JPH09191502A - 非接触誘導集電装置 - Google Patents

非接触誘導集電装置

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JPH09191502A
JPH09191502A JP8287322A JP28732296A JPH09191502A JP H09191502 A JPH09191502 A JP H09191502A JP 8287322 A JP8287322 A JP 8287322A JP 28732296 A JP28732296 A JP 28732296A JP H09191502 A JPH09191502 A JP H09191502A
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contact induction
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俊輔 藤原
Toshiaki Murai
敏昭 村井
Hitoshi Hasegawa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 側壁浮上コイルタイプ超電導磁気浮上鉄道車
両に適用され、超電導磁石と浮上用地上コイルの間に設
置された集電コイルを有する非接触集電装置の集電能力
を向上する。 【解決手段】 超電導磁石外槽の上部に切り欠き部を設
け、超電導磁石外槽の集電コイルに対する磁気遮蔽効果
を低減し、また集電コイルの一部の巻数を多くして誘導
電圧を増大し集電能力を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非接触誘導集電装
置に関し、特に側壁浮上コイルタイプ超電導磁気浮上式
鉄道車両に電力を供給するために用いられる非接触誘導
集電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導磁気浮上式鉄道車両等、電磁力に
より非接触で支持され駆動される磁気浮上体への給電方
式の一つとして、浮上用地上コイルの磁界の高調波成分
による電磁誘導を利用して移動体に非接触で電力を給電
する非接触誘導集電装置を用いた給電方式がある。
【0003】図5は、側壁浮上コイルタイプ超電導磁気
浮上式鉄道に応用される従来の非接触誘導集電装置の一
例を示す説明図であり、車両の進行方向に対して垂直な
断面を表している。側壁浮上コイルタイプ超電導磁気浮
上車両においては、車両1の台車に相当する下部両側面
に超電導磁石外槽4に収納された超電導コイル3が取り
付けられ、U字型断面を持つ軌道7の側壁内面に設けら
れた推進コイル6により発生する移動磁界により駆動さ
れる。軌道7の側壁内面に設けられた推進コイル6の内
側には、8の字状に短絡された浮上用地上コイル5が超
電導コイル3に対向して、車両1の進行方向にそって並
べられている。
【0004】車両1が推進コイル6により駆動され、超
電導コイル3と浮上用地上コイル5との間に相対速度が
生ずるとレンツの法則により浮上用地上コイル5に誘導
起電力が発生するが、例えば車両1が車輪によって支持
され、超電導コイル3の磁束の上下の中心が浮上用地上
コイル5の上下の中心と一致している時は、8の字状に
短絡された浮上用地上コイル5の上部と下部の起電力が
相殺され、浮上用地上コイル5には誘導電流が流れな
い。しかし、例えば車両速度が浮上に十分な速度となり
車輪が引きあげられ車両1が沈み、超電導コイル3の磁
束の中心が浮上用地上コイル5の中心より下に下がる
と、浮上用地上コイル5の下部の誘導起電力が上部のそ
れに優り、浮上用地上コイル5に誘導電流が流れ、下部
には超電導コイル3の磁束を打ち消す極性の磁界が、ま
た上部にはこれと反対の磁界が発生し、超電導コイル
3、従って車両1を持ちあげ超電導コイル3の磁束中心
を浮上用地上コイル5の中心に一致させようとする浮上
力が働く。この誘導電流、従って浮上力は、超電導コイ
ル3と浮上用地上コイル5の上下の相対距離に応じて、
また前後の相対速度に応じて大きくなり、例えば、相対
速度500km/hで超電導コイル3の中心が浮上用地
上コイル5の中心から40mm下がった所で車両1の重
量(台車荷重)と浮上力が拮抗するよう設計されてい
る。
【0005】ところで、上記したように浮上用地上コイ
ル5は車両1の進行方向にそって離散的に並べられてい
るので、超電導コイル3の設置されている車両1の下部
側面の一点の磁界をみると、例えば上下の位置が浮上用
地上コイル5の上部に対向する一点では、車両1が進行
し浮上用地上コイル5の前後の中心に対向している位置
にあるときに最も磁束が密になり、2つの浮上用地上コ
イル5の中間点に対向する位置にあるとき磁束が粗にな
る高調波成分が生じる。
【0006】図5の非接触誘導集電装置は、この磁界の
高調波成分による誘導起電力を利用して車両に必要とさ
れる冷房、照明その他の補助電力を供給するもので、図
6の平面図に示すような8の字型集電コイル2を、車両
1の下部側面に設置される超電導磁石外槽4の外側に、
車両の定常走行状態において浮上用地上コイル5と対向
する位置に設置し、この集電コイル2に誘起される誘導
交流電流をPWM(パルス幅変調)コンバータ(図示せ
ず。)を介して整流し、バッテリーフロートのうえ、各
種負荷に供給する構造となっている。
