JPH0662506A - リニアモーター式輸送機関の電力供給方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 推進コイルを軌道に敷設した地上給電式のリ
ニアモーター式輸送機関のための区間給電方式におい
て、無効電流の量と変動を抑制し、変電所設備や、開閉
器、饋電線等の設備費用を削減する。また、給電周波数
を高くし、列車搭載磁石の重量、寸法を削減し、超高速
化を可能とする。 【構成】 制御区間内の軌道に沿って、推進コイルを設
置し、直列に接続する。各推進コイルに、コイルの通電
を断続する開閉器と列車の存在を検知する列車位置検知
装置と推進コイルに通電するコイル制御装置を付設す
る。コイル制御装置が、列車位置検知装置から列車存在
検知信号を受け、開閉器を制御して、列車搭載磁石に対
向する推進コイルにのみ通電し列車運行を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアモーター式輸送
機関の電力供給方法、特にリニアシンクロナスモーター
（ＬＳＭ）を用いた地上給電式の交通システムのための
区間給電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リニアシンクロナスモーターを使用した
リニアモータ鉄道においては、列車を構成する車両にＮ
極とＳ極の磁石を載せ、地上には推進コイルを並べて置
き、この推進コイルに適当な周波数と位相を有する電流
を流して移動磁界を作り出し、この磁界の移動に追従し
て車両上の磁石が移動することにより、列車が駆動され
る。従来、このようなリニアモーター鉄道においては、
いわゆる１列車１変電所の原則を用いた区間給電方式に
より列車の運行を制御するのが一般的とされている。

【０００３】区間給電方式は、全線にわたって設置され
る推進コイルを一定距離、例えば約１０ｋｍ毎に電気的
に区分して制御区間とし、各制御区間毎に変電所を設
け、その制御区間内に存在する列車の運行に合致する電
力を変電所から供給するものである。ここで、列車の駆
動に係わらない推進コイルに流れる無効電流をできるだ
け抑えて電力効率の向上を図るため、変電所に対応して
設けられる制御区間をさらに複数の、例えば約２０の饋
電区分に分割し、各饋電区分毎に設けた開閉器を開閉す
ることにより、各饋電区分毎に電力供給を制御できるよ
うにしていた。このような饋電区分制御を併用した区間
給電方式では、列車を適切に制御するため、列車の位置
を検知して変電所に送り、その位置情報に基づいて列車
のいる饋電区分あるいは列車が進入しようとしている饋
電区分に対応する開閉器を作動し、該当する饋電区分内
の推進コイル、例えば上の例では制御区間全体の約１／
２０に該当する推進コイルのみに電流を供給し、余分な
推進コイルへの電流供給を抑えることにより無効電力を
節約する効果を有するものであった。

【０００４】前記従来方法における饋電区分は、長大な
制御区間を適当な長さ、例えば数百メートルに分割した
ものであるが、その境界は軌道に対して予め定められる
ものであり、列車を運行する場合には、この饋電区分内
に設置された推進コイルの全てを同時に駆動するもので
ある。従って、変電所設備や、開閉器、さらに饋電区分
に給電する饋電線等は、少なくとも饋電区分内の全推進
コイルに流すだけの電流に適合した容量を有するもので
なければならず、過大な設備費用が要求された。

【０００５】さらに、制御区間より短い饋電区分とはい
えその長さが数百メートルに及ぶため、上述のように饋
電区間内にも列車の駆動に対して本質上効果を持たない
推進コイルが多数存在することが避けられない。走行体
に搭載した磁石に対向しないこれらの推進コイルにも電
流が供給されるため、列車運行上浪費される無効電力が
無視できないものであったばかりでなく、列車がひとつ
の饋電区分の終端に近づくと、列車の滑らかな運行を確
保するため次の饋電区分にも通電しなければならず、ひ
とつの饋電区分に給電する場合とふたつの饋電区分に跨
がって給電する場合とが生じ、無効電力の変動が大きく
なって交流電源系統に悪影響を与えるばかりか、結局ふ
たつの饋電区分に対応する容量を必要とするため電源設
備が過大なものとなるばかりでなく、電力効率が著しく
低下するのは止むを得ないものであった。

【０００６】また、無効電力が過大となるため負荷力率
が著しく低下し、そのために給電線の自己インダクタン
スによる電圧降下が過大となる。このため、列車運行上
からは約５０ｋｍの制御区間毎に変電所を設ければ良い
ところを、前記のように約１０ｋｍ毎に設置しなければ
ならず、変電所の数を約５倍程多く設置する必要があ
り、設備費が過大になることが避けられなかった。

