JP6379427B2 - Antenna device for insulation diagnosis - Google Patents
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Description
本発明は、磁気浮上式鉄道の軌道に設置されている機器内の地上コイルから、部分放電により生じた電磁波を高精度で検出可能な絶縁診断用アンテナ装置及び地上コイルの絶縁診断方法に関する。 The present invention relates to an insulation diagnosis antenna device and a ground coil insulation diagnosis method that can detect electromagnetic waves generated by partial discharge with high accuracy from a ground coil in equipment installed on a track of a magnetically levitated railway.
磁気浮上式鉄道の軌道にはその車両の走行方向に沿うように多数の地上コイルが設置されており、車両を推進、浮上および案内する。
この地上コイルでは、絶縁性能が低下した場合には部分放電が生じ、それに伴う電磁波が放射される。このような電磁波を検出することで、当該地上コイルの異常判定を行うようにしている。
A number of ground coils are installed on the track of the magnetic levitation railway along the traveling direction of the vehicle to propel, levitate and guide the vehicle.
In this ground coil, when the insulation performance deteriorates, partial discharge occurs, and electromagnetic waves accompanying the discharge are emitted. By detecting such an electromagnetic wave, abnormality determination of the ground coil is performed.
例えば、特許文献1に示される地上コイルの絶縁診断装置では、磁気浮上式鉄道の軌道に敷設されている地上コイルに対向するように、互いに所定間隔をおいて複数本の電磁波検出用アンテナが設置されている。
これら電磁波検出用アンテナは、ガイドウェイを走行する超電導磁気浮上式鉄道車両の側面に設置されたものであって、該電磁波検出用アンテナで検出された検出信号を情報処理装置に取り込み、地上コイルの部分放電に起因する電磁波の波形や信号強度を測定することにより当該地上コイルの絶縁診断を行う。
For example, in the ground coil insulation diagnosis apparatus disclosed in
These electromagnetic wave detection antennas are installed on the side surface of a superconducting magnetic levitation railway vehicle traveling on a guideway. The detection signals detected by the electromagnetic wave detection antennas are taken into an information processing apparatus, and the ground coil Insulation diagnosis of the ground coil is performed by measuring the waveform and signal intensity of electromagnetic waves caused by partial discharge.
しかしながら、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波は微弱であり、上記電磁波検出用アンテナとして用いられるダイポールアンテナでは、外来ノイズなどの影響により、地上コイルからの正確な電磁波の変動を検出することができず、その結果、当該地上コイルの正確な絶縁診断を行うことができないという問題があった。 However, electromagnetic waves generated by partial discharge in the ground coil are weak, and the dipole antenna used as the electromagnetic wave detection antenna can detect accurate fluctuations of electromagnetic waves from the ground coil due to the influence of external noise and the like. As a result, there is a problem that an accurate insulation diagnosis of the ground coil cannot be performed.
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波を外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことが可能な絶縁診断用アンテナ装置及地上コイルの絶縁診断方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can accurately detect electromagnetic waves generated by partial discharge in a ground coil without being affected by external noise, and can accurately detect ground coil insulation. An insulation diagnosis antenna device and a ground coil insulation diagnosis method capable of performing the above are provided.
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の絶縁診断用アンテナ装置では、縦方向へ位置する基準軸を中心とした楕円筒面の一部により形成され、かつ地上コイルから発生した電磁波を反射して該基準軸に集中させる反射体と、該反射体の内部位置にて前記基準軸と平行に配置されて、該反射体で反射した電波を受信する棒状のアンテナ導体と、を有するアンテナユニットを具備し、前記アンテナユニットは、前記反射体の楕円筒面の開口部が前記地上コイルに向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
In the antenna device for insulation diagnosis of the present invention, the reflector is formed by a part of an elliptic cylindrical surface centering on the reference axis positioned in the vertical direction, and reflects the electromagnetic wave generated from the ground coil and concentrates on the reference axis And a rod-shaped antenna conductor that is disposed in parallel to the reference axis at the internal position of the reflector and receives the radio wave reflected by the reflector, and the antenna unit includes the antenna unit, A plurality of openings are arranged on the elliptical cylindrical surface of the reflector so as to face the ground coil, and are arranged at different positions in the traveling direction of the vehicle traveling in a predetermined direction.
