JP5106964B2 - 鉄道の渦電流ブレーキシステム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の渦電流ブレーキシステムに係り、特に、き電の異常時にも稼働できるリング巻き型ＬＩＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｅｒ）方式渦電流ブレーキシステムに関するものである。

図４は従来のリング巻き型渦電流ブレーキの模式図、図５はそのリング巻き型渦電流ブレーキの正面図、図６は従来のリング巻き型コイルの配置を示す図である（下記特許文献１，２参照）。
これらの図において、１０１はレール、１０２はＬＩＭに搭載されるリング巻き型コイル１０３を巻回するボビン、１０４は台車、１０５は車輪である。

従来は、レール１０１に対向してリング巻き型コイル１０３を配置しておき、そのリング巻き型コイル１０３への３相交流電流の供給により磁場を発生させることでレール１０１に渦電流を生じさせ、その発生した渦電流と、リング巻き型コイル１０３の磁場との間に電磁力を作用させ、その電磁力をブレーキとして利用するようにしている。
また、図６に示すように、リング巻き型コイル１０３は、ＬＩＭの先頭からＵ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｖ相と配置されるようになっている。
特開２００５−２７１７０４号公報 特開２００６−０１４３９４号公報

しかしながら、上記した従来のリング巻き型渦電流ブレーキシステムではリング巻き型コイルに大きな相間電圧アンバランス（回生電力のアンバランス）が生じてしまい、電力変換器の適用に支障をきたすといった問題があった。特に、ＬＩＭの後尾に配置されるＶ相巻線がリング巻き型コイルへの相間電圧（回生電力）のアンバランスを助長する。この相間電圧（回生電力）のアンバランスにより、渦電流ブレーキが作用する時にレールの温度上昇が高くなるといった問題があった。

また、従来のリング巻き型渦電流ブレーキではき電が停止した異常時には、渦電流ブレーキを動作させることができず、非常用ブレーキとして使用することができなかった。
本発明は、上記状況に鑑みて、鉄道車両へのき電に異常がある時にも稼働することができる鉄道の渦電流ブレーキシステムを提供することを目的とする。
また、リング巻き型コイルの相間電圧のバランス（回生電力のバランス）をとり、レールの温度上昇を抑制することができる鉄道の渦電流ブレーキシステムを提供することができる。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄道車両に搭載されるリング巻き型コイルによりレールに渦電流を生じさせる鉄道の渦電流ブレーキシステムにおいて、前記リング巻き型コイルへの供給電源としてき電による３相交流電源と前記鉄道車両に搭載する直流電源とを備え、配線装置の切り換えにより、き電の正常時には前記リング巻き型コイルへ３相交流電流を供給し、き電の異常時には前記リング巻き型コイルへ直流電流を供給する鉄道の渦電流ブレーキシステムであって、前記リング巻き型コイルは、前記鉄道車両の先頭からＵ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相として、前記リング巻き型コイルの相間電圧のバランスをとるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）鉄道車両へのき電の異常時には直流渦電流ブレーキとして利用することができる。
（２）鉄道車両へのき電の正常時にはレールの温度上昇を抑制することができる。つまり、回生率を向上させることができる。

本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムは、鉄道車両に搭載されるリング巻き型コイルによりレールに渦電流を生じさせる鉄道の渦電流ブレーキシステムにおいて、前記リング巻き型コイルへの供給電源としてき電による３相交流電源と前記鉄道車両に搭載する直流電源とを備え、配線装置の切り換えにより、き電の正常時には前記リング巻き型コイルへ３相交流電流を供給し、き電の異常時には前記リング巻き型コイルへ直流電流を供給する鉄道の渦電流ブレーキシステムであって、前記リング巻き型コイルは、前記鉄道車両の先頭からＵ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相として、前記リング巻き型コイルの相間電圧のバランスをとるようにした。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムの模式図である。
この図において、１はボビン、２はそのボビン１に巻回されるリング巻き型コイル、３はそのリング巻き型コイル２に電力を供給するリード線、４はそのリード線が接続され、相間電圧が供給される配線装置、５はその配線装置４に接続される電源、６は電源５と配線装置４との間に配置されるスイッチであり、このスイッチ６は図示しないが制御装置によって切換制御される。

ここでは、電源５として３相交流電源と直流電源が備えられており、スイッチ６の切り換えにより配線装置４を切り換えることにより、リング巻き型コイル２には、３相交流電源から３相交流電流を供給することも、あるいは直流電源から直流電流を供給することもできる。
図２は本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムを３相交流電源（き電線による給電）による作動を行わせるようにした例を示す図である。き電が正常に行われている場合は、このモードで渦電流ブレーキシステムを作動させる。

このモードでは、図２に示すように、スイッチ７の制御装置（図示なし）による切り換えにより、相間電圧が供給される配線装置４が切り換えられ、その配線装置４にき電による３相交流電源１１が接続される。したがって、リング巻き型コイル２には、き電によるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電流が供給されることになる。
より具体的には、ボビン１には２４回巻きのリング巻き型コイル２が設けられ、ＬＩＭの先頭からＵ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相となるように配置され、ＬＩＭの先頭と後尾に単一のＵ相が設けられるようになっている。このように配置すると、図６に示した従来のリング巻き型コイル１０３のようにＬＩＭ先頭にＵ相、ＬＩＭ後尾にＶ相を配置した場合に比べて、リング巻き型コイル２の相間電圧のアンバランスを大幅に解消することができ、相間電圧のバランスの向上を図ることができる。

