JPH04193007A - ５重給電電力供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両の軌道に沿って一次巻線を配置し、車両
側に磁石あるいは二次導体を設けた構成のりニアモータ
式鉄道において、車両足動用に複数個の電力変換器を用
いた給電装置の改良に関するう 〔従来の技術〕 軌道側にリニアモータの一次巻線を設け、車両磁石を設
けた構成の同期型リニアモータによって駆動推進するり
ニアモータ式鉄道においては、従来、地上コイルへの電
力供給は、三重き電力法によって行なわれてきた。

第２図に従来の三重き電力法の構成を示す。同図におい
てＳ　Ｎ−１１ＳＮ、　　ＳＮ＊ｌなとは各々のセクシ
ョンの番号を示す。この三重給電方法では、ある長さの
給電区間の中央部付近に変電所を設け。

列車の走行速度に対応した周波数を連続的に出ツＪでき
る三相電力変換器（以下、？ｌｉ力変換器と呼ぶことに
する）ｐ、、ｐ、、ｐ、を３台用いて、リニアモータの
地上−次巻線に電力を供給する。第２図において、それ
ぞれ独立して直列接続された２組の地上コイル群をＳｓ
　ｌ＋　　Ｓ、、Ｓ、、、Ｓ、、のようにある長さのセ
クションに分けて、２セクシヨン分を１つの給電区間と
する。さらに、これらの給電区間を１セクシヨン分だけ
相対的にずらし。

２組のリニアモータの一次巻線のうち一方の給電区間を
他方の給電区間に対して、ｌセクション分だけずらして
配置している。すなわち、２セクシヨンの長さが１つの
給電区間を形成し、しがもｌセクション分だけ１区間が
重複したような構成となっている。

地上コイル群に形成された各々の給電区間は。

第２図に示す様に、給電区分スイッチｘＮ−，，ＫＮ。

ｋｘ＋＋＋　ＫＮ、２に接続され１次いで給電線１，２
゜３を介して三相電力変換器１１，１２，１３．および
三相電源２０につながれる。その際、給電線１．２．３
は、第１の地上コイル群の給電区間と第２のコイル群の
給電区間とを交互に１セクシヨンおきに、給電区間毎に
備えられた給電区分スイッチに、、−、、に、、、に、
、、、、に、、ユを介して夫々接続されている。そして
、車両の進行とともに給電区分スイッチを順次開閉する
ことにより、所定のセクションに電力を供給することが
できる。言い換えれば１列車が位置するセクションを含
む給電区間を２台の電力変換器で通電するとともに、他
の１台で給電区間の切り換えを行なうものである。

例えば１列車が８９セクシヨンを走行中のときは、給電
区分スイッチに、、、　Ｋ＝＝。１が投入された状態に
なっており、電力変換器１２．１３の２台の変換器から
ＳＮセクションおよび５９４１セクシヨンの地上コイル
群への電力が供給される。さらに。

Ｓ、Ｎ、１セクシヨンへの列車進入に備えて、給電区分
スイッチに８４２を投入することによりｓ９４、セクシ
ョン部の地上コイル群の残りの他方へ電力変換器１１か
ら通電して待機する。列車がＳ　Ｎ　ｈ　１セクシヨン
へ渡り終えると、ＳＮセクション部の地上コイル群へ通
電している給電線２の給電区分スイッチに９を切り、Ｓ
＝＝セクションの地上コイル群の片方のみ１通電を止め
る。その後８１．２セクシヨンの地上コイル群へ、電力
変換器１２より通電して列車のセクションへの進入に備
える。こ・のように、三重給電方法では、常に１セクシ
ヨン当たり。

２台の電力変換器を使って電力を供給し、残りの１台の
電力変換器で列車走行中の１つ先のセクションに通電す
る。

ところで、高速輸送機関としてのりニアモータにおいて
は、輸送人員の増加や列車の巡航速度の高速化の伴い、
大きな電力を地上側の１次巻線に供給しなければならな
い。そのため７三重給電方式では大容量の電力変換器が
必要となる。電力変換器の容量を増やす方法として電流
の増加と電圧の増加が考え得るが、前者は給電線の大径
化を必要とし、後者は地上コイルや変換器素子の絶縁耐
力を大幅に上げねばならない。