【０００７】なお、力率改善の目的には従来から経済的
かつ有用なものとして進相コンデンサが広く用いられて
きた。しかし、ここでは、リニアシンクロナスモーター
あるいはリニアインダクションモーターが用いられるた
め、列車の速度に応じて給電する電力の周波数を変化さ
せる必要があり、したがって列車速度に合わせてコンデ
ンサの容量を調整しなければならない。このような目的
にはサイリスタやＧＴＯを用いた半導体力率改善装置が
使用できるが、これらは負荷端、すなわち饋電区分位置
近くに設置しなければ効果がないため、高価なものとな
り変電所を多数設置する場合と比較して経済的な利益が
無かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する問題点は、リニアシンクロナスモーター（ＬＳＭ）
を使用したリニヤモータ鉄道等における従来の電力供給
方式の無効電力が大きくかつ変動する点である。また、
給電線のインダクタンスによる電圧降下の影響が大きく
給電線の長さすなわち制御区間長が短いことである。さ
らに、これらのため、変電所や、開閉器、さらに饋電線
等の設備が過大である点である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、推進コイルを
軌道に敷設したリニアモータ鉄道等の地上給電式交通シ
ステムのための区間給電方式において、推進コイルの各
々に並列に各コイルの通電を断続する開閉器を付設し、
制御区間内の推進コイルを直列に接続し、列車搭載の磁
石の各磁極の近接、離脱を正確に検知する位置検知装置
を軌道に沿って設置し、さらに列車の進行に同期して開
閉器を制御し列車位置に対して一定の位置関係にある推
進コイルのみに通電する制御装置を備えて、列車運行を
制御することを特徴とする。

【００１０】本発明の構成によれば、制御区間内の推進
コイルのうち列車の推進に必要なものだけに電力を供給
する。また、列車の駆動あるいは制動に係わりの無い推
進コイルに通電しないことから、無効電力の浪費を最低
限に抑制することができる。さらに同時に電力を供給す
る推進コイル数は列車編成等で定まる所定数であって列
車の進行中には変化しないから、供給電力は従来方式の
ような列車の位置に関係する変動がない。従って、給電
設備は列車の推進に必要な推進コイルの数に対応した容
量があればよいから、受電装置、変電装置等の変電所設
備はこれまでと比較すると格段に低容量のものでよく、
設備費用、設置費用の削減が可能である。

【００１１】また、本発明の構成によれば、開閉器が各
推進コイル毎に１個ずつ並列に設けられるため、使用個
数は増加するが、電力定格、遮断容量の小さい開閉器が
利用でき、総合的には、技術的、経済的効果が極めて高
いものとなる。すなわち、列車搭載の磁石に対向する推
進コイルのうち、ある時点において列車運行に係わる数
は２００−５００個であるため、従来は例えば３０ＭＷ
の出力定格を有する開閉器が必要だったのに対して、本
発明において使用する開閉器はその１／２００−１／５
００程度の電力定格、遮断容量があれば十分である。し
たがって、サイリスタ、ＧＴＯ，ＩＧＢＴ等半導体素子
を用いた超小型、安価で保守不要のものが利用でき、使
用個数は増加するが、単位電力定格当たりおよび単位遮
断容量当たりの重量、体積、価格を大幅に低下させるこ
とができたのである。

【００１２】また、左右の推進コイルを制御区間全体に
亙ってそれぞれ直列接続し、それらを末端において接続
した本発明の電力供給方式によれば、その他端を変電所
に直接接続すればよいので、給電するための専用の饋電
線を必要とせず、資材費、建設費の大幅な削減が可能と
なる。

【００１３】また、本発明の構成によれば、原則的には
列車搭載の磁石に実際に対向している推進コイルのみに
通電するから、推進コイルの有効率は１００％に近く、
負荷力率も１００％に近くすることができるため、給電
線のインダクタンスによる電圧降下の影響を最小限に抑
えることができる。したがって、給電線の長さすなわち
制御区間長を延長することができ、変電所数および設備
費を大幅に減少することが可能となる。すなわち、本発
明によれば、例えば１／４−１／２０という無効電力の
大幅な減少を招来し、これはそのまま全電力を１／４−
１／２０減少させることに直結し、かつ力率の大幅な改
善となるため、変電所を約５０ｋｍ毎に設置しても問題
がなく、結局、約１／５という変電所設置費用の大幅軽
減が図れる。

【００１４】さらに、本発明によれば、負荷力率が殆ど
１００％まで大幅に改善されるため、給電する周波数を
容易に高くすることができ、最高周波数を１２０Ｈｚあ
るいは２４０Ｈｚ、さらには航空機搭載の電気機器に用
いられる４００Ｈｚとすることも可能となる。これは、
走行体に搭載する永久磁石あるいは超電導磁石の寸法と
重量を周波数に反比例して小さくすることを可能とする
うえ、磁石の小型化は磁気シールド等の重量軽減にもな
る結果、超高速のリニアモーター式輸送機関の走行体駆
動システムに不可欠な走行体の全体重量の軽量化、客席
スペース比率の増大、走行体の走行性能の顕著な向上が
可能となる。

