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JP3998666B2 - Derailment detector - Google Patents

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JP3998666B2 JP2004183760A JP2004183760A JP3998666B2 JP 3998666 B2 JP3998666 B2 JP 3998666B2 JP 2004183760 A JP2004183760 A JP 2004183760A JP 2004183760 A JP2004183760 A JP 2004183760A JP 3998666 B2 JP3998666 B2 JP 3998666B2
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泰明 坂本
敏昭 村井
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Description

本発明は、鉄道車両と軌条レールとの間のギャップ長が拡大したこと、又は、鉄道車両と軌条レールとが相対横ずれを起こしたことを検知し、さらには鉄道車両の脱線を検知する脱線検知装置に関する。   The present invention detects a derailment detection that detects that the gap length between the railway vehicle and the rail rail has increased, or that the railcar and the rail rail have caused a relative lateral shift, and further detects the derailment of the railcar. Relates to the device.

鉄道車両において、脱線による事故の拡大を防ぐために、迅速に脱線を検知することが望まれている。従来より、鉄道車両の脱線を自動的に検知するために、様々な脱線検知装置が開発されている。例えば、下記の特許文献1には、上下方向加速度検出手段を用いる脱線検知装置が開示されている。この脱線検知装置においては、台車ばねより上の部位の上下方向加速度を二重積分して上下方向変位量を求め、一定時間当りの上下方向変位量が負で、かつ、その絶対値が所定値以上であるときに、脱線が検知される。しかしながら、加速度検出による場合には、一定時間当りの上下方向変位量の絶対値が所定値以上であったとしても、その後の状態を把握することができないので、実際に鉄道車両が脱線したか否かを正確に判定することは不可能である。   In order to prevent the expansion of accidents due to derailment in railway vehicles, it is desired to detect derailment quickly. Conventionally, various derailment detection devices have been developed in order to automatically detect derailment of a railway vehicle. For example, Patent Document 1 below discloses a derailment detection device that uses vertical acceleration detection means. In this derailment detection device, the vertical displacement amount is obtained by double integration of the vertical acceleration of the portion above the bogie spring, the vertical displacement amount per fixed time is negative, and the absolute value thereof is a predetermined value. When this is the case, derailment is detected. However, in the case of acceleration detection, even if the absolute value of the vertical displacement per fixed time is greater than or equal to a predetermined value, the subsequent state cannot be grasped. It is impossible to accurately determine whether or not.

また、下記の特許文献2には、機械的な脱線検知方式における欠点を改善するために、車両とレールとの間の距離を電気的に計測する脱線検出装置が開示されている。この脱線検出装置においては、各車輪の軸受部に検出面をレールに向けて取り付けられてレールとの間の距離を電気的に計測するギャップセンサが用いられ、ギャップセンサによって計測された距離信号を信号処理して得られるギャップ値を車輪間で比較して、その差が設定レベルより大きいと判定されると、脱線が検知される。特許文献2の記載(段落番号0014)によれば、ギャップセンサとしては、検出面からレール面までの距離を電気的に計測できるものであれば何でもよいが、電圧又は電流信号をアナログ信号として取り出すようにしたセンサが使用される。しかしながら、ギャップセンサの具体例は何ら示されておらず、発明を実施するためにどのようなギャップセンサを用いるかが問題となる。   Patent Document 2 below discloses a derailment detection device that electrically measures the distance between the vehicle and the rail in order to improve the drawbacks of the mechanical derailment detection method. In this derailment detection device, a gap sensor that is attached to the bearing portion of each wheel with the detection surface facing the rail and electrically measures the distance to the rail is used, and the distance signal measured by the gap sensor is used. A gap value obtained by signal processing is compared between the wheels, and if it is determined that the difference is greater than the set level, derailment is detected. According to the description of Patent Document 2 (paragraph number 0014), any gap sensor may be used as long as it can electrically measure the distance from the detection surface to the rail surface, but a voltage or current signal is taken out as an analog signal. Such a sensor is used. However, no specific example of the gap sensor is shown, and what kind of gap sensor is used for carrying out the invention becomes a problem.

ところで、鉄道車両を加速又は減速させるために、軌条レールをリアクションプレートとして用いるリニア誘導モータ(LIM)や渦電流ブレーキが開発されている。LIMや渦電流ブレーキにおいては、軌条レールに対向するようにして台車に取り付けられた電機子が用いられる。電機子から軌条レールに磁界を印加することによって、鉄道車両に推進力又はブレーキ力を発生させたり、あるいは、鉄道車両とレールとの間に吸引力を発生させることができる。
特開平9−39790号公報(第1頁、図1) 特開平7−79501号公報(第1、3頁、図1)
By the way, in order to accelerate or decelerate a railway vehicle, a linear induction motor (LIM) and an eddy current brake using a rail rail as a reaction plate have been developed. In LIM and eddy current braking, an armature attached to the carriage so as to face the rail is used. By applying a magnetic field from the armature to the rail rail, it is possible to generate a propulsive force or a braking force on the railway vehicle, or to generate an attractive force between the railway vehicle and the rail.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-39790 (first page, FIG. 1) JP-A-7-79501 (first and third pages, FIG. 1)

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、LIM又は渦電流ブレーキの構成要素を一部兼用することにより、新たにセンサを付加する必要がなく、鉄道車両の脱線を確実に検知することができる脱線検知装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above points, the present invention can detect a derailment of a railway vehicle with no need to add a new sensor by partially using a component of an LIM or an eddy current brake. An object of the present invention is to provide a derailment detection device.

上記課題を解決するため、本発明に係る脱線検知装置は、鉄道車両においてレールに対向する位置に配置され、供給される電流に従って発生する磁界によりレール内に磁束を発生させる電磁変換部と、電磁変換部に電流を供給する駆動手段と、駆動手段から電磁変換部に供給される電流を検出して検出信号を出力する電流検出手段と、駆動手段から電磁変換部に供給される電流に従って発生する電圧を検出して検出信号を出力する電圧検出手段と、電流検出手段から出力される検出信号と電圧検出手段から出力される検出信号とに基づいて、鉄道車両が脱線しているか否かを判定する脱線検知手段とを具備する。   In order to solve the above problems, a derailment detection device according to the present invention is disposed at a position facing a rail in a railway vehicle, and generates an electromagnetic flux in the rail by a magnetic field generated according to a supplied current, and an electromagnetic Drive means for supplying current to the conversion unit, current detection means for detecting a current supplied from the drive means to the electromagnetic conversion unit and outputting a detection signal, and current generated from the drive unit to the electromagnetic conversion unit Based on the voltage detection means for detecting the voltage and outputting the detection signal, the detection signal output from the current detection means, and the detection signal output from the voltage detection means, it is determined whether or not the railway vehicle is derailed. And a derailment detection means.

本発明によれば、鉄道車両にLIM又は渦電流ブレーキの構成要素として装備されている電磁変換部(電機子)と軌条レールとの電磁結合状態によって電磁変換部に流れる交流電流と電磁変換部に発生する交流電圧との関係が変化することを利用して、新たにセンサを付加することなく、鉄道車両の脱線を確実に検知することができる。   According to the present invention, the alternating current flowing through the electromagnetic conversion unit and the electromagnetic conversion unit according to the electromagnetic coupling state between the electromagnetic conversion unit (armature) and the rail rail that are installed as a component of the LIM or eddy current brake in the railway vehicle By utilizing the fact that the relationship with the generated AC voltage changes, it is possible to reliably detect the derailment of the railway vehicle without adding a new sensor.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る脱線検知装置及びその周辺部分を示す図である。本実施形態に係る脱線検知装置は、リニア誘導モータ(LIM)と兼用されるものであり、軌条レールに対して推進力又は吸引力又はブレーキ力を発生させることができる。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a diagram illustrating a derailment detection device and a peripheral portion thereof according to the first embodiment of the present invention. The derailment detection device according to the present embodiment is also used as a linear induction motor (LIM), and can generate a propulsive force, a suction force, or a brake force with respect to the rail rail.

