JP6249235B2

JP6249235B2 - 直流電気鉄道車両の直流磁界シールド装置

Info

Publication number: JP6249235B2
Application number: JP2014224561A
Authority: JP
Inventors: 佳仁加藤; 卓笹川
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP2016088271A

Description

本発明は、直流電気鉄道車両における直流磁界の低減手法に関する。

一般に、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し、リアクトルで発生する漏洩磁束を車両内部に漏れないように、リアクトルと車両の床下との間に磁性体からなる磁気遮蔽板を配置した構造が知られている。また、鉄道用車両には、磁束が車両内へ侵入することを低減するために磁性体からなる磁気遮蔽板が床下に配置される場合がある。
この磁気遮蔽板は、漏洩磁束を低減するとともに、リアクトルを吊り下げるための構造部材としても利用されている。

鉄道車両の床下に設置される磁気遮蔽板として、自身から発生する漏洩磁束が車両内に漏れることを低減するために、艤装配線を覆う艤装配線用遮蔽板を車両の高さ方向でリアクトル用磁気遮蔽板と同程度の位置あるいはリアクトル用磁気遮蔽板よりも車両の床下から離れた位置に設けた構造が知られている（特許文献１参照）。
また、前後に連結された交流電気鉄道車両の間に設けられる内幌の床面の外側に、厚み５ｍｍ程度のアルミニウム板などの磁気シールド板を配置し、外幌の場合は、天端面および側面の内側に内幌と同様の磁気シールド体を配置した構造が知られている（特許文献２参照）。この特許文献２には、磁気シールド体として、板状の導電性材料の代わりに導電性の配線の集合体を用いることが記載されている。

特開２００３−３４７１３３号公報特開２０１１−０５７０８２号公報

鉄道システムにおいて変電所からき電線やトロリ線を通じて鉄道車両に電気が供給され、それが鉄道車両の駆動や補助機器の動作に使用された後、レールやき電線、フィーダを通じて変電所に戻ってゆく。これらの電気は高電圧となり、大きな閉ループを構成するので、それによる磁界が距離減衰し難い。
ところで、最近の鉄道車両においては、車両軽量化の観点から、アルミニウム車体が使用されることが多くなってきている。このアルミニウム車体は、その高電気伝導度のため、交流電気鉄道車両の交流磁界遮蔽には有利な面を有するが、直流磁界に対する磁気シールド効果の面では期待できない車体であるといえる。
このため、アルミニウム車体からなる鉄道車両においては、強い直流磁界を発生する部位に磁気シールド板を配置し、車両内部側に漏洩磁束が漏れないように配慮する必要がある。
現状、鉄道車両の底部側に配置された機器から車両内部側への漏洩磁束の対策は上述の特許文献１、２に記載の如く種々の対応がなされている。ところが、鉄道車両端部の幌部に隣接して幌部の外側に配線される電気ケーブルが発生させる直流磁界について特別な対策がなされていない課題がある。
例えば、車両端部の幌部の側方側には、電気ケーブルが配置されているが、この電気ケーブルを流れる直流により発生した磁束は、例えば、駅のホーム側に漏洩磁束として作用する問題がある。

本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、直流電気鉄道車両の幌部外側に生じている直流磁界の外部側への漏洩を低減できる構造の提供にある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、直流電気鉄道車両の車両連結部の間隙部外側を塞ぐように、車両の連結面端部側に上下方向に延在する磁気シールド部材が配置された直流磁界シールド装置であって、前記磁気シールド部材が、前記車両連結部の床部から１．５ｍ以上、かつ、最大で車両連結部の幌部と同等の高さを有し、前記間隙部の半分以下の幅を有する強磁性体からなる主シールド板と、前記車両連結部の中央側よりに位置する前記主シールド板の幅方向端部側に沿って前記幌部に向いて延在された強磁性体からなる副シールド板を具備してなり、前記車両の連結面において前記主シールド板より内側であって、前記幌部に近い部分に上下方向に延在する直流通電用の電気ケーブルが設置されるとともに、前記車両連結部の外側からみて上下方向に延在された前記電気ケーブルが前記主シールド板と前記副シールド板により掩蔽され、前記副シールド板の水平方向の長さが０．０５〜０．２ｍであることを特徴とする。

