专利名称：直线同步电机式车辆的馈电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用地面初级直线同步电机的LSM式车辆的馈电系统。
背景技术：
以往，在悬浮式铁路中，车辆的驱动方式采用在车辆一侧配置超导磁铁、在地面一侧配置推进线圈的地面初级直线同步电机(LSM)方式。采用该LSM方式的车辆(LSM式车辆)通过从沿线设置的变电所经馈电线向推进线圈供给电力，在车辆一侧的超导电磁铁和轨道侧壁的推进线圈之间产生引力、斥力，来得到其推进驱动力。此时，LSM式车辆的速度由向推进线圈提供的电压及电流的频率来决定。该频率的调整由变电所的逆变器装置来进行，所以通过从沿线设置的中央控制装置控制逆变器装置的输出频率来控制LSM式车辆的速度。
因此，将轨道全线划分为规定的长度来设置推进线圈和馈电线等沿线设备，分别对应于该划分出的区间来设置变电所。由与LSM式车辆行驶的区间对应的变电所来向LSM式车辆供给电力。在该变电所中，设有数目与一个车辆相当的逆变器装置，沿线设备也如此构成，所以基本上在一个区间上只允许行驶一个车辆。
在驱动控制这种LSM式车辆时，采用被称为“馈电边界可变方式”的馈电方法。即，如图5上部所示，例如馈电区间由边界划分开关(区间开关)Pn、Pn+1、Pn+2…来细分，对应于各馈电区间在沿线设置变电所SSn～SSn+3…。在这些变电所SSn～SSn+3中分别设置有逆变器装置INVn～INVn+3，设有用于从各个逆变器装置INVn～INVn+3向馈电线供给或停止供给电力的供电开关In～In+3、用于将该供给电力供给或停止供给到相应划分中的LSM式车辆的行进方面(F)或其反方面(B)的方面开关(Bn，Fn)～(Bn+3，Fn+3)。在该图中，LSM式车辆沿区间n的行进方面一侧行驶，所以示出逆变器装置INVn工作、供电开关In及方面开关Fn接通的情况。
在该图中部，示出LSM式车辆的与该图上部对应的行驶位置、供给电流及行驶速度之间的关系，横轴表示行驶位置，纵轴表示供给电流及行驶速度。此外，在该图下部，示出LSM式车辆的行驶状态(行驶曲线)和各变电所SSn～SSn+3的馈电状态之间的关系，横轴表示行驶位置，纵轴表示时间，图中的斜线部分表示各变电所的逆变器装置的供电状态。
即，原则上，区间n由逆变器装置INVn进行馈电，区间n+1由逆变器装置INVn+1进行馈电，区间n+2由逆变器装置INVn+2进行馈电，区间n+3由逆变器装置INVn+3进行馈电。在某一个区间的逆变器装置出现故障等情况下，与接近的划分之间的连接点——边界划分开关被接通，进行延长馈电。在该图的例子中，在区间n+2和区间n+3之间设有车站，LSM式车辆通过变电所SSn+2后减速并在该车站停车，再次启动并向变电所SSn+3方面加速。因此，在快到站时为了制动而供给反向的电流，在从车站启动后的加速中有大的驱动负载，所以供给大电流。
这样，通过开/关供电开关及方面开关，从变电所的逆变器装置依次向LSM式车辆行驶的馈电区间供电。此时，通过适当组合各开关的开/关，不仅能够选择预先设定的向该馈电区间供电的逆变器装置，而且能够选择接近的其他逆变器装置，所以能够灵活地适应LSM式车辆的时刻表调整，也能够减少逆变器装置故障时的影向。
其中，本申请发明是根据公开实施的技术提出的，申请人没有现有技术文献情报。因此，不特别指出现有技术文献。
然而，在上述现有的馈电系统中，从车站启动时，在上坡区间、隧道区间等上，LSM式车辆需要比较大的驱动力，而在各变电所中统一设置了相同容量的逆变器装置。即，在上述馈电边界可变方式中，需要能够根据情况来改变逆变器装置和馈电区间之间的组合，所以以需要大驱动力的区间的逆变器装置的容量为基准来设定其他逆变器装置的容量。因此，使沿线的多个逆变器装置具有大容量。
然而，在通常行驶时，上述需要大驱动力的区间大致由该特定的逆变器装置负责，所以其他逆变器装置只在设备故障时或时刻表打乱时才输出大容量，其结果是，容量不必要地大，在设备利用率方面存在问题。
发明内容