また、本発明の地上コイルの絶縁診断方法では、地上コイルの部分放電から発生した電磁波を反射して基準軸に向けて集中させた後、該基準軸の位置で当該電磁波を受信する電波受信工程と、この電波受信工程で受信した電磁波の波形、強度等に基づき、前記地上コイルに異常が生じているか否かを識別する識別工程と、を有することを特徴とする。 In the ground coil insulation diagnosis method of the present invention, the electromagnetic wave generated from the partial discharge of the ground coil is reflected and concentrated toward the reference axis, and then received at the position of the reference axis. And an identification step for identifying whether or not an abnormality has occurred in the ground coil based on the waveform, intensity, and the like of the electromagnetic wave received in the radio wave reception step.
本発明の絶縁診断用アンテナ装置によれば、アンテナユニットに設けられた反射体を楕円筒面の一部により形成するとともに、楕円筒面の反射体により、縦方向の基準軸に沿うように設置されたアンテナ導体に向けて、地上コイルから発生した電磁波を反射して集中させることができる。
これにより、上記アンテナユニットでは、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波を外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことができる。
また、上記アンテナユニットでは、地上コイルに異常がある場合(想定範囲外から部分放電が生じている場合)に、該地上コイルの部分放電で生じた電磁波を、反射体内のアンテナ導体に集中させることができない。その結果、上記アンテナユニットでは、該アンテナ導体での電磁波集中の無い地上コイルを異常であると判定でき、当該異常を容易に検出することができる。
また、上記アンテナユニットは、反射体の楕円筒面の開口部が前記地上コイルに向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置されているので、このずれを、地上コイルに印加する電圧位相に対応させることにより、僅かな電磁波の変動も確実に検出することができる。
According to the antenna device for insulation diagnosis of the present invention, the reflector provided in the antenna unit is formed by a part of the elliptic cylindrical surface, and is installed along the vertical reference axis by the reflector of the elliptic cylindrical surface. The electromagnetic wave generated from the ground coil can be reflected and concentrated toward the antenna conductor.
Thereby, in the said antenna unit, the electromagnetic waves which generate | occur | produce by partial discharge with a ground coil can be detected reliably, without being influenced by external noise, and the insulation diagnosis of a ground coil can be performed correctly.
In the above antenna unit, when there is an abnormality in the ground coil (when partial discharge occurs from outside the expected range), the electromagnetic wave generated by the partial discharge of the ground coil is concentrated on the antenna conductor in the reflector. I can't. As a result, in the antenna unit, it is possible to determine that the ground coil having no electromagnetic wave concentration on the antenna conductor is abnormal, and the abnormality can be easily detected.
In addition, the antenna unit is arranged such that the opening of the elliptical cylindrical surface of the reflector faces the ground coil, and a plurality of antenna units are arranged at different positions in the traveling direction of the vehicle traveling in a predetermined direction. By making this shift correspond to the voltage phase applied to the ground coil, slight fluctuations in electromagnetic waves can be reliably detected.
また、本発明の地上コイルの絶縁診断方法では、地上コイルの部分放電から発生した電磁波を反射して基準軸に向けて集中させた後、該基準軸の位置で当該電磁波を受信する。その後、受信した電磁波の波形、強度等に基づき、地上コイルに異常が生じているか否かを識別する。
そして、このような地上コイルの絶縁診断方法では、地上コイルの部分放電から発生した電磁波を反射して基準軸に向けて集中させることにより、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波を、外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことができる。
In the ground coil insulation diagnosis method of the present invention, the electromagnetic wave generated from the partial discharge of the ground coil is reflected and concentrated toward the reference axis, and then received at the position of the reference axis. Then, based on the waveform, intensity, etc. of the received electromagnetic wave, it is identified whether an abnormality has occurred in the ground coil.
