(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向へ位置する基準軸を中心とした楕円筒面の一部により形成され、かつ地上コイルから発生した電磁波を反射して該基準軸に集中させる反射体と、
該反射体の内部位置にて前記基準軸と平行に配置されて、該反射体で反射した電波を受信する棒状のアンテナ導体と、を有するアンテナユニットを具備し、
前記アンテナユニットは、前記反射体の楕円筒面の開口部が前記地上コイルに向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置され、
前記アンテナ導体及び前記地上コイルは、前記反射体の楕円筒面をなす楕円内の長軸上に間隔をおいて配置されることを特徴とする絶縁診断用アンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナユニットは、所定方向へ進行する車両の走行方向に対して縦方向へそれぞれ位置をずらして複数配置されたことを特徴とする請求項１に記載の絶縁診断用アンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ導体は、前記走行方向に沿って配置された複数のコイルの各々から放射される電波の波長に対応する長さを有することを特徴とする請求項１に記載の絶縁診断用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上式鉄道の軌道に設置されている機器内の地上コイルから、部分放電により生じた電磁波を高精度で検出可能な絶縁診断用アンテナ装置及び地上コイルの絶縁診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気浮上式鉄道の軌道にはその車両の走行方向に沿うように多数の地上コイルが設置されており、車両を推進、浮上および案内する。
この地上コイルでは、絶縁性能が低下した場合には部分放電が生じ、それに伴う電磁波が放射される。このような電磁波を検出することで、当該地上コイルの異常判定を行うようにしている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示される地上コイルの絶縁診断装置では、磁気浮上式鉄道の軌道に敷設されている地上コイルに対向するように、互いに所定間隔をおいて複数本の電磁波検出用アンテナが設置されている。
これら電磁波検出用アンテナは、ガイドウェイを走行する超電導磁気浮上式鉄道車両の側面に設置されたものであって、該電磁波検出用アンテナで検出された検出信号を情報処理装置に取り込み、地上コイルの部分放電に起因する電磁波の波形や信号強度を測定することにより当該地上コイルの絶縁診断を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５０３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波は微弱であり、上記電磁波検出用アンテナとして用いられるダイポールアンテナでは、外来ノイズなどの影響により、地上コイルからの正確な電磁波の変動を検出することができず、その結果、当該地上コイルの正確な絶縁診断を行うことができないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波を外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことが可能な絶縁診断用アンテナ装置及地上コイルの絶縁診断方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の絶縁診断用アンテナ装置では、縦方向へ位置する基準軸を中心とした楕円筒面の一部により形成され、かつ地上コイルから発生した電磁波を反射して該基準軸に集中させる反射体と、該反射体の内部位置にて前記基準軸と平行に配置されて、該反射体で反射した電波を受信する棒状のアンテナ導体と、を有するアンテナユニットを具備し、前記アンテナユニットは、前記反射体の楕円筒面の開口部が前記地上コイルに向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置されたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の地上コイルの絶縁診断方法では、地上コイルの部分放電から発生した電磁波を反射して基準軸に向けて集中させた後、該基準軸の位置で当該電磁波を受信する電波受信工程と、この電波受信工程で受信した電磁波の波形、強度等に基づき、前記地上コイルに異常が生じているか否かを識別する識別工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の絶縁診断用アンテナ装置によれば、アンテナユニットに設けられた反射体を楕円筒面の一部により形成するとともに、楕円筒面の反射体により、縦方向の基準軸に沿うように設置されたアンテナ導体に向けて、地上コイルから発生した電磁波を反射して集中させることができる。
これにより、上記アンテナユニットでは、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波を外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことができる。
また、上記アンテナユニットでは、地上コイルに異常がある場合（想定範囲外から部分放電が生じている場合）に、該地上コイルの部分放電で生じた電磁波を、反射体内のアンテナ導体に集中させることができない。その結果、上記アンテナユニットでは、該アンテナ導体での電磁波集中の無い地上コイルを異常であると判定でき、当該異常を容易に検出することができる。
