャンセルされた測定対象磁界１２のみを得ることができる。この減算結果に基づいて所定の電磁変換式による演算を行うことにより、外乱源１８の垂直外乱磁界１９による影響が除去された電流値を求めることができる。
図１は垂直外乱磁界の影響を除去できることについて説明したが、図２に水平外乱磁界の影響を軽減できることを示す。
図２において、測定対象のトロリ線１１の上方にき電線等の外乱源２０が存在する場合、
鉄芯１３には外乱源２０による外乱磁界のうち水平外乱磁界２１が通る。鉄芯１３は磁界センサ１４，１５に対する磁束密度を高くするため及び磁束密度を平滑するために用いられるが、水平外乱磁界２１は鉄芯１３の周辺で歪められるため、図示のように磁界センサ１４に流入する方向の垂直成分２１ａと、磁界センサ１５から流出する方向の垂直成分２１ｂが僅かながら生じる。即ち、磁界センサ１４，１５で検出される外乱磁界は互いに逆方向になり、測定対象磁界１２との区別がつかない。
図３は水平外乱磁界２１の影響を示すもので、横軸は磁界センサ１４，１５の位置（図２におけるｘ軸方向の位置）を示し、縦軸は磁界センサ１４，１５に対する磁束密度［ｍＴ］を示す。図３において、センサ位置をｘ＝±１０ｍｍとすると、トロリ線１１を流れる１［ｋＡ］の電流が作る磁束密度は２０［ｍＴ］であり、実際に流れる電流が５［ｋＡ］とすれば、水平外乱磁界２１による影響は１．５％となり、これは図６の水平磁界を検出する場合に比べて外乱磁界の影響を大幅に軽減することができる。
図４（ａ）（ｂ）は鉄芯１３の他の実施の形態を示すもので、図示のように鉄芯１３の両端部に突部２２を設けたものである。磁界センサ１４，１５はこの突部２２の内側に設けられている。このように構成することにより、突部２２により外乱磁界を迂回させる高透磁率の磁路が形成され、この磁路により磁気シールド効果が得られる。これによって外乱磁界が磁界センサ１４，１５を配した側面から鉄芯１３に出入りすることが回避され、外乱磁界の影響をさらになくして高精度の測定を行うことができる。突部２２の形状としては（ａ）のような鉤型や、(ｂ)のような台形のほか種々の形であってよい。
尚、鉄心１３は磁界センサ１４，１５に対する磁束密度を強めて磁界を検出しやすくするために用いられるが、磁界センサ１４，１５の感度が十分高い場合は鉄心１３を省略することができる。
図４は上述した本発明の実施の形態によるトロリ線電流検出装置をトロリ線に取り付けるための保持具の実施の形態を示す。
図４において、実際のトロリ線１１は同図（ａ）のように円形の両側に切欠き２３をもつ断面形状を有している。保持具２４はトロリ線を例えば１００ｍ毎に保持し、その保持部を吊架線に吊り下げるものである。図示の保持具２４は従来より使用されているトロリ線と補助吊架線を接続する金具を利用したものである。
保持具２４は２枚の保持板２５，２６からなり、この保持板２５，２６の下端部にはトロリ線１１の切欠き２３に係合してトロリ線１１を挟持する係合部２７，２８が設けられている。２枚の保持板２５，２６はボルト２９、ネジ３０あるいはリベット等により締結されている。トロリ線電流検出装置を構成する鉄芯１３と磁界センサ１４，１５は、２枚の保持板２５，２６に内蔵されている。
上記構成によれば、従来より用いられている保持具を有効に利用し、この保持具に本発明によるトロリ線電流検出装置を内蔵させたので、本発明によるトロリ線電流検出装置を取り付けるための特別な装置を用いる必要がなく、既存の設備を大幅に改良する必要がない。
以上説明した本実施の形態によるトロリ線電流検出装置によれば、測定対象のトロリ線を流れる電流を測定するためにトロリ線が作る磁界を検出する場合、他のトロリ線やき電線等の外乱源による垂直外乱磁界の影響をなくすことができると共に、水平外乱磁界の影響を軽減できるので、トロリ線電流を高精度に測定することができる。また、既存の設備を大幅に改良することなく実現できる。
本発明の実施の形態によるトロリ線電流検出装置の構成及び垂直外乱磁界と測定対象磁界との関係を示す構成図である。 水平外乱磁界と測定対象磁界との関係を示す構成図である。 水平外乱磁界の影響を示すグラフである。 鉄芯の他の実施の形態を示す構成図である。 本発明によるトロリ線電流検出装置を内蔵するトロリ線保持具を示す斜視図である。 従来のトロリ線電流検出装置を示す構成図である。
符号の説明
１ トロリ線
２ 鉄芯
３ 空隙部
４ 磁界センサ
５ 磁界
５ａ 水平磁界
１１ 測定対象のトロリ線
１２ 測定対象磁界
１２ａ，１２ｂ 測定対象磁界の垂直方向磁界
１３ 鉄芯
１４，１５ 磁界センサ
１６ 磁界−電流変換部
１７ 電流値信号
１８，２０ 外乱源
１９ 垂直外乱磁界
２１ 水平外乱磁界
２１ａ，２１ｂ 水平外乱磁界の垂直成分
２２ 突部
２３ 切欠き
２４ 保持具
２５，２６ 保持板
２７，２８ 係合部
２９ ボルト
３０ ネジ


Claims (3)

  1. 直流電気車のトロリ線を流れる電流が作る周回磁界のうち互いに逆方向の垂直磁界を検出する二つの磁界検出手段を共通の鉄芯表面に近接して設け、
    一方の磁界検出手段は、自身の下部に直接に流入し、自身の上部から流出して前記鉄芯に流入する前記周回磁界を検出し、
    他方の磁界検出手段は、前記鉄芯から流出し、自身の上部へ流入して自身の下部から直接に流出する前記周回磁界を検出し、
    前記二つの磁界検出手段の検出出力を減算し、減算結果に基づいて電磁変換式により前記トロリ線を流れる電流を求める演算手段を設けたことを特徴とするトロリ線電流検出装置。
  2. 前記鉄芯の両端部に突部が設けられ、前記二つの磁界検出手段は前記突部の内側に配されていることを特徴とする請求項１記載のトロリ線電流検出装置。
  3. 前記鉄芯及び二つの磁界検出手段を前記トロリ線を保持する保持具に内蔵したことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載のトロリ線電流検出装置。
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