JPH06303797A - 超電導リニア誘導モータ駆動装置 - Google Patents

超電導リニア誘導モータ駆動装置

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JPH06303797A
JPH06303797A JP5084912A JP8491293A JPH06303797A JP H06303797 A JPH06303797 A JP H06303797A JP 5084912 A JP5084912 A JP 5084912A JP 8491293 A JP8491293 A JP 8491293A JP H06303797 A JPH06303797 A JP H06303797A
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JP
Japan
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phase
induction motor
linear induction
voltage
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP5084912A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiji Sato
藤 啓 二 佐
Shuichi Sato
藤 修 一 佐
Hitoshi Shimizu
水 仁 司 清
Katsuro Oishi
石 勝 朗 大
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導リニア誘導モータの各相に平衡のとれ
た電流を供給する駆動装置を提供し、超電導コイルの性
能を向上させるとともに推力特性を向上する。及びLC
直列共振による電圧補償で電源の低電圧,小容量化を図
る。 【構成】 各相非対称負荷インピーダンスの超電導リニ
ア誘導モータを3相対称電源で駆動する装置において、
各相通電電流を超電導のクエンチ電流近傍まで印加する
と同時に電源電圧を低電圧にするために、各相独立にコ
ンデンサ容量を調整する機能を有する可変コンデンサユ
ニットと、検出した各相の電流が平衡になるようにコン
デンサ容量を演算してコンデンサの組合わせを選定する
機能を持った制御装置から構成される超電導リニア誘導
モータ駆動装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼板製造時のストリッ
プの張力制御,蛇行制御,連続鋳造装置の鋳型内溶鋼の
撹拌,鋳鋼中心部の未凝固層内の溶鋼撹拌,鋳型への溶
鋼注入量の制御等に好適に使用される超電導リニア誘導
モータの駆動装置に関するものである
【0002】。
【従来の技術】従来の超電導リニア誘導モータの1次コ
イルは、例えば、3相2極モータの場合、図3に示され
るD型モータ10のような6個のコイル1〜6を直線的
に配置したモータ構造をしており、各コイル間の結線に
より2次導体11に面した作用面(直線部)に、U,−
V,W,−U,V,−Wの位相パターンの電流を通電し
て、2次導体に推力を発生するものである(例えば特開
平5−3657号公報)。
【0003】上記構造の超電導リニア誘導モータは、モ
ータ構造の非対称性により、各コイル間の相互インダク
タンスが異り各相のインピーダンスが異なる3相非対称
負荷となるため、図4に示すような3相対称電源7を直
接リニア誘導モータに接続した従来型の励磁方式では、
各相に電流アンバランスを生じることになる。つまり、
超電導リニア誘導モータの通電上限値は、最大電流の流
れるコイルのクエンチ電流に支配されるため、各コイル
電流にアンバランスが生じると他コイルは通電性能を十
分発揮できなくなり、結果としてモータ性能が低下する
ことになる。また、電流アンバランスによって、リニア
誘導モータの発生する磁界に脈動を生じ、2次導体に発
生するローレンツ力が不均一になり、結果として推力特
性が低下するという問題点を有している。
【0004】また、超電導リニア誘導モータ用一次コイ
ルは、超電導状態において抵抗がゼロである極細超電導
ケーブルの多重巻でできており、殆どがリアクタンス成
分の非常に大きなコイルインピーダンスになる。従っ
て、大電流を通電するためには、高電圧,大容量の励磁
電源装置が必要になるという欠点を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
駆動装置を用いて超電導リニア誘導モータを駆動する場
合、各相電流アンバランスによるコイル通電性能低下、
及び、推力特性の低下問題、また、コイルインピーダン
スが大きいことによる電源設備の高電圧,大容量化の問
題がある。
【0006】本発明は、各相の電流アンバランスを解消
し推力特性向上および電源の低電圧,小容量化を図るこ
とを目的とする。
【0007】上述の問題点を解決すべく提案されたもの
であり、装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の超電導リニア誘
導モータ駆動装置は、上記課題を解決するために、各相
独立にコンデンサ容量を調整する機能を有する可変コン
デンサユニットと、検出した各相の電流が平衡になるよ
うにコンデンサ容量を演算してコンデンサの組合せを選
定する機能を持った制御装置から構成される超電導リニ
ア誘導モータ駆動装置を提供する。すなわち、可変コン