本発明において、前記主シールド板の幅方向両側に副シールド板が設けられ、これらのうち、前記車両に近い側の副シールド板が車両連結部の車両外面に沿って配置され、前記副シールド板を貫通して前記車両に取り付けられた固定具によって前記副シールド板が前記車両に固定されたことが好ましい。
本発明において、前記主シールド板が前記車両側面に沿って該車両側面を延長するように配置され、転落防止機能が付加されたことが好ましい。

本発明によれば、直流電気鉄道車両の車両連結部において幌部の側方に上下方向に延在し設けられている直流通電用の電気ケーブルから発生する直流磁界を磁気シールド部材の主シールド板と副シールド板で遮ることができ、車両連結部の外側への漏洩磁界を低減できる。このため、駅のホームに車両が位置している場合、車両幌部側方に上下方向に延在し設けられている電気ケーブルが発生させる直流磁界を遮蔽することができ、車両連結部の外側に対する漏洩磁界を抑制できる。磁気シールド部材は車両の連結面端部から幌部側面に並行し、車両連結部の間隙部を塞ぐように設けられているので、駅のホームに車両が停車している場合、ホーム側にいる人が線路側へ転落することを防止する転落防止板の機能を有する。
また、磁気シールド部材の高さは車両連結部の床部から１．５ｍ以上、最大で幌部と同等の高さであれば、車両が停車するホームの高さの１．５ｍ以上の部分について磁気遮蔽できるので、人体の胸部までを直流磁界から保護できる。
また、車両連結部の中央側よりに位置する主シールド板の幅方向端部から幌部に向いて延在された水平方向長さ０．０５〜０．２ｍの副シールド板を有するので、車両がホームに停車中、ホームを歩く人の胸部までを確実に磁気シールドすることができ、ホーム上の人の胸部に直流磁界の影響を与えない磁気シールド装置を提供できる。

磁気シールド部材を主シールド板と副シールド板から構成し、副シールド板を車両連結部の間隙部内側に向けて延在させていると、主シールド板の端部側を周回するように漏れる漏洩磁界を効率良く抑制することができ、磁界漏洩の少ない直流磁界シールド装置を提供できる。

本発明に係る直流磁界シールド装置を備えた車両の連結部を示す構成図。同連結部の平面略図。同連結部について漏洩磁界のシミュレーション結果を示すグラフ。同連結部において漏洩磁界のシミュレーション結果の他の例を示すグラフ。

以下、本発明に係る直流磁界シールド装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態の直流磁界シールド装置を備えた直流電気鉄道車両の連結部を示すもので、前後に連結された車両１、２の間に連結部が設けられ、車両１、２の連結部中央部側に車両１、２の間で人が移動するための連結床と通路を囲むための幌部５が設けられている。
幌部５は側面と天井面と底面とを備えたトンネル型に形成されている。図１、図２に示す形態では記載の簡略化のため、幌部５の側面５ａと天井部５ｂのみを表示している。
幌部５は、車両１、２の横幅の半分程度の幅を有し、車両１、２の高さより若干低い高さを有して車両１、２の連結部中央側に配置されている。このため、車両１、２の連結部には、幌部５の側面５ａと車両１、２の連結面１ａ、２ａにより囲まれる間隙部７が形成されている。
車両１の幅方向両端の連結面端部１ｂには、それぞれ平面視コ字状の強磁性体からなる板状の磁気シールド部材８が車両１の側面を延長するように取り付けられている。

磁気シールド部材８は、幌部５の底部側から幌部５の天井部近くの位置まで達する高さを有する縦長の主シールド板８ａと、この主シールド板８ａの幅方向両側に幌部側に向いた（車両１の幅方向内側に向いた）強磁性体からなる副シールド板８ｂを備えている。主シールド板８ａの両端側において副シールド板８ｂは主シールド板８ａに対し直角向きに一体化されている。副シールド板８ｂのうち、車両１に近い側の副シールド板８ｂは、自身を貫通するボルト等の固定金具１０により車両１の連結面端部に取り付けられている。各主シールド板８ａの取り付け位置は、図１の例では車両１の側面１Ａに対しほぼ面一に設定されている。

磁気シールド部材８は、望ましくは鋼板などの強磁性体の板材からなるが、磁気遮蔽効果を奏する材料であれば、いずれの材料であっても良く、高透磁率材料の繊維布を積層した構造や非Ｆｅ系の軟磁性材料を用いた板材、電磁鋼板などのいずれを用いても良い。