【００１５】

【実施例】まず、本願発明の理解を容易にするため、従
来のリニアシンクロナスモーターを使用したリニアモー
タ鉄道の電力供給方式の概要を図３により説明する。図
３は、３相の場合のリニアモーターへの電力供給方式の
例を示すものである。地上の推進コイルは３系列にグル
ープ化されて、それぞれがＵ、Ｖ、Ｗの各相に接続され
ている。軌道上の推進コイルはＵ、Ｖ、Ｗの順に並ぶよ
うに繰り返し配置されており、それぞれ対応する相の電
流が供給される。Ｕ、Ｖ、Ｗの推進コイルそれぞれに流
れる電流により発生する磁界は電流の位相により変化
し、全体として推進コイルの列上を一方向に移動する移
動磁界を現出させる。

【００１６】列車Ｔを構成する車両は永久磁石、超電導
磁石等の磁石を搭載しており、その磁石が地上の推進コ
イルに発生する移動磁界により推力を受けて列車が駆動
される。列車Ｔはこの移動磁界の移動に従って駆動され
るから、列車の運行制御は推進コイルに供給する電流の
周波数と位相により行うことができる。各列車はそれぞ
れ異なる速度で運行しなければならないから、各列車毎
に適合する制御を行うためには１列車について１変電装
置を対応させる必要があり、これを１列車１変電所の原
則という。実際には、１本の軌道上には複数の列車が運
行することになる。そこで、軌道長全体を１本の列車だ
けが存在し得る適当な制御区間に区切って、それぞれに
サイクロコンバータ等の周波数変換器を備えた変電装置
ＰＣを設備し、電源プラントＰＷからの電力を当該制御
区間上に存在する列車に対応してその振幅と周波数を制
御し、制御区間内の推進コイルに制御された電流を供給
する区間制御方式が採用されている。

【００１７】ところで、この制御区間の長さは列車間隔
など列車運行上の要求から決められるが、制御区間毎に
１個の変電装置が対応するものであるため、できるだけ
長いことが好ましく、例えば高速鉄道では５０ｋｍ程度
が選ばれる。しかし、区間長が長ければ列車搭載の磁石
に対向していない推進コイルの数が多くなり、コイルの
リアクタンス分による無効電力が大きくなり効率および
力率を著しく低下させる。このため、制御区間をさらに
例えば６００ｍ程度の饋電区分ＬＭ1、ＬＭ2・・・に分
割し、列車の位置を検出して列車が存在する饋電区分に
のみ電流を供給する方式が採用されている。

【００１８】列車Ｔの位置は、軌道に沿って地上に張っ
たより線ＣＤＬの交差部を車上のアンテナが通過する時
に信号がとぎれるのを検出する交差誘導線の方式により
精度良く測定して、開閉器制御装置ＣＤに送り、各饋電
区分ＬＭ1、ＬＭ2・・・に電流を供給する開閉器ＳＷＴ
1、ＳＷＴ2・・・を制御する。なお、それぞれの饋電区
分ＬＭ1、ＬＭ2・・・に存在する全推進コイルは直列に
接続されており、開閉器ＳＷＴ1、ＳＷＴ2・・・は、推
進コイルに発生する誘導起電力の総和以上を定格電圧と
するものが要求される。

【００１９】ところが、この方式による場合でも、饋電
区分ＬＭ1、ＬＭ2・・・内にはまだ列車搭載の磁石に対
向せず列車Ｔの推進に寄与しない推進コイルが多く存在
しており、これによる無効電力は無視することができな
い。一般に、列車の推進に寄与しない推進コイルの電圧
降下は列車搭載の磁石に対向する推進コイルの電圧降下
の１／５−１／１０程度であるが、推進に寄与する推進
コイルの数に対して寄与しないものの数は１０−１００
倍に達するため、推進に寄与しない推進コイル全体の電
圧降下は推進に直接寄与する電圧の１−２０倍となり、
設備費、運転費用を検討するうえで無視することができ
ない。

【００２０】さらに、列車Ｔが、例えば図３に点線で示
すように饋電区分ＬＭ2からＬＭ3へ２つの饋電区分にま
たがって走行するときに、２つの区分の推進コイルに同
時に給電する必要が生じ、このときには電力変換装置の
無効電力は２倍以上になるから、無効電力の変動量が大
きく、これを吸収するため大きな設備が必要であった。
このような無効電力の変動を抑制する方法として、無効
電力調整器を交流電源線に設置する方法（特開昭５５−
２６０２５）や各相のコイル群について饋電区分の境界
を少しずつずらす方法（特開昭５０−９４４２１）が公
知である。