また、小容量の変換器素子を多重にかつ多数列に接続し
て大容量の電力変換器を構成する場合には、素子特性を
均一にする必要があり、制御方法も難かしくなる。

さらに給電区分スイッチ、給電線、電力変換器などの破
損や故障によって、地上コイルには通電されないセクシ
ョンができ、当該セクションには電力が供給されないた
め、リニアモータの推力が低下する。言い換えると、故
障が発生すると、電力変換器から供給される電力は、健
全なセクションでは］、　Ｏ０％、故障のセクションは
５０％となり１列車の推力には大きな脈動が発生し１乗
り心地を著しく悪くしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は９列車の高速化に伴う電力変換器単機容
量の増加や電力変換器単機容量の増大などの問題があっ
た。さらに１列車の推力脈動が大きく１乗り心地の悪化
について十分配慮されていなかった。

本発明の目的は、単軌された磁石に対し地上コイルを４
分割することで、４重系のシステムを構成し、これによ
って、＠力変換器の単機容量や総設備容量を減少させる
二とができ、また１乗り心地が良く効率的で信頼度の高
い給電システムを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために１本発明は、リニアモータ式
鉄道における列車推進用電力供給方法において、夫々独
立して直列接続された４組の地上コイル群を、４セクシ
ョン分の所定長さ毎に区分してこれを１つの給電区間と
するとともに、これら区分された給電区間を相対的に１
セクション分だけずらして配置し１列車が位置するセク
ションを含む前記給電区間を４台の電力変換器で通電す
るとともに、他の１台で給電区間の切り換えを行うよう
にしたものである。

（以下余白） ［作用］ 各々の電力変換器が列車を駆動するために必要な電力の
１／４の容量を持ち、５台の電力変換器のうちの４台で
列車を駆動し、他の１台で給電区間の切り換えを行なう
。言い換えると、５台の変換器をＡＢＣＤＥと名付ける
と、ある区間ではＡＢＣＤの変換器で列車を駆動し、次
の区間ではＢＣＤＥの変換器で動かし、さらに次の区間
ではＣＤＥＦの変換器で駆動する。このように、順次繰
り返して列車を走行させる。

これによって、変換器の単機容量は下がり、総合容量も
低減できる。また、電力変換器の１台が故障した時には
、電力変換器４台で列車を駆動できる区間と３台で駆動
することになる区間とが交互に現われるので、推力は定
格値１．０と２５％減少した０、７５との間で変動し、
３重給電方式に比べて、列車の推力脈動を１／２に小さ
くすることができる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す５重給電方法の回路図
である。第１図Ｃおいて１列車の進行方向に４組の地上
コ゛イル群を並列に配置し、各々をＧ、、Ｇ、、Ｇ、、
Ｇ４と名付け、これらのコイル群をｓ、−、、ｓ、、Ｓ
、−、、５ｙ−２のように所定間隔のセクションに区分
する。セクションの長さは、普通１列車−編成よりも長
く決められる。４セクシヨン分を一つの給電区間とした
コイルを各地上コイル群に配置する際、Ｇ、のコイルは
Ｇ、のコイルに対してｌセフ９３ン分ずらして配置する
６Ｇ３のコイルは、Ｇ２のコイルに対して、さらにｌセ
フ９３ン分ずらし、同様にＧ４はＧ３に対してさらにｌ
セクションずらしている。したがって、従来の３重給電
方法では、１個のコイル群は２セクシヨン長に亘って配
置されるのに対し、５重給電方法では、１個のコイル群
は４セクシヨンに亘って配置される。

第１図に示すように、前記地上コイル群に形成された各
々の給電区間のコイルは、給電区間スイッチに、’、、
に、、、に、、、、”Ｋ、、、□、　Ｋ、、、１．、・
・・−を介して給電線４，５，６，７．８に接続され、
さらに５台の３相電力変換器＋４．１５．１６．１７．
１８及び３相電源２０に接続される。

