JPH0467701A - 非接触集電システム - 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〕 本発明は超電導コイルを用いて浮上走行する超電導磁気
浮上鉄道の非接触車両補助電源に係り、特に、車両に搭
載される集電専用の超電導コイル及び集電コイルからな
る非接触集電システムに関する。

〔従来の技術〕

超電導コイルを用いた磁気浮上鉄道は、第８図（ａ）に
示されているように、浮上・推進用超電導コイル５ａｌ
、５ｂｌを搭載した車両を、地上に設置した推進コイル
４ａ１〜４ｃｌに第９図（ａ）のような三相の正弦波の
電流を与えることにより生しる移動磁界によって推進さ
せ、また浮上はそれとは別の浮上コイル２ａ１〜２ｃｌ
に第８図（ｂ）に示すように誘起される反発磁束を利用
することによってなされるもので、供給される正弦波の
周波数を変化させることにより始動から最終的には約５
００ｋｍ／時の超高速まで達することができる。

超電導磁気浮上システムでは車上用補助電源システムと
して、地上コイルに誘起される移動磁界のうち余分な成
分である高調波を利用した非接触集電システムが考えら
れている。しかしこの高調波の含まれている割合は地上
コイルの配置により異なり、場合によっては、十分な電
力がとれないことも考えられる。そのため、集電の目的
のための超電導コイルを車上に搭載することが、例えば
、第１１図（ａ）、又は、（ｂ）に示されているように
提案されている。これは側壁浮上方式に対応するもので
、車上の集電専用超電導コイルｌａｌ〜ｌｃｌが車両と
ともに移動することによって生じる磁束変化によって地
上の浮上コイル２ａｌ〜２ｃｌの下部に起電力が生じ、
８字につながれた浮上コイルの上部に電流が流れること
により生成された磁束のうちの高調波成分を車上の集電
コイル３ａ１〜３ｃｌを用いてひろいあげることにより
集電するものである。

なお、この種のシステムとして同様のものに、対向浮上
方式の場合の非接触集電方式、例えば、特開昭５４−１
５７２０５号公報のものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の例では、集電コイルを貫く磁束のうち、もつとも
振幅の大きい基本波は列車とともに移動して利用するこ
とが不可能であるため、それよりも振幅の小さい高調波
成分を使わざるを得ないという欠点があった。

従って、本発明の一つの目的は、集電能力を向上させる
ため、基本波を利用することができるような非接触集電
システムを提供することにある。

本発明の第二の目的は、上記のシステムの性能を最大限
ひきだすための、集電用超電導コイルと集電コイルの相
互の位置を提供することにある。

本発明の第三の目的は、集電用超電導コイルを励磁する
ための、有効な手段を提供することにある。

本発明の第四の目的は、集電用超電導コイルの具体的な
励磁のさせがたを提供することにある。

本発明の第五の目的は、集電用超電導コイル及び集電用
コイルの保守２点検を容易にする設置方法を提供するこ
とにある。

本発明の第六の目的は、集電用コイルコイル及び集電コ
イルの製作を容易にするための形状を提供することにあ
る。

本発明の第七の目的は、集電能力を阻害しないような材
質でできた、集電用超電導コイルを収納するクライオス
タットを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の一実施例によれば、車上の集電用超電導コイル
を交流励磁し、それによって地上コイルに誘起される交
流起磁力のうち、基本波そのものを利用して車上の集電
コイルで集電をおこなう車上電源システムが提供される
。

また、本発明の第二の実施例によれば、集電用超電導コ
イルと集電用コイルを交互にずらして配置し、相互の磁
気結合をなるへく小さくした非接触集電システムが提供
される。

また、本発明の第三の実施例によれば、集電コイルに発
生した電力を、集電用超電導コイルの交流励磁に利用し
た非接触集電システムが提供される。

また１本発明の第四の実施例によれば、３相で励磁した
集電用超電導コイルを用いた非接触集電システムが提供
される。

また、本発明の第五の実施例によれば、集電用超電導コ
イル及び集電コイルを特定の車両に搭載した集電システ
ムが提供される。

また、本発明の第六の実施例によれば、集電用超電導コ
イル及び集電コイルの形状を円形、または楕円形にしだ
集電システムが提供される。

また、本発明の第七の実施例によれば、集電用超電導コ
イルを収納する極低温容器に非導電性物質をもちいた非
接触集電システムが提供される。

〔作用〕

車上の集電用超電導コイルを交流励磁することにより、
地上コイルに誘起される交流起磁力のうち、一番振幅の
大きい基本波そのものを利用することができる。このこ
とにより集電能力が向上する。