【００２１】図１は、本発明の電力供給方式の１実施例
を示す概念説明図である。１列車１変電所の原則による
区間給電方式に従い、全線中の推進コイルは制御区間毎
に分割されており、さらに各制御区間は複数の制御区分
に分割されている。図１はその１制御区分について示し
たものである。制御区分内の推進コイルは、３相電源を
使用するのに対応して順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相と３個おき
に分けられている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各相内の推進コイ
ルＣは列車の走行する軌道を挟んだ左右側の一方から他
方にかけて制御区分全長に亙り直列に接続されて推進コ
イル系列を形成している。

【００２２】例えば図１に示されたように、推進コイル
を・・・、Ｃｕｌ６、Ｃｕｌ５、Ｃｕｌ４、Ｃｕｌ３、
Ｃｕｌ２、Ｃｕｌ１、Ｃｕｒ１、Ｃｕｒ２、Ｃｕｒ３、
Ｃｕｒ４、Ｃｕｒ５、Ｃｕｒ６、・・・の順に直列接続
されたＵ相推進コイル系列は、Ｕ相の饋電線Ｆｕｌ、Ｆ
ｕｒを介して電力変換装置ＰＣのＵ相電源と接続されて
いる。また各推進コイルにはそれぞれスイッチング装置
・・・、Ｓｕｌ６、Ｓｕｌ５、・・・が並列に接続され
ている。Ｖ相、Ｗ相推進コイル系列についても、それぞ
れ同様にＶ相、Ｗ相の饋電線Ｆｖｌ、Ｆｖｒ、Ｆｗｌ、
Ｆｗｒを介して電力変換装置ＰＣのＶ相、Ｗ相電源に接
続されている。ここで、推進コイル等の符号中のｌは軌
道の左側、ｒは右側、ｕ、ｖ、ｗはそれぞれＵ相、Ｖ
相、Ｗ相を表し、同じ番号は軌道を挟んで対称位置にあ
ることを意味する。

【００２３】電力変換装置ＰＣは、サイクロコンバータ
等の周波数変換装置を備え、外部の電力会社等から供給
される電源ＰＷを変成して、制御区分内の列車の運行に
適合した周波数と振幅を有する電流を生成し、トランス
ＴＲを介し饋電線Ｆｕｌ、Ｆｖｌ、Ｆｗｌ等を通じて各
相の推進コイル系列に供給する。推進コイル系列に供給
された電流は、各推進コイルに付設されたスイッチング
装置の開閉にしたがってスイッチング素子内を流れてコ
イルをバイパスするか、コイル中を流れてコイルを励磁
しながら、制御区分と電力変換装置ＰＣを還流する。

【００２４】一方、列車位置検知装置Ｐｕｌ１、Ｐｕｌ
２、・・・が、軌道に沿った個々の推進コイルに対応し
て、推進コイル１個毎に１個ずつ設けられており、列車
Ｔの存在を検出して、コイル制御装置Ｄｕｌ１、Ｄｕｌ
２、・・・に列車Ｔの存在を報知する。この様な目的に
は、半導体素子であるいわゆるホール素子を利用するこ
とができ、いわゆる論理素子と組合せた各種の集積回路
が安価に提供されているので、使い易くかつ価格の低減
化ができる。

【００２５】コイル制御装置Ｄｕｌ１、Ｄｕｌ２、・・
・は、一般にスイッチング装置Ｓｕｌ１、Ｓｕｌ２、・
・・および列車位置検知装置Ｐｕｌ１、Ｐｕｌ２、・・
・と一体化して作り、例えば推進コイルの中央付近に設
置する。コイル制御装置Ｄｕｌｎは通常下記の機能を備
える。ここでｎは軌道の一方から他方に増加するように
付けられた番号である。

【００２６】 列車の進行方向、すなわち前進、後進
の区別をする信号を中央指令室から受ける。 列車の進行方向にみて１つまたは２つ前の列車位置
検知装置、すなわち前進時にはＰｕｌｎ−１、Ｐｕｌｎ
−２、後進時にはＰｕｌｎ＋１、Ｐｕｌｎ＋２、から列
車存在の報知を受ける。

【００２７】 スイッチング装置保護のため、推進コ
イルの電流センサとしていわゆるカレントトランスすな
わちＣＴ等を設けて、推進コイル電流が正から負にある
いは負から正に変わるときを検出し、これからの信号を
うけて、電流が０になる瞬間にスイッチを開閉する。な
お、ＣＴ等は複数の推進コイルに対して共用することが
できる。また、列車位置検出装置に使用するものと同種
のホール素子を給電部の電線に密着して設置して上記瞬
間を検出することも可能である。

【００２８】 上記、、についての論理計算結
果により、閉じられていたスイッチング装置を解放し、
バイパスしていた列車駆動用の電流を切り替えて、当該
推進コイルが列車に推進力を与えることができるように
する。電流の向きを逆にして制動力を与える場合も全く
同じである。