地上コイル群Ｇ１のコイルに着目するとコイルＧ、（Ｎ
）はスイッチに、を介して給電線４に接続され、３相電
力変換器Ｉ４につながっている。進行方向隣りのコイル
Ｇ、（Ｎ＋４＞はスイッチに１−４を介して給電線８に
接続され、３相電力変換器１８につながっている。同様
に進行方向に順次配置されたコイルＧ　１（Ｎ＋８）　
、　Ｇ　ｔ　（Ｎ＋１２）　、Ｇ　＋　（Ｎ＋１６）は
、各々スイッチに、、、　Ｋ、、−、□、に、、＋１６
を介して給電線７゜６．５に接続され、３相電力変換器
１７．１６．１５につながる。

進行方向に向かってさらに先に配置されたコイルは、以
上の接続を順番に繰り返す。地上コイル群Ｇ２．　Ｇ３
．　Ｇ４についても全く同様で、進行方向に向かって配
置されたコイルは順次スイッチを介して給電線８，７，
６，５．４の中の一線に接続され、その給電線に対応し
た３相電力変換器１８゜１７、１６．１５．１４の中の
一変換器に順次つながるように構成される。

本発明は、上記のような構成において、４台の電力変換
器を使用して、推進用地上コイルに給電することにより
１列車を高速に走行させ得る。例えば、列車が３１セ゛
クー゛ヨンを走行中のときは、給電区間スイッチに、、
、に、、、、に、２．に、Ｊヨが投入された状態９：な
っており、電力変換器＋４．１５゜１６、１７の４台の
変換器から８９セクシヨンにまたがる地上コイルＧ、（
Ｎ）、　Ｇ、（Ｎ＋１）、Ｇｌ（Ｎ＋２）。

Ｇ　、　（Ｎ＋３）の各々に電力が供給される。さらに
、Ｓ　Ｎ−１セクンヨントの列車進入に備えて、給電ス
イッチＫ　Ｎ　＋　４を投入することにより、Ｓ　１１
−１セクシヨン部の地上コーイルで未通電のコイルＧ　
１　（Ｎ＋４）へ電力変換器１８から通電をして待つ。

列車が　８８゜１セクシヨンへ渡ＩＪ終えると、ＳＮセ
クション部の地上コイルｔ・通電している給電線のうち
、給電線４の給電区分スイツチに９を切り、Ｓ９セクシ
ヨンの地上コイルＧ、（Ｎ：ｌへの通電を止める。その
後、ＳＮ４□セクシヨン・・、の列車進入に備えて、給
電区分スイッチＫ１．５を閉じて電力変換器１４から給
電線４を介して地上コイルＧ　、　（Ｎ＋５）に電力を
供給する。この一連の切り換え操作を繰り返し、列車を
走行させる。

以上のように、本発明による５重給電方法では、常に１
セクシヨン当たり４台の電力変換器を使って電力を供給
し、残りの１台の電力変換器で列車走行中の１つ先のセ
クションに通電を行うことになる。

本発明によれば、列車が次のセクションへ進入するのに
備えて通電する区間カー従来の３重給電方法に比べて２
倍となっており、さらに５台の電力変換器を使うため、
給電に伴う電力損失が増大することが懸念される。しか
し、列車推進力を４白の電力変換器で分担しているため
、電力変換器１台当りの推進力は３重給電方法に比べて
半分となり、列車走行による逆起電力が半分に軽減され
る。したがって、コイルの絶縁耐力を３重給電方法と同
一とした場合、地上コイルの巻数を増やして、電力変換
器からの通電々流を小さ（することができる。例えば、
地上コイルのターン数を３重給電方法の２倍のターン数
に設ｇ１するならば、電力変換器からの通電々流は３重
給電方法に比べて半分となり、さらに、コイル配置を３
重給電並にすれば、給電に伴う電力損失の増加を抑える
二とができる。また、変電所設備容量を３重給電方法と
同じ大きさとすれば、３重給電方法よりも大きな推力特
性を得ることができる。

しかも、本発明によれば給電区分スイッチの投入不能あ
るいは、給電線、電力変換器などの故障が発生しても、
セクションには健全な電力変換器力ら３／４の電力が供
給されているため、３重給電の場合のように給電々力が
１７２に減ることは無・１、当該セクションに列車が進
入しても列車：及ぼす衝撃を小さくすることができる。

