JP6481237B2 - 直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電気鉄道車両端部における直流磁界のシールド装置に関する。

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鉄道用車両の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。

鉄道用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用車両に電気が供給され、それが鉄道用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、最近の鉄道用車両においては、車両軽量化の観点や防錆の観点から、アルミニウム車体やステンレス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、アルミニウム車体等非磁性材料を車体に用いた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、車両端部の幌部の近傍には、電気ケーブルが配置されるが、この電気ケーブルを流れる直流により発生した磁束は、車両内部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、直流電気鉄道車両端部の幌部外側に生じている直流磁界の車両内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に設けられた幌部の側面と、該幌部側面が接続される車体妻面との境界部分近傍に設置された直流電気ケーブルが発生させる磁界をシールドして該磁界の車両内部側への侵入を防止する磁気シールド部材が設けられた直流電気鉄道車両の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体妻面の通路開口部周縁に取り付けられた強磁性体製の枠体からなり、前記枠体が、車体妻面に沿って前記通路開口部両側縁に個々に配置された第１の縦枠シールド板と、前記第１の縦枠シールド板の前記幌部側の一側縁に延設されて前記幌部側面に沿う方向に延在された第２の縦枠シールド板と、前記第１の縦枠シールド板の他側縁に延設されて前記車体妻面から離れる方向に延在された第１の副シールド板を具備してなり、前記第２の縦枠シールド板の先端側に前記幌部が接続されたことを特徴とする。

本発明の直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置において、前記第２の縦枠シールド板の前記幌部側の端縁に前記車両連結部の外側に向いて延在する第２の副シールド板が延出形成され、前記第２の副シールド板に前記幌部が取り付けられた構成を採用できる。
本発明の直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置において、前記シールド部材が左右一対の前記第１の縦枠シールド板と上下一対の横枠シールド板からなり、前記シールド部材が前記幌部を前記車体妻面に取り付けるための幌枠と兼用された構成を採用できる。
本発明の直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置において、前記第１の縦枠シールド板および前記第１の副シールド板と、前記第２の縦枠シールド板および前記第２の副シールド板とで囲まれた領域に前記電気ケーブルが配置された構成を採用できる。
本発明の直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置において、前記第２の縦枠シールド板の前記幌部側の端縁に前記車両連結部の外側に向いて延在する第２の副シールド板が延出形成され、前記第２の副シールド板に前記幌部が取り付けられ、前記シールド部材が左右一対の前記第１の縦枠シールド板と上下一対の横枠シールド板からなり、前記シールド部材が前記幌部を前記車体妻面に取り付けるための幌枠と兼用され、前記第１の縦枠シールド板および前記第１の副シールド板と、前記第２の縦枠シールド板および前記第２の副シールド板とで囲まれた領域に前記電気ケーブルが配置された構成を採用できる。

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設けられている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第１の縦枠シールド板と第２の縦枠シールド板と第１の副シールド板で遮ることができ、車両連結部の電気ケーブルから車両内側に侵入しようとする漏洩磁界を低減できる。
磁気シールド部材は車体妻面において幌部を取り付ける部分に位置し、幌部を取り付ける幌枠を兼ねるので、別途特別に磁気シールド部材を設けることなく漏洩磁界の車両内部側への影響を排除できる。
また、第１と第２の縦枠シールド板を備えた磁気シールド部材の高さは幌部の高さに近い高さであるので、人の身長より高く、車両に乗車している人の胸部まで確実に磁気遮蔽でき、乗車している人に対する悪影響を防止できる。

車体妻面側の第１の縦枠シールド板に加えて幌部側面側の第２の縦枠シールド板により磁気シールド部材を構成しているので、第１の縦枠シールド板の幌部側の端縁を周回して車両内部側に侵入ようとする漏洩磁界を第２の縦枠シールド板により効率良く抑制することができる。また、第１の縦枠シールド板の他側に延在させた第１の副シールド板により第１の縦枠シールド板の他側を周回しようとする漏洩磁界を効率良く抑制することができる。よって、車両内部側に対する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。 同連結部の水平断面図。 同連結部について漏洩磁界のシミュレーション試験設定条件の一例を示すグラフ。 同連結部について漏洩磁界のシミュレーション試験結果の一例を示すグラフ。

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、幌部５の一部を車両１から分離した状態で示している。
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の妻面１ａ、２ａにより囲まれる間隙部７が形成されている。