In such a ground coil insulation diagnosis method, the electromagnetic waves generated from the partial discharge of the ground coil are reflected and concentrated toward the reference axis by reflecting the electromagnetic waves generated from the partial discharge of the ground coil, so that Therefore, the ground coil can be reliably detected without being influenced by the above, and the ground coil insulation diagnosis can be performed accurately.
本発明の一実施形態について図1〜図7を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る絶縁診断用アンテナ装置及び地上コイルの絶縁診断方法の概略構成を示す図であって、符号1は磁気浮上式鉄道の測定車両を示している。
この測定車両1は、ガイドウェイ2に沿って矢印(ア)-(イ)方向に走行するものであって、該ガイドウェイ2には、測定車両1を進行させるための多数の推進系地上コイル3(3A〜3C)が敷設されている。また、推進系地上コイル3(3A〜3C)に対向する測定車両1上には、該車両1を浮上させて矢印(ア)-(イ)方向に走行させる超電導磁石が設けられているが、図面では省略されている。
推進系地上コイル3(3A〜3C)には三相交流が供給されており、仮に各コイルに印加される電圧が通電される電流と同位相であると仮定すると、60度ピッチ(地上コイル敷設ピッチ:Dの1/2)の各位相にて部分放電が発生し易いと考えられている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an insulation diagnosis antenna device and a ground coil insulation diagnosis method according to the present embodiment.
The
Assuming that propulsion system ground coils 3 (3A to 3C) are supplied with three-phase alternating current, and the voltage applied to each coil is in phase with the energized current, a pitch of 60 degrees (ground coil laying) It is considered that partial discharge is likely to occur at each phase of pitch: 1/2 of D).
上記磁気浮上式鉄道の推進系地上コイル3では部分放電により電磁波Sが発信されるが、この電磁波Sを、絶縁診断用アンテナ装置10(後述する)にて順次測定することにより当該推進系地上コイル3の絶縁診断がなされる。
このとき、測定車両1の揺れや構成部材の厚み等の要因により、部分放電域までの距離(符号Eで示す)は一定ではないが、そのずれの範囲は想定が可能なため、本発明に係る絶縁診断用アンテナ装置10によって、部分放電域及びその近傍から放射状に放たれる電磁波Sを支障なく受信することができる。また、受信した時刻から位置を推定し、異常のある推進系地上コイル3を識別可することが可能である。
The propulsion
At this time, the distance to the partial discharge region (indicated by the symbol E) is not constant due to factors such as the shaking of the
測定車両1に搭載される絶縁診断用アンテナ装置10について、図1〜図7を参照してさらに詳細に説明する。
絶縁診断用アンテナ装置10は、図1及び図2に示されるように、被測定部となる推進系地上コイル3(3A〜3C)から部分放電された電磁波を受信する反射体11及びアンテナ導体12からなるアンテナユニット13と、該アンテナユニット13で受信された電磁波から推進系地上コイル3(3A〜3C)の異常の有無を判定するデータ処理装置14とからなる。
The insulation
As shown in FIGS. 1 and 2, the insulation
反射体11は、縦方向(矢印(ウ)-(エ)方向)へ位置する基準軸O1を中心とした楕円筒面15の一部により形成され、その内面に電波反射材(金属板、又は網)が配置されたものであって、推進系地上コイル3(3A〜3C)から発生した電磁波(符号Sで示す)を反射して基準軸O1に集中させるようにしている。
また、反射体11の楕円筒面15の内側となる凹部側は開口部16になっており、この開口部16に面するように、被測定部となる被測定部となる推進系地上コイル3(3A〜3C)が配置されている。