第３図は電力変換器１台１相についての列車負荷時の等
価回路である。等価回路において３０は電力変換器の出
力電圧、Ｅｏ（Ｖ）、３３は列車の逆起電力Ｅ、Ｖであ
る。３１は給電線のインビーダニ・スで　抵抗はＰ＋（
Ω）、インダクタンスはＬ　、　（Ｉ（）とする。同様
に３２は地」ニコイルのインピーダンスて抵抗とインダ
クタンスは各々Ｒｃ（Ω）　、　Ｉ−ｃ　（Ｈ）とする
。以上の値を３重給電方法のときの値とすると、３重給
電方法での電圧方稈式は電力変換器１名当ｊｌ、 ３Ｅｌｌ　＝　Ｅｅ　４　（Ｒ１＋　Ｒｃ）Ｉｃ　＋　
ｊｗ（１４，＋　１．、ｃ）Ｉｃで示され、変換器１台
当りの全電力量はＩＰＩ　”　Ｊ　ｈＱ＋−３４ｎｌｃ ＝　３［Ｅｊ、　＋　（Ｒ，＋　ＲＣ）ｌｃ′＋Ｊａ（
Ｌ、＋Ｌｃ）ｌＣ−“１となるので、２台の電力変換器
の電力量としてはＶ２　＋　ｊ　ｓＱ： ＝　６〔′ｒ、−Ｌ　４．　（Ｒ，→’ｄｔ：Ｉ　’＋
１＝’＝、１ｗ（１，→Ｌｃ）ＩＣ”ｌ＼なる。−力　
第４図（こ等価回路を示すよう（−５重給電方ｄ；（、
〜！ぐいて、例えば、地トコイルの巻数を２倍にすわば
　電力変換器１台当りの通電電流は十′すですむので、
地上コイルに流ｉする電流密度を一定の条（９でコイル
を股パ１するなりば、コイルの抵抗４倍、インダクタン
スも４倍となるので、５）重紹電方法の場合の電力変換
器１台１相当りの電圧方程式は、 １〔 、、Ｐ＋ｊ、、Ｑ、　＝　３・、Ｅ、−（だがって、４
台の電力変換器の電力量としてはＪ−なる。これにより
、３重給電の場合と比較して地上コイル群の損失は増え
るが、給電線の損失は減少し、全体の電力量は大差ない
。

同様に、給電区分スイッチ切り換えに伴う電力は、３重
給電方法が次式となり ＩＰＩ　＋　ｊ　３Ｑｌ ＝　３［（Ｐ＋　＋　Ｒｅ）Ｉｃ’　＋　ｊ　ｗ（Ｌ＋
　＋　Ｌｃ）Ｉｃ２）また、５重給電方法が次式となる
。

Ｐ＋　”　ｊ　５Ｑｌ これにより、３重給電方法に比べて５重給電方法では、
列車が変電所より離れているほど、給電線の損失が少な
いと言える。

一般に大きな浮上高さが実現できる磁気浮１１式鉄道に
おいて１以上に述べた５重給電方法は以下のように構成
される。第５図は磁気浮上式鉄道の断面図である。

車体４６とその下部に取り付（→られた台車４７は、下
側及び両側から包囲するＵ：字４．＋１１　＜又は、ダ
ブル１１字状）の軌道４８内に置れる、台車４７の両側
面又は底面には、それぞれ超電導磁石４１が車両の走行
方向にＳ極とＮ極がある間隔を持って配列されている。

すなわち、超電導磁石４１と車体４６を浮上させるため
の浮上用地上コイル４２が、各々、台車４７の底面と軌
道４８の水平面に置かれ、第５図に示すように空隙を介
して対向している。また、台車側面に、もう一対の超電
導磁石４１が同じく軌道側壁の推進用地上コイル４５に
対向１２て設置されており、この推進用地上コイル４５
に電流が流れて、超電導磁石４１に流れる電流とのｉ５
に推力が生まれ車両は走行する。この推進用地上コイル
４５は４組の地上コイル群Ｃ；＋　、　Ｇ：　、　Ｇｓ
　、　’Ｊ４から１．（す、各コイル群のコイルは前述
の様に、給電区間スイッチを介して給電線に接続され、
さ；ｒ　Ｍ、　Ｆ１台の３相電力変換器及び３相電源に
接続される。