【００２９】 列車搭載の磁石が通過した後、例えば
電流のサイクルで２−４サイクル分遅れてスイッチング
装置を閉じる。磁石が超電導磁石のように強力な磁場を
作ることができる場合には、磁石による磁場の強さと推
進コイルの作る磁場の強さの比は、例えば１００：１程
度の大きな値とすることができるから、 で決まる列車
位置検知装置により列車不在を検知することができる。
この場合、論理素子として、サイクル数を数えるための
カウンタを追加すれば足りる。また、カウンタによら
ず、進行方向に見ていくつか離れた列車位置検知装置、
すなわち前進時にはＰｕｌｎ＋１、Ｐｕｌｎ＋２、後進
時にはＰｕｌｎ−１、Ｐｕｌｎ−２、からの信号で代用
することも可能である。列車存在の報知を受ける。

【００３０】 列車搭載の磁石が永久磁石や常電導磁
石のように強力な磁場を作ることができないときなど、
磁石による磁場の強さと推進コイルの作る磁場の強さの
比があまり大きくできない場合には、列車位置検知装置
により列車不在を検知することが困難であるから、 に
おける検知信号を受けてから、電流サイクルを列車搭載
の磁石の極数に２−４サイクル加えた数だけ数える間解
放状態を保持した後にスイッチ装置を閉じるようにすれ
ば良い。

【００３１】 列車搭載の磁石が通過した後に、スイ
ッチング装置を閉成するとき、 と同様にしてスイッチ
ング装置の保護をする。この場合、スイッチを閉じる瞬
間の電流は０となっても、電流の時間変化率ｄＩ／ｄｔ
は０とならないから，推進コイルの自己インダクタンス
による誘導電圧が存在するが、１０−１００Ｖ程度であ
ってスイッチング素子の動作に問題となる影響はない。

【００３２】上述の装置におけるスイッチング装置、コ
イル制御装置、列車位置検出装置は、一体化して、推進
コイルの中央付近に設置することができる。これらは、
超小型、廉価、保守不要、大量生産型のいわゆる半導体
素子により構成することができるので、使用個数は顕著
に増加するにもかかわらず、総額では大幅なコストダウ
ンが可能となる。なかでも、コイル制御装置と列車位置
検出装置は特に小型化可能でマッチ箱程度になり、また
特に低廉化可能でほぼ５００円で製造できるのである。

【００３３】また、スイッチのタイミングを改善する目
的等で、列車位置検出装置のセンサ部のみを推進コイル
の先端部あるいは後端部に、あるいはその両方に設置し
たりすることが可能なことは言うまでもない。

【００３４】以上述べたように、コイル制御装置Ｄｕｌ
１、Ｄｕｌ２、・・・はそれぞれスイッチング装置Ｓｕ
ｌ１、Ｓｕｌ２、・・・を制御して、列車Ｔの界磁に作
用を及ぼす位置にある推進コイルＣｕｌ１、Ｃｕｌ２、
・・・のみを励磁する。この励磁すべき推進コイルの範
囲は、列車搭載の磁石に対向する部分に若干の余裕を加
えたものであって、列車の進行につれて新たに磁石に作
用を及ぼし始める部分から完全に作用しなくなる部分ま
で含む。これにより列車が滑らかに牽引あるいは制動さ
れ続けるように設定されている。この範囲は、列車の編
成に関係なく、検出された列車位置に対応して定まり、
列車の進行に従って移動する。ただし、列車搭載磁石の
磁極の前後間隔すなわち極ピッチと、推進コイルの極ピ
ッチとは一致している必要がある。

【００３５】上記のごとく構成された電力供給方式によ
れば、列車位置検知装置Ｐｕｌ１、Ｐｕｌ２、・・・が
列車の存在を検出すると、それを知ったコイル制御装置
Ｄｕｌ１、Ｄｕｌ２、・・・が列車の位置に対応して予
め決められた位置にある推進コイルのスイッチング装置
に作用して、それまでコイルをバイパスしていた電流を
推進コイルに流すようにする。すると、各相に流れる電
流によりそれぞれの推進コイルに磁界を発生し、これら
磁界が合成して移動磁界を推進コイル列上に生じさせ
る。車上の磁石は推進コイル上に生じた移動磁界と一定
の位相関係を保持するように追従して移動するので、磁
石を搭載する列車が移動磁界の移動に合わせて駆動され
る。ここで、推進コイルは地上に固定されているから、
駆動電流の周波数が列車の速度を規定することになる。
そこで、対象とする列車が制御区間にある間の速度が計
画通りになるような電流を周波数変換器ＣＵ、ＣＶ、Ｃ
Ｗで生成して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のコイルに供給
することにより、列車の運行が制御される。