また、反射体11の楕円筒面15の中心軸は符号Oで示される位置にあり、該楕円筒面15の基準軸O1は中心軸Oを通る長軸D1上に配置されている。
The
In addition, the concave portion that is the inner side of the elliptical
The central axis of the elliptic
アンテナ導体12は、図2に示されるように、反射体11の内部位置にて基準軸O1に沿うように配置されて、該反射体11で反射した電波を受信するものであって、棒状体に形成されたアンテナエレメント17と、該アンテナエレメント17の中央部を測定車両1の側部に支持するアンテナ基部18とから構成されている。
また、アンテナ導体12は、複数の推進系地上コイル3(3A〜3C)の各々から放射される電磁波Sの波長に対応する長さを有している。
As shown in FIG. 2, the
The
また、アンテナユニット13は、図1に示されるように、反射体11の楕円筒面15の開口部16が推進系地上コイル3(3A〜3C)に向くように配置されており、かつ矢印(ア)-(イ)方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置されている。
これら複数のアンテナユニット13は、推進系地上コイル3(3A〜3C)から発生した電磁波Sの部分放電域及び指向に対応して各位置が設定されている。
As shown in FIG. 1, the
Each of the plurality of
また、上記アンテナユニット13では、反射体11を楕円筒面の一部により形成するとともに、楕円筒面の反射体11により、縦方向の基準軸O1に沿うように設置されたアンテナ導体12に向けて、推進系地上コイル3(3A〜3C)から発生した電磁波Sを反射して集中させることができる。
Further, in the
具体的には、図3に示されるように、アンテナユニット13の反射体11は、楕円Aの一部をなす形状となっているものであって、その長軸D1上のある一点における垂線にとの交点において2分された楕円Aの一方を断面形状としている。
アンテナユニット13の反射体11の一部をなす楕円A内では、推進系地上コイル3(3A〜3C)の部分放電が発生すると予期される電磁波発生点a1が設けられ、もう1つの点a2が、反射体11で集約された電磁波の焦点(以下、電磁波焦点と言う)とされ、この電磁波焦点a2にアンテナ導体12が設置される。これら電磁波発生点a1及び電磁波焦点a2は、楕円A内の長軸D1上に配置されている。
また、楕円A内の電磁波焦点a2に設置されるアンテナ導体12は、楕円A内の平面に平行な面について等方的な指向性を有する。
以上のように構成されたアンテナユニット13では、図4に示されるように、推進系地上コイル3(3A〜3C)の部分放電により、電磁波発生点a1から放射状に発生した電磁波Sが、反射体11面にて反射した後、アンテナ導体12が設置される電磁波焦点a2に同時に到達し、大きな利得が確保されるように位置設定がなされている(電波受信工程)。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
In an ellipse A that forms part of the
Further, the
In the
これにより、上記アンテナユニット13では、図5に示されるように、電磁波発生点a1以外の想定範囲外から電磁波(符号S´で示す)が放射されたとしても、該電磁波S´は、電磁波焦点a2に同時に到達せず干渉し弱り、該電磁波S´を原因とする外来ノイズによる影響を最小化できる。
また、アンテナ導体12について、エレメント径を適宜設定する等により、電磁波発生点a1及びその近傍から放射状に発せられた電磁波Sに関しても、その位相のずれの影響を小さくすることにより、大きな利得を確保することができる。
As a result, in the
Further, for the
また、反射体11の形状は、長軸D1又は短軸D2の長さ、離心率、開口部16の幅寸法といった3つのパラメータによって指定されるが、これらの値を調節することにより、電磁波発生点a1及びその近傍の想定される放射源の存在範囲からの電磁波Sの電磁波焦点a2への収束度合いを、又はその逆についても調節することができ、用いるアンテナエレメント径に対して最適な設計を行うことができる。
また、上記アンテナユニット13では、反射体11は開口部16を除いた反射体11の楕円筒面15内にてアンテナ導体12を取り囲むため、開口部16以外からの外来ノイズの到来を排除することができ、測定の悪影響を最小化することができる。
また、上記アンテナユニット13では、アンテナ導体12での利得向上効果を最大化するためには、反射板11の開口部16を、受信され得る電磁波Sの波長より十分に大きくすることが望ましい。
The shape of the
Further, in the
In the
そして、以上のように構成された絶縁診断用アンテナ装置10の作用について、図1及び図5を参照して説明する。
測定対象となる推進系地上コイル3(3A〜3C)の配置方向(矢印(ア)-(イ)方向)に沿うように、測定車両1を移動させることによって、アンテナユニット13のアンテナ導体12にて推進系地上コイル3(3A〜3C)から発せられた電磁波Sの波形、強度等を測定する、走査処理を行う(図1では矢印A方向への走査を示している)。