車両１の連結面１ａにおいて、幌部５に近い部分には、図２に例示するように電気ケーブル１２が設置されている。この電気ケーブル１２には直流電流が通電されるのでこの電気ケーブル１２から直流磁界が発生される。電気ケーブル１２から発生する磁界はケーブルから放射状に広がるため、ケーブルの近くに矢印で示すように車両の外部方向にも漏洩する。
前記主シールド板８ａと副シールド板８ｂの底部は、幌部５の底部と同等高さ位置に、換言すると車両１の床部と同等高さ位置に形成され、前記主シールド板８ａと副シールド板８ｂの高さは最低１．５ｍ、最大で幌部５と同等高さに形成される。前記主シールド板８ａと副シールド板８ｂの最低高さを１．５ｍとしたのは、車両１がホーム１３に停車中、ホーム１３を歩く人の胸部までを保護する目的のためである。前記主シールド板８ａと副シールド板８ｂの最大高さは、先の目的で支障が生じないのであれば材料の無駄を無くするためにできるだけ低くした方が望ましい。

電気ケーブル１２に直流電流が流れると、直流磁界が発生する。
電気ケーブル１２が発生させる磁界は、車両１の外部に設置されている磁気シールド部材８により大部分遮蔽され、ホーム１３側に漏洩する磁界は少ない。このため、ホーム１３側に直流磁界による悪影響を及ぼさない。

図１に示すようにホーム１３側から見て車両１、２間に存在する主シールド板８ａの間に隙間１１が形成されているが、この隙間１１にせり出すように副シールド板８ｂが存在しているので、隙間１１を介しホーム１３側に漏れ出る磁界を少なくできる。
これらの効果が相俟って、ホーム１３側に対する直流磁界の漏洩を最小限度に抑制することができ、磁気漏洩の少ない直流電気鉄道車両の連結部構造を提供できる。

また、磁気シールド部材８の高さ（主シールド板８ａと副シールド板８ｂの高さ）として、車両連結部の床部から１．５ｍ以上の高さであれば、車両１、２が停車するホーム１３の位置からホーム上の磁気シールド部材高さ相当位置（１．５ｍ以上の磁気シールド部材最上位置）について確実に磁気遮蔽できるので、ホーム上の人の胸部に対して影響のない直流磁界遮蔽構造の車両１とすることができる。
また、磁気シールド部材８は車両１の連結面端部から幌部５の側面に並行し、車両連結部の間隙部７を塞ぐように設けられているので、駅のホーム１３に車両１、２が停車している場合ホーム側にいる人が線路側へ転落することを防止する転落防止板の機能を有する。このため、磁気遮蔽効果と転落防止効果の両方を兼ね備える特徴を有する。

ところで、先の実施形態では主シールド板８ａの幅方向両側に副シールド板８ｂを備えた構造の磁気シールド部材８について説明したが、磁気シールド部材８はその幅方向一側のみに副シールド板８ｂを備えたＬ字型構造としても良い。その場合、連結部の中央側に副シールド板を設け、車両への取り付け側には副シールド板を略した構造を採用する。
主シールド板を車両１に取り付ける場合、一例として、Ｌ型金具などの取り付け金具とビスやナットを用いて主シールド板を車両１に取り付けることができる。
Ｌ字型の磁気シールド部材を用いても、先のコの字型の磁気シールド部材８に準じる磁気遮蔽構造を得ることができる。

「磁界シミュレーション試験例１」
図２に示す車両１に対し、一方の連結面端部１ｂに幅０．１５ｍの鋼板製の主シールド板（厚さ５ｍｍ）を車両１の側面に対し面一になるように配置し、車両連結面端部から０．３ｍの位置に幌部５の側面に沿って電気ケーブルを設置した構造において直流磁界シミュレーションを行った。用いた磁界シミュレーションソフトは、ＥＬＦ／ＭＡＧＩＣ（株式会社エルフ製：電磁場電磁界解析装置）である。
磁界測定位置は、図２に示すように、車両１の連結面端部１ｂからホーム側に０．２ｍ離れた位置、車両１の連結面端部１ｂから車両２側に０．１５ｍ離れた位置Ｂである。

