特許 7141996 鉄道車両の磁界遮蔽構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-14

(45)【発行日】2022-09-26

(54)【発明の名称】鉄道車両の磁界遮蔽構造

(51)【国際特許分類】

   B61D 17/00 20060101AFI20220915BHJP

【ＦＩ】

B61D17/00 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019203051

(22)【出願日】2019-11-08

(65)【公開番号】P2021075142

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2021-06-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000163372

【氏名又は名称】近畿車輌株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118924

【弁理士】

【氏名又は名称】廣幸 正樹

(72)【発明者】

【氏名】三谷 和也

(72)【発明者】

【氏名】塗井 稔

(72)【発明者】

【氏名】因幡 克己

(72)【発明者】

【氏名】広沢 賢

【審査官】金田 直之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１２４３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１２５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１５８５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０１３２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５９１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５０９６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｄ １７／００－１７／２６，４９／００

Ｈ０１Ｆ ２７／３６

Ｈ０５Ｋ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両の床下に配置される電力線からの磁界を遮蔽する磁界遮蔽構造であって、
前記電力線を隙間なく覆う電力線ダクトと、
前記電力線ダクトに接し、前記床と前記電力線の間に配置される磁界遮蔽板を有し、
前記磁界遮蔽板は前記電力線の長手方向に直角方向で断面視した時に両端が前記床と反対方向に傾斜しており、前記傾斜が３０度から６０度であることを特徴とする鉄道車両の磁界遮蔽構造。

【請求項2】

前記磁界遮蔽板は熱間圧延鋼材であり、厚みは２乃至６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載された鉄道車両の磁界遮蔽構造。

【請求項3】

前記電力線ダクトは厚さ２．３ｍｍ以上の熱間圧延鋼材であり、
前記磁界遮蔽板は長さ方向に直角な面での断面視で長さ１３０ｍｍ以上の平板部分である遮蔽板本体と、
前記遮蔽板本体の両側に設けられた長さ５０ｍｍ以上の傾斜した縦壁で構成されることを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された鉄道車両の磁界遮蔽構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は鉄道車両の磁界遮蔽構造に関するもので、重量軽減が可能であって、さらに効果的な磁界遮蔽が可能な構造を提供するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両には耐火災、耐衝撃といった数々の項目で、一定水準の安全性が求められている。鉄道車両はそもそも走行に大電流を使用するので、その電流に起因する電磁波についても安全性が求められている。しかしながら、人体に対する磁力線の影響は不明な点が多く、放射線のように人の生命に重大な影響を及ぼす水準は明確になっていない。

【0003】

１つの目安として１９９８年に国際非電離放射線防護委員会（ＩＣＮＩＲＰ）が定めた一般の人々への暴露ガイドラインの制限値を基準値とする考え方がある。具体的な数値として、商用周波数（５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚ）において、２００μＴ（マイクロテスラ）というものである。この値は、静磁界に換算すると０．５ｍＴほどになる。なお、本業界においては、静磁界を磁束密度として示す場合が多いので、本明細書においても、「磁界」と説明しながら、「磁束密度」を単位として表す場合もある。

【0004】

一方、体内に埋め込む機器の代表としてペースメーカがある。この機器は、外部から２ｍＴ以上の静磁界を加えると検査用の固定レートで動作する。そこで、鉄道車両内では、静磁界で１ｍＴ以下の磁界にすることが求められている。

【0005】

鉄道車両においては、約１０００Ａ程度の電流が架線からパンタグラフを介して鉄道車両の床下に配設された電力線を通り、モーターを駆動するインバーターへ供給されている。１０００Ａの電流は１ｍ離れた地点で、約２００μＴの磁界を発生する強さである。このような電流が流れる電力線は車両床下１０ｃｍ程度の地点に配設される。そこで、電力線から１０ｃｍ離れた地点（鉄道車両の床面）において、漏れ磁界（磁束密度換算）を１ｍＴ以下とすることが業界としての目標値となっている。

【0006】

鉄道車両の床面上の漏れ磁界を遮蔽する技術としては、特許文献１が挙げられる。図８を参照して、特許文献１では、床構造１１０では、客室床面１０７ａより下側に枕木方向の中央部でレール方向に延びる動力線１２０が配置され、床板１０２と客室床面１０７ａとの間に、客室床面１０７ａで生じる磁界を抑制するシールド板１３０が配置されている。このシールド板１３０は、薄板状に構成された第１シールド板１３１と第２シールド板１３２と第３シールド板１３３とを有する。第１シールド板１３１は、床板１０２の上面１０２ａのうち動力線１２０より上側を覆っている。