また、上記アンテナユニットは、反射体の楕円筒面の開口部が前記地上コイルに向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置されているので、このずれを、地上コイルに印加する電圧位相に対応させることにより、僅かな電磁波の変動も確実に検出することができる。
【００１０】
また、本発明の地上コイルの絶縁診断方法では、地上コイルの部分放電から発生した電磁波を反射して基準軸に向けて集中させた後、該基準軸の位置で当該電磁波を受信する。その後、受信した電磁波の波形、強度等に基づき、地上コイルに異常が生じているか否かを識別する。
そして、このような地上コイルの絶縁診断方法では、地上コイルの部分放電から発生した電磁波を反射して基準軸に向けて集中させることにより、地上コイルにて部分放電により発生する電磁波を、外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る絶縁診断用アンテナ装置及び地上コイルの絶縁診断方法の概略構成を示す全体構成図である。
【図２】アンテナユニットの全体構成である。
【図３】アンテナユニットの位置関係を示す平面図である。
【図４】アンテナユニットで反射する電磁波の移動経路を示す図である。
【図５】アンテナユニットで反射する電磁波の移動経路を示す図であって、想定範囲内にある地上コイルから発せられた電磁波の移動経路、及び想定範囲外にある地上コイルから発せられた電磁波の移動経路をそれぞれ示している。
【図６】アンテナユニットにおける、アンテナエレメント及びアンテナ基部の位置関係を示す正面図である。
【図７】アンテナユニットの配置に係る変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る絶縁診断用アンテナ装置及び地上コイルの絶縁診断方法の概略構成を示す図であって、符号１は磁気浮上式鉄道の測定車両を示している。
この測定車両１は、ガイドウェイ２に沿って矢印（ア）-（イ）方向に走行するものであって、該ガイドウェイ２には、測定車両１を進行させるための多数の推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）が敷設されている。また、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）に対向する測定車両１上には、該車両１を浮上させて矢印（ア）-（イ）方向に走行させる超電導磁石が設けられているが、図面では省略されている。
推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）には三相交流が供給されており、仮に各コイルに印加される電圧が通電される電流と同位相であると仮定すると、６０度ピッチ（地上コイル敷設ピッチ：Ｄの１／２）の各位相にて部分放電が発生し易いと考えられている。
【００１３】
上記磁気浮上式鉄道の推進系地上コイル３では部分放電により電磁波Ｓが発信されるが、この電磁波Ｓを、絶縁診断用アンテナ装置１０（後述する）にて順次測定することにより当該推進系地上コイル３の絶縁診断がなされる。
このとき、測定車両１の揺れや構成部材の厚み等の要因により、部分放電域までの距離（符号Ｅで示す）は一定ではないが、そのずれの範囲は想定が可能なため、本発明に係る絶縁診断用アンテナ装置１０によって、部分放電域及びその近傍から放射状に放たれる電磁波Ｓを支障なく受信することができる。また、受信した時刻から位置を推定し、異常のある推進系地上コイル３を識別可することが可能である。
【００１４】
測定車両１に搭載される絶縁診断用アンテナ装置１０について、図１〜図７を参照してさらに詳細に説明する。
絶縁診断用アンテナ装置１０は、図１及び図２に示されるように、被測定部となる推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）から部分放電された電磁波を受信する反射体１１及びアンテナ導体１２からなるアンテナユニット１３と、該アンテナユニット１３で受信された電磁波から推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の異常の有無を判定するデータ処理装置１４とからなる。
【００１５】
反射体１１は、縦方向（矢印（ウ）-（エ）方向）へ位置する基準軸Ｏ１を中心とした楕円筒面１５の一部により形成され、その内面に電波反射材（金属板、又は網）が配置されたものであって、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）から発生した電磁波（符号Ｓで示す）を反射して基準軸Ｏ１に集中させるようにしている。
また、反射体１１の楕円筒面１５の内側となる凹部側は開口部１６になっており、この開口部１６に面するように、被測定部となる被測定部となる推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）が配置されている。
また、反射体１１の楕円筒面１５の中心軸は符号Ｏで示される位置にあり、該楕円筒面１５の基準軸Ｏ１は中心軸Ｏを通る長軸Ｄ１上に配置されている。
【００１６】
アンテナ導体１２は、図２に示されるように、反射体１１の内部位置にて基準軸Ｏ１に沿うように配置されて、該反射体１１で反射した電波を受信するものであって、棒状体に形成されたアンテナエレメント１７と、該アンテナエレメント１７の中央部を測定車両１の側部に支持するアンテナ基部１８とから構成されている。
