| 【発明の名称】 |
浮上案内コイル異常探知装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鈴木 裕之
【氏名】諏訪 博
【氏名】澤田 一夫
【氏名】梅木 健
【氏名】夏原 博隆
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| 【要約】 |
【課題】目視検査や端子からの通電検査によらずに、浮上案内コイルの異常を浮上式鉄道のガイドウェイに沿って迅速に探知する。
【解決手段】浮上式鉄道のガイドウェイに沿って移動可能なフレーム上にガイドウェイ両側壁に設けられた浮上案内コイルに対向するように励振コイル 1a,1bと検出コイル2a,3a,2b,3b および補償コイル4a,5a,4b,5b を設け、励振コイルを励振することにより浮上案内コイル中に誘導される誘導電流を検出コイルで検出し、その振幅の現われ方が、誤結線、短絡、断線等により異なることに着眼して識別する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 浮上式鉄道のガイドウェイに沿って移動可能なフレーム上に、下記の各構成を設けたことを特徴とする浮上案内コイル異常探知装置。
（イ） 浮上式鉄道のガイドウェイ両側の側壁に沿って設けられた浮上案内コイルに対向するように、フレーム両側に設けられた励振コイル（ロ） 励振コイルに励振電流を流すことによって浮上案内コイル中に流れる誘導電流を電磁誘導作用により検出する検出コイル（ハ） 検出コイルの近傍に設けられ、励振コイルから検出コイルへの誘導を相殺する電磁界を発生する補償コイル（ニ） 励振コイルへ励振用交流電流を供給する電流供給回路（ホ） 検出コイルで検出された電圧・電流の大きさを測定する振幅測定器 |
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、浮上式鉄道においてガイドウェイに沿って敷設されている浮上案内コイルの誤結線、短絡、断線というような、設置工事時或いは運用中に発生した異常を探知する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】浮上式鉄道における浮上案内コイルはガイドウェイに沿って左右両側に敷設されており、この間を超電導磁石を搭載した車両が進行することになる。この浮上案内コイルおよびそのヌルフラックス結線を斜視的に示すと図２４のようになる。（ａ）は左右の側壁に８の字状に結線したコイルを設けているので８の字コイルと呼ばれており、（ｂ）は左右の側壁に田の字状に８の字コイルが設けられているので田の字コイルと呼ばれている。このような浮上案内コイルおよび結線が軌道全長に渡って設けられることになる。このような敷設工事においては、誤結線、短絡、結線もれの発生の可能性がないとは言えないから、敷設工事後必ずこのような異常の有無を検査確認する必要がある。
【０００３】また、敷設工事完了後異常はなくともその後の何らかの原因により短絡や断線等の異常は発生することが有り得る。従って、それに対応した検査確認の必要が生ずる。従来このような検査確認作業としては、目視による検査および通電検査が考えられて来た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのような目視による検査ではコイルの層間短絡のように発見不可能な異常もありうるし、通電検査では一々接続端子を外して行わなければならず非常に手間がかかるという問題点がある。
【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、目視検査や端子からの通電検査に頼らずに、コイルであることの特性に着眼し、電磁誘導作用を利用した誘導電流の検出により浮上式軌道に沿って迅速な異常探知が可能な浮上案内コイル異常探知装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明の浮上案内コイル異常探知装置は、浮上式鉄道のガイドウェイに沿って移動可能なフレーム上に下記の構成を具備したことを特徴とするものである。