本发明就是鉴于这种课题而提出的，其目的在于，在采用地面初级直线同步电机的LSM式车辆的馈电系统中，在保持足以实现LSM式车辆高速行驶的驱动力的同时，降低逆变器装置的总容量来提高其设备利用率。
鉴于上述课题，技术方案1所述的馈电系统为了通过LSM车辆上搭载的超导磁铁和沿轨道配置的推进线圈之间的相互作用来推进该LSM式车辆，经用区间开关沿轨道划分的区间内的馈电线，从与各区间分别对应的变电所的逆变器装置向推进线圈供给驱动电力。
特别是，与各区间分别对应的逆变器装置分别根据LSM式车辆按通常的运转曲线行驶所需的驱动负载，来预先设置其不同的容量。
这里所说的“运转曲线”，众所周知，是预先设定的、运行列车时的加减速控制等指标，例如通过使横轴为车站间的距离、纵轴为列车的速度，而从发车到停车连续记录的车站间的列车速度。该曲线依赖于列车的加速度、减速度，所以如果车辆的性能提高则要进行变更。这里所说的“通常的运转曲线”，是指设计者一侧根据运行频度比较高的LSM式车辆的通常的时刻表等而适当设定的运转曲线。因此，也可以不包含运行频度少的特定的车辆的运转曲线。在此情况下，例如在从上述车站启动时、上坡区间、隧道区间等上大，在平地上的匀速行驶区间上为中等，在下坡区间或制动时小。因此，原则上设置容量与其驱动负载对应的各逆变器装置，对驱动负载大的区间设置大容量的，对驱动负载中等的区间设置容量与其相称的，对驱动负载小的区间设置小容量的。
此时，也可以例如在LSM式车辆行驶的轨道的至少某一个倾斜区间上，使得LSM式车辆的行进方向上的下行倾斜一侧的逆变器装置的容量小于上行倾斜一侧的逆变器装置的容量。
其中，各区间的逆变器装置的容量无需与上述驱动负载完全成正比关系，而是根据运行环境和设备上的问题(例如是否有该容量的逆变器装置)等来适当选择。
在判断为某一个区间上的驱动电力不足的情况下，馈电控制部件对该区间的逆变器装置应供电的推进线圈，用其他接近的一个或多个逆变器装置来进行并联馈电。
这里，“驱动电力不足”的情况，相当于例如由于某些原因而变更逆变器装置的分担并从不在该区间上的其他逆变器装置进行供电所以其电力不足的情况、或者由于该区间的馈电设备故障或运行时刻表打乱而使该区间的所需电力不足的情况等。其中，前者的发生原因例如有下述情况等由于前方的馈电设备的故障等某些外在原因而从某个区间的逆变器装置向行驶于前方区间上的LSM式车辆进行供电，所以向行驶于该区间上的LSM式车辆供给的驱动电力不足。在这种情况下，进行控制，使得用相邻变电所的逆变器装置或不相邻但设置在附近的变电所的逆变器装置来进行并联馈电，供给该区间的LSM式车辆行驶所需的驱动电力。
根据以上结构，与各区间分别对应的变电所的逆变器装置的容量分别被设定为在每个区间上分别能够实现LSM式车辆的通常运行的程度，所以能够防止各逆变器装置的容量不必要地大。另一方面，在由于某些原因而使区间的驱动电力不足的情况下，进行控制，使得通过用接近的逆变器装置进行并联馈电来供给LSM式车辆的行驶所需的电力，所以能够充分确保LSM式车辆的驱动力。
换言之，通过将逆变器装置的容量抑制到与该区间相称的容量，并且通过并联馈电控制来消除由此可能发生的电力不足，能够在保持足以实现LSM式车辆行驶的驱动力的同时，比以往降低沿线的所有逆变器装置的总容量来提高其设备利用率。
在上述结构中，各区间的逆变器装置的容量分别根据LSM式车辆按预先设定的通常的运转曲线行驶所需的驱动负载来设定，但是也会出现例如使虽然运行次数少、但是超过通常的运转曲线的高速车辆行驶的情况。在此情况下，如果只用各区间各自的逆变器装置来进行供电，则会出现驱动电力不足的情况。
因此，例如如技术方案2所述，也可以使上述馈电控制部件对预定的特定的LSM式车辆，按照该特定的LSM式车辆的移动，用其行驶区间的逆变器装置和与之接近的逆变器装置来依次连续进行并联馈电。
在这种结构中，通过并联馈电来供给足够的电力，所以能够使上述不依赖于通常的运转曲线的高速的LSM式车辆以足够的驱动力来行驶。在此情况下，并联馈电的供电区间按照特定的LSM式车辆的移动来依次移动，所以不会妨碍后续的通常的LSM式车辆的行驶。在这种结构中，通过并联馈电还暂时占有该区间以外的区间上设置的逆变器装置，但是在特定的车辆的运行频度低的情况下可以认为没有什么问题。