また、アンテナ導体１２は、複数の推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の各々から放射される電磁波Ｓの波長に対応する長さを有している。
【００１７】
また、アンテナユニット１３は、図１に示されるように、反射体１１の楕円筒面１５の開口部１６が推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）に向くように配置されており、かつ矢印（ア）-（イ）方向へ進行する車両の走行方向へそれぞれ位置をずらして複数配置されている。
これら複数のアンテナユニット１３は、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）から発生した電磁波Ｓの部分放電域及び指向に対応して各位置が設定されている。
【００１８】
また、上記アンテナユニット１３では、反射体１１を楕円筒面の一部により形成するとともに、楕円筒面の反射体１１により、縦方向の基準軸Ｏ１に沿うように設置されたアンテナ導体１２に向けて、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）から発生した電磁波Ｓを反射して集中させることができる。
【００１９】
具体的には、図３に示されるように、アンテナユニット１３の反射体１１は、楕円Ａの一部をなす形状となっているものであって、その長軸Ｄ１上のある一点における垂線にとの交点において２分された楕円Ａの一方を断面形状としている。
アンテナユニット１３の反射体１１の一部をなす楕円Ａ内では、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の部分放電が発生すると予期される電磁波発生点ａ１が設けられ、もう１つの点ａ２が、反射体１１で集約された電磁波の焦点（以下、電磁波焦点と言う）とされ、この電磁波焦点ａ２にアンテナ導体１２が設置される。これら電磁波発生点ａ１及び電磁波焦点ａ２は、楕円Ａ内の長軸Ｄ１上に配置されている。
また、楕円Ａ内の電磁波焦点ａ２に設置されるアンテナ導体１２は、楕円Ａ内の平面に平行な面について等方的な指向性を有する。
以上のように構成されたアンテナユニット１３では、図４に示されるように、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の部分放電により、電磁波発生点ａ１から放射状に発生した電磁波Ｓが、反射体１１面にて反射した後、アンテナ導体１２が設置される電磁波焦点ａ２に同時に到達し、大きな利得が確保されるように位置設定がなされている（電波受信工程）。
【００２０】
これにより、上記アンテナユニット１３では、図５に示されるように、電磁波発生点ａ１以外の想定範囲外から電磁波（符号Ｓ´で示す）が放射されたとしても、該電磁波Ｓ´は、電磁波焦点ａ２に同時に到達せず干渉し弱り、該電磁波Ｓ´を原因とする外来ノイズによる影響を最小化できる。
また、アンテナ導体１２について、エレメント径を適宜設定する等により、電磁波発生点ａ１及びその近傍から放射状に発せられた電磁波Ｓに関しても、その位相のずれの影響を小さくすることにより、大きな利得を確保することができる。
【００２１】
また、反射体１１の形状は、長軸Ｄ１又は短軸Ｄ２の長さ、離心率、開口部１６の幅寸法といった３つのパラメータによって指定されるが、これらの値を調節することにより、電磁波発生点ａ１及びその近傍の想定される放射源の存在範囲からの電磁波Ｓの電磁波焦点ａ２への収束度合いを、又はその逆についても調節することができ、用いるアンテナエレメント径に対して最適な設計を行うことができる。
また、上記アンテナユニット１３では、反射体１１は開口部１６を除いた反射体１１の楕円筒面１５内にてアンテナ導体１２を取り囲むため、開口部１６以外からの外来ノイズの到来を排除することができ、測定の悪影響を最小化することができる。
また、上記アンテナユニット１３では、アンテナ導体１２での利得向上効果を最大化するためには、反射板１１の開口部１６を、受信され得る電磁波Ｓの波長より十分に大きくすることが望ましい。
【００２２】
そして、以上のように構成された絶縁診断用アンテナ装置１０の作用について、図１及び図５を参照して説明する。
測定対象となる推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の配置方向（矢印（ア）-（イ）方向）に沿うように、測定車両１を移動させることによって、アンテナユニット１３のアンテナ導体１２にて推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）から発せられた電磁波Ｓの波形、強度等を測定する、走査処理を行う（図１では矢印Ａ方向への走査を示している）。
そして、測定に於いては電磁波Ｓ受信時の位置、又は時間と速度を記録し、受信時に対向していた電気機器、又はその部位を特定可能とすることで、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の部分放電発生機器又は箇所を特定する。
【００２３】
具体的には、アンテナユニット１３では、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の想定範囲内（符号Ｍ１で示す）にて部分放電が生じた場合に、当該部分放電で生じた電磁波Ｓを、反射体１１内のアンテナ導体１２に集中させることができ、該電磁波Ｓに基づき、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の状態を監視することができる。