（イ） 浮上式鉄道のガイドウェイ両側の側壁に沿って設けられた浮上案内コイルに対向するように、フレーム両側に設けられた励振コイル（ロ） 励振コイルに励振電流を流すことによって浮上案内コイル中に流れる誘導電流を電磁誘導作用により検出する検出コイル（ハ） 検出コイルの近傍に設けられ、励振コイルから検出コイルへの誘導を相殺する電磁界を発生する補償コイル（ニ） 励振コイルへ励振用交流電流を供給する電流供給回路（ホ） 検出コイルで検出された電圧・電流の大きさを測定する振幅測定器【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、浮上式鉄道のガイドウェイに沿って移動可能なフレーム、例えば車輪の付いた人力或いは動力により移動可能な台車上に、励振コイル、検出コイルおよび補償コイルを設ける。励振コイルおよび検出コイルは、左右の側壁に沿って設けられている浮上案内コイルと磁束の交錯が可能なように浮上案内コイルと対向させるようにして設ける。このような設定のもとに、励振コイルに励振用交流電流を流すことによって、浮上案内コイルに誘導電流を誘起せしめ、この誘導電流を、浮上案内コイルから検出コイルへの誘導作用によって検出コイルで検出する。
【０００８】このように検出コイルも浮上案内コイルと磁束の交錯が可能な位置に設けられているので、励振コイルから検出コイルへの直接の誘導ということが生じ、浮上案内コイルの誘導電流だけを検出することができなくなるので、この励振コイルからの誘導を相殺するための補償コイルが設けられ、検出コイルに対する励振コイルからの誘導と補償コイルからの誘導が互いに打ち消し合うように設けられている。こうすることによって、浮上案内コイルに誘起された誘導電流を確実に検出することができる。
【０００９】ところで、この浮上案内コイルに流れる電流は、浮上案内コイルのヌルフラックス結線に誤結線があったり、結線抜けがあったり、断線や短絡等の異常があった場合には、正常に結線されている場合と較べて、それぞれ異なった電流の流れ方になる。従って、予め発生の可能性のある種々の異常パターンを人為的に作出し、その状態で励振コイルを励振したときの浮上案内コイル中に流れる誘導電流を検出し、正常な結線時における誘導電流との相違を予め把握しておくことにより、設置工事完了の検査時、或いは、設置後の点検時或いは異常発生時に、励振コイルを励振しながら台車を移動させつつ、検出コイルにより浮上案内コイル中の誘導電流を観測することにより、ガイドウェイのどの位置の浮上案内コイルにどのような異常が発生しているかを即座に判断することが可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の浮上案内コイル異常探知装置の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の浮上案内コイル異常探知装置の実施例の構造図で、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。浮上式鉄道の走行路上をガイドウェイに沿って移動可能なように下面に移動車輪９および両側に案内車輪１０を有する架台８に、ガイドウェイの左右両側壁に設けられた浮上案内コイルに対向するようにして左右両側に励振コイル１ａ，１ｂ、検出コイル２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂおよび補償コイル４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂが設けられている。また架台８上には励振コイル１ａ，１ｂへ電流を供給するための電流供給回路６および検出コイル２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂで検出された浮上案内コイル中の誘導電流の振幅を測定する振幅測定器７が搭載されている。以上のうち、励振コイル１ａ，１ｂ、検出コイル２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂおよび補償コイル４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂを斜視的に図示したのが図２である。但しコイル間の接続は省略してある。
【００１１】そして、その接続関係の一例は図３に示す通りである。浮上案内コイルについては、８の字コイルのヌルフラックス結線の場合を示してある。左側の励振コイル１ａは補償コイル４ａおよび５ａと直列に接続されており、右側の励振コイル１ｂは補償コイル４ｂおよび５ｂと直列に接続されており、この２つの直列回路へは電流供給回路６からスイッチ１６，１７を経て５０Ｈｚの交流電流が供給される。スイッチ１６がＳ1 の方に接続され、スイッチ１７がＳ2 の方に接続されたときは左右の直列回路が直列になって励振される。これに対してスイッチ１６と１７がともにＳ1 に接続されたときは左側の直列回路のみが励振され、逆にスイッチ１６と１７がともにＳ2 の方に接続されたときは右側の直列回路のみが励振される。