第６図は、台車に塔載する超電導磁石４１の個数が第５
図とは異なり、台車の両側面のみに超電導磁石４１が配
置されている。また、第７図では、車体４６を浮上させ
るための浮上用地上コイル４２と推進用地上コイル４５
が軌道の側面に置かれ、台車の超電導磁石４１は第６図
と同様に両側面に配置される。列車を推進させるための
推進用地上コイル４５は、第５図と同様に構成され、４
組の地上コイル群Ｇ、、Ｇ、、Ｇ３．Ｇ、は給電区間ス
イッチを介して給電線に接続され、さらに５台の３相電
力変換器及び３相電源に接続される。

第８図は、本発明に関連した他の一実施例である。本実
施例を示す第８図と第１図の差異は、各セクションの長
さが一定ではなく、場所によって長い所と短い所が存在
する点である。Ｓ　Ｎ　＋　Ｓ　Ｎ　−＋　。

５ＮＡＩ、　５Ｎ−４１８ｓ＝ｉ、　５Ｎ−７などのセ
クションは長く、ＳＮ＋２１　５Ｎ４６などのセクショ
ンは短い。地上コイル群の給電区間は、各コイル群とも
全て同じ長さであるが、コイル群のずれの長さを変えて
構成しである。第９図も、本発明に関連した他の一実施
例である。本実施例を示す第９図と第８図の違いは、各
セクションの長さばかりでなく地上コイル群の給電区間
長も一定ではなく、場所によって長い所と短い所が存在
する点である。セクションＳ　Ｎ−６は最も長く、Ｓ、
、、　Ｓ、、＝、　　５Ｎ−３，Ｓｌ。

４　、Ｓ　Ｎ　Ａ　ｓ、Ｓ　Ｎ　”　９などのセクショ
ンも比較的長く、Ｓ、２．ＳいＳ＋ＳＮ、□、などのセ
クションは短い。

列車が上り坂の軌道を走行している詩は、列車を定格速
度で走らせるために地上コイルには大きな電流を流す必
要がある。一方、下り坂を走行している時には、コイル
に小さな電流を流すだけで列車を定格速度で走らせるこ
とができる。そこで、これらの実施例においては、上り
坂の時はセクション長を短くし、下り坂の時にはセクシ
ョン長を長く構成する。このように構成すれば、上り坂
では地上コイルのインピーダンスを小さくすることがで
きるので、大きな電流を流しても電力変換器の容量を太
き（する必要が無い。また、下り坂の区間では、地上コ
イルのインピーダンスを太き（してもコイル電流が小さ
いので、電力変換器容量を平地における変換器の容量と
同じに構成できる。