図1に示す脱線検知装置は、電磁変換部として、一方のレール21に対向するように配置された第1の電機子11と、他方のレール22に対向するように配置された第2の電機子12とを含んでいる。これらの電機子11及び12は、コア(磁芯)に形成された複数の溝に巻線を巻いて構成された直線状の電磁石であり、車輪13を回転可能に支持する台車14に固定されているか、又は、車輪13の軸箱に直接固定されている。レール21及び22としては、従来の鉄道軌道をそのまま使用することができるので、何も変更する必要はない。   The derailment detection device shown in FIG. 1 has a first armature 11 arranged as opposed to one rail 21 and a second electric machine arranged as opposed to the other rail 22 as an electromagnetic conversion unit. The child 12 is included. These armatures 11 and 12 are linear electromagnets configured by winding a plurality of grooves formed in a core (magnetic core), and are fixed to a carriage 14 that rotatably supports a wheel 13. Or fixed directly to the axle box of the wheel 13. As the rails 21 and 22, conventional railroad tracks can be used as they are, so there is no need to change anything.

軌条レールを2次導体として用いる従来の渦電流ブレーキは、直流励磁又は永久磁石による直流磁界を利用したものであり、鉄道車両の走行に伴ってレール内部に発生する渦電流損によってブレーキ力が得られる。その場合に、鉄道車両の運動エネルギーは、その殆どがレール内部の渦電流損によって熱エネルギーに変換されるので、レールの発熱及び温度上昇を生じる。従来は、このレールの発熱及び温度上昇が主な問題点となっていた。本実施形態に係る脱線検知装置は、交流励磁電流に従ってブレーキ力を発生することにより、電力回生動作を可能にしている。   Conventional eddy current brakes that use rails as secondary conductors use direct current excitation or direct current magnetic fields generated by permanent magnets, and brake force is obtained by eddy current loss that occurs inside the rails as the railcar runs. It is done. In that case, most of the kinetic energy of the railway vehicle is converted into thermal energy by eddy current loss inside the rail, and thus heat generation and temperature rise of the rail occur. Conventionally, heat generation and temperature rise of the rail have been main problems. The derailment detection device according to the present embodiment enables a power regeneration operation by generating a braking force in accordance with an AC excitation current.

次に、図2を参照しながら、本実施形態に係る脱線検知装置の原理について説明する。
図2の(A)を参照すると、台車14及びその上に取り付けられた客室等を含む鉄道車両は、レール21上を走行することにより、運動エネルギーを蓄積している。なお、図2においては、説明を簡単にするために、片側の電機子11及び片側のレール21のみが示されている。
Next, the principle of the derailment detection device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
Referring to (A) of FIG. 2, the railway vehicle including the carriage 14 and the guest room attached thereon accumulates kinetic energy by traveling on the rail 21. In FIG. 2, only the armature 11 on one side and the rail 21 on one side are shown for ease of explanation.

走行速度を減少させたい場合には、電機子11の巻線に交流電流を流すことにより交流磁界を発生させる。この磁界により、電機子11の一端からレール21内を貫通して電機子11の他端に戻る磁束が発生し、レール21内に渦電流が生じる。鉄道車両の移動と共に磁束もレール21内を移動するが、レール21内の渦電流は磁束の変化を妨げようとするので、電機子11とレール21との間にブレーキ力が生じる。   When it is desired to reduce the traveling speed, an alternating magnetic field is generated by passing an alternating current through the windings of the armature 11. This magnetic field generates a magnetic flux that passes through the rail 21 from one end of the armature 11 and returns to the other end of the armature 11, and an eddy current is generated in the rail 21. The magnetic flux also moves in the rail 21 with the movement of the railway vehicle. However, since the eddy current in the rail 21 tries to prevent the magnetic flux from changing, a braking force is generated between the armature 11 and the rail 21.

交流励磁を行って交流磁界を発生することにより、逆に、鉄道車両の走行に伴ってレール21内の相対的な磁束変化が電機子11に誘導起電力を発生させ、鉄道車両の運動エネルギーの一部を、架線(トロリ)に電力回生させたり、鉄道車両内に設けられた装置に用いられている抵抗によって消費させたり、鉄道車両内に設けられた装置に用いられている電力貯蔵媒体に充電したりすることが可能となる。その結果、レール内の渦電流損失による発熱を低減できる。   By generating an alternating magnetic field by performing alternating current excitation, on the contrary, a relative magnetic flux change in the rail 21 with the traveling of the railway vehicle generates an induced electromotive force in the armature 11, and the kinetic energy of the railway vehicle is increased. Part of the power storage medium used in the equipment installed in the railway car, or part of the power is regenerated in the overhead line (trolley), consumed by the resistance used in the equipment installed in the railway car It becomes possible to charge. As a result, heat generation due to eddy current loss in the rail can be reduced.

また、図2の(B)に示すように、電機子11とレール21との間には、磁界による吸引力が発生する。これにより、鉄道車両の重量増を伴うことなく、車輪13とレール21との間の接触圧を増加させることが可能であり、鉄道車両用の増粘着装置としても利用することができる。磁界による吸引力を用いているので、接触圧を増加させても路盤にかかる荷重が変化しないという利点がある。   Further, as shown in FIG. 2B, an attractive force due to a magnetic field is generated between the armature 11 and the rail 21. Thereby, it is possible to increase the contact pressure between the wheel 13 and the rail 21 without increasing the weight of the railway vehicle, and it can also be used as an increased adhesion apparatus for a railway vehicle. Since the attractive force by the magnetic field is used, there is an advantage that the load applied to the roadbed does not change even if the contact pressure is increased.

従来のように直流磁界を利用する場合には、磁界の配置にもよるが、接触圧を増加させると、レール内の渦電流損失により多少の走行抵抗を生じることが多かった。一方、本発明のように交流磁界を利用する場合には、リニアモータの同期運転を利用することにより、レール内の渦電流損失を殆ど生じることなく、効果的に吸引力を発生させることが可能である。さらに、吸引力を制御することにより、鉄道車両制振装置としても利用することができる。   When a DC magnetic field is used as in the past, depending on the arrangement of the magnetic field, increasing the contact pressure often causes some running resistance due to eddy current loss in the rail. On the other hand, when an AC magnetic field is used as in the present invention, it is possible to generate an attractive force effectively with almost no eddy current loss in the rail by using the synchronous operation of the linear motor. It is. Furthermore, it can also be used as a railway vehicle vibration control device by controlling the suction force.

図3は、直流き電とした場合の本実施形態に係る脱線検知装置の構成を示すブロック図である。台車14には、一方のレール21に対向するように第1の電機子11が配置され、他方のレール22に対向するように第2の電機子12が配置されている。これらの電機子11及び12は、インバータ15から供給される交流電流に従って発生する交流磁界によってレール21及び22内に磁束及び渦電流を発生させると共に、レール21及び22に対する相対的な位置の変化に伴って起電力を生じる。なお、図3には、1つのインバータに対して2つの電機子が並列に接続される構成が示されているが、本発明は、電機子の数や接続形態に関わりなく実現することができる。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the derailment detection device according to the present embodiment when a DC feeder is used. The first armature 11 is disposed on the carriage 14 so as to face one rail 21, and the second armature 12 is disposed so as to face the other rail 22. These armatures 11 and 12 generate magnetic flux and eddy current in the rails 21 and 22 by the alternating magnetic field generated according to the alternating current supplied from the inverter 15 and change in relative position with respect to the rails 21 and 22. Along with this, an electromotive force is generated. FIG. 3 shows a configuration in which two armatures are connected in parallel to one inverter. However, the present invention can be realized regardless of the number of armatures and the connection form. .