なお、この実施例では、Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相を一極配置とした合計４極配置の例を示したが、これに限定されるものではなく、６極極配置または８極配置とするようにしてもよい。
ここで、従来の渦電流ブレーキシステムと本発明の渦電流ブレーキシステムとの回生電力のバランスの状態を次の表１を参照しながら説明する。

従来の渦電流ブレーキシステム（図６参照）と本発明の渦電流ブレーキシステム（図２参照）とを比較した。表１によれば、それぞれ最大電流で、かつ滑りが−０．４の場合の各相から出力される回生電力（横方向１ｍ当たり）を示している。

これによれば、各相の回生電力は、従来の渦電流ブレーキシステムにおいてはＵ相で２２１（ｋＷ／ｍ）、Ｖ相で３６９（ｋＷ／ｍ）、Ｗ相で３０３（ｋＷ／ｍ）であるのに対して、本発明の渦電流ブレーキシステムにおいては、Ｕ相で２９４（ｋＷ／ｍ）、Ｖ相で３４０（ｋＷ／ｍ）、Ｗ相で２６６（ｋＷ／ｍ）であり、本発明の渦電流ブレーキシステムの場合は、従来の渦電流ブレーキシステムに比べて、相間アンバランスが改良されていることがわかる。なお、表１には示していないが、相間アンバランスの改善度合いは滑りが小さくなるにつれて顕著になる。

また、本発明の渦電流ブレーキシステムでは、同じ電流を各相に通電する時は各相の電圧がほぼ揃っているので、通常過電流ブレーキシステムで行われているように、各相に対して定電圧制御することで、結果的にほぼ同じ大きさの電流を各相に通電することができる。これは、通常のＰＷＭインバータ制御が適用できることを意味し、インバータ側の開発要素が少なくて済むという意味で望ましい。

これに対して、従来の渦電流ブレーキシステムの方のＬＩＭに各相定電圧制御型インバータで通電すると、結果として各相に同等の電流を流すことができない。したがって、このようなことにならないように、従来の渦電流ブレーキシステムにおいては、インバータ側の制御に何らかの付加的な工夫を加えることが必要になり、本発明の渦電流ブレーキシステムに比較して不利になる。

図３は本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムを直流電源により作動させるようにした一例を示す図である。き電に異常がある場合は、このモードで渦電流ブレーキシステムを作動させる。
このモードでは、図３に示すように配線が接続されるよう、配線装置４が切り換えられる。その配線装置４に制御装置（図示なし）によって制御されるスイッチ８，９を介して直流電源１２が接続されて、直流電流が供給される。

この図に示されるように、ボビン１には２４回巻きのリング巻き型コイル２が設けられており、直流電源１２を接続することにより、２４回巻きのリング巻き型コイル２がＮＳ磁極となり、き電が異常な場合は、このモードで渦電流ブレーキシステムとして機能させることができる。
このように、本発明によれば、き電が正常に行われている時にはレールの温度上昇を抑制することができ、回生率を向上させることができる。一方、き電に異常がある時には、常備している直流電源を用いた非常ブレーキ（直流渦電流ブレーキ）として作用させることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムは、き電の異常時には、直流渦電流ブレーキシステムとして利用することができ、き電が正常に行われている時には、レールの温度上昇を抑制し、回生率を向上させることのできる交流渦電流ブレーキシステムとして稼働させることができる。

本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムの模式図である。 本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムを３相交流電源により作動させるようにした例を示す図である。 本発明の鉄道の渦電流ブレーキシステムを直流電源により作動させるようにした一例を示す図である。 従来のリング巻き型渦電流ブレーキの模式図である。 従来のリング巻き型渦電流ブレーキの正面図である。 従来のリング巻き型コイルの配置を示す図である。

１ ボビン
２ リング巻き型コイル
３ リード線
４ 配線装置
５ 電源
６，７，８，９ スイッチ
１１ き電による３相交流電源
１２ 直流電源

Claims (1)

1. 鉄道車両に搭載されるリング巻き型コイルによりレールに渦電流を生じさせる鉄道の渦電流ブレーキシステムにおいて、
   前記リング巻き型コイルへの供給電源としてき電による３相交流電源と前記鉄道車両に搭載する直流電源とを備え、配線装置の切り換えにより、き電の正常時には前記リング巻き型コイルへ３相交流電流を供給し、き電の異常時には前記リング巻き型コイルへ直流電流を供給する鉄道の渦電流ブレーキシステムであって、前記リング巻き型コイルは、前記鉄道車両の先頭からＵ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相，Ｕ相，Ｗ相，Ｗ相，Ｖ相，Ｖ相，Ｕ相として、前記リング巻き型コイルの相間電圧のバランスをとるようにしたことを特徴とする鉄道の渦電流ブレーキシステム。

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