【００１２】このように、片側の直列回路だけが励振されるようになっているのはヌルフラックス線１９が断線した場合を探知するためである。即ちヌルフラックス線１９が断線すると左右いずれかのみを励振した場合、励振された側の浮上案内コイルには誘導電流が流れるが、励振されなかった側の浮上案内コイルには誘導電流は流れないから両側の検出コイルの出力を見ることによってヌルフラックス線の断線が探知できることになるというものである。
【００１３】今、スイッチ１６がＳ1 に、スイッチ１７がＳ2 に接続された状態（図３の状態）では左右のコイルすべてが直列状態になって交流電流が流れる。励振コイル１ａに励振電流が流れると対向している浮上案内コイル１１ａおよび１２ａに起電力が誘起され、一方励振コイル１ｂに励振電流が流れると対向している浮上案内コイル１１ｂおよび１２ｂに起電力が誘起される。この起電力により、浮上案内コイルの正規のヌルフラックス接続状態、短絡、断線、誤結線に応じた電流が浮上案内コイル中に流れることになる。浮上案内コイルの正規の異常のない接続状態においては、左右直列に励振したときには、各浮上案内コイルに誘起された起電力の相殺によって殆ど電流が流れないようになっている。
【００１４】浮上案内コイルのヌルフラックス線の誤結線、断線、短絡等の各状態で浮上案内コイルに誘導電流が流れると、その誘導により検出コイルに起電力が誘起される。即ち、浮上案内コイル１１ａに誘導電流が流れると検出コイル２ａに起電力が誘起され、浮上案内コイル１２ａに誘導電流が流れると検出コイル３ａに起電力が誘起される。
【００１５】同様に浮上案内コイル１１ｂに誘導電流が流れると検出コイル２ｂに起電力が誘起され、浮上案内コイル１２ｂに誘導電流が流れると検出コイル３ｂに起電力が誘起される。なお、検出コイル２ａおよび３ａに対しては励振コイル１ａからの誘導があるが、検出コイル２ａへの誘導は補償コイル４ａからの誘導で相殺し、検出コイル３ａへの誘導は補償コイル５ａからの誘導により相殺している。同様に、励振コイル１ｂから検出コイル２ｂへの誘導は補償コイル４ｂからの誘導で相殺し、励振コイル１ｂから検出コイル３ｂへの誘導は補償コイル５ｂからの誘導によって相殺している。
【００１６】本実施例では、補償コイルは励振コイルの両端に直列に接続され励振コイルに流れる電流と同じ電流が流れているが、何ら直列で同じ電流である必要はなく、並列であっても、電流値が異なっていても、要するに検出コイルに対する励振コイルからの電磁誘導を相殺するような電磁界を発生すればよいものである。
【００１７】かくして、検出コイル２ａは対向する浮上案内コイル１１ａ内に生じた誘導電流を検出でき、検出コイル３ａは対向する浮上案内コイル１２ａ内に生じた誘導電流を検出でき、検出コイル２ｂは対向する浮上案内コイル１１ｂ内に生じた誘導電流を検出でき、検出コイル３ｂは対向する浮上案内コイル１２ｂ内に生じた誘導電流を検出することができることになる。図３は、簡易試験のためスイッチ１６、１７で回路を切り換えているが本使用の場合は、右，左，右＋左用に周波数の異なる電源を用い、検出（オシロスコープ）の前にフィルタを入れてそれぞれ分離する。すなわち１回の走行で３種を同時に測定することができる。
【００１８】以下、図２４の（ｂ）に示すヌルフラックス結線の浮上案内コイルに対して模擬的に異常を生ぜしめ、本発明の異常探知装置によって検出した浮上案内コイル内の誘導電流振幅の測定データをオシロスコープによって観測した例を示す。図４および図５に浮上案内コイルのヌルフラックス結線の正常および異常の状態を示す。図４の（ａ）が正常な状態であって図２４の（ｂ）に対応する結線状態を示す。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ誤結線模擬Ａ、同Ｂ、同Ｃの結線状態を示す。
【００１９】図５の（ａ）は端子間短絡状態を示し、（ｂ）は上側の田の字コイルの左上コイル中に層間短絡を生じた場合を示し、（ｃ）は３本のヌルフラックス線のうち左側のものが断線した場合を示し、（ｄ）は３本のヌルフラックス線のうち中央のヌルフラックス線が断線した場合を示す。そして、ガイドウェイの側壁に沿って多数配列された浮上案内コイルの１箇所に図４および図５に示されるような模擬状態を作出し、この浮上案内コイルの間を本発明の浮上案内コイル異常探知装置を、励振コイル１ａおよび１ｂに励振電流（５０Ｈｚの交流電流）を流しながら移動させていく。