図4は、電機子及びレールの外観を示す斜視図である。図4に示すように、電機子11は、けい素鋼板等の強磁性体の板材を積層して作製されたコア(磁芯)11aを含んでいる。コア11aにおいて、レール21に対向する面には、複数の溝が形成されている。これらの溝には、巻線11bが巻かれている。電機子11を台車バネ下に搭載する場合には、2つの車軸の間隔である1.1〜1.3m程度が、コアの長さの最大値となる。なお、第2の電機子12も、第1の電機子11と同様の構成を有している。   FIG. 4 is a perspective view showing the outer appearance of the armature and the rail. As shown in FIG. 4, the armature 11 includes a core (magnetic core) 11 a made by laminating ferromagnetic plate materials such as silicon steel plates. In the core 11 a, a plurality of grooves are formed on the surface facing the rail 21. A winding 11b is wound around these grooves. When the armature 11 is mounted under the bogie spring, the maximum length of the core is about 1.1 to 1.3 m, which is the distance between the two axles. Note that the second armature 12 also has the same configuration as the first armature 11.

再び図3を参照すると、本実施形態においては、電機子11及び12に電流を供給するための駆動手段として、周波数制御が可能なインバータ15が用いられる。インバータ15は、車輪13を介してレールに接地されており、架線(トロリ)からパンタグラフ16を介して印加される直流電圧に基づいて電機子11及び12に3相交流電流を流すことにより交流磁界を発生させると共に、電機子11及び12から印加される3相交流起電力に基づいてトロリに直流電流を供給することにより電力回生動作を行う。パンタグラフ16とインバータ15との間には、リプルを低減するために、インダクタ17が挿入されている。なお、3相交流の替わりに単相交流を用いても、レール発熱低減効果が劣るものの、渦電流ブレーキ機能を有する脱線検知装置を実現することが可能である。   Referring to FIG. 3 again, in this embodiment, an inverter 15 capable of frequency control is used as a driving means for supplying current to the armatures 11 and 12. The inverter 15 is grounded to the rail through the wheel 13, and an AC magnetic field is caused by flowing a three-phase AC current to the armatures 11 and 12 based on a DC voltage applied from the overhead wire (trolley) through the pantograph 16. And a power regeneration operation is performed by supplying a direct current to the trolley based on the three-phase alternating current electromotive force applied from the armatures 11 and 12. An inductor 17 is inserted between the pantograph 16 and the inverter 15 in order to reduce ripples. Even if single-phase alternating current is used instead of three-phase alternating current, it is possible to realize a derailment detection device having an eddy current braking function, although the effect of reducing rail heat generation is inferior.

図5に、本実施形態において用いられるインバータの原理的な構成例を示す。この例においては、インバータ15として、電力回生機能を有する3相のPWMインバータが用いられている。図4に示すように、インバータ15は、U相の巻線に接続されるIGBT(インシュレーティドゲート・バイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子Q1及びQ2と、V相の巻線に接続されるスイッチング素子Q3及びQ4と、W相の巻線に接続されるスイッチング素子Q5及びQ6と、スイッチング素子Q1〜Q6にそれぞれ並列に接続されたダイオードD1〜D6とを有している。   FIG. 5 shows a principle configuration example of an inverter used in this embodiment. In this example, a three-phase PWM inverter having a power regeneration function is used as the inverter 15. As shown in FIG. 4, the inverter 15 includes switching elements Q1 and Q2 such as IGBTs (insulated gate bipolar transistors) connected to the U-phase winding, and switching elements connected to the V-phase winding. Q3 and Q4, switching elements Q5 and Q6 connected to the W-phase winding, and diodes D1 to D6 connected in parallel to the switching elements Q1 to Q6, respectively.

これらのスイッチング素子Q1〜Q6は、トロリとレールとによってそれぞれ供給される2種類の電源電位とU相〜W相の巻線との間でスイッチング動作を行うことにより、電機子11に3相交流電流を供給する。また、インバータ15は、電機子11に交流電流を供給する場合に対して電流位相を反転させるようにスイッチング素子Q1〜Q6を制御してスイッチング動作を行わせることにより、電力回生動作を行う。なお、インバータ15は、電力回生動作を行う替わりに、1次側(直流側)において、電力を消費又は貯蔵する装置に直流電流を供給するようにしても良い。   These switching elements Q1 to Q6 perform a switching operation between two kinds of power supply potentials respectively supplied by the trolley and the rail and the windings of the U phase to the W phase, thereby causing the armature 11 to perform a three-phase alternating current. Supply current. Further, the inverter 15 performs a power regeneration operation by controlling the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 6 to perform a switching operation so as to reverse the current phase with respect to the case where an alternating current is supplied to the armature 11. The inverter 15 may supply a direct current to a device that consumes or stores power on the primary side (DC side) instead of performing the power regeneration operation.

図3に示すように、電機子11及び12の巻線に流れる電流を検出するために、インバータ15と電機子11及び12との間の3つの配線には、3つの電流検出部18a〜18cがそれぞれ挿入されている。また、電機子11及び12において発生する電圧を検出するために、インバータ15と電機子11及び12との間を接続する配線間には、3つの電圧検出部19a〜19cが接続されている。   As shown in FIG. 3, in order to detect the current flowing through the windings of the armatures 11 and 12, the three wires between the inverter 15 and the armatures 11 and 12 have three current detectors 18a to 18c. Are inserted. Further, in order to detect the voltage generated in the armatures 11 and 12, three voltage detectors 19a to 19c are connected between the wirings connecting the inverter 15 and the armatures 11 and 12.

電流検出部18a〜18cは、電流を検出して得られたディジタルの検出信号を出力し、電圧検出部19a〜19cは、電圧を検出して得られたディジタルの検出信号を出力する。これらの検出信号は、中央演算装置(CPU)20に入力される。CPU20には、CPU20に動作を行わせるためのソフトウェア(制御プログラム)が格納されているROM30が接続されている。CPU20とソフトウェアとによって、脱線検知部20a及び制御部20bが、機能ブロックとして実現される。なお、脱線検知部20a及び制御部20bは、ディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。   The current detection units 18a to 18c output digital detection signals obtained by detecting the current, and the voltage detection units 19a to 19c output digital detection signals obtained by detecting the voltage. These detection signals are input to a central processing unit (CPU) 20. The CPU 20 is connected to a ROM 30 that stores software (control program) for causing the CPU 20 to perform an operation. The derailment detection unit 20a and the control unit 20b are realized as functional blocks by the CPU 20 and software. The derailment detection unit 20a and the control unit 20b may be configured with a digital circuit or an analog circuit.