此外，预先知道LSM式车辆从停止状态启动时需要特别大的驱动电力。
因此，如技术方案3所述，至少在LSM式车辆从停止状态转移到行驶状态时，上述馈电控制部件用其行驶区间的逆变器装置和与之接近的逆变器装置来平稳地执行并联馈电。
在这种结构中，在车站上平稳地进行并联馈电，所以能够减轻该车站所在的区间的逆变器装置的负担，逆变器装置的容量也能够小于只由该区间来供应的情况。特别是对停车频度低的车站所在的区间，只在LSM式车辆重新启动的预定的特定的时间内平稳地进行并联馈电即可。因此，也可以将逆变器装置设定为与平稳行驶区间同样的容量，只在LSM式车辆重新启动时方便地通过并联馈电来供应。
再者，也可以在LSM式车辆的上行和下行的轨道间进行并联馈电。即，一般在各区间上分别设有向上行方面一侧的轨道的推进线圈供给上述驱动电力的逆变器装置、和向下行方面一侧的轨道的推进线圈供给上述驱动电力的逆变器装置。因此如技术方案4所述，在判断为某一个区间上的驱动电力不足的情况下，馈电控制部件对该区间的逆变器装置应供电的推进线圈，从其他接近的逆变器装置来进行上下并联馈电。在此情况下，在该区间的上下进行并联馈电，是从馈电控制设备的结构上来说能够最简单而且廉价地实现的方法，但是也可以与其他区间之间进行上下并联馈电。
这种结构着眼于下述事实通常，即使上行和下行中的一方的时刻表打乱，或者馈电设备发生故障，往往几乎不影响另一方；此外，上行和下行双方的LSM式车辆行驶于同一区间上的概率很低。根据这种结构，能够从正常的一侧并联馈送足够的电力，能够更显著地发挥本发明的有效性。
图1是本发明第1实施例的馈电系统的概略结构的说明图。
图2是第1实施例的馈电控制方法的说明图。
图3是第1实施例的馈电控制方法的另一例的说明图。
图4是第2实施例的馈电控制方法的说明图。
图5是现有的馈电系统的概略结构及馈电方法的说明图。
具体实施例方式
以下，为了使本发明的实施方式更加明确，根据附图来说明本发明的优选实施例。
图1示出本发明第1实施例的LSM式车辆的馈电系统的概略结构，图2示出本实施例的馈电控制方法。其中，该馈电系统中的馈电设备等的基本结构与用图5说明过的大致相同，所以对相同结构附以相同标号(记号)来省略其说明。
如图1所示，本实施例的馈电系统在各变电所SSn～SSn+3…中，用未图示的变换器将从电力系统接受的三相交流电力暂时变换为直流电力后，用各逆变器装置INVn～INVn+3将该直流电力变换为具有驱动LSM式车辆R所需的频率及大小的三相交流电力，经各馈电线Ln～Ln+3供给到各推进线圈。在各区间的馈电线上，如上所述，设有供电开关In～In+3、方面开关(Bn，Fn)～(Bn+3，Fn+3)，这些供电开关、方面开关及边界划分开关根据从沿线设置的中央控制装置10经通信线路11输出的控制信号来开/关，控制驱动电力的供给区间。其中，在本实施例中，中央控制装置10相当于“馈电控制部件”。
各区间n～n+3上分别设置的变电所SSn～SSn+3的逆变器装置INVn～INVn+3分别根据LSM式车辆R按预先设定的通常的运转曲线行驶所需的驱动负载，来预先设置其不同的容量。即，在通常的LSM式车辆R的运转曲线上，区间n、n+1是匀速行驶区间，区间n+2是匀速行驶区间和减速区间并存。因此，区间n+2比区间n、n+1的驱动负载小。另一方面，在区间n+2和区间n+3之间设有车站，在LSM式车辆R重新启动并加速的区间n+3上驱动负载特别大。因此，将变电所SSn、SSn+1的逆变器装置INVn、INVn+1设置为中容量的，将变电所SSn+2的逆变器装置INVn+2设置为小容量的，将变电所SSn+3的逆变器装置设置为大容量的。因此，在各馈电设备正常、而且LSM式车辆R按通常的运转曲线照常进行运行的情况下，从各逆变器装置供给足够的驱动电力，能够实现按该运转曲线的行驶。
在本实施例中，各区间上设置的逆变器装置的容量这样按通常的运转曲线来设定，无需在各区间上设置不必要的大容量的逆变器装置，但是即使由于某些原因，在某个区间上该逆变器装置的容量不足以供给LSM式车辆R的驱动电力，也能对其进行补充。作为其具体例，根据图2来说明例如LSM式车辆在没有车站的区间上暂时停车的情况。