そして、測定に於いては電磁波S受信時の位置、又は時間と速度を記録し、受信時に対向していた電気機器、又はその部位を特定可能とすることで、推進系地上コイル3(3A〜3C)の部分放電発生機器又は箇所を特定する。
The operation of the insulation
By moving the
In the measurement, the position or time and speed at the time of reception of the electromagnetic wave S is recorded, and the electric equipment or the part facing the reception at the time of reception can be specified, whereby the propulsion system ground coil 3 (3A to 3A- 3C) The partial discharge generating device or location is specified.
具体的には、アンテナユニット13では、推進系地上コイル3(3A〜3C)の想定範囲内(符号M1で示す)にて部分放電が生じた場合に、当該部分放電で生じた電磁波Sを、反射体11内のアンテナ導体12に集中させることができ、該電磁波Sに基づき、推進系地上コイル3(3A〜3C)の状態を監視することができる。
一方、アンテナユニット13では、推進系地上コイル3(3A〜3C)に異常がある場合(すなわち、想定範囲外M2から放電があった場合)に、該推進系地上コイル3(3A〜3C)の部分放電で生じた電磁波(符号S´で示す)を、反射体11内のアンテナ導体12に集中させることができない。
その結果、上記アンテナユニット13では、該アンテナ導体12での電磁波集中の無い推進系地上コイル3(3A〜3C)を異常であると判定でき、当該異常を容易に検出することができる。
すなわち、アンテナユニット13での検出結果に基づき、矢印(ア)-(イ)方向に亘り多数設置された推進系地上コイル3(3A〜3C)を内蔵する機器のうち、いずれの機器が放射源(絶縁異常)であるのか識別が可能である(識別工程)。
Specifically, in the
On the other hand, in the
As a result, the
In other words, based on the detection result of the
以上詳細に説明したように本実施形態に係る絶縁診断用アンテナ装置10では、アンテナユニット13の反射体11を楕円筒面の一部により形成するとともに、楕円筒面の反射体11により、縦方向の基準軸O1に沿うように設置されたアンテナ導体12(電磁波焦点a2)に向けて、推進系地上コイル3(3A〜3C)から発生した電磁波Sを集中させることができる。
これにより、上記アンテナユニット13では、推進系地上コイル3(3A〜3C)にて部分放電により発生する電磁波Sを外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことができる。
As described above in detail, in the insulated
As a result, the
また、上記アンテナユニット13では、推進系地上コイル3に異常がある場合(想定範囲外から部分放電が生じている場合)に、該推進系地上コイル3の部分放電で生じた電磁波(符号S´で示す)を、反射体11内のアンテナ導体12に集中させることができない。その結果、上記アンテナユニット13では、該アンテナ導体12での電磁波集中の無い推進系地上コイル3を異常であると判定でき、当該異常を容易に検出することができる。
また、上記アンテナユニット13は、反射体11の楕円筒面15の開口が推進系地上コイル3(3A〜3C)に向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向(及び縦方向)へそれぞれ位置をずらして複数配置されているので、このずれを、推進系地上コイル3(3A〜3C)に印加する電圧位相に対応させることにより、僅かな電磁波Sの変動も確実に検出することができる。
Further, in the
The
(変形例)
上記実施形態では、図1に示されるように、複数のアンテナユニット13を、推進系地上コイル3(3A〜3C)の配置方向及び測定車両1の走行方向である矢印(ア)-(イ)方向に沿って設けるようにしている。
ここで、図6の開口部16から見た正面図に示されるように、アンテナユニット13において、反射体11の内部に設置されるアンテナ導体12は、棒状体に形成されたアンテナエレメント17と、該アンテナエレメント17の中央部を測定車両1の側部に支持するアンテナ基部18とから構成されている。
(Modification)
In the above embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of
Here, as shown in the front view seen from the
図6に示されるように、このアンテナ基部18が位置されている領域、およびアンテナ特性により利得の期待できない領域は、電磁波Sを検出することができない不感体18Aとなるものである。