【００３６】この時、列車搭載の磁石に作用する範囲の
移動磁界だけが列車の駆動に実質的な効果を有するか
ら、列車の進行方向に若干の余裕を持つ他は、列車の各
磁石にほぼ対向する位置にある推進コイルのみを励磁
し、また、列車が通過した後の推進コイルは列車の駆動
に関係しないから、スイッチング装置により短絡して電
流がコイル内を流れないように制御する。なお、このコ
イル通電範囲は、列車の磁石部分の大きさ、スイッチン
グ装置の切替え時間、コイル等回路定数に起因する電気
的な伝達遅れや列車の速度等により若干の差異があるが
前記余裕代で十分対応できることから、ほぼ一定と考え
ることができる。また、この通電範囲は、列車位置に対
応して定めるべきであるが、列車は列車位置検知装置の
位置に対して定められるものであるから、実質的には列
車位置検知装置に対して固定的に定めることができる。

【００３７】本願発明に用いられるスイッチング装置
は、推進コイルに対応して多数設置する必要があり、ま
た列車の運行につれて高速開閉できるものであることが
要求される。しかし、１個の推進コイルの電流をバイパ
スして流し得る電流容量を有しかつ対応する推進コイル
で生じる誘導起電力分に耐えるだけの耐圧を有すれば十
分である。したがって、例えば小容量のＧＴＯやＩＧＢ
Ｔ等の半導体スイッチング素子により小型に構成するこ
とができ、この場合には製造コストも小さい。なお、各
推進コイルの端子に並列的に接続されるものであり、推
進コイルと一体的に形成することも可能である。

【００３８】列車位置検知装置は、原則的には推進コイ
ルに対応して設けるものであるから必要数が多いが、例
えばホール素子等の磁界を直接検出する素子を備え列車
に搭載した磁石が通過するのを検出するものや、あるい
は推進コイルとは別に設けたサーチコイルを利用して列
車の界磁が通過する時に誘導起電力すなわち誘導電圧を
検出するもの等、各種のものが使用できる。

【００３９】また、列車の運行状況により適合するため
に、いくつかの列車位置検知装置の出力を用いて、一定
の条件が成立するときにスイッチング装置を開閉するよ
うにすることも可能である。なお、これらスイッチング
装置を中央指令室等に備えた制御用コンピュータから遠
隔的に制御することも可能である。この場合には、複雑
な運行条件を全て考慮した最適な制御を容易に達成する
ことができる。

【００４０】図２は、本発明の電力供給方式の実施例を
長大な制御区間に適用する場合を示す概念説明図であ
る。図２は図１より広い範囲を示しており、図中、Ｔは
走行体、ＢＣｕｌ１、ＢＣｕｌ２、・・・等はそれぞれ
が１制御区分の１個分に対応する区分推進コイル系、Ｂ
Ｓｕｌ１、ＢＳｕｌ２、・・・等は区分開閉器、ＳＳ
１、ＳＳ２、・・・等は区分短絡路開閉器、Ｆｕｌ、Ｆ
ｕｒ等は相毎の饋電線を表している。ここで、添字の
ｕ、ｖ、ｗはそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表し、ｌは軌
道に対して左側に設備されたものであることを示し、ｒ
は軌道に対して右側のものであることを示す。最後の番
号は制御区分の番号である。したがって例えばＢＳｖｒ
２はＶ相右側第２番目の制御区分用の区分開閉器を示し
ている。区分推進コイル系は、図１に示した１制御区分
に含まれるコイル制御装置Ｄｕｌ１、Ｄｕｌ２、・・
・、スイッチング装置Ｓｕｌ１、Ｓｕｌ２、・・・およ
び列車位置検知装置Ｐｕｌ１、Ｐｕｌ２、・・・を含ん
でいる。

【００４１】本発明の電力供給方式は一般産業用の半導
体素子を利用することができるため総合的には極めて経
済的に実現できることを特徴とするが、スイッチング素
子の電圧降下は普通約２Ｖであって、これらスイッチン
グ素子が多数直列接続されていることが技術的に問題と
なる。１個の制御区分の長さは３００−６００ｍ程度
で、これに含まれる推進コイルの数は１００−６００個
程度となる。したがって直列接続されるスイッチング素
子の数も１００−６００個程度となり、１制御区分の電
圧降下は２００−１２００Ｖになる。電源電圧は通常２
５ｋＶであるから、これと比較すればこの電圧降下値は
実用上問題にはならないように見えるが、標準的な制御
区間は５０−１６０個の制御区分を含み、スイッチング
素子はこの制御区間全体にわたって直列接続されること
を考えると電圧降下による電力損失が致命的に大きな値
となるのである。