デンサユニットと超電導リニア誘導モータとでLC直列
共振回路を構成し、各相独立に各相インピーダンスを調
整して各相の電流アンバランスを解消すると同時に、L
C直列共振で電源端子電圧の電圧補償をする。
【0009】
【作用】以下に本発明を図面および式を用いて詳細に説
明する。図1に、本発明による超電導リニア誘導モータ
の駆動回路を示す。図3に示すように、超電導リニア誘
導モータ10は、同じ構造及び同じ巻数のコイル1〜6
が直線的に並んだ配列をしている。そのため、各コイル
間隔で相互インダクタンスが異なり、リニアモータのコ
イルインピーダンスは、V相がU,W相に比べて大きい
3相非対称インピーダンスとなる。このモータに、直列
に各相独立にコンデンサ容量C1 〜C3 を調整できる可
変コンデンサユニットを接続し、LC直列共振回路を構
成させ、更に、このLC共振負荷に3相対称電源を接続
し、モータ側に電力を供給する主回路で構成される。
【0010】この主回路において、LC直列共振による
3相平衡電流通電および電源の低電圧,小容量化の動作
原理を説明する。この主回路の回路方程式は図1に示す
回路図により、次式で表すことができる。
【0011】 E1 −φ=jω(L1 +L2 −2M14 −1/C1 )I1 +jω(M15 +M24 −M12 −M45 )I2 +jω(M13 +M46 −M16 −M43 )I32 −φ=jω(M24 +M15−M12 −M45 )I1 +jω(L2 +L5 −2M25 −1/C2 )I2 +jω(M26 +M35 −M23 −M56 )I33 −φ=jω(M13 +M64 −M34 −M16 )I1 +jω(M35 +M26 −M23 −M56 )I2 +jω(L3 +L6 −2M36 −1/C3 )I31 +I2 +I3 =0 但し、φは超電導リニアモータの中性点の電位、Ln
n番コイルの自己インダクタンス、Mxy はx番コイ
ル,y番コイル間の相互インダクタンス、ω=2πfは
角速度、En はn相の電源電圧である。コイル構造が各
一形状、同一巻数であるから、Ln =L、Mn =Mxy
(|x−y|=n)とおけ、上式から電流I1〜I3
3相平衡電流となる条件を導くと次式のようになる。
【0012】 1/C1 =1/C3 =ω2 (2L+M1 −2M2 −2M3 +M5 ) 1/C2 =ω2 (2L+3M1 −2M3 −2M4 −M5 ) (2L+M1−2M2−2M3+M5)<(2L+3M1−2M3−2M4−M5) 従って、この3相平衡電流条件に近づくように、3相独
立にコンデンサ容量C1 〜C3 の値を調整すれば、電流
1 〜I3 を限りなく3相平衡電流に近づけることがで
きる。
【0013】次に、LCR直列共振回路の一般式を示す
と、 Z=R+j(ωL−1/ωC), V=ZI, P=VI である。超電導の場合、抵抗Rはゼロであるので、LC
直列共振となりインピーダンスZは限りなくゼロに近づ
けることが可能である。従って、端子電圧V、及び電力
Pが殆どゼロの状態で、大電流Iを通電することがで
き、励磁電源の低電圧,小容量化を図ることができる。
但し、3相の場合、各相のインピーダンスの大きさ|Z
|を等しくすると同時に、安定した電流を通電するため
に共振点からずらす必要がある。そのため、3相平衡電
流条件におけるコンデンサ容量から数%ずらして調整で
きるようにコンデンサ容量の調整精度を上げる必要があ
る。
【0014】以上からLC直列共振回路において、3相
独立にコンデンサ容量を変えて、3相のインピーダンス
を調整することにより、3相平衡電流化および電源の低
電圧,小容量化が同時に実現できる。
【0015】次に、コンデンサ容量の具体的調整方法を
説明する。コンデンサ容量の調整は、図2に示す可変コ
ンデンサユニット8で行う。コンデンサ容量の調整範囲
をCmin〜Cmax、調整ピッチをCoとする場合、可変コ
ンデンサユニットは、Coの2のn乗倍のn個のコンデ
ンサとCminのコンデンサで構成し、各コンデンサをサ
イリスタスイッチ9−1から9−5からなるスイッチン
グユニット9で組合せスイッチングすることにより、連
続的にコンデンサ容量を変えることができる。スイッチ
ングユニットの制御方法は、上述の3相平衡電流条件を
満足するような周波数fに応じたコンデンサ容量C1
3 となる組合せ指令を制御装置から可変コンデンサユ
ニット8に送る方法をとる。但し、2次導体とのギャッ
プの変動等の外乱により、相互インダクタンスが変動す
ることがあるので、その対策として、各相の電流値およ
び周波数をCTで検出し、各相独立に電流値フィ−ドバ
ック制御することが必要である。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図1,図3および図5の(a),(b)
は、本発明の一実施例を示す。この超電導リニア誘導モ
ータ用一次コイルは、図3に示すように同じ構造、同じ
巻数の6個のD型コイルユニット1〜6を全体としてカ
マボコ形になるように配列した構造をしており、全体が
クライオスタットに収納され、コイル電流リードは各相
ごとにクライオスタットに設けられた電極に接続され
る。この一次コイル10の作用面(直線部)に対向した
位置に2次導体板11を配置して全体として超電導リニ
ア誘導モータを構成する。
【0017】各部のサイズは、例えば次の通りである。
交流超電導線は外径1.45mm、コイルの断面は幅6
4mm×厚さ19.5mm、コイルの直線部の長さは4
44mm、直線辺に直角な方向の最大高さは269.5