【0007】

第２シールド板１３２は、第１シールド板１３１の枕木方向の一方側の上面及び端面と床板１０２の上面１０２ａのうち枕木方向の一方側とを覆っている。第３シールド板１３３は、第１シールド板１３１の枕木方向の他方側の上面及び端面と床板１０２の上面１０２ａのうち枕木方向の他方側とを覆う構造が開示されている。

【0008】

この構造を有するので、重量の増加を抑えつつ、客室床面に局所的に強い磁界を生じ難くできる鉄道車両床構造を提供することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１５－１５０９６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１は、具体的には、厚さ６ｍｍの熱間圧延鋼材（ＳＰＨＣ）の板を床下に敷き詰めるというものである。確かに床面での漏れ磁界を小さくすることはできるが、重量が軽くなるというものではない。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、大電流が流れる電力線の近辺に磁界遮蔽構造を設け、床面での漏れ磁界を小さくする磁界遮蔽構造を提供するものである。

【0012】

より具体的に本発明に係る磁界遮蔽構造は、
鉄道車両の床下に配置される電力線からの磁界を遮蔽する磁界遮蔽構造であって、
前記電力線を隙間なく覆う電力線ダクトと、
前記電力線ダクトに接し、前記床と前記電力線の間に配置される磁界遮蔽板を有し、
前記磁界遮蔽板は前記電力線の長手方向に直角方向で断面視した時に両端が前記床と反対方向に傾斜しており、前記傾斜が３０度から６０度であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る磁界遮蔽構造は、電力線を覆う電力線ダクトと断面視した際に両端に傾斜を持たせることで、電力線を流れる電流が発生させる磁界分布を偏らせ、床面での漏れ磁界を低減させることができる。また、このような構造は磁界遮蔽板厚を２．３ｍｍにしても効果を有し、非常に大きな軽量効果を生ずることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】磁界遮蔽構造の構成を示す図である。

【図2】遮蔽板本体と縦壁のなす角θを０°から９０°まで変化した場合の磁界遮蔽構造の構造を示す図である。

【図3】磁性体部分の磁気特性を示す図である。

【図4】磁性体部分の厚みを２．３ｍｍとした時のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】磁性体部分の厚みを３．２ｍｍとした時のシミュレーション結果を示す図である。

【図6】磁性体部分の厚みを４．５ｍｍとした時のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】磁性体部分の厚み９．０ｍｍとした時のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】従来の磁界遮蔽構造を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本発明に係る磁界遮蔽構造について図面を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。

【0016】

図１（ａ）には、本発明に際して行ったシミュレーションの全体構成を示す。図１（ａ）は、鉄道車両を長さ方向に直角に切断した断面における床下部分の一部である。ここで長さ方向とは鉄道車両の進行方向である。ｘは枕木方向である。パンタグラフからの電流は、鉄道車両の屋根部から妻部を通り、鉄道車両の床面２０下に配設された電力線９を通って、主回路電源装置ＶＶＶＦインバーターへ流れ、そこで疑似３相交流に変換された電流が台車のモーターに流れる。なお、以下の説明において、床面２０とは、鉄道車両において、乗客が接する床面をいう。

【0017】

図１（ａ）は、電力線９の長手方向に直角方向で切断視した断面といってよい。想定した磁界遮蔽構造１は、鉄道車両の床面２０下に電力線９が配され、それを電力線ダクト１２で覆い、さらに床面２０との間に磁界遮蔽板１０を配置した構成である。

【0018】

図１（ｂ）には、電力線９部分の拡大図を示す。電力線９は外径が２３．６ｍｍとした。電流はこの断面を均等に流れる。電力線９は電力線ダクト１２で覆われている。電力線ダクト１２は、幅１１０ｍｍ、高さ５０ｍｍの略角丸長方形断面をしているとした。電力線ダクト１２と床２０面との間には、磁界遮蔽板１０を配置した。磁界遮蔽板１０は、長手方向に直角な面で断面視した時の幅が１３０ｍｍで、両端に長さ５０ｍｍの縦壁１０ｂを有しているとした。