脱線検知部20aは、電流検出部18a〜18cから出力される検出信号によって表される3相電流値i、i、iと、電圧検出部19a〜19cから出力される検出信号によって表される線間電圧値eUV、eVW、eWUとに基づいて、電機子11及び12の入力インピーダンスを算出する。さらに、脱線検知部20aは、電機子11及び12の入力インピーダンスから、レールが存在しない場合の電機子11及び12のインピーダンスを差し引くことにより、2次側(レール側)の等価的なインピーダンスを算出する。脱線検知部20aは、算出されたインピーダンスの値が設定値以下となった場合に、鉄道車両が脱線していると判定する。 The derailment detection unit 20a is represented by three-phase current values i U , i V , i W represented by detection signals output from the current detection units 18a to 18c and detection signals output from the voltage detection units 19a to 19c. Based on the line voltage values e UV , e VW , and e WU , the input impedances of the armatures 11 and 12 are calculated. Further, the derailment detection unit 20a calculates the equivalent impedance on the secondary side (rail side) by subtracting the impedance of the armatures 11 and 12 when there is no rail from the input impedance of the armatures 11 and 12. To do. The derailment detection unit 20a determines that the railway vehicle is derailed when the calculated impedance value is equal to or less than the set value.

制御部20bは、脱線検知部20aによって算出されたインピーダンスの値に基づいて、鉄道車両と軌条レールとの間の距離が拡大したことを検知して警告を表示したり、脱線検知部20aによって鉄道車両が脱線していると判定された場合に、警報を発したり非常ブレーキを作動させたりする。   Based on the impedance value calculated by the derailment detection unit 20a, the control unit 20b detects that the distance between the railway vehicle and the rail rail has increased and displays a warning, or by the derailment detection unit 20a When it is determined that the vehicle is derailed, an alarm is issued or an emergency brake is activated.

また、制御部20bは、電流検出部18a〜18cから出力される検出信号に基づいて、電機子11及び12の巻線に流れる電流の電流ベクトルを検出し、指令部から送られてくる指令信号に従い、検出された電流ベクトルを用いて、電機子11及び12に供給すべき3相交流電流の周波数や振幅を制御するための制御信号を算出してインバータ15に出力する。制御信号を算出する際に必要な車両の速度情報は、鉄道車両の速度を検出するための速度センサ40を設ける方法の他、速度センサレスで制御する方法もある。   The control unit 20b detects the current vector of the current flowing through the windings of the armatures 11 and 12 based on the detection signals output from the current detection units 18a to 18c, and sends a command signal sent from the command unit. Thus, using the detected current vector, a control signal for controlling the frequency and amplitude of the three-phase alternating current to be supplied to the armatures 11 and 12 is calculated and output to the inverter 15. The vehicle speed information necessary for calculating the control signal includes a method of controlling without a speed sensor in addition to a method of providing the speed sensor 40 for detecting the speed of the railway vehicle.

次に、脱線検知部20aにおけるインピーダンスの計算手法について説明する。ここでは、3相平衡回路を前提とした計算手法について説明するが、現実には、不平衡等に起因する計算値の脈動が予想されるので、フィルタ処理等の対策が必要である。
まず、脱線検知部20aが、電圧検出部19a〜19cから出力される検出信号によって表される線間電圧値eUV、eVW、eWUを、3相電圧値e、e、eに変換する。

Figure 0003998666
Next, an impedance calculation method in the derailment detection unit 20a will be described. Here, a calculation method based on a three-phase balanced circuit will be described, but in reality, a pulsation of a calculated value due to unbalance or the like is expected, and thus measures such as filter processing are required.
First, the derailment detection unit 20a converts the line voltage values e UV , e VW , and e WU represented by the detection signals output from the voltage detection units 19a to 19c into the three-phase voltage values e U , e V , and e W. Convert to
Figure 0003998666

次に、脱線検知部20aが、3相電圧値e、e、eを、2相電圧値eα、eβに変換する。

Figure 0003998666
これらの2相電圧値eα、eβに基づいて、脱線検知部20aが、電圧の振幅Eと位相θを求める。
Figure 0003998666
Next, the derailment detection unit 20a converts the three-phase voltage values e U , e V , and e W into two-phase voltage values e α and e β .
Figure 0003998666
Based on these two-phase voltage values e α and e β , the derailment detection unit 20a obtains the voltage amplitude Em and the phase θ e .
Figure 0003998666

同様に、電流についても、脱線検知部20aが、3相電流値i、i、iを、2相電流値iα、iβに変換する。

Figure 0003998666
さらに、脱線検知部20aが、2相電流値iα、iβに基づいて、電流の振幅Iと位相θを求める。
Figure 0003998666

Similarly, for the current, the derailment detection unit 20a converts the three-phase current values i U , i V , i W into the two-phase current values i α , i β .
Figure 0003998666
Further, the derailment detection unit 20a obtains the current amplitude I m and the phase θ i based on the two-phase current values i α and i β .
Figure 0003998666

以上の式(1)〜(4)に基づいて、脱線検知部20aが、入力端から見た抵抗値RとリアクタンスXとを求める。

Figure 0003998666
Based on the above formulas (1) to (4), the derailment detection unit 20a obtains the resistance value R and the reactance X viewed from the input end.
Figure 0003998666

図6に、LIMの1相当りの等価回路を示す。図6の(A)に示すように、LIMは、1次側と2次側との間の誘導作用により、変圧器と同様の回路で表される。1次側回路は、電機子抵抗rと1次漏れリアクタンスxとによって表され、励磁回路は、鉄損rと励磁リアクタンスxとによって表され、2次側回路は、2次抵抗rと2次漏れリアクタンスxと滑りsとによって表される。ここで、図6の(A)に示す回路を、変圧器の等価回路と同様に、図6の(B)のように書き改めることができる。さらに、励磁回路を2次側回路に含めた等価回路として、図6の(C)のように表すことができる。このとき、r2e及びx2eを、それぞれ等価2次抵抗及び等価2次リアクタンスと呼ぶ。 FIG. 6 shows an equivalent circuit equivalent to one LIM. As shown in FIG. 6A, the LIM is represented by a circuit similar to a transformer due to the inductive action between the primary side and the secondary side. The primary circuit is represented by an armature resistor r 1 and a primary leakage reactance x 1, and the excitation circuit is represented by an iron loss r 0 and an excitation reactance x 0, and the secondary circuit is a secondary resistance It is represented by r 2 , secondary leakage reactance x 2 and slip s. Here, the circuit shown in FIG. 6A can be rewritten as shown in FIG. 6B, similarly to the equivalent circuit of the transformer. Furthermore, an equivalent circuit including the excitation circuit in the secondary side circuit can be expressed as shown in FIG. At this time, r 2e and x 2e are referred to as equivalent secondary resistance and equivalent secondary reactance, respectively.

式(5)、(6)に基づいて算出された入力端から見た抵抗値R及びリアクタンスXから、電機子の巻線抵抗r及び1次側の漏洩リアクタンスxをそれぞれ差し引くことにより、等価2次抵抗r2e及び等価2次リアクタンスx2eを求めることができる。
2e=R−r
2e=X−x
By subtracting the winding resistance r 1 of the armature and the leakage reactance x 1 on the primary side from the resistance value R and the reactance X seen from the input end calculated based on the equations (5) and (6), respectively. The equivalent secondary resistance r 2e and the equivalent secondary reactance x 2e can be obtained.
r 2e = R−r 1
x 2e = X−x 1

図7に、交流励磁電流の周波数を変化させたときの等価2次抵抗及び等価2次リアクタンスの変化を示す。交流励磁電流の周波数fが同期周波数よりも小さい範囲においては、推力がマイナスとなってブレーキ力が働くと共に、電力回生動作が行われる。この範囲においては、滑りs及び等価2次抵抗r2eもマイナスとなる。一方、交流励磁電流の周波数fが同期周波数よりも大きい範囲においては、推力がプラスとなって推進力が働くことにより力行する。この範囲においては、滑りs及び等価2次抵抗r2eもプラスとなる。 FIG. 7 shows changes in equivalent secondary resistance and equivalent secondary reactance when the frequency of the AC excitation current is changed. In a range where the frequency f of the AC excitation current is smaller than the synchronous frequency, the thrust becomes negative and the braking force works, and the power regeneration operation is performed. In this range, the slip s and the equivalent secondary resistance r 2e are also negative. On the other hand, in a range where the frequency f of the AC excitation current is larger than the synchronous frequency, the thrust is positive and the propulsive force works to perform powering. In this range, the slip s and the equivalent secondary resistance r 2e are also positive.