mm、1コイルの巻数は338ターンである。この様な
D形コイルユニットを各ユニット間に10mmの間隔を
おいて6個配列し、作用面(直線部)からギャップ60
mm隔ててSUS304製1mm厚の2次導体板11を
配置した。
【0018】本発明による超電導リニア誘導モータの駆
動回路は、図1に示すように、各コイル1〜6に流れる
電流がU,−V,W,−U,V,−Wの位相パターンに
なるように接続し、この超電導リニア誘導モータの一次
コイルユニットに、50μF〜100μFの調整範囲、
0.5μFピッチ調整精度の可変コンデンサユニット9
を直列に接続し、さらに、3相対称電源(周波数50H
z)を接続した構成で、クエンチするまで電圧を徐々に
昇圧してリニアモータを駆動した。その結果、LC直列
共振により電圧が補償されると同時に各相独立にインピ
ーダンス|Z|が等しく調整されているため、384
V,107KVAという低電圧,小容量で、最大160
Aの3相平衡電流を通電することができた。その時、2
次導体に11kgfの推力を発生することができた。
【0019】次に、本発明による方式と従来方式との比
較例を示す。可変コンデンサユニットを入れない従来式
の励磁方法を用いて、上述の実施例と同じ超電導リニア
誘導モータを同様の方法で駆動した結果を図5の
(a),(b)および表1に示す。図5の(a)は、電
源電圧に対する各相の電流値をプロットしたグラフであ
る。実線は本発明による結果を、破線は従来方式の結果
を示す。従来方式(破線)ではモータインピーダンスが
大きいため定格160Arms通電するのに本発明による
方法の25倍の約9700Vの電源電圧が必要となり、
かつ、各相のインピーダンスが異なるため電流は、U,
W相160A,V相122Aとアンバランスになった。
【0020】図5の(b)は、電源電圧に対する電源容
量および推力特性を示したグラフである。従来方式で
は、高電圧化するため容量は本発明による方法の25倍
の約2700KVAとなり、推力特性も電流アンバラン
スと位相アンバランスが原因で、本発明による方法より
も15%も小さい9.3kgfしか発生できなかった。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】以上の説明で明らかな様に、本発明の装
置によれば、超電導リニア誘導モータに安定した3相平
衡電流を供給できるため、超電導リニア誘導モータの推
力特性を向上し、同時に、LC直列共振による電圧補償
で、励磁電源を低電圧,小容量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の回路構成を示す電気回路
図である。
【図2】 図1に示すコンデンサの1組の構成を示す電
気回路図である。
【図3】 D型構造超電導リニア誘導モータの一次コイ
ルの外形を示す斜視図である。
【図4】 従来の駆動回路の構成を示す電気回路図であ
る。
【図5】 (a)は本発明の実施例と従来例の、電源電
圧と相電流の関係を示すグラフ、(b)は電源電圧と容
量および推力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1〜6:コイル 7:3相対称
電源 8:可変コンデンサユニット 9:スイッチ
ングユニット 9−1〜5:サイリスタスイッチ 10:D型超電導リニア誘導モータ用一次コイルユニッ
ト 11:2次導体板 C1〜C3:
可変コンデンサ容量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清 水 仁 司 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 大 石 勝 朗 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各相非対称負荷インピーダンスの超電導
    リニア誘導モータを3相対称電源で駆動する装置におい
    て、各相通電電流を超電導のクエンチ電流近傍まで印加
    すると同時に電源電圧を低電圧にするための各相独立に
    コンデンサ容量を調整する機能を有する可変コンデンサ
    ユニットと、検出した各相の電流が平衡になるようにコ
    ンデンサ容量を演算してコンデンサの組合せを選定する
    機能を持った制御装置から構成される超電導リニア誘導
    モータ駆動装置。
JP5084912A 1993-04-12 1993-04-12 超電導リニア誘導モータ駆動装置 Pending JPH06303797A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100588717B1 (ko) * 2004-08-30 2006-06-12 엘지전자 주식회사 리니어 압축기
KR100588718B1 (ko) * 2004-08-30 2006-06-12 엘지전자 주식회사 리니어 압축기
US20170025209A1 (en) * 2015-07-21 2017-01-26 Nexans Arrangement for Current Limitation which is Suitable for Integration into a Power Supply Serving Network
JP2017171111A (ja) * 2016-03-24 2017-09-28 映二 白石 航空機用の装置

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