車両１の妻面１ａにおいて中央部側に縦長の矩形状の通路開口部１Ｂが形成され、この通路開口部１Ｂの外側周縁部に矩形状の枠体８Ａをボルト止めなどの固定手段により取り付けて磁気シールド部材８が構成されている。前記枠体８Ａは、通路開口部１Ｂの高さより若干縦に長い第１の縦枠シールド板８ａ、８ａと、通路開口部１Ｂの横幅より若干横に長い第１の横枠シールド板８ｂ、８ｂとからなる矩形枠状に形成され、通路開口部１Ｂを取り囲むように車両１の妻面１ａに取り付けられている。第１の縦枠シールド板８ａ、８ａと第１の横枠シールド板８ｂ、８ｂは面一に一体化され、車両１の妻面１ａに密着されている。
第１の縦枠シールド板８ａにおいて通路開口部側の縁部には第１の縦枠シールド板８ａに対し直角方向に延出する第２の縦枠シールド板８ｃが形成され、第２の縦枠シールド板８ｃはその上下に配置されている第１の横枠シールド板８ｂ、８ｂに達する高さに形成されている。この実施形態において第１の縦枠シールド板８ａと第２の縦枠シールド板８ｃは同等程度の横幅に形成され、一例として、１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の横幅に形成される。

第１の縦枠シールド板８ａにおいて通路開口部側と反対側の端縁に第１の縦枠シールド板８ａに対し直角向きに帯板状の第１の副シールド板８ｄが形成されている。第１の副シールド板８ｄは第１の縦枠シールド板８ａと同じ高さに形成されるが、第１の縦枠シールド板８ａよりも幅狭に形成されている。例えば幅５〜１０ｃｍ程度に形成されている。第１の副シールド板８ｄは車両１の妻面１ａに対し起立するように妻面１ａから離れる方向に延在されている。
第２の縦枠シールド板８ｃにおいて通路開口部側と反対側（幌部側）の端縁に第２の縦枠シールド板８ｃに対し直角向きに第２の副シールド板８ｅが形成されている。第２の副シールド板８ｅは第２の縦枠シールド板８ｃと同じ高さに形成されるが、第２の縦枠シールド板８ｃよりも幅狭に形成されている。例えば幅５〜１０ｃｍ程度に形成されている。第２の副シールド板８ｅは車両１の妻面１ａに対し平行な向きであって車両連結部の外側に向くように延在されている。

通路開口部１Ｂの左右両側に位置する第２の縦枠シールド板８ｃにおいて、それらの上端部間に上側の第１の横枠シールド板８ｂに対し直角に、かつ、第２の縦枠シールド板８ｃに対し直角に連続された第３の副シールド板８ｆが形成されている。また、左右両側に位置する第２の縦枠シールド板８ｃにおいて、それらの下端部間に下側の第１の横枠シールド板８ｂに対し直角に、かつ、第２の縦枠シールド板８ｃに対し直角に第４の副シールド板８ｇが形成されている。
第３の副シールド板８ｆと第４の副シールド板８ｇの奥行きは、第２の縦枠シールド板８ｃの横幅（奥行き）と同等に形成されている。

磁気シールド部材８を構成する枠体８Ａ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、高透磁率材料の板材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、いずれの強磁性体からなる構造を採用しても良い。
枠体８Ａは１枚の強磁性体の板材を部分的に切り起こして構成しても良いが、必要なサイズの強磁性体の板材を溶接などの手法により複数一体化して構成しても良い。
例えば、この実施形態では、第１の縦枠シールド板８ａ、８ａと第１の横枠シールド板８ｂ、８ｂを面一に形成し、これらに対し第１の副シールド板８ｄ、８ｄと第２の副シールド板８ｃ、８ｃと第３の副シールド板８ｆと第４の副シールド板８ｇをそれぞれ直角に設けている。このため、１枚の金属板からの切り起こしや折り曲げによりこれらを形成し、切り起こし部分どうしの突き合わせ部分を溶接などの接合手段により接合することで、図１に示す枠体８Ａを構成することができる。

本実施形態の構造において、第１の縦枠シールド板８ａ、８ａと第１の横枠シールド板８ｂ、８ｂが車両１の通路開口部１Ｂを囲んでいるので、枠体８Ａの内側には車両連結部の貫通路Ｒの一部を構成する開口が形成されている。
枠体８Ａにおいて左右両側に配置された第２の副シールド板８ｅに対し、幌部５の端縁部分が図２に示すように当接され、第２の副シールド板８ｅと幌部５の端縁部分を貫通したビス、ボルト・ナット等の連結金具９により第２の副シールド板８ｅに幌部５の端縁部分が固定されている。このため、枠体８Ａは幌部５の端縁部分を固定するための幌枠を兼ねている。図１では枠体８Ａを見やすくするために幌部５を枠体８Ａから分離した状態で示したが、通常の使用状態では図２に示すように幌部５の端部を連結金具９により第２の副シールド板８ｅに接続して貫通路Ｒが形成される。