【００２０】このとき、浮上案内コイルに流れる電流によって検出コイル２ａおよび３ａに誘起される起電力の和を左側和分とし、検出コイル２ｂおよび３ｂに誘起される起電力の和を右側和分とし、これらの電圧をオシロスコープの励振端子に入力し、水平掃引を探知装置の移動速度に対応する速度で掃引させその波形を観測すると図６〜図１１のようになる。
【００２１】励振コイル１ａおよび１ｂを直列即ち、図３のスイッチ１６をＳ1 に接続し、スイッチ１７をＳ2 に接続して励振したとき、浮上案内コイルのヌルフラックス結線が正常（即ち図４の（ａ））であれば浮上案内コイルには殆ど電流が流れない。このときの左側和分の波形が図６の（ａ）であり、右側和分の波形が図６の（ｂ）である。次に、図４の（ｂ）に示すような誤結線模擬Ａを作出し、励振コイル１ａおよび１ｂを直列励振して、左側和分、右側和分の電圧波形を見ると図６の（ｃ）および（ｄ）のようになる。同様に、図４の（ｃ）のような誤結線模擬Ｂの場合には、図７の（ａ）および（ｂ）のような電圧波形が得られ、図４の（ｄ）のような誤結線模擬Ｃの場合には図７の（ｃ）および（ｄ）のような電圧波形が得られる。
【００２２】次に短絡の場合について、図５の（ａ）のような端子間短絡模擬を作出し、励振コイル１ａおよび１ｂを直列励振した場合の検出コイル出力電圧波形は図８の（ａ）および（ｂ）のようになる。図５の（ｂ）は、上側（左側）の浮上案内コイルのうち左上の単位コイルに層間短絡を生じた場合を作出したものであり、励振コイル１ａおよび１ｂを直列励振した場合の検出コイルの出力電圧波形は図８の（ｃ）および（ｄ）のようになる。
【００２３】次に断線の場合は、ヌルフラックス線の断線の二通りの場合が図５の（ｃ）および（ｄ）に示されている。これらは左側浮上案内コイルと右側浮上案内コイルを結ぶ線の断線であるから、一方の側のみを励振した場合、励振した側の出力電圧と反対側の出力電圧がことなることになる点に着眼し、左側のみを励振した場合の左側和分および右側和分と、右側のみを励振した場合の左側和分および右側和分とを観測した。
【００２４】まず、最初に断線のない正常な結線の場合即ち、図４の（ａ）の場合について、異常探知装置のスイッチ１６およびスイッチ１７をともにＳ2 へ接続し、右側の励振コイル１ｂのみを励振したときの左側和分の電圧波形が図９の（ａ）であり、右側和分の電圧波形が図９の（ｂ）である。次に、スイッチ１６およびスイッチ１７をともにＳ1 へ接続し、左側の励振コイル１ａのみを励振したときの左側和分の電圧波形が図９の（ｃ）であり、右側和分の電圧波形が図９の（ｄ）である。いずれも充分な振幅のほぼ同様な波形が得られる。
【００２５】次に、図５の（ｃ）の断線模擬Ａの状態を作出し、右側の励振コイル１ｂのみを励振したときの左側和分の電圧波形が図１０の（ａ）であり、右側和分の電圧波形が図１０の（ｂ）である。逆に左側の励振コイル１ａのみを励振したときの左側和分の電圧波形が図１０の（ｃ）であり、右側和分の電圧波形が図１０の（ｄ）である。いずれも異常探知装置の検出コイル２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂが浮上案内コイルのうち断線したヌルフラックス線に接続される８の字コイルの位置に来たときには電圧波形の振幅は大幅に減少し、且つ励振した側の方の振幅が反対側の方の振幅に比較して若干大きく現れるという特徴を有する。
【００２６】もう１つの断線状態である図５の（ｄ）の断線模擬Ｂを作出し、右側の励振コイル１ｂのみを励振したときの左側和分の電圧波形は図１１の（ａ）のようになり、右側和分の電圧波形は図１１の（ｂ）のようになる。逆に、左側の励振コイル１ａのみを励振したときの左側和分の電圧波形は、図１１の（ｃ）のようになり、右側和分の電圧波形は図１１の（ｄ）のようになる。いずれも異常探知装置の検出コイル２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂが断線を生じている浮上案内コイルの２つの８の字コイルの位置に来たときに２箇所でほぼ同じ程度に振幅が減少する一方、谷部分の振幅が正常な谷部分の振幅より大きく現れるという特徴を有する。
【００２７】以上、図６から図１１に示したように、浮上案内コイルの各異常態様に対応して、浮上案内コイル内に流れる誘導電流の振幅特性には顕著な特徴が現れるので、予めこれらの特徴を把握しておくことにより異常の存否およびその態様を即座に知ることができる。