図２に示す構成のうち、この磁界シミュレーションでは車両１の連結面端部１ｂに電気ケーブル１２と磁気シールド部材８を配置した例について静磁場シミュレーションを行った。
また、磁気シールド部材については、主シールド板のみを設けた場合（副シールド板無し）、主シールド板に加え、幅０．０５ｍの副シールド板を設けた場合（シールド両端部角曲り有：長さ０．０５ｍ）、主シールド板に加え、幅０．１ｍの副シールド板を設けた場合（シールド両端部角曲り有：長さ０．１ｍ）についてそれぞれシミュレーションした。以上のシミュレーション結果の磁界分布を図３に示す。磁界分布は、シールド板無しの状態において位置Ｂで測定した磁束密度の相対比として表示している。

図３に示すシミュレーション結果から、シールド無しの場合（磁気シールド部材８を設けない場合）に比べ、シールドあり（シールド両端部角曲り無）の場合について顕著な磁気シールド効果が見られた。
また、主シールド板の存在に加えて、副シールド板を設けることにより、更に磁気遮蔽効果が向上することが明らかになった。
このため、主シールド板と副シールド板の両方を設けることにより、主シールド板のみを設けた場合に更に優れた磁気遮蔽効果を得られることがわかった。

「磁界シミュレーション試験例２」
図１に示す構成のうち、先のシミュレーション１では主シールド板の幅方向両側に副シールド板を備えた構造についてシミュレーションしたが、主シールド板の幅方向一側のみに副シールド板を備えた構造についてシミュレーションを行った。
シミュレーションの条件としては、シミュレーション試験１と同等であるが、主シールド板の両側に副シールド板を有する磁気シールド部材に替えて、主シールド板の幅方向一側のみ（連結部の中央側より）に副シールド板を有する磁気シールド部材を使用した。
また、磁気シールド部材については、主シールド板のみを設けた場合（副シールド板無し）、主シールド板に加え、幅０．１ｍの副シールド板を設けた場合（シールド端部角曲り有：長さ０．１ｍ）、主シールド板に加え、幅０．２ｍの副シールド板を設けた場合（シールド端部角曲り有：長さ０．２ｍ）についてそれぞれシミュレーションした。以上のシミュレーション結果の磁界分布を図４に示す。磁界分布は、シールド板無しの状態において位置Ｂで測定した磁束密度の相対比として表示している。

図４に示すシミュレーション結果から、シールド無しの場合（磁気シールド部材８を設けない場合）に比べ、シールドあり（シールド端部角曲がり無）の場合について顕著な磁気シールド効果が見られた。
また、主シールド板の存在に加えて、副シールド板を設けることにより、更に磁気遮蔽効果が向上することが明らかになった。
このため、主シールド板と副シールド板の両方を設けることにより、主シールド板のみを設けた場合に更に優れた磁気遮蔽効果を得られることがわかった。

１、２…車両、１ａ、２ａ…連結面、１Ａ、２Ａ…側面、５…幌部、５ａ…側面、５ｂ…天井部、７…間隙部、８…磁気シールド部材、８ａ…主シールド板、８ｂ…副シールド板、１１…隙間、Ｗ…副シールド板の幅（長さ）、１２…電気ケーブル。

Claims

直流電気鉄道車両の車両連結部の間隙部外側を塞ぐように、車両の連結面端部側に上下方向に延在する磁気シールド部材が配置された直流磁界シールド装置であって、
前記磁気シールド部材が、前記車両連結部の床部から１．５ｍ以上、かつ、最大で車両連結部の幌部と同等の高さを有し、前記間隙部の半分以下の幅を有する強磁性体からなる主シールド板と、前記車両連結部の中央側よりに位置する前記主シールド板の幅方向端部側に沿って前記幌部に向いて延在された強磁性体からなる副シールド板を具備してなり、前記車両の連結面において前記主シールド板より内側であって、前記幌部に近い部分に上下方向に延在する直流通電用の電気ケーブルが設置されるとともに、前記車両連結部の外側からみて上下方向に延在された前記電気ケーブルが前記主シールド板と前記副シールド板により掩蔽され、前記副シールド板の水平方向の長さが０．０５〜０．２ｍであることを特徴とする直流電気鉄道車両の直流磁界シールド装置。
前記主シールド板の幅方向両側に副シールド板が設けられ、これらのうち、前記車両に近い側の副シールド板が車両連結部の車両外面に沿って配置され、前記副シールド板を貫通して前記車両に取り付けられた固定具によって前記副シールド板が前記車両に固定されたことを特徴とする請求項１記載の直流電気鉄道車両の直流磁界シールド装置。
前記主シールド板が前記車両側面に沿って該車両側面を延長するように配置され、転落防止機能が付加されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流電気鉄道車両の直流磁界シールド装置。