【００４２】そこで、制御区間が長大になる場合には、
区分開閉器ＢＳｕｌ１、ＢＳｕｌ２、・・・を区分推進
コイル系ＢＣｕｌ１、ＢＣｕｌ２、・・・毎に並列に設
けて、列車のいない区分推進コイル系内のスイッチイン
グ素子を短絡させる。これにより、全体の電圧降下を適
用可能な大きさに抑制することが可能になる。すなわ
ち、列車の存在しない制御区分に対応する区分開閉器は
閉じられて電流は区分推進コイル系をバイパスし、列車
が存在する制御区分に対応する区分開閉器は解放されて
区分推進コイル系に通電できるようにする。

【００４３】図２において、列車Ｔが存在する第４番目
の制御区分の区分開閉器ＢＳｕｌ４、ＢＳｕｒ４、ＢＳ
ｖｌ４、Ｂｖｒ４、ＢＳｗｌ４、およびＢＳｗｒ４のス
イッチイング素子が解放されて、他の制御区分の区分開
閉器が閉成される。このため各相の饋電線Ｆｕｌ、Ｆｖ
ｌ、Ｆｗｌから供給される駆動電流がそれぞれ対応する
第４番目の制御区分に対応する区分推進コイル系ＢＣｕ
ｌ４、ＢＣｕｒ４、ＢＣｖｌ４、ＢＣｖｒ４、ＢＣｗｌ
４、およびＢＣｗｒ４にのみ流れ、他の区分推進コイル
系をバイパスして、饋電線Ｆｕｒ、Ｆｖｒ、Ｆｗｒに還
流するようになる。

【００４４】上記のように形成された回路には第４番目
の制御区分に対応する半導体スイッチング素子と他の制
御区分用の区分開閉器およびこれらを接続する供給線が
含まれる。区分開閉器はさほど高速でなくともよく、必
要とする全体個数も大きくないので、通常の接触器型開
閉器が用いられる。したがって、区分開閉器に生ずる電
圧降下はｍＶの水準であり、制御区間全体の区分開閉器
に生ずる全電圧降下は実用上の問題とならないと考えて
良い。したがって、上記回路を駆動電流が流れるときに
生ずる電圧降下の大部分は、これら半導体素子に生ずる
２００−１２００Ｖの電圧降下となる。この値は制御区
間全体の半導体スイッチング素子を貫流する場合と比較
すると約１／５０−１／１６０となり、本構成を採用す
る利益は著しい。なお、区分開閉器の開閉には、運行
上、また保安上、制御区分相互の関係を勘案した総合的
判断を必要とするため、中央指令室のコンピュータ制御
により制御される。

【００４５】また、区分開閉器の絶縁耐圧は使用電圧に
対応して定まるが、例えば２５ｋＶなど高い電圧が使用
されるため比較的高い絶縁耐圧が必要となるのに対し
て、電流遮断時の遮断容量は、例えば２００−２０００
Ｖ程度となるスイッチング素子の電圧降下に対応する容
量であればよいから、区分開閉器は小型の低廉なもので
十分である。このように長大な制御区間に対応して上記
区分開閉器を用いる場合にも、システム全体のコストは
十分実用的なものとなるのである。

【００４６】なお、長大な制御区間からなる場合には、
図２に示すような区間短絡路開閉器を用いるとより有効
である。簡単のため、図２には区間短絡路開閉器の内、
Ｕ相の部分ＳＳｕ１、ＳＳｕ２、・・・のみを代表的に
表示してある。区間短絡路開閉器は同相にある区分推進
コイル系の左側と右側の区分接続点同士を短絡あるいは
解放する開閉器で、変電所から見て列車より遠方にある
制御区分の区分推進コイル系をバイパスさせるものであ
る。区間短絡路開閉器を閉成させると、それ以遠の給電
線における電圧降下と熱損失を削減する効果がある。図
２では、列車Ｔが第４番目の制御区分に存在するため、
第１−３番目の区間短絡路開閉器ＳＳｕ１、ＳＳｕ２、
ＳＳｕ３が短絡して、駆動電流が第１−３番目の区分推
進コイル系を流れないようにしている。

【００４７】区間短絡路開閉器の開閉は、区分開閉器と
同様、総合的判断を必要とするため、中央指令室のコン
ピュータ制御により制御されることが好ましい。なお、
区間短絡路開閉器を導入することによりシステム内に生
起する電圧降下と熱損失が変動することになるので、電
源等を含めてシステム的な対策を必要とする。図２に示
した本願発明の構成は、本願発明を適用するリニア輸送
機関が高速である場合や制御区間が長い場合に特に有効
である。