また、集電用超電導コイルと集電コイルを交互にずらし
て配置することにより、それらの磁気結合が小さくなり
、集電能力が向上する。

また、集電コイルで得られた電力を、集電用超電導コイ
ルの励磁に利用することにより効率的な非接触集電シス
テムをつくることができる。

また、集電用超電導コイルを三相で励磁することにより
、効率的な非接触集電システムをつくることができる。

また、集電用超電導コイル及び集電コイルを特定の車両
に搭載することにより、それらの保守点検を容易にする
ことができる。

また、集電用超電導コイル及び集電コイルを円形又は楕
円形にすることにより、コイルの製作を容易にすること
ができる。

また、集電用超電導コイルを収納する極低温容器を非導
電性物質で作ることにより、集電能力に悪影響を及ぼさ
ないようにすることができる。

〔実施例〕

非接触集電は車両の運動エネルギを地上コイルを介して
車両電力に変換するものである。第１図中１ａｌ〜ｌｃ
ｌは磁気浮上列車に搭載された集電用超電導コイルであ
り、第９図（、）に示されているような三相の交流電流
によって励磁されている。また、そのポールピンチは推
進・浮上用超電導コイルと同しであるが、コイルピッチ
はその２／３となっている。この集電用超電導コイルを
搭載した車両が、例えば、５００ｋｍ／時で走行すると
、電磁誘導による地上側に設置された浮上コイル２ａ１
〜２ｆｌに第９図（ｂ）に示されているように六相の正
弦波状の電流が流れる。この六相の正弦波状電流の作る
集電コイルの位置における磁場の分布は、第１０図（ａ
）、（ｂ）、（ｃ）に示されているように、基本波の他
にさらに周波数の高い高調波が含まれている。集電用超
電導コイルは交流励磁されているので基本波はその周波
数の分だけ列車よりも早く、又は、遅く進むように見え
る。この集電用超電導コイルが交流励磁されていない場
合は、この基本波は列車とともに進むので一定磁束とな
り利用することはできないが、交流励磁されている場合
はこの基本波そのものを利用して集電電力を得ることが
できる。

この高調波磁場を取り出すのが車両上に設置される集電
コイル３ａｌ〜３ｃｌである。この集電コイルは第３図
のコンバータ８．バッファ用蓄電池９、さらにインバー
タ１０に接続され、最終的に負荷１１につながることに
なる。

第２図は集電用超電導コイルｌａｌ〜ｌｃｌと集電コイ
ル３ａｌ〜３ｃｌの磁気結合をできるだけ小さくするよ
うに配置したもので、このことにより集電コイル位置に
おける集電用超電導コイルからの悪影響が小さくなり（
この図の場合は第１図の１／２に減少）、非接触集電能
力が増大する。

第３図は集電コイルにおいて発生した電力、あるいは、
バッテリ電力を集電用超電導コイルの励磁に利用したも
ので、このことにより得られた電力を有効に利用するこ
とができる。ここでは超電導コイルを励磁するための周
波数と車内照明等の負荷のための周波数が異なることが
考えられるためそれぞれインバータ１０ａと１０ｂが用
いられている。

第４図は集電用超電導コイルｌａｌ〜ｌｃｌを、例えば
、先頭車両、又は、後尾車両に集中して配置したもので
ある。この場合、その車両を集電のみを目的とした専用
車両とすることも含む。このことにより超電導コイルの
保守点検を容易にすることができる。

第５図（ａ）、（ｂ）では集電用超電導コイルｌａｌ〜
ｌｃｌ及び集電コイル３ａ１〜３ｃｌの形状をそれぞれ
円形、又は、楕円形にしたものであり、このことにより
超電導磁石の製作を容易にすることができる。

第６図では集電用超電導コイルを収納するクライオスタ
ット（極低温容器）を非導電性物質、例えば、ＦＲＰ　
（繊維強化プラスティック）の様なもので作ったもので
、このことにより集電用超電導コイルを交流励磁するこ
とによってクライオスタンドに渦電流が流れなくなるの
で生成された磁束が減少することがなく、非接触集電能
力を増大させることができる。

第７図では側壁浮上方式に対応したこの発明の実施例で
ある。側壁浮上方式における浮上コイルは８字型に接続
されているので、集電用超電導コイルを交流励磁するこ
とによって生成された磁束は地上の浮上コイル２ａｌの
下部に交差し、それによってその上部に同じ大きさの電
流が生じ、その電流の作る磁束を車上の集電用コイルが
ひろいあげて集電するものである。