一方、アンテナユニット１３では、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）に異常がある場合（すなわち、想定範囲外Ｍ２から放電があった場合）に、該推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の部分放電で生じた電磁波（符号Ｓ´で示す）を、反射体１１内のアンテナ導体１２に集中させることができない。
その結果、上記アンテナユニット１３では、該アンテナ導体１２での電磁波集中の無い推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）を異常であると判定でき、当該異常を容易に検出することができる。
すなわち、アンテナユニット１３での検出結果に基づき、矢印（ア）-（イ）方向に亘り多数設置された推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）を内蔵する機器のうち、いずれの機器が放射源（絶縁異常）であるのか識別が可能である（識別工程）。
【００２４】
以上詳細に説明したように本実施形態に係る絶縁診断用アンテナ装置１０では、アンテナユニット１３の反射体１１を楕円筒面の一部により形成するとともに、楕円筒面の反射体１１により、縦方向の基準軸Ｏ１に沿うように設置されたアンテナ導体１２（電磁波焦点ａ２）に向けて、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）から発生した電磁波Ｓを集中させることができる。
これにより、上記アンテナユニット１３では、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）にて部分放電により発生する電磁波Ｓを外来ノイズに影響されずに確実に検知することができ、正確な地上コイルの絶縁診断を行うことができる。
【００２５】
また、上記アンテナユニット１３では、推進系地上コイル３に異常がある場合（想定範囲外から部分放電が生じている場合）に、該推進系地上コイル３の部分放電で生じた電磁波（符号Ｓ´で示す）を、反射体１１内のアンテナ導体１２に集中させることができない。その結果、上記アンテナユニット１３では、該アンテナ導体１２での電磁波集中の無い推進系地上コイル３を異常であると判定でき、当該異常を容易に検出することができる。
また、上記アンテナユニット１３は、反射体１１の楕円筒面１５の開口が推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）に向くように配置され、かつ所定方向へ進行する車両の走行方向（及び縦方向）へそれぞれ位置をずらして複数配置されているので、このずれを、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）に印加する電圧位相に対応させることにより、僅かな電磁波Ｓの変動も確実に検出することができる。
【００２６】
（変形例）
上記実施形態では、図１に示されるように、複数のアンテナユニット１３を、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の配置方向及び測定車両１の走行方向である矢印（ア）-（イ）方向に沿って設けるようにしている。
ここで、図６の開口部１６から見た正面図に示されるように、アンテナユニット１３において、反射体１１の内部に設置されるアンテナ導体１２は、棒状体に形成されたアンテナエレメント１７と、該アンテナエレメント１７の中央部を測定車両１の側部に支持するアンテナ基部１８とから構成されている。
【００２７】
図６に示されるように、このアンテナ基部１８が位置されている領域、およびアンテナ特性により利得の期待できない領域は、電磁波Ｓを検出することができない不感体１８Ａとなるものである。
すなわち、上記アンテナユニット１３において、意図した利得向上が得られるのはアンテナエレメント１７の部分に限られるものであり、アンテナエレメント長は使用する周波数帯により決定されるため、電磁波測定対象の存在範囲全域において意図した利得向上を見込むことができないと考えられる。
【００２８】
そして、このような事象に対処して、変形例に係る絶縁診断用アンテナ装置１０では、アンテナエレメント１７の部分以外の不感帯１８Ａの範囲を、異なるアンテナユニット１３のアンテナエレメント１７で取り囲むように配置することで、測定対象の存在範囲全域において利得向上を見込むことができる。
具体的には、アンテナユニット１３は、推進系地上コイル３（３Ａ〜３Ｃ）の配置方向及び測定車両１の走行方向である矢印（ア）-（イ）方向に沿って設置することに限定されず、図７に示すように、矢印（ア）-（イ）方向に対して縦方向（矢印（ウ）-（エ）方向に）へそれぞれ位置をずらして複数配置しても良い。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、磁気浮上式鉄道の軌道に設置されている機器内の地上コイルから、部分放電により生じた電磁波を高精度で検出可能な絶縁診断用アンテナ装置及び地上コイルの絶縁診断方法に関するものである。
【符号の説明】
【００３１】
１  測定車両
３（３Ａ〜３Ｃ）推進系地上コイル
１０  絶縁診断用アンテナ装置
１１  反射体
１２  アンテナ導体
１３  アンテナユニット
１５  楕円筒面
１６  開口部
１７  アンテナエレメント
１８  アンテナ基部
Ａ  楕円
ａ１  電磁波発生点
ａ２  電磁波焦点
Ｏ１  基準軸
【図１】
0006379427.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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