【００４８】

【発明の効果】本願発明のリニアモーター式輸送機関の
電力供給方法によれば、列車の進行につれて列車の駆動
に必要な部分の推進コイル、即ち列車位置に対して予め
決められた位置関係にある推進コイル部分のみに電流を
流せばよいため、従来余分に流していたコイル電流を節
減でき、また従来饋電区分全体の推進コイルに通電した
ために余分に必要だった無効電力を節減することができ
る。このように必要電流が減少したため、変電装置の必
要容量が小さくなり、従来饋電区分の給電を制御した比
較的大きな容量を必要としたスイッチ素子が不要とな
り、設備費が節減されるようになった。また、各相の推
進コイル列に給電するための饋電線の必要容量は小さ
く、材料および敷設費用も大きくない。さらに、推進コ
イルが直列接続されるため、従来コイルに対して並列的
に敷設されていた饋電線の長さを節約することも可能と
なる。また、各推進コイルに付属させるスイッチング装
置に要求される仕様は極めて小容量のもので済み、一般
産業用の半導体素子量産品が採用できるから、設備する
のに要する費用も過大にならない。

【００４９】また、無効電力が大幅に減って、力率がほ
ぼ１００％近くに向上するので、給電線の自己インダク
タンスによる電圧降下が減少し、それだけ給電距離を例
えば約５倍まで延長できることから、変電所の数を減ら
すことができて設備費、運転費を節減できる。同様に、
給電線の自己インダクタンスのために制限されていた推
進用電流の周波数を高くすることができ、これに比例し
て列車搭載の磁石の重量、寸法、コストを小さくするこ
とができるので、超高速輸送機関全体の高性能化設計が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明のリニアモーター式輸送機関の電力供
給方式の１実施例を示す概念説明図である。

【図２】本発明の電力供給方式の実施例を長大な制御区
間に適用する場合を示す概念説明図である。

【図３】従来のリニアモーター式輸送機関の電力供給方
式を示した説明図である。

【符号の説明】

Ｔ 列車 Ｃ 推進コイル Ｄ コイル制御装置 Ｓ スイッチング装置 Ｐ 列車位置検知装置 ＣＤ 開閉器制御装置 ＢＣ 区分推進コイル系 ＢＳ 区分開閉器 ＳＳ 区間短絡路開閉器 ＰＣ 電力変換装置 ｕ Ｕ相を表す添字 ｖ Ｖ相を表す添字 ｗ Ｗ相を表す添字 ｌ 左側を表す添字 ｒ 右側を表す添字

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 暢一郎 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 山田 昌啓 兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地 川 崎重工業株式会社西神戸工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動磁界を発生する推進コイルを軌道に
   沿って複数設置し、前記複数の推進コイルに交流電流を
   供給して発生した移動磁界により、磁石を搭載した走行
   体を駆動するリニアモーター式輸送機関の走行体駆動シ
   ステムにおいて、 前記複数の推進コイルを直列に接続しその端に電源を接
   続し、推進コイルの通電を制御する開閉器を各推進コイ
   ルの各々に並列に接続し、走行体に搭載した磁石の磁極
   の接近を検知する複数の検知器を軌道に沿って設置し、
   該検知器が該磁極の接近を検知すると、該磁極に対向す
   る位置関係にある推進コイルの開閉器を作動させて推進
   コイルに交流電流を供給する制御装置を備える電力供給
   方式。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電力供給方式であって、
   前記電源が多相交流電源であって、前記複数の推進コイ
   ルが順次前記多相交流電源の相と同じ数の系列に分割さ
   れて直列接続され、該各系列に前記多相交流電源の各相
   を接続した電力供給方式。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電力供給方式であって、
   １個の推進コイル毎の前記開閉器と前記検知器と前記制
   御装置とを一体に構成する電力供給方式。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電力供給方式であって、
   前記開閉器が前記制御装置により制御されて推進コイル
   の通電を制御する半導体スイッチング素子を備える電力
   供給方式。
5. 【請求項５】 請求項１記載の電力供給方式であって、
   前記制御装置がカウンターを備えて、該カウンターによ
   り前記検知器が検出する走行体に搭載した磁石の通過を
   計数した結果により前記開閉器を制御する電力供給方
   式。
6. 【請求項６】 請求項１記載の電力供給方式であって、
   前記制御装置が複数の前記検知器から受ける検出信号に
   ついて論理演算を施した結果により前記開閉器を制御す
   る電力供給方式。
7. 【請求項７】 請求項１記載の電力供給方式であって、
   前記軌道を適当な距離を有する区分に区切り、その区分
   に含まれる各相毎の推進コイル群の両端の間に、前記交
   流電流の流れを制御する区分開閉器をそれぞれ備え、走
   行体が該区分に存在しないときに、対応する区分開閉器
   を閉成する電力供給方式。
8. 【請求項８】 請求項７記載の電力供給方式であって、
   走行体の運行を制御するコンピュータを備え、前記区分
   開閉器が走行体の運行にしたがって該コンピュータによ
   り遠隔制御される電力供給方式。