【0007】このように非接触誘導集電装置は、超電導
磁気浮上車両への給電方式として例えば風車発電、燃料
電池や蓄電池またアーク集電等他の非接触の給電、発電
方式にくらべ、対環境性、騒音等の点で優れており、特
に図5に示すような各台車に分散する方式の非接触誘導
集電装置は、浮上用地上コイルによる高調波磁界を利用
するため別途誘導集電用の超電導磁石を必要とせず、有
望とされている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した磁界
の高調波成分はそのままでは超電導コイル3の超電導コ
イル冷却槽内の例えばコイル支持体の金属等にも誘導渦
電流を発生し、これを発熱せしめる。このため、図5に
示すように、超電導コイル3はその冷却槽を含めて電導
率の高い非磁性体、例えばアルミニウム等で構成する超
電導磁石外槽4でこれを覆い、磁界の高調波成分を遮蔽
する必要がある。
【0009】一方、十分な浮上力を得るために、車両1
に設置される超電導コイル3と軌道7の側壁内面に設置
される浮上用地上コイル5との離隔は制約を受け例えば
185mm程度に設定され、また車両最側面と浮上用地
上コイル5との離隔も走行安全上一定の離隔、例えば8
0mm程度を必要とする。従って、集電コイル2を設置
するための超電導磁石外槽4と車両側面との間隔は例え
ば20mm程度に制約され、集電コイル2を、渦電流損
失による交流抵抗の減少をも考慮し、銅薄板積層構造と
しても12mm程度の厚さを必要とするため、超電導磁
石外槽4との離隔が8mm程度しかとれない。
【0010】このため、超電導磁石外槽4の遮蔽効果に
より集電コイル2に鎖交する磁束の高調波成分が著しく
減少し、また超電導磁石外槽4に流れる渦電流により損
失が生じ十分な集電能力が得られない問題点があった。
本発明は上記のような問題点を解決し、側壁浮上コイル
タイプ超電導磁気浮上式鉄道車両に適用され、超電導磁
石外槽の外側に設置された集電コイルを有する非接触誘
導集電装置において、十分な集電能力をもつ非接触誘導
集電装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の、超電導磁石を用いた磁気浮上移動体の両
側部に設置された超電導コイルを収納する超電導磁石の
最外部で電気抵抗の小さい金属からなる超電導磁石外槽
の表面に設けられ、該磁気浮上移動体が走行するU字型
断面をした軌道の側壁内面に設置された浮上用地上コイ
ルに対向する集電コイルを有する非接触誘導集電装置
は、該超電導磁石外槽に切り欠き部を設け、該超電導磁
石外槽表面の該集電コイルに近接し対向する面積を小さ
くしたことを特徴とする。
【0012】また、該超電導磁石外槽に該集電コイル面
に垂直な貫通部を設けたことを特徴とする。
【0013】また、該超電導磁石外槽の該集電コイルと
対向する面に凹部を設けたことを特徴とする。
【0014】さらにまた、該集電コイルの、該超電導磁
石外槽との対向面積の少ない位置における導体量を他の
部分より多くしたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1、図2、また図3は、
本発明に係る非接触誘導集電装置の各種実施形態を示す
説明図であり図5と同一符号は同一または相当部品を示
し重複した説明は省略する。
【0016】図1の実施形態では、超電導コイル3の冷
媒配管等の上部構造物を車両内側よりに偏在させて超電
導磁石外槽4の断面上部外側面に切り欠き部8を設け、
超電導磁石外槽4の集電コイル2に直接対向する面積を
小さくした。このことにより超電導磁石外槽4の集電コ
イル2に対する影響が低減され、例えば、超電導磁石外
槽4の集電コイル2に対向する面の面積を7/8にした
場合、約14%誘導電圧が上昇し、集電能力を約30%
向上することができる。
【0017】図2は、超電導コイル3の上下に貫通する
内部構造物のない部分について、超電導磁石外槽4に貫
通部9を設けた実施形態を示し、例えば面積比約20%
の貫通部を設けることにより約60%の集電能力の向上
が図れる。
【0018】また、図3の実施形態は図2の実施形態の
貫通部9に替えて凹部10を設けたもので、凹部10の
深さを約100mm程度とすることにより図2の実施形
態とほぼ同様の集電能力の向上が図れる。
【0019】図4は、本発明の非接触誘導集電装置のさ
らに他の実施形態に係る集電コイルを示す説明図であ
る。本実施形態の集電コイルでは、図6に示した従来の
非接触誘導集電装置の8の字型の集電コイル2に加え
て、その上部にロの字型の補助コイル11が重ねられ、
補助コイル11を集電コイル2に直列接続することによ
り、コイル上部の導体量のみを等価的に多くしてある。
【0020】本実施形態の集電コイルは、図1の実施形
態の上部に切り欠き部8を有する超電導磁石外槽4と組
み合わせた場合により効果的であるが、磁界の高調波成
分に対する超電導磁石外槽4の遮蔽効果の少ない、従っ
て貫通磁束密度の高い部分のコイル導体量が多くなるた
め、さらに誘導電圧を上昇し、集電能力を向上すること
ができる。なお、本実施形態の集電コイルは、図6に示
す、切り欠き部8や、貫通部9、凹部10などのない従
来の超電導磁石外槽4と共に用いた場合にも、超電導磁
石外槽4の上方に貫通する磁束をより効果的に捕捉でき
るため、集電能力を一定程度向上することができる。ま