図7においては、鉄道車両の速度が50km、100km、200kmの場合について、交流励磁電流の周波数fを変化させたときの等価2次抵抗r2e及び等価2次リアクタンスx2eの変化を示している。いずれの速度においても、周波数fが大きくなると、等価2次リアクタンスx2eは単調に増加し、等価2次抵抗r2eも、その値がプラスとなる範囲においては、増加することが分る。 FIG. 7 shows changes in the equivalent secondary resistance r 2e and the equivalent secondary reactance x 2e when the frequency f of the AC excitation current is changed when the speed of the railway vehicle is 50 km, 100 km, and 200 km. . It can be seen that at any speed, as the frequency f increases, the equivalent secondary reactance x 2e increases monotonously, and the equivalent secondary resistance r 2e also increases within a range where the value is positive.

一方、脱線時には、LIMと対向するレールが無くなるので、電機子において磁束が減少して入力インピーダンスが変化する。即ち、鉄道車両が脱線すると、磁束が減少し、図6の(A)及び(B)に示す励磁リアクタンスxが小さくなる。また、2次抵抗rが増大するので、図6の(C)に示す等価2次回路のインピーダンス(等価2次抵抗及び等価2次リアクタンス)が小さくなる。このとき、等価2次インピーダンスは、図7における原点の近傍に移動する。従って、入力インピーダンスを計測し、それを用いて算出される等価2次インピーダンスの大きさを監視することにより、鉄道車両の脱線を検知することができる。ただし、周波数が非常に低くなるとインピーダンスの算出精度が低下するので、交流励磁電流の周波数fが、所定の周波数fよりも大きいことが条件である。 On the other hand, at the time of derailment, since there is no rail facing the LIM, the magnetic flux decreases in the armature and the input impedance changes. That is, when the railway vehicle is derailed, the magnetic flux is reduced, the excitation reactance x 0 shown in (A) and (B) in FIG. 6 is reduced. Further, since the secondary resistance r 2 increases, the impedance (equivalent secondary resistance and equivalent secondary reactance) of the equivalent secondary circuit shown in FIG. At this time, the equivalent secondary impedance moves to the vicinity of the origin in FIG. Therefore, derailment of the railway vehicle can be detected by measuring the input impedance and monitoring the magnitude of the equivalent secondary impedance calculated using the input impedance. However, since the frequency is very low impedance calculation accuracy decreases, the frequency f of the alternating exciting current is greater condition than a predetermined frequency f d.

ここでは、等価2次インピーダンスの大きさを自乗した値を、等価2次インピーダンスの大きさの閾値zに基づいて設定された参照値z と比較することにより、鉄道車両が脱線しているか否かを判定することにする。
(R−r+(X−x≦z ・・・(7)
即ち、交流励磁電流の周波数fが所定の周波数fよりも大きい場合に(f>f)、式(7)が成立したら、鉄道車両が脱線していると判定される。あるいは、複数の周波数fに対応して、参照値z を設定しても良い。
Here, by comparing the value obtained by squaring the magnitude of the equivalent secondary impedance with the reference value z d 2 set based on the threshold value z d of the magnitude of the equivalent secondary impedance, the railway vehicle is derailed. It will be determined whether or not.
(R−r 1 ) 2 + (X−x 1 ) 2 ≦ z d 2 (7)
That is, when the frequency f of the alternating current excitation current is greater than the predetermined frequency f d (f> f d ), it is determined that the railway vehicle is derailed if Expression (7) is established. Alternatively, the reference value z d 2 may be set corresponding to a plurality of frequencies f.

電流及び電圧がベクトル(又は複素数)として測定される場合には、脱線検知部20aにおけるインピーダンスの計算手法は、以下のようになる。
まず、脱線検知部20aが、電圧検出部19a〜19cから出力される検出信号によって表される線間電圧ベクトルEUV、EVW、EWUを、3相電圧ベクトルE、E、Eに変換する。

Figure 0003998666
When the current and voltage are measured as vectors (or complex numbers), the impedance calculation method in the derailment detection unit 20a is as follows.
First, the derailment detection unit 20a converts the line voltage vectors E UV , E VW , and E WU represented by the detection signals output from the voltage detection units 19a to 19c into the three-phase voltage vectors E U , E V , and E W. Convert to
Figure 0003998666

3相電流ベクトルI、I、Iと3相電圧ベクトルE、E、Eとに基づいて、脱線検知部20aが、入力インピーダンスZ、Z、Zを求める。

Figure 0003998666
Based on the three-phase current vectors I U , I V , I W and the three-phase voltage vectors E U , E V , E W , the derailment detection unit 20a obtains input impedances Z U , Z V , Z W.
Figure 0003998666

ここでは、各相の等価2次インピーダンス(Z−Z)、(Z−Z)、(Z−Z)の自乗和を、等価2次インピーダンスの閾値Zに基づいて設定された参照値3Z と比較することにより、鉄道車両が脱線しているか否かを判定することにする。
(Z−Z+(Z−Z+(Z−Z≦3Z ・・・(8)
ここで、Z=r+jxは、電機子の1次側のインピーダンスである。交流励磁電流の周波数fが所定の周波数fよりも大きい場合に(f>f)、式(8)が成立したら、鉄道車両が脱線していると判定される。あるいは、複数の周波数fに対応して、参照値3Z を設定しても良い。
Here, the sum of squares of the equivalent secondary impedances (Z U -Z 1 ), (Z V -Z 1 ), and (Z W -Z 1 ) of each phase is set based on the threshold value Z d of the equivalent secondary impedance. It is determined whether or not the railway vehicle is derailed by comparing it with the reference value 3Z d 2 made .
(Z U -Z 1) 2 + (Z V -Z 1) 2 + (Z W -Z 1) 2 ≦ 3Z d 2 ··· (8)
Here, Z 1 = r 1 + jx 1 is the impedance on the primary side of the armature. When the frequency f of the AC excitation current is higher than the predetermined frequency f d (f> f d ), if the equation (8) is established, it is determined that the railway vehicle is derailed. Alternatively, the reference value 3Z d 2 may be set corresponding to a plurality of frequencies f.

本実施形態によれば、交流励磁電流の周波数fが同期周波数よりも小さい範囲においては、マイナスの推力が発生することにより、脱線検知装置がブレーキ装置としても働き、交流励磁電流の周波数fが同期周波数と等しい範囲においては、推力がゼロとなって吸引力のみが発生することにより、脱線検知装置が増粘着装置としても働き、交流励磁電流の周波数fが同期周波数よりも大きい範囲においては、プラスの推力が発生することにより、脱線検知装置が推進装置としても働くことになる。また、交流励磁電流の振幅を小さくすれば、上記の働きは弱くなり、脱線検知装置としてのみ働くことになる。その場合においても、鉄道車両の速度に影響を与えないためには、交流励磁電流の周波数fを同期周波数と等しくすることが望ましい。   According to the present embodiment, in a range where the frequency f of the AC excitation current is smaller than the synchronization frequency, a negative thrust is generated, so that the derailment detection device also functions as a brake device, and the frequency f of the AC excitation current is synchronized. In the range equal to the frequency, the thrust becomes zero and only the attraction force is generated, so that the derailment detection device also works as a thickening device, and in the range where the frequency f of the AC excitation current is larger than the synchronous frequency, When the thrust is generated, the derailment detection device also functions as a propulsion device. Further, if the amplitude of the AC excitation current is reduced, the above function becomes weak and only works as a derailment detection device. Even in such a case, it is desirable to make the frequency f of the AC excitation current equal to the synchronous frequency so as not to affect the speed of the railway vehicle.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る脱線検知装置は、直流渦電流損ブレーキと兼用されるものであり、直流励磁電流によって直流磁界を発生し、鉄道車両の走行に伴ってレール内部に発生する渦電流損によってブレーキ力を得ることができる。本実施形態においては、ブレーキ動作を行わない期間において、脱線検知動作を行うようにしても良い。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The derailment detection device according to the present embodiment is also used as a DC eddy current loss brake, generates a DC magnetic field by a DC excitation current, and brakes by an eddy current loss generated inside the rail as the railway vehicle travels. You can gain power. In the present embodiment, the derailment detection operation may be performed during a period when the brake operation is not performed.