【００２８】次に、本発明の浮上案内コイル異常探知装置を用いて異常探知を行う場合に、探知装置の位置が浮上案内コイルに対する正常位置から変位した（ずれた）場合に検出コイルの出力振幅にどの程度の変化があるかの確認を行ったのでそれについて述べる。確認の方法としては、上下変位では正常位置（即ち変位が０）および正常位置から上方へ１０mm、２０mm、３０mmの各変位に対する検出コイルの和分電圧を測定した。傾斜変位については正常位置（即ち変位が０）および右側をその位置に固定したまま左側を上方へ１０mm、２０mm、３０mmと変位させ各変位に対する検出コイルの和分電圧を測定した。左右変位についても、正常位置（即ち変位が０）および１０mm、２０mm、３０mmの各変位に対する検出コイルの和分電圧を測定した。これらの測定結果を表形式で表示したのが図１２、図１３、図１４である。
【００２９】図１２は、正常結線、誤結線模擬Ａ、同Ｂ、同Ｃ、端子間短絡模擬、層間短絡模擬については両側励磁し、各変位の状態に対して左右検出コイルの両側和分電圧をミリボルト単位で測定したデータである。図１３は、正常結線、断線模擬Ａ、断線模擬Ｂについて、右側のみ励振し、左側の検出コイル２ａ，３ａの和分電圧をミリボルト単位で測定したデータである。図１４は、正常結線、断線模擬Ａ、断線模擬Ｂについて、左側のみ励振し、右側の検出コイル２ｂ，３ｂの和分電圧をミリボルト単位で測定したデータである。
【００３０】以上のような各変位に対する測定値の変化が、本発明の異常探知装置の実用に支障を来すものであるのか否かの判断をし易くするため図１２、図１３、図１４のデータをグラフ化したのが図１５ないし図２３である。図１５は、図１２中の上下変位に対するデータを、横軸を変位量、縦軸を電圧値としてグラフ化したものであり、図１６は図１２中の傾斜変位に対するデータをグラフ化したものであり、図１７は図１２中の左右変位に対するデータをグラフ化したものである。
【００３１】図１８は、図１３中の上下変位に対するデータを、横軸を変位量、縦軸を電圧値としてグラフ化したものであり、図１９は、図１３中の傾斜変位に対するデータをグラフ化したものであり、図２０は、図１３中の左右変位に対するデータをグラフ化したものである。
【００３２】図２１は、図１４中の上下変位に対するデータを、横軸を変位量、縦軸を電圧値としてグラフ化したものであり、図２２は、図１４中の傾斜変位に対するデータをグラフ化したものであり、図２３は、図１４中の左右変位に対するデータをグラフ化したものである。
【００３３】以上各グラフを見れば変位に対する電圧値の変化は認められるものの、図１５、図１６、図１７について見れば、正常および誤結線Ａ、誤結線Ｂ、誤結線Ｃ、短絡、層間短絡の各異常態様における電圧値の間には変位にかかわらず明確な有意の差が維持されていることが認められる。同様に図１８ないし図２３について見ても正常、断線Ａ、断線Ｂにおける各電圧値の間には、変位にかかわらず明確な有意の差が維持されていることが認められる。従って、これらのデータから見れば、上下、傾斜、左右に３０mmの変位が生じても異常探知機能にはいささかの支障もないことが実証されたことになる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の浮上案内コイル異常探知装置は、浮上式鉄道のガイドウェイに沿って移動可能なフレームに設けた励振コイルに励振電流を流すことによって浮上案内コイル中に流れる誘導電流をフレーム上の検出コイルによって検出し、その振幅特性によって異常の有無およびその態様を探知するようにしたので、浮上案内コイル側には一切手を加えることなく、カイドウェイに沿って移動しつつ迅速な異常探知が実現できるという利点がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１７３７８４
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
【識別番号】３９００２１５７７
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
【識別番号】０００２３１９６９
【氏名又は名称】日本鉄道建設公団
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月１９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】八幡 義博
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７５７１５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−９０７７０ |
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