た、図2や図3に示す貫通部9または凹部10を有する
実施形態の超電導磁石外槽4と組み合わせる場合には、
当該貫通部9または凹部10の形状に合わせて、ロの字
または8の字の補助コイルを一部に重ねることにより本
実施形態の集電コイルと同様の効果を得ることができ
る。
【0021】以上、本発明のいくつかの実施形態につい
て説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるも
のではなく、例えば図1に示す実施形態と図2、または
図3に示す実施形態とを組み合わせたり、また更に図4
の実施形態の集電コイルと組み合わせる等各種の応用が
可能である。
【0022】また、側壁浮上コイルタイプ超電導浮上式
鉄道車両を例にとって、本発明の非接触誘導集電装置に
ついて説明したが、例えば、磁気浮上式物品搬送装置な
ど同様の浮上方式が適用される移動体一般に対する給電
方式に広く応用できることは言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明に係る非接触誘
導集電装置では、集電コイルに近接し対向する超電導磁
石外槽面積を減らすことにより、その影響を減少するこ
とができ、また集電コイルの一部の導体量を多くするこ
とにより高調波磁束をより効果的に捕捉することができ
る。このことにより集電コイルに発生する誘導電圧が増
大し、また超電導磁石外槽に流れる渦電流による損失を
減少し十分な集電能力を有する非接触誘導集電装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る非接触誘導集電装置
を示す説明図である。
【図2】本発明の他の実施形態に係る非接触誘導集電装
置を示す説明図である。
【図3】本発明のさらに他の実施形態に係る非接触誘導
集電装置を示す説明図である。
【図4】本発明のさらに他の実施形態に係る非接触誘導
集電装置の集電コイルを示す説明図である。
【図5】従来の非接触誘導集電装置の一例を示す説明図
である。
【図6】図5の従来の非接触誘導集電装置の集電コイル
2を示す説明図である。
【符号の説明】
1 車両 2 集電コイル 3 超電導コイル 4 超電導磁石外槽 5 浮上用地上コイル 6 推進コイル 7 軌道 8 切り欠き部 9 貫通部 10 凹部 11 補助コイル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導磁石を用いた磁気浮上移動体の両
    側部に設置された超電導コイルを収納する超電導磁石の
    最外部で電気抵抗の小さい金属からなる超電導磁石外槽
    の表面に設けられ、該磁気浮上移動体が走行するU字型
    断面をした軌道の側壁内面に設置された浮上用地上コイ
    ルに対向する集電コイルを有する非接触誘導集電装置に
    おいて、 該超電導磁石外槽に切り欠き部を設け、該超電導磁石外
    槽表面の該集電コイルに近接し対向する面積を小さくし
    たことを特徴とする非接触誘導集電装置。
  2. 【請求項2】 超電導磁石を用いた磁気浮上移動体の両
    側部に設置された超電導コイルを収納する超電導磁石の
    最外部で電気抵抗の小さい金属からなる超電導磁石外槽
    の表面に設けられ、該磁気浮上移動体が走行するU字型
    断面をした軌道の側壁内面に設置された浮上用地上コイ
    ルに対向する集電コイルを有する非接触誘導集電装置に
    おいて、 該超電導磁石外槽に該集電コイル面に垂直な貫通部を設
    けたことを特徴とする非接触誘導集電装置。
  3. 【請求項3】 超電導磁石を用いた磁気浮上移動体の両
    側部に設置された超電導コイルを収納する超電導磁石の
    最外部で電気抵抗の小さい金属からなる超電導磁石外槽
    の表面に設けられ、該磁気浮上移動体が走行するU字型
    断面をした軌道の側壁内面に設置された浮上用地上コイ
    ルに対向する集電コイルを有する非接触誘導集電装置に
    おいて、 該超電導磁石外槽の該集電コイルと対向する面に凹部を
    設けたことを特徴とする非接触誘導集電装置。
  4. 【請求項4】 超電導磁石を用いた磁気浮上移動体の両
    側部に設置された超電導コイルを収納する超電導磁石の
    最外部で電気抵抗の小さい金属からなる超電導磁石外槽
    の表面に設けられ、該磁気浮上移動体が走行するU字型
    断面をした軌道の側壁内面に設置された浮上用地上コイ
    ルに対向する集電コイルを有する非接触誘導集電装置に
    おいて、 該集電コイルの、該超電導磁石外槽との対向面積の少な
    い位置における導体量を他の部分より多くしたことを特
    徴とする非接触誘導集電装置。
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JP2010125974A (ja) * 2008-11-27 2010-06-10 Railway Technical Res Inst 鉄道車両用非接触給電システム
GB2502820A (en) * 2012-06-08 2013-12-11 Ampium Ltd Inductive power coupling for rail-guided electric vehicles

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