図8を参照しながら、本実施形態に係る脱線検知装置の原理について説明する。この脱線検知装置は、電磁変換部として、2本のレールに対向するように配置された2つの電機子を含んでいる。これらの電機子は、コア(磁芯)に形成された複数の溝に巻線を巻いて構成された直線状の電磁石であり、車輪13を回転可能に支持する台車14に固定されているか、又は、車輪13の軸箱に直接固定されている。レールとしては、従来の鉄道軌道をそのまま使用することができるので、何も変更する必要はない。   The principle of the derailment detection device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This derailment detection device includes two armatures arranged as opposed to two rails as an electromagnetic conversion unit. These armatures are linear electromagnets configured by winding a plurality of grooves formed in a core (magnetic core), and are fixed to a carriage 14 that rotatably supports a wheel 13; Or it is directly fixed to the axle box of the wheel 13. As the rail, a conventional railroad track can be used as it is, so there is no need to change anything.

図8の(A)を参照すると、台車14及びその上に取り付けられた客室等を含む鉄道車両は、レール21上を走行することにより、運動エネルギーを蓄積している。なお、図8においては、説明を簡単にするために、一方の電機子11及び一方のレール21のみが示されている。   Referring to FIG. 8A, the railway vehicle including the carriage 14 and the guest room attached thereon accumulates kinetic energy by traveling on the rail 21. In FIG. 8, only one armature 11 and one rail 21 are shown for ease of explanation.

走行速度を減少させたい場合には、電機子51の巻線に直流励磁電流を流すことにより直流磁界を発生させる。この磁界により、電機子11のN極からレール21内を貫通して電機子11のS極に戻る磁束が発生し、レール21内に渦電流が生じる。鉄道車両の移動と共に磁束もレール21内を移動するが、レール21内の渦電流は磁束の変化を妨げようとするので、電機子11とレール21との間にブレーキ力が生じる。   When it is desired to reduce the traveling speed, a DC magnetic field is generated by passing a DC excitation current through the winding of the armature 51. This magnetic field generates a magnetic flux that passes through the rail 21 from the N pole of the armature 11 and returns to the S pole of the armature 11, and an eddy current is generated in the rail 21. The magnetic flux also moves in the rail 21 with the movement of the railway vehicle. However, since the eddy current in the rail 21 tries to prevent the magnetic flux from changing, a braking force is generated between the armature 11 and the rail 21.

一方、図8の(B)に示すように、レールが存在しない場合には、磁気回路が変化するので、発生する磁束が弱くなり、電機子11の入力インピーダンスも変化する。このインピーダンスの変化を、交流電流を通電して計測することにより、鉄道車両の脱線を検知することができる。あるいは、直流励磁電流を流すための巻線とは別に、電機子に探りコイルを巻いておき、探りコイルに誘起される電圧を計測することにより、鉄道車両の脱線を検知するようにしても良い。以下においては、電機子に探りコイルを設ける場合について説明する。   On the other hand, as shown in FIG. 8B, when there is no rail, the magnetic circuit changes, so the generated magnetic flux becomes weak and the input impedance of the armature 11 also changes. By measuring the change in impedance by applying an alternating current, derailment of the railway vehicle can be detected. Alternatively, apart from the winding for passing a direct current excitation current, a probe coil may be wound around the armature, and a voltage induced in the probe coil may be measured to detect derailment of the railway vehicle. . Below, the case where a search coil is provided in an armature is demonstrated.

図9は、直流き電とした場合の本実施形態に係る脱線検知装置の基本的構成を示すブロック図である。台車14には、一方のレール21に対向するように第1の電機子51が配置され、他方のレール22に対向するように第2の電機子52が配置されている。これらの電機子51及び52は、駆動部60から電機子の巻線に供給される直流励磁電流に従って発生する直流磁界によってレール21及び22内に磁束及び渦電流を発生させると共に、駆動部60から電機子の巻線に供給される交流電流に従って探りコイル53及び54に誘導起電力を発生させる。なお、図9には、1つの駆動部60に対して2つの電機子51及び52が直列に接続される構成が示されているが、本発明は、電機子の数や接続形態に関わりなく実現することができる。   FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of the derailment detection apparatus according to the present embodiment in the case of direct current feeding. In the carriage 14, a first armature 51 is disposed so as to face one rail 21, and a second armature 52 is disposed so as to face the other rail 22. These armatures 51 and 52 generate magnetic flux and eddy current in the rails 21 and 22 by the DC magnetic field generated according to the DC exciting current supplied from the driving unit 60 to the winding of the armature, and from the driving unit 60. Inductive electromotive force is generated in the search coils 53 and 54 in accordance with the alternating current supplied to the armature winding. FIG. 9 shows a configuration in which two armatures 51 and 52 are connected in series to one drive unit 60. However, the present invention is not related to the number of armatures or the connection form. Can be realized.

駆動部60は、車輪13を介してレールに接地されており、架線(トロリ)からパンタグラフ16を介して印加される直流電圧に基づいて電機子51及び52に直流励磁電流を流すことにより直流磁界を発生させると共に、電機子51及び52に交流電流を流すことにより探りコイル53及び54に誘導起電力を発生させる。パンタグラフ16とインバータ15との間には、リプルを低減するために、インダクタ17が挿入されている。   The drive unit 60 is grounded to the rail via the wheel 13, and a DC magnetic field is generated by causing a DC excitation current to flow through the armatures 51 and 52 based on a DC voltage applied from the overhead line (trolley) via the pantograph 16. And an induced electromotive force is generated in the search coils 53 and 54 by passing an alternating current through the armatures 51 and 52. An inductor 17 is inserted between the pantograph 16 and the inverter 15 in order to reduce ripples.

電機子51及び52の巻線に流れる電流を検出するために、駆動部60と電機子51との間の配線には、電流検出部18dが挿入されている。また、探りコイル53及び54において発生する電圧を検出するために、探りコイル53及び54の配線間には、2つの電圧検出部19d及び19eがそれぞれ接続されている。   In order to detect the current flowing through the windings of the armatures 51 and 52, a current detection unit 18d is inserted in the wiring between the drive unit 60 and the armature 51. Further, in order to detect the voltage generated in the probe coils 53 and 54, two voltage detectors 19d and 19e are connected between the wires of the probe coils 53 and 54, respectively.