車両１の妻面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が上下方向に延在するように設置されている。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から発生される直流磁界は電気ケーブル１２を中心として周囲に放射状に広がるため、電気ケーブル１２の周囲側において通路開口部近くの領域から車両１の内部側にも漏洩磁界が生じようとする。

電気ケーブル１２の周囲において、車両１の妻面１ａ側に第１の縦枠シールド板８ａを設置し、通路開口部１Ｂ側に第２の縦枠シールド板８ｃを設置しているので、車両１を構成する部材がアルミニウム合金板のように磁気遮蔽には貢献しない構成部材であっても、電気ケーブル１２が発生させる直流磁界の車両内部側への漏洩を枠体８Ａにより抑制することができる。
また、第１の縦枠シールド板８ａの外側（車両１の側面１Ａに近い側）に沿って磁界が周回して生じようとする磁界漏洩を第１の副シールド板８ｄが抑制するので、第１の縦枠シールド板８ａの外側を回り込んで車両内部側に達しようとする磁界漏洩を抑制できる。

更に、第１の縦枠シールド板８ａの通路開口部側に沿って磁界が周回して生じようとする磁界漏洩を第２の縦枠シールド板８ｃが抑制するとともに、第２の縦枠シールド板８ｃの幌部側に沿って磁界が周回して生じようとする磁界漏洩を第２の副シールド板８ｅが抑制するので、通路開口部１Ｂを介して車両内部側に侵入しようとする漏洩磁界を抑制できる。
第１の縦枠シールド板８ａと第２の縦枠シールド板８ｂおよび第１の副シールド板８ｄと第２の副シールド板８ｅはいずれも幌部５と同等高さかそれ以上の高さに形成されているので、車両内の乗員の胸以上の高さまで確実に磁界漏洩を抑制し、保護できる効果を奏する。よって車両内の乗員に直流磁界漏洩による悪影響を与えることがなく、車両内部側に対し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。

なお、枠体８Ａには第２の縦枠シールド板８ｃ、８ｃの底部どうしを接続するように第４の副シールド板８ｇが設けられている。幌部５の側方に設けられている電気ケーブル１２から発生した直流磁界の一部が第２の縦枠シールド板８ｃ、８ｃの底部側であって通路開口部１Ｂの底部側を周回して車両１の内部側に侵入しようとしても、この漏洩磁界を第４の副シールド板８ｇが抑制する。このため枠体８Ａは通路開口部１Ｂの底部側を周回しようとする漏洩磁界も抑制することができる。
また、第３の副シールド板８ｆと第４の副シールド板８ｇは、それらの左右に一体化されている第２の縦枠シールド板８ｃ、８ｃを支持してそれらの構造強度を向上させるため、第２の縦枠シールド板８ｃ、８ｃの先端側に第２の副シールド板８ｅを介し固定されている幌部５の支持強度も向上させることができる。よって、枠体８を用いることで、車両内部側に対する良好な磁気遮蔽効果と幌部５の強固な取付構造を両立して得ることができる。

「磁界シミュレーション試験」
図３に示す概形の車両１に対し、一方の妻面１ａの通路開口部周縁に、第１の縦枠シールド板（鋼板製、幅０．２ｍ、厚さ３ｍｍ）と第２の縦枠シールド板（鋼板製、幅０．２ｍ、厚さ３ｍｍ）と第１の副シールド板（鋼板製、幅０．０５ｍ、厚さ３ｍｍ）と第２の副シールド板（鋼板製、幅０．０５ｍ、厚さ３ｍｍ）を備えた水平断面略Ｌ字型の枠体を配置し、磁界シミュレーション試験を行った。
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３に示すように、車両１の内部側であって、第１の縦枠シールド板の幅方向に等間隔で配置され、第１の縦枠シールド板から０．０５ｍ離れた５点位置に設定した。対象の電気ケーブル１２は、車体妻面１ａに沿う第１の縦枠シールド板８ａから０．０５ｍ離れた位置であって、貫通路Ｒの側面に沿って設置されている第２の縦枠シールド板８ｃから０．０５ｍ離れた位置に、上下方向に沿って設置される直流電気ケーブルとした。よって、図３に示すように測定点５点のうち、中央の１点の外側０．１ｍの位置に電気ケーブル１２が配置される条件に設定している。