【0019】

磁界遮蔽板１０の水平な部分（平板部分）を遮蔽板本体１０ａと呼ぶ。遮蔽板本体１０ａと縦壁１０ｂをまとめて磁性体部分と呼び、これらのなす角をθとする。また、磁界遮蔽板１０は、遮蔽板本体１０ａと縦壁１０ｂの厚みｔｓは同じであるとした。なお、電力線ダクト１２の厚みｔｄは、２．３ｍｍで一定である。また、縦壁１０ｂの先端を先端１０ｐとする。なお縦壁１０は磁界遮蔽板１０の両端にあたる。

【0020】

シミュレーションでは、磁界遮蔽板１０の厚みｔｓと縦壁１０ｂとの角度θについて変化させた。図２は縦壁１０ｂとの角度θを変化させた場合の磁界遮蔽構造１の断面を示す。図２（ａ）から図２（ｅ）に向けてθ＝９０°、６０°、４５°、３０°、０°の場合を示す。θ＝０°は磁界遮蔽板１０が床面２０と平行な場合である。θの角度が増えると縦壁１０は床面２０と反対方向（線路側）に傾斜する。

【0021】

図１（ａ）を再度参照し、全体のメッシュ数は３１８８０個で、磁性体部分（磁界遮蔽板１０および電力線ダクト１２）およびその周囲はメッシュ数が多くなるようにした。シミュレーターは「Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ」を用いた。座標原点２５は電力線９の中心から１０ｃｍ上方の点とした。この点は床面２０であると想定している。また図１（ａ）の矢印をｘ方向とした。以後の結果は、原点２５からｘ方向に向かう点での磁束密度を表示する。また、磁性体部分は熱間圧延鋼材とし、静磁気特性として図３のものとした。

【0022】

図３を参照して、横軸は外部からの印加磁界（Ａ／ｍ）であり、縦軸は磁束密度（この場合は「磁化」に相当する）（Ｔ）である。外部からの印加磁界５０００Ａ／ｍ（６２．７Ｏｅ）の時に約１．７Ｔ（１７ｋＧａｕｓｓ）の磁束密度を有する。消磁状態から１Ｔ（１０ｋＧａｕｓｓ）までの立ち上がりは５００（Ａ／ｍ）（６．２７Ｏｅ）で、ほぼ直線である。

【0023】

なお、計算の都合上、起磁電流は１０００Ａの１／５とした。したがって、計算上０．２ｍＴが実際の１０００Ａの電流に対する１ｍＴのラインである。

【0024】

図４に、シミュレーション結果を示す。横軸は水平方向の位置（ｍｍ）であり、縦軸は磁束密度（ｍＴ）である。この磁束密度は、床面２０での漏れ磁界を表す。横軸は図１（ａ）のｘ方向である。図４の横軸のゼロ点は、図１（ａ）の原点２５に相当する。図４は磁性体部分の厚みｔｓを２．３ｍｍにした場合の結果である。また、θが０°、３０°、４５°、６０°、９０°の５種類の結果を重ねて表示している。

【0025】

水平方向の距離がおよそ１００ｍｍまでは、θが０°の時が最も磁束密度は低いが、それより外側では磁束密度が高くなった。一方、θが９０°の場合は、水平方向１００ｍｍの範囲では、磁束密度が最も高くなった。さらに、θが９０°の場合の最大値が０．２ｍＴ（起磁力１０００Ａでは１ｍＴ相当。）を超えていた。θが３０°から６０°の場合は、水平方向で１２５ｍｍより外側でも、θが０°および９０°よりも低かった。

【0026】

図５は、磁性体部分の厚みを３．２ｍｍにした場合の結果である。厚みが増えることで、原点２５から７５ｍｍまでの範囲で全体的に磁束密度が減った。すなわち、磁界遮蔽能力が向上したといえる。磁界遮蔽板１０の両端角度（θ）による磁束密度分布は図４と同様の傾向であった。

【0027】

図６は磁性体部分の厚みが４．５ｍｍの場合の結果である。７５ｍｍまでの区間は、磁束密度は若干低下しているが、１００ｍｍ以降については、θが９０°の場合は、むしろ磁束密度は高くなった。