電流検出部18dは、電流を検出して得られたディジタルの検出信号を出力し、電圧検出部19d及び19eは、電圧を検出して得られたディジタルの検出信号を出力する。これらの検出信号は、中央演算装置(CPU)70に入力される。CPU70には、CPU70に動作を行わせるためのソフトウェア(制御プログラム)が格納されているROM80が接続されている。CPU70とソフトウェアとによって、脱線検知部70a及び制御部70bが、機能ブロックとして実現される。なお、脱線検知部70a及び制御部70bは、ディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。   The current detection unit 18d outputs a digital detection signal obtained by detecting the current, and the voltage detection units 19d and 19e output digital detection signals obtained by detecting the voltage. These detection signals are input to a central processing unit (CPU) 70. The CPU 70 is connected to a ROM 80 that stores software (control program) for causing the CPU 70 to perform an operation. The derailment detection unit 70a and the control unit 70b are realized as functional blocks by the CPU 70 and software. The derailment detection unit 70a and the control unit 70b may be configured with a digital circuit or an analog circuit.

脱線検知部70aは、電流検出部18dから出力される検出信号によって表される電流値と、電圧検出部19d及び19eから出力される検出信号によって表される誘導起電力とに基づいて、電機子51及び52の巻線に流れる交流電流と探りコイル53及び54において発生する電圧との関係を算出する。   The derailment detection unit 70a is based on the current value represented by the detection signal output from the current detection unit 18d and the induced electromotive force represented by the detection signals output from the voltage detection units 19d and 19e. The relationship between the alternating current flowing in the windings 51 and 52 and the voltage generated in the search coils 53 and 54 is calculated.

図10は、電機子とレールとの間のギャップ長と探りコイルを貫通する磁束との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。ここでは、交流電流の周波数を50Hzとして、車両停止状態において探りコイルを貫通する磁束を、2次元及び3次元のシミュレーションによって求めた。図10において、最も右側は、レールが存在しない場合を示している。図10に示されているように、電機子とレールとの間のギャップ長が大きくなる程、探りコイルを貫通する磁束が減少している。   FIG. 10 is a diagram illustrating a result of a relationship between the gap length between the armature and the rail and the magnetic flux penetrating the search coil determined by simulation. Here, the frequency of the alternating current was set to 50 Hz, and the magnetic flux penetrating the probe coil when the vehicle was stopped was obtained by two-dimensional and three-dimensional simulations. In FIG. 10, the rightmost side shows a case where there is no rail. As shown in FIG. 10, as the gap length between the armature and the rail increases, the magnetic flux penetrating the search coil decreases.

なお、探りコイル53及び54の一形態として、横ずれ時における磁束の変化分のみを捕らえるヌル(null)フラックス構成とすることも可能である。この場合には、8の字型の探りコイルをレールと電機子との間に挿入することになる。図11は、8の字型の探りコイルとレールとを上から見た図である。図11に示すように、8の字型の探りコイル53は、8の字の縦方向がレール21の長手方向と直交するように配置される。このように配置されたヌルフラックス構成の探りコイルは、レールと電機子とが横ずれを起こさない場合には出力電圧がゼロであるが、レールと電機子とが横ずれを起こすと、そのずれ量にほぼ比例した電圧を出力する。   As one form of the search coils 53 and 54, it is possible to adopt a null flux configuration that captures only a change in magnetic flux at the time of lateral deviation. In this case, an 8-shaped probe coil is inserted between the rail and the armature. FIG. 11 is a top view of an 8-shaped probe coil and rail. As shown in FIG. 11, the 8-shaped probe coil 53 is arranged so that the vertical direction of the 8-shaped shape is orthogonal to the longitudinal direction of the rail 21. The probe coil of the null flux configuration arranged in this way has an output voltage of zero when the rail and the armature do not cause a lateral shift, but when the rail and the armature cause a lateral shift, the amount of the shift is reduced. Outputs an almost proportional voltage.

探りコイルを貫通する磁束は、電機子の巻線に供給される電流によって発生する。また、探りコイルを貫通する磁束の変化に比例して、探りコイルから誘導起電力が発生する。従って、電機子の巻線に供給される交流電流値と、探りコイルの両端電圧値とを計測することにより、例えば、両端電圧値を交流電流値で割った値に基づいて、電機子とレールとの間のギャップ長を検知することができる。さらに、両端電圧値を交流電流値で割った値が設定値以下となった場合に、鉄道車両が脱線したと判定することができる。   The magnetic flux penetrating the probe coil is generated by the current supplied to the armature winding. In addition, an induced electromotive force is generated from the probe coil in proportion to the change in the magnetic flux passing through the probe coil. Therefore, by measuring the alternating current value supplied to the winding of the armature and the voltage value at both ends of the probe coil, for example, based on the value obtained by dividing the voltage value at both ends by the alternating current value, the armature and the rail Can be detected. Furthermore, when the value obtained by dividing the voltage value at both ends by the alternating current value is equal to or less than the set value, it can be determined that the railcar has derailed.

図9に示す制御部70bは、脱線検知部70aによって算出された値に基づいて、鉄道車両と軌条レールとの間の距離が拡大したことを検知して警告を表示したり、さらには、脱線検知部70aによって鉄道車両が脱線していると判定された場合に、警報を発したり非常ブレーキを作動させたりする。   Based on the value calculated by the derailment detection unit 70a, the control unit 70b shown in FIG. 9 detects that the distance between the railway vehicle and the rail rail has increased and displays a warning, When the detection unit 70a determines that the railway vehicle is derailed, an alarm is issued or an emergency brake is activated.

また、制御部70bは、電流検出部18dから出力される検出信号に基づいて、電機子51及び52の巻線に流れる直流励磁電流値を検出し、指令部から送られてくる指令信号に従って、電機子51及び52に供給すべき直流励磁電流値を制御するための制御信号を算出して駆動部60に出力する。
以上の実施形態においては、直流き電とした場合について説明したが、本発明に係る脱線検知装置は、交流き電とした場合にも適用できる。
Further, the control unit 70b detects the DC excitation current value flowing in the windings of the armatures 51 and 52 based on the detection signal output from the current detection unit 18d, and according to the command signal sent from the command unit, A control signal for controlling the DC exciting current value to be supplied to the armatures 51 and 52 is calculated and output to the driving unit 60.
In the above embodiment, although the case where it was set as direct current feeding was demonstrated, the derailment detection apparatus which concerns on this invention is applicable also when it is set as alternating current feeding.

本発明は、鉄道車両と軌条レールとの間のギャップ長が拡大したこと、又は、鉄道車両と軌条レールとが相対横ずれを起こしたことを検知し、さらには鉄道車両の脱線を検知する脱線検知装置において利用することが可能である。   The present invention detects a derailment detection that detects that the gap length between the railway vehicle and the rail rail has increased, or that the railcar and the rail rail have caused a relative lateral shift, and further detects the derailment of the railcar. It can be used in the apparatus.

本発明の第1の実施形態に係る脱線検知装置及びその周辺部分を示す図である。It is a figure which shows the derailment detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and its periphery part. 本発明の第1の実施形態に係る脱線検知装置の原理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the derailment detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 直流き電とした場合の本発明の第1の実施形態に係る脱線検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the derailment detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention at the time of setting it as DC feeding. 本発明の第1の実施形態において用いられる電機子及びレールの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the armature and rail used in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態において用いられるインバータの原理的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a fundamental structure of the inverter used in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態において用いられる電機子の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the armature used in the 1st Embodiment of this invention. 交流励磁電流の周波数を変化させたときの等価2次抵抗及び等価2次リアクタンスの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of an equivalent secondary resistance and an equivalent secondary reactance when changing the frequency of alternating current excitation current. 本発明の第2の実施形態に係る脱線検知装置の原理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the derailment detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 直流き電とした場合の本発明の第2の実施形態に係る脱線検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the derailment detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention at the time of setting it as direct current feeding. 本発明の第2の実施形態において電機子とレールとの間のギャップ長と探りコイルを貫通する磁束との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the relationship between the gap length between an armature and a rail, and the magnetic flux which penetrates a search coil in the 2nd Embodiment of this invention by simulation. 本発明の第2の実施形態における8の字型の探りコイルとレールとを上から見た図である。It is the figure which looked at the figure-shaped search coil and rail in the 2nd Embodiment of this invention from the top.