従って、電力変換器の容量を変えることなく列車を最適
に走行させることができる。

なお、電力変換器としてインバータやサイクロコンバー
タを使うことができる。また、給電区間の切り換えを行
う手段として真空遮断器や半導体スイッチを使うことが
できる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。車載された磁石に対
し地上コイルを４分割することで、４重系のシステムを
構成し、これによって、電力変換器の単機容量や総設備
容量を減少させることができる。また、電力変換器に故
障が発生した場合にも、推進力の低下を小さく抑えるこ
とができるので、乗り心地が良く効率的で信頼度の高い
給電システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す５重給電方法の回路図
、第２図は従来の３重給電方法の回路図、第３図は従来
方法の電力変換器１台１相についての列車負荷時の等価
回路図、第４−は本発明の電力変換器１台１相について
の列車の等価回路図、第５図、第６図と第７図は本発明
を実施した磁気浮上式鉄道の断面図、第８図と第９図は
本発明の他の実施例を示す５重給電方法の回路図である
。 ５Ｎ−１〜５Ｎ４６・・・所定間隔で配置されたセクシ
ョン、０１〜Ｇ４・・・地上コイル群、に、−、〜ｋ　
Ｎ　、□６・・給電区間スイッチ、４〜８・・・給電線
、１４〜１８−３相電力変換器、２０・・・３相電源。 第２１搦 喚３図 宮（ｌ＋１皐 富す口 幌ム名 ７ｍ 手続補正書（方式） １．事件の表示 平成　２年特許願第３１７８１２号 ２、発明の名称 ５重給電電力供給方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特詐出願人 住所　〈〒１０１）東京都千代田区神田駿河台四丁目６
番地名ｍ　（ｓ＋ｏ）Ｍ’ｉＫＭ　′Ｂ′ｆｉｉｃｌ？
（Ｍ４、代理人 居　所　（〒１００１東京都千代田区丸の内−丁目５番
１号株式会社　日立製作所内 ６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ７　補正の内容 本願明細書の第２２頁第３行目乃至同頁第４行目の「第
４は　等価回路図、」を次のように補正する。 「第４図は本発明の−・実施例における電力変換器１台
１相についての列車負荷時の等価回路図、Ｊ 以上 ４富さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直線移動系における移動体推進用電力供給方法にお
   いて、夫々独立して直列接続された４組の地上コイル群
   を、所定の長さ毎に区分してこれを１つの給電区間とし
   、各コイル群の給電区間を相対的にずらして設置し、列
   車が位置する４組の地上コイル群の給電区間をそれぞれ
   ４台の電力変換器で通電するとともに、移動体の走行に
   応じて１台の電力変換器を用いて給電区間の切り換えを
   行なうことを特徴とする５重給電電力供給方法。 ２、請求項第１項において、Ｕ字形をした軌道内に移動
   体が置かれ、移動体の底面と側面に超電導磁石が設置さ
   れ、軌道の底面には浮上用の地上コイル、軌道側面には
   推進用地上コイルが置かれ、推進用地上コイルは両側壁
   面に各々２組配置したことを特徴とする５重給電電力供
   給方法。 ３、請求項第１項において、Ｕ字形をした軌道内に移動
   体が置かれ、移動体の側面に超電導磁石が設置され、軌
   道の底面には浮上用の地上コイル、軌道側面には推進用
   地上コイルが置かれ、推進用地上コイルは両側壁面に各
   々２組配置したことを特徴とする５重給電電力供給方法
   。 ４、請求項第１項において、Ｕ字形をした軌道内に移動
   体が置かれ、移動体の側面に超電導磁石が設置され、軌
   道の側面に浮上用の地上コイルと推進用の地上コイルが
   置かれ、推進用地上コイルは両側壁面に各々２組配置し
   たことを特徴とする５重給電電力供給方法。５、請求項
   第１項において、各コイル群の給電区間を相対的にずら
   す長さを、等間隔にすることを特徴とする５重給電電力
   供給方法。 ６、請求項第１項において、各コイル群の給電区間を相
   対的にずらす長さを、不等間隔にすることを特徴とする
   ５重給電電力供給方法。 ７、請求項第１項において、電力変換器としてインバー
   タを用いたことを特徴とする５重給電電力供給方法。 ８、請求項第１項において、電力変換器としてサイクロ
   コンバータを用いたことを特徴とする５重給電電力供給
   方法。 ９、請求項第１項において、給電区間の切り換えを行な
   う切り換え手段として真空遮断器を用いたことを特徴と
   する５重給電電力供給方法。 １０、請求項第１項において、給電区間の切り換えを行
   なう切り換え手段として半導体スイッチを用いたことを
   特徴とする５重給電電力供給方法。 １１、請求項第１項において、給電区間の長さを等しく
   することを特徴とする５重給電電力供給方法。 １２、請求項第１項において、給電区間の長さを不等長
   にすることを特徴とする５重給電電力供給方法。 １３、磁気浮上式移動系における移動体推進用電力供給
   方法において、夫々独立して直列接続された４組の地上
   コイル群を４セクション分の所定長さ毎に区分してこれ
   を１つの給電区間とするとともに、これら区分された給
   電区間を５台の電力変換器で通電し、かつ１つの無通電
   給電区間発生時に推進力の変動が２５％以下に抑えるこ
   とを特徴とする５重給電電力供給方法。