図３に示す構成で電気ケーブル１２が敷設された条件に設定し、静磁場シミュレーションを行った。
また、車両１は非磁性体であるアルミニウム合金から構成される場合を想定し、車体１を構成する壁の存在は無視した。
以上のシミュレーション試験結果による磁界分布を図４のグラフに示す。図４のグラフにおいて横軸は電気ケーブル中心位置から車両横方向への距離（ｍ）を示し、縦軸は通常部材の時の電気ケーブル中心位置基準の相対磁束密度を示す。通常部材とは、アルミニウム材（非磁性体）を意味する。

図４のグラフに示すシミュレーション結果から、通常部材の場合に比べ、強磁性体である鋼板製の枠体を用いることで、顕著な磁気シールド効果が見られた。
例えば、第１の縦枠シールド板と第２の縦枠シールド板に加えて第１の副シールド板と第２の副シールド板を備えた枠体からなる磁気シールド部材を設けることにより、優れた磁気遮蔽効果を得られることがわかった。
また、５点の測定位置において、ケーブル中心位置から車両幅方向への距離が０．０５ｍの位置と０．１ｍの位置では相対磁束密度が上昇した。これは、漏洩磁界の周回を考慮すると、貫通路Ｒ側に第２の縦枠シールド板８ｃと第２の副シールド板８ｅがあるので、貫通路Ｒに近い側の測定点の相対磁束密度が低く、第１の副シールド板８ｄのみが延在されている車両外側よりの測定点の相対磁束密度が、高い影響である。この場合、貫通路Ｒを周回して車両１の内部側に侵入しようとする漏洩磁界を第２の縦枠シールド板８ｃと第２の副シールド板８ｅで良好に遮蔽できていることがわかる。
第２の副シールド板８ｅは、主に貫通路Ｒにおける磁界低減に寄与するために設置される。なお、この貫通路Ｒにおける磁界の低減特性は、図４に示すグラフと同等になる。これは図３に示すように車両内部側と貫通路側でシールド板８ａ、８ｃと副シールド板８ｄ、８ｅの形状が対称なためである。貫通路Ｒにおける磁界の低減特性の場合は、図４の横軸のマイナス側が車両側、プラス側が貫通路を挟んだ反対側の車両側となる。

Ｒ…貫通路、１、２…車両、１ａ、２ａ…妻面、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…枠体、８ａ…第１の縦枠シールド板、８ｂ…第１の横枠シールド板、８ｃ…第２の縦枠シールド板、８ｄ…第１の副シールド板、８ｅ…第２の副シールド板、８ｆ、８ｇ…第３の副シールド板、９…緊結金具、１２…電気ケーブル。

Claims (5)

1. 直流電気鉄道車両の車両連結部に設けられた幌部の側面と、該幌部側面が接続される車体妻面との境界部分近傍に設置された直流電気ケーブルが発生させる磁界をシールドして該磁界の車両内部側への侵入を防止する磁気シールド部材が設けられた直流電気鉄道車両の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体妻面の通路開口部周縁に取り付けられた強磁性体製の枠体からなり、
   前記枠体が、車体妻面に沿って前記通路開口部両側縁に個々に配置された第１の縦枠シールド板と、前記第１の縦枠シールド板の前記幌部側の一側縁に延設されて前記幌部側面に沿う方向に延在された第２の縦枠シールド板と、前記第１の縦枠シールド板の他側縁に延設されて前記車体妻面から離れる方向に延在された第１の副シールド板を具備してなり、
   前記第２の縦枠シールド板の先端側に前記幌部が接続されたことを特徴とする直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置。
2. 前記第２の縦枠シールド板の前記幌部側の端縁に前記車両連結部の外側に向いて延在する第２の副シールド板が延出形成され、前記第２の副シールド板に前記幌部が取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置。
3. 前記シールド部材が左右一対の前記第１の縦枠シールド板と上下一対の横枠シールド板からなり、前記シールド部材が前記幌部を前記車体妻面に取り付けるための幌枠と兼用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端部の直流磁界シールド装置。
4. 前記第１の縦枠シールド板および前記第１の副シールド板と、前記第２の縦枠シールド板および前記第２の副シールド板とで囲まれた領域に前記電気ケーブルが配置されたことを特徴とする請求項２に記載の直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置。
5. 前記シールド部材が左右一対の前記第１の縦枠シールド板と上下一対の横枠シールド板からなり、前記シールド部材が前記幌部を前記車体妻面に取り付けるための幌枠と兼用され、
   前記第１の縦枠シールド板および前記第１の副シールド板と、前記第２の縦枠シールド板および前記第２の副シールド板とで囲まれた領域に前記電気ケーブルが配置されたことを特徴とする請求項２に記載の直流電気鉄道車両端部の直流磁界シールド装置。

Images