11、12、51、52 電機子
13 車輪
14 台車
15 インバータ
16 パンタグラフ
17 インダクタ
18a〜18d 電流検出部
19a〜19e 電圧検出部
20、70 CPU
20a、70a 脱線検知部
20b、70b 制御部
21、22 レール
30、80 ROM
40 速度センサ
53、54 探りコイル
60 駆動部
Q1〜Q6 スイッチング素子
D1〜D6 ダイオード
11, 12, 51, 52 Armature 13 Wheel 14 Dolly 15 Inverter 16 Pantograph 17 Inductors 18a-18d Current detectors 19a-19e Voltage detectors 20, 70 CPU
20a, 70a Derailment detection unit 20b, 70b Control unit 21, 22 Rail 30, 80 ROM
40 Speed sensor 53, 54 Search coil 60 Drive part Q1-Q6 Switching element D1-D6 Diode

Claims (8)

鉄道車両においてレールに対向する位置に配置され、供給される電流に従って発生する磁界によりレール内に磁束を発生させる電磁変換部と、
前記電磁変換部に電流を供給する駆動手段と、
前記駆動手段から前記電磁変換部に供給される電流を検出して検出信号を出力する電流検出手段と、
前記駆動手段から前記電磁変換部に供給される電流に従って発生する電圧を検出して検出信号を出力する電圧検出手段と、
前記電流検出手段から出力される検出信号と前記電圧検出手段から出力される検出信号とに基づいて、前記鉄道車両が脱線しているか否かを判定する脱線検知手段と、
を具備する脱線検知装置。
An electromagnetic conversion unit that is disposed at a position facing the rail in the railway vehicle and generates magnetic flux in the rail by a magnetic field generated according to a supplied current;
Driving means for supplying a current to the electromagnetic converter;
Current detection means for detecting a current supplied from the driving means to the electromagnetic conversion unit and outputting a detection signal;
Voltage detection means for detecting a voltage generated in accordance with a current supplied from the driving means to the electromagnetic conversion unit and outputting a detection signal;
Derailment detection means for determining whether or not the railway vehicle is derailed based on a detection signal output from the current detection means and a detection signal output from the voltage detection means;
A derailment detection device comprising:
前記電磁変換部が、2本のレールに対向する位置にそれぞれ配置される2つの電機子を含み、前記2つの電機子の各々が、複数の溝が形成された磁芯と、前記磁芯の溝に巻かれた巻線であって、前記駆動手段から電流が供給され、該電流に従って発生する電圧を前記電圧検出手段に供給する前記巻線とを有する、請求項1記載の脱線検知装置。   The electromagnetic conversion unit includes two armatures respectively disposed at positions facing two rails, and each of the two armatures includes a magnetic core in which a plurality of grooves are formed, and the magnetic core The derailment detection device according to claim 1, further comprising: a winding wound in a groove, wherein the winding is supplied with a current from the driving unit and supplies a voltage generated according to the current to the voltage detection unit. 前記脱線検知手段が、前記電流検出手段から出力される検出信号と前記電圧検出手段から出力される検出信号とに基づいて、前記電機子の入力インピーダンスを算出することにより、前記鉄道車両が脱線しているか否かを判定する、請求項2記載の脱線検知装置。   The derailment detection means calculates the input impedance of the armature based on the detection signal output from the current detection means and the detection signal output from the voltage detection means, thereby derailing the railway vehicle. The derailment detection device according to claim 2, wherein it is determined whether or not there is. 前記電磁変換部が、2本のレールに対向する位置にそれぞれ配置される2つの電機子を含み、前記2つの電機子の各々が、複数の溝が形成された磁芯と、前記磁芯の溝に巻かれた第1の巻線であって、前記駆動手段から電流が供給される前記第1の巻線と、前記磁芯の溝に巻かれた第2の巻線であって、前記駆動手段から前記第1の巻線に供給される電流に従って誘起される誘導起電力を前記電圧検出手段に供給する前記第2の巻線とを有する、請求項1記載の脱線検知装置。   The electromagnetic conversion unit includes two armatures respectively disposed at positions facing two rails, and each of the two armatures includes a magnetic core in which a plurality of grooves are formed, and the magnetic core A first winding wound in a groove, the first winding being supplied with current from the driving means, and a second winding wound in the groove of the magnetic core, The derailment detection device according to claim 1, further comprising: the second winding for supplying an induced electromotive force induced in accordance with a current supplied from the driving unit to the first winding to the voltage detection unit. 前記脱線検知手段が、前記電流検出手段から出力される検出信号と前記電圧検出手段から出力される検出信号とに基づいて、前記第1の巻線に流れる交流電流と前記第2の巻線に誘起される誘導起電力との関係を算出することにより、前記鉄道車両が脱線しているか否かを判定する、請求項4記載の脱線検知装置。   The derailment detection unit is configured to apply an alternating current flowing in the first winding and a second winding based on a detection signal output from the current detection unit and a detection signal output from the voltage detection unit. The derailment detection device according to claim 4, wherein it is determined whether or not the railcar is derailed by calculating a relationship with an induced electromotive force induced. 前記電磁変換部が、供給される電流に従って発生する磁界によって前記レールに対して推進力又は吸引力又はブレーキ力を発生させる、請求項1〜5のいずれか1項記載の脱線検知装置。   The derailment detection device according to claim 1, wherein the electromagnetic conversion unit generates a propulsive force, an attractive force, or a brake force with respect to the rail by a magnetic field generated according to a supplied current. 前記電磁変換部が、前記駆動手段から供給される交流励磁電流に従って発生する磁界によって前記レール内に渦電流を発生させることにより前記レールに対してブレーキ力を発生させると共に、前記レールに対する相対的な位置の変化に伴って起電力を生じ、
前記駆動手段が、架線から前記鉄道車両に印加される電圧に基づいて前記電磁変換部に交流励磁電流を供給すると共に、前記電磁変換部から印加される起電力に基づいて前記架線、又は、電力を消費若しくは貯蔵する装置に電流を供給する、
請求項6記載の脱線検知装置。
The electromagnetic conversion section generates an eddy current in the rail by a magnetic field generated according to an AC excitation current supplied from the driving means, thereby generating a braking force for the rail and relative to the rail. An electromotive force is generated as the position changes,
The drive means supplies an AC excitation current to the electromagnetic conversion unit based on a voltage applied to the railway vehicle from an overhead line, and the overhead line or electric power based on an electromotive force applied from the electromagnetic conversion unit. Supply current to devices that consume or store
The derailment detection device according to claim 6.
前記電磁変換部が、前記駆動手段から前記第1の巻線に供給される直流励磁電流に従って発生する磁界によって前記レール内に渦電流を発生させることにより前記レールに対してブレーキ力を発生させると共に、前記駆動手段から前記第1の巻線に供給される交流電流に従って前記第2の巻線に誘導起電力を発生させる、
請求項6記載の脱線検知装置。
The electromagnetic conversion unit generates an eddy current in the rail by a magnetic field generated according to a direct current excitation current supplied from the driving means to the first winding, thereby generating a braking force on the rail. Generating an induced electromotive force in the second winding according to an alternating current supplied from the driving means to the first winding;
The derailment detection device according to claim 6.
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