【0028】

図７は磁性体の部分の厚みを９．０ｍｍにした場合の結果である。やはり傾向は同じであった。θが９０°の場合は、７５ｍｍ以下の場合でも磁束密度の低下はほとんどなく、１００ｍｍの地点での磁束密度は明らかに高くなった。また、０°の場合も、７５ｍｍ以下の領域では、磁界遮蔽能力は高いものの、１００ｍｍを超えてから他の角度より磁束密度が大きくなった。

【0029】

磁性体部分の厚みｔｓが厚くなっているのに、１００ｍｍ部分での磁束密度が大きくなっているのは、遮蔽板本体１０ａに対して９０°立ち上がった縦壁１０ｂの場合、起磁力によって、磁界遮蔽板１０自体が磁化し、縦壁１０ｂの先端１０ｐに大きな磁極が発生し、それによって、床面２０方向にも大きな漏れ磁界を作ったのだと考えられる。

【0030】

しかも磁界遮蔽板１０の厚みが増えると磁性体部分の断面積が増えるので、磁束の総量が多くなり、１００ｍｍ付近で大きな磁束密度が生じていると考えられる。また、θが９０°の場合の縦壁１０ｂは、先端１０ｐ同士が接近しているため、磁極間の反磁界も小さくなるため、さらに磁束密度は強められることとなる。

【0031】

一方、磁界遮蔽板１０の厚みを２．３ｍｍと薄くすると、磁界遮蔽能力は低下するが、縦壁１０ｂの先端１０ｐで大きな磁極が発生せず、その結果、磁束密度の最大値は、厚みが厚い場合（例えば９ｍｍ：図６）よりも小さくなる。

【0032】

なお、縦壁１０ｂの角度を３０°から６０°まで傾けると、床面２０での漏れ磁界は場所によって、大きな変化を示さず、０．１５ｍＴから０．２ｍＴ（１０００Ａ換算では０．７５ｍＴ～１ｍＴ）の範囲に十分に収まっている。

【0033】

縦壁１０ｂを斜めにすることで、縦壁１０ｂの先端１０ｐに生じる磁極は、床面２０からは離れており、磁極同士も離れている。したがって、水平方向のどの位置でもほぼ同じ磁束密度を生じさせていると考えられる。

【0034】

このように、断面視した時の磁界遮蔽板１０の両端の縦壁１０ｂに床面２０から離れる方向に傾斜を持たせることで、縦壁１０ｂの先端１０ｐにできる磁極を床面２０からも、磁極同士からも遠ざけることができ、床面２０の漏れ磁界を抑制することができる。

【0035】

従来このような構成の磁界遮蔽構造１では、磁界遮蔽板１０の厚みｔｓは９ｍｍで、縦壁１０ｂとの角度θは９０°であった。しかし、縦壁１０ｂの角度を床面２０から離れる方向に９０°より小さい角度に傾斜させることで、床面２０での漏れ磁界を抑制することができる。

【0036】

また、このような構成にすることで、磁界遮蔽板１０の厚みｔｓは、従来採用されていた９ｍｍより薄い厚みでも床面２０での漏れ磁界を規定値以下にすることができ、磁界遮蔽構造１の軽量化を図ることができる。

【0037】

また、シミュレーションは行っていないが、上記の結果より、遮蔽板本体１０ａの長さが長く成れば、縦壁１０ｂの先端１０ｐ同士が離れる方向になるので、より磁界遮蔽能力は高くなる。また、縦壁１０ｂの長さが長くなれば、同様に磁界遮蔽能力は高くなる。さらに、電力線ダクト１２の厚みは２．３ｍｍ以上であればより磁界遮蔽能力が高くなるのは言うまでもない。

【0038】

したがって、電力線ダクト１２の厚みが２．３ｍｍ以上であって、遮蔽板本体１０ａの長さは、１３０ｍｍ以上であればよく、また、縦壁１０ｂの長さは５０ｍｍ以上であればよい。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明に係る磁界遮蔽構造は、鉄道車両の床面下に配する大電流電力線からの磁界を遮蔽する際に好適に利用できる。

【符号の説明】

【0040】

１ 磁界遮蔽構造
９ 電力線
１０ 磁界遮蔽板
１０ａ 遮蔽板本体
１０ｂ 縦壁
１０ｐ 先端
１２ 電力線ダクト
２０ 床面
２５ 原点
ｔｄ 電力線ダクト１２の厚み
θ 遮蔽板本体１０ａと縦壁１０ｂのなす角
ｔｓ 磁界遮蔽板１０の厚み

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】