すなわち、上記アンテナユニット13において、意図した利得向上が得られるのはアンテナエレメント17の部分に限られるものであり、アンテナエレメント長は使用する周波数帯により決定されるため、電磁波測定対象の存在範囲全域において意図した利得向上を見込むことができないと考えられる。
As shown in FIG. 6, the region where the
That is, in the
そして、このような事象に対処して、変形例に係る絶縁診断用アンテナ装置10では、アンテナエレメント17の部分以外の不感帯18Aの範囲を、異なるアンテナユニット13のアンテナエレメント17で取り囲むように配置することで、測定対象の存在範囲全域において利得向上を見込むことができる。
具体的には、アンテナユニット13は、推進系地上コイル3(3A〜3C)の配置方向及び測定車両1の走行方向である矢印(ア)-(イ)方向に沿って設置することに限定されず、図7に示すように、矢印(ア)-(イ)方向に対して縦方向(矢印(ウ)-(エ)方向に)へそれぞれ位置をずらして複数配置しても良い。
Then, in response to such an event, in the insulation
Specifically, the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
本発明は、磁気浮上式鉄道の軌道に設置されている機器内の地上コイルから、部分放電により生じた電磁波を高精度で検出可能な絶縁診断用アンテナ装置及び地上コイルの絶縁診断方法に関するものである。 The present invention relates to an insulation diagnosis antenna device capable of detecting an electromagnetic wave generated by partial discharge with high accuracy from a ground coil in equipment installed on a magnetic levitation railway track, and a ground coil insulation diagnosis method. is there.
1 測定車両
3(3A〜3C)推進系地上コイル
10 絶縁診断用アンテナ装置
11 反射体
12 アンテナ導体
13 アンテナユニット
15 楕円筒面
16 開口部
17 アンテナエレメント
18 アンテナ基部
A 楕円
a1 電磁波発生点
a2 電磁波焦点
O1 基準軸
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該反射体の内部位置にて前記基準軸と平行に配置されて、該反射体で反射した電波を受信する棒状のアンテナ導体と、を有するアンテナユニットを具備し、
前記アンテナユニットは、前記反射体の楕円筒面の開口部が前記地上コイルに向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置され、
前記アンテナ導体及び前記地上コイルは、前記反射体の楕円筒面をなす楕円内の長軸上に間隔をおいて配置されることを特徴とする絶縁診断用アンテナ装置。 A reflector that is formed by a part of an elliptic cylindrical surface centered on a reference axis positioned in the vertical direction, and that reflects electromagnetic waves generated from the ground coil and concentrates on the reference axis;
A rod-shaped antenna conductor that is disposed in parallel with the reference axis at the internal position of the reflector and receives a radio wave reflected by the reflector;
The antenna unit is arranged such that the opening of the elliptical cylindrical surface of the reflector faces the ground coil, and a plurality of antenna units are arranged with their positions shifted in the traveling direction of the vehicle traveling in a predetermined direction ,
The antenna device for insulation diagnosis, wherein the antenna conductor and the ground coil are arranged on a long axis in an ellipse forming an elliptic cylinder surface of the reflector .
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