在该图的例子中，示出LSM式车辆R在区间n+1上沿与其行进方面相反的方面一侧行驶的过程中临时停车、重新启动的情况。在此情况下，只用逆变器装置INVn+1来供电不能得到期望的加速度，所以根据中央控制装置10的命令来进行控制，使得在时间t1～t2进一步接通供电开关In、方面开关Fn及边界划分开关Pn，用该区间的逆变器装置INVn+1和其相邻区间的逆变器装置INVn进行并联馈电。然后，在时间t2以后解除该并联馈电控制，转移到通常的馈电控制。其结果是，即使发生需要不按通常的运转曲线进行加速的事态，也能够充分供给LSM式车辆R的驱动电力，能够恢复通常的运行时刻表。
或者，也可以不是这样用该区间n+1的LSM式车辆的行进方向上的后方的区间n的逆变器装置INVn，而是如图3所示，用前方的区间n+2的逆变器装置INVn+2来进行并联馈电。在该图的例子中，根据中央控制装置10的命令来进行控制，使得在时间t1～t2进一步接通供电开关In+2、方面开关Bn+2及Fn+1及边界划分开关Pn+1，用该区间的逆变器装置INVn+1和其相邻区间的逆变器装置INVn+2进行并联馈电。然后，在时间t2以后解除该并联馈电，转移到通常的馈电控制。通过这样用前方的区间的逆变器装置进行并联馈电，确保后方的区间的供电，能够减少对后续行驶的LSM式车辆R的影响。
其中，图2及图3的馈电控制的适当与否根据是否存在正在行驶于该区间的前方或后方的区间上的别的LSM式车辆来变化，所以中央控制装置10最好监视其运行状况，适当进行切换。此外，在没有正在行驶于前方及后方的区间上的LSM式车辆的情况下，或者该区间的逆变器装置发生故障的情况下，也可以用前方及后方的区间双方的逆变器装置来进行并联馈电。再者，也可以不是用与该区间相邻的区间，而是用其次相邻的区间等其他接近的区间的逆变器装置来进行并联馈电。
如上所述，在本实施例的馈电系统中，各区间上分别设置的变电所的逆变器装置的容量分别被设定为在每个区间上分别能够实现LSM式车辆R的通常运行的程度，所以能够防止各逆变器装置的容量不必要地大。另一方面，在由于某些原因而使区间的驱动电力不足的情况下，进行控制，使得通过用接近的逆变器装置进行并联馈电来供给LSM式车辆R行驶所需的电力，所以能够充分确保LSM式车辆R的驱动力。其结果是，能够在保持足以实现LSM式车辆R行驶的驱动力的同时，比以往降低沿线的所有逆变器装置的总容量来提高其设备利用率。
在上述第1实施例中，示出在单行路线(上行或下行)的区间内进行并联馈电控制的例子，本实施例的馈电系统能够在双行路线间(上下)进行并联馈电。图4示出本实施例的馈电控制方法，对应于第1实施例中说明过的图2、图3。其中，该馈电系统中的馈电设备等的基本结构和馈电方法的原理与第1实施例大致相同，所以对相同结构附以同样的标号(记号)并省略其说明。
本实施例的馈电系统在各区间n～n+3…的变电所SSn～SSn+3上分别包括用于向上行方面的馈电线RLn～RLn+3及下行方面的馈电线LLn～LLn+3分别供给电力的逆变器装置(RINVn，LINVn)～(RINVn+3，LINVn+3)，同一区间的上下的馈电线经上下连接开关Tn～Tn+3…分别相连。这些上下连接开关Tn～Tn+3能够由上述中央控制装置10进行开/关控制，通过接通，能够从上下的各逆变器装置向另一方的馈电线供给驱动电力。
其中，在图4中，在上行一侧的各馈电设备的标号前头附以R，在下行一侧的各馈电设备的标号前头附以L来进行区别，但是在上述第1实施例中并不是没有上下的馈电设备，但是在第1实施例中为了便于说明而省略了。此外，为了便于说明，对各馈电设备只示出到与区间n+2对应的馈电设备以前(与区间n+3对应的馈电设备省略了)。
各区间n～n+3上分别设置的变电所SSn～SSn+3的逆变器装置(RINVn，LINVn)～(RINVn+3，LINVn+3)分别根据LSM式车辆R按预先设定的通常的运转曲线行驶所需的驱动负载，来预先设置其不同的容量。因此，例如在倾斜区间上，LSM式车辆R的行进方向上的下行倾斜一侧的逆变器装置的容量小于上行倾斜一侧的逆变器装置的容量。