第１２図は具体的な数値を用いてどの程度の集電が可能
かどうかの見積りを行なった結果である。

集電用超電導コイルを６００ｋＡＴ、５０Ｈｚで交流励
磁した。地上の浮上コイルには図中にあるインダクタン
ス及び抵抗値を用いると、実効値で８０ｋＡＴ、１０１
Ｈｚ（７）電流が流れる（５００ｋＭ／時）。この電流
の作る磁束によって誘起される車上の集電コイル−個タ
ーンあたりの起電力は実効値約４．２■　となる。集電
コイルをへターンとし第１２図（ａ）を列車方向に六組
設けると、三相線間電圧４００Ｖ、最大４００ｋＷの電
力がとれる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、集電用超電導コイルを交流励磁してい
るので、地上コイルに誘起される交流起磁力のうち、一
番振幅の大きい基本波を利用することができ、集電能力
を増大させることができる。

また、集電用超電導コイルと集電用コイルを交互にずら
して配置することにより、相互の磁気結合が小さくなり
、より効率的な集電を行なうことができる。

また、集電コイルに発生する電力を、集電用超電導コイ
ルの交流励磁に利用することにより、効率的な非接触集
電システムにすることができる。

また、集電用超電導コイルを三相で励磁することにより
、効率的な非接触集電システムを作ることができる。

また、集電用超電導コイル及び集電コイルを特定の車両
に搭載することにより、集電システムの保守点検を容易
にすることができる。

また、集電用超電導コイル及び集電コイルを円形又は楕
円形にすることにより、コイルの製作を容易にすること
ができる。

また、集電用超電導コイルを収納する極低温容器に非導
電性物質を用いることにより、集電能力に悪影響を及ぼ
さないような非接触集電システムにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による非接触集電システムの一実施例の
説明図、第２図は本発明による非接触集電システムの他
の実施例の説明図、第３図は集電コイルとそれに接続さ
れたコンバータ、バッファ用蓄電池、そしてインバータ
及び負荷、又はそれと平行に接続されたインバータ及び
集電用超電導コイルのブロック図、第４図は本発明によ
る他の実施例であり、集電用超電導コイル及び集電コイ
ルを特定の車両に搭載した説明図、第５図は本発明によ
る他の実施例の説明図、第６図は本発明の他の実施例の
集電用超電導コイルの説明図、第７図は本発明の他の実
施例であり、浮上コイルが側壁浮上方式の説明図、第８
図は磁気浮上列車の基本的な働きの説明図、第９図は推
進コイルに供給される三相の正弦波形図、第１０図は浮
上コイルに誘起される六相の正弦波状電流によって車上
の集電コイルの位置に生成される磁場分布図、第１１図
は従来の非接触集電システムの説明図、第１２図は本発
明によりどの程度の集電が可能がどうか見積を行なった
際の説明図である。 １・・・集電用超電導コイル、２・・・浮上コイル、３
・・・集電用コイル、４・・・推進コイル、５・・・推
進・浮上用超電導コイル、６・・・ガイドウェイ、７・
・・車体、８・・コンバータ、９・・・バッファ用蓄電
池、１０・インバータ、１１・・・負荷、１２・・クラ
イオスタンド外槽、１３・・・クライオスタット内槽。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．浮上・推進用超電導コイルを搭載する磁気浮上列車
   に於いて、 集電専用の超電導コイルと集電コイルを車上側に地上コ
   イルに対応して設け、前記超電導コイルを交流励磁する
   ことを特徴とする非接触集電システム。
2. ２．請求項１に於いて、前記集電用超電導コイルと前記
   集電コイルの間の磁気結合がなるべく小さくなるように
   それらを配置した非接触集電システム。
3. ３．請求項１に於いて、前記集電コイルに発生する電力
   あるいはバツテリ電力を前記超電導コイルの交流励磁に
   利用する非接触集電システム。
4. ４．請求項１に於いて、前記集電用超電導コイルとして
   三相交流超電導コイルを用いる非接触集電システム。
5. ５．請求項１に於いて、前記集電用超電導コイルと前記
   集電コイルを特定の車両、例えば、先頭車両や後尾車両
   に設けたことを特徴とする非接触集電システム。
6. ６．請求項１に於いて、前記集電用超電導コイルあるい
   は前記集電コイルの形状を円形又は楕円形にした非接触
   集電システム。
7. ７．請求項１において、前記集電用超電導コイルを収納
   する極低温容器の一部又は全部に非導電性物質、例えば
   、ＦＲＰ（繊維強化プラステイツク）を用いたことを特
   徴とする非接触集電システム。