在该图的例子中，示出LSM式车辆R在区间n+1的上行方面一侧沿与其行进方面相反的方面一侧行驶的过程中临时停车、重新启动的情况。在此情况下，只用逆变器装置RINVn+1来供电不能得到期望的加速度，所以根据中央控制装置10的命令来进行控制，使得在时间t1～t2进一步接通供电开关LIn+1、上下连接开关Tn+1，用该区间的上行一侧的逆变器装置RINVn+1和该区间的下行一侧的逆变器装置LINVn+1进行并联馈电。然后，在时间t2以后切断上下连接开关Tn+1来解除该并联馈电控制，转移到通常的馈电控制。其中，也可以不是用同一区间的下行一侧的逆变器装置LINVn+1，而是用其他接近的区间的下行一侧的逆变器装置来进行并联馈电。
如上所述，在本实施例的馈电系统中，在LSM式车辆R的上行和下行的轨道间执行并联馈电控制。因此，即使上行或下行中的一方的时刻表打乱、或者馈电设备发生故障，也能够从另一方供给足够的驱动电力。一般向上下轨道的馈电分别独立来进行，所以相互的关联性低，一方的故障往往几乎不影响另一方；此外，上行和下行双方的LSM式车辆行驶于同一区间上的概率很低，从而能够更加显著地发挥从正常的一侧供给电力这一本发明的馈电系统的有效性。
以上说明了本发明的实施例，但是本发明的实施方式丝毫不限于上述实施例，只要属于本发明的技术范围，当然能采用各种方式。
例如，也可以组合上述第1实施例及第2实施例中说明过的馈电方法，使得在上下轨道间及单独的轨道内都能进行馈电控制，通过用中央控制装置进行运行管理，来适当选择其馈电控制方式。
权利要求
1.一种馈电系统，为了通过直线同步电机式车辆(以下称为“LSM车辆)上搭载的超导磁铁和沿轨道配置的推进线圈之间的相互作用来推进该LSM式车辆，经区间开关沿轨道划分的区间内的馈电线，从与各区间分别对应的变电所的逆变器装置向上述推进线圈供给驱动电力，其特征在于，上述与各区间分别对应的逆变器装置分别根据上述LSM式车辆按通常的运转曲线行驶所需的驱动负载，来预先设置其不同的容量；并且包括下述馈电控制部件在判断为某一个区间上的上述驱动电力不足的情况下，对该区间的逆变器装置应供电的推进线圈，用其他接近的一个或多个逆变器装置来进行并联馈电。
2.如权利要求1所述的馈电系统，其特征在于，上述馈电控制部件对预定的特定的LSM式车辆，按照该特定的LSM式车辆的移动，用其行驶区间的逆变器装置和与之接近的逆变器装置来依次连续进行并联馈电。
3.如权利要求1或2所述的馈电系统，其特征在于，至少在上述LSM式车辆从停止状态转移到行驶状态时，上述馈电控制部件用其行驶区间的逆变器装置和与之接近的逆变器装置来平稳地执行上述并联馈电。
4.如权利要求1～3中任一项所述的馈电系统，其特征在于，在上述各区间上，分别设有向上行方面一侧的轨道的推进线圈供给上述驱动电力的逆变器装置、和向下行方面一侧的轨道的推进线圈供给上述驱动电力的逆变器装置；在判断为向某一个区间上的上下中的某一个推进线圈供给的驱动电力不足的情况下，上述馈电控制部件对该推进线圈，用其他接近的逆变器装置来进行上下并联馈电。
全文摘要
在采用地面初级直线同步电机的LSM式车辆的馈电系统中，在保持足以实现LSM式车辆行驶的驱动力的同时，降低逆变器装置的总容量来提高其设备利用率。在馈电系统中，各区间(n～n+3)上分别设置的变电所的逆变器装置(INVn～INVn+3)的容量分别被设定为在每个区间上分别能够实现LSM式车辆(R)的通常运行的程度，所以能够防止各逆变器装置的容量不必要地大。另一方面，在由于某些原因而使区间的驱动电力不足的情况下，进行控制，使得通过用接近的逆变器装置进行并联馈电来供给LSM式车辆R行驶所需的电力，所以能够充分确保LSM式车辆(R)的驱动力。
文档编号B60M7/00GK1502497SQ20031011658
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月18日 优先权日2002年12月24日
发明者池田春男, 北野淳一, 小野基治, 一, 治 申请人:东海旅客铁道株式会社