(57)【要約】【課題】車上に蓄電装置を搭載した鉄道車両において、列車搭載に必要最小限な蓄電装置の容量で近接駅までの走行を可能とする鉄道システムを提供する。【解決手段】列車に蓄電装置を搭載し、駅間給電設備を設け、駅間給電設備は駅近傍の電車線とは異なる電源系統から受電した別系統の電車線または地上充電ポストによる電源設備であり、駅および駅間給電設備あるいは駅間給電設備と駅間給電設備の間隔は列車搭載の蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の範囲とする。さらに、駅間給電設備を設置した場所にて、列車に搭載する蓄電装置に充電することを可能とすることにより、列車搭載に必要な蓄電装置容量を低減し、かつ近接駅までの走行を可能とすることを特徴する鉄道システムを提供する。【選択図】  図１
2010220327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道軌道に沿って設置された常用給電用の常用給電設備と、
前記常用給電設備から給電して運行を行う鉄道車両と、
前記鉄道車両に搭載されて前記鉄道車両の走行に必要な電力を供給可能な蓄電装置と、
前記常用給電設備の設置されている軌道区間であって、前記蓄電装置の最大容量で前記鉄道車両が駅まで走行可能な範囲内に設けられ、前記蓄電装置に充電可能な駅間給電設備と、を備え、
前記駅間給電設備は、前記常用給電設備とは異なる電力系統から電力供給を受けて、前記常用給電設備からの給電に異常が生じた場合にも、鉄道車両を駅まで走行可能とする鉄道システム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道システムにおいて、
前記駅間給電設備が駅間に複数設置される場合に、前記駅間給電設備と他の駅間給電設備との間隔は、前記蓄電装置の最大充電量で前記鉄道車両が走行可能な距離以下であることを特徴とする鉄道システム。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄道システムにおいて、
前記常用給電設備とは、鉄道軌道に沿って連続して設置される電車線であり、
前記鉄道車両に搭載されて前記電車線から前記鉄道車両へ集電を行う集電装置を備えることを特徴とする鉄道システム。
【請求項４】
請求項１に記載の鉄道システムにおいて、
前記駅間給電設備とは、駅間の鉄道軌道に沿った一部の所定区間に設置される電車線であることを特徴とする鉄道システム。
【請求項５】
請求項１に記載の鉄道システムにおいて、
前記駅間給電設備とは、駅間の鉄道軌道に沿った所定位置に設置される地上充電ポストであることを特徴とする鉄道システム。
【請求項６】
請求項５に記載の鉄道システムにおいて、
前記地上充電ポストは、鉄道車両に接続可能な地上充電ポスト側結栓を備え、
前記鉄道車両は、前記地上充電ポスト側結栓と接続可能な鉄道車両側結栓を備え、
前記地上充電ポスト側結栓と前記鉄道車両側結栓とが接続された場合に、前記常用給電設備とは異なる電力系統からの電力が前記地上充電ポストを介して前記鉄道車両へ供給されることを特徴とする鉄道システム。
【請求項７】
請求項６に記載の鉄道システムにおいて、
前記鉄道車両側結栓は、前記鉄道車両の車体床下部分に搭載されることを特徴とする鉄道システム。
【請求項８】
請求項６に記載の鉄道システムにおいて、
前記鉄道車両は、前記蓄電装置と直流側で結合した直流／３相交流変換器を備え、
前記直流／３相交流変換器の３相交流側と前記鉄道車両側結栓とは電気的に接続され、前記地上充電ポストからの３相交流が前記直流／３相交流変換器の３相交流側へ供給可能とされ、
前記直流／３相交流変換器は、３相交流から直流への変換機能を備え、
前記直流／３相交流変換器により３相交流から直流へ変換された電力を前記蓄電装置が充電することを特徴とする鉄道システム。
【請求項９】
請求項８に記載の鉄道システムにおいて、
前記直流／３相交流変換器の３相交流側と接続され、前記直流／３相交流変換器から３相交流を受けてトルクを出力する交流電動機と、
前記直流／３相交流変換器と前記交流電動機との間に接続され、前記直流／３相交流変換器と前記交流電動機との接続状態と、前記直流／３相交流変換器と前記鉄道車両側結栓との接続状態との切り替えを行う切替器と、を備え、
前記地上充電ポストから前記鉄道車両へ給電を行う場合には、前記切替器により前記直流／３相交流変換器と前記鉄道車両側結栓との接続状態とされ、前記地上充電ポストから前記蓄電装置へ電力供給が行われることを特徴とする鉄道システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の鉄道システムにおいて、
前記直流／３相交流変換器の３相交流側と接続され、前記直流／３相交流変換器から３相交流を受けて前記鉄道車両の照明器具または空調器具に電力を供給する補器と、
前記直流／３相交流変換器と前記補器との間に接続され、前記直流／３相交流変換器と前記補器との接続状態と、前記直流／３相交流変換器と前記鉄道車両側結栓との接続状態との切り替えを行う切替器と、を備え、
前記地上充電ポストから前記鉄道車両へ給電を行う場合には、前記切替器により前記直流／３相交流変換器と前記鉄道車両側結栓との接続状態とされ、前記地上充電ポストから前記蓄電装置へ電力供給が行われることを特徴とする鉄道システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動装置に係り、列車に蓄電装置を搭載し、近接駅までの走行を可能とする鉄道システム技術にする。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両において、蓄電技術を活用した省エネルギ化を推進する動きが活発となってきている。この具体的な例として、従来のディーゼルエンジンのみで駆動する気動車については、駆動系を電車と同様にインバータ装置によるモータ制御とし、エンジン発電および蓄電装置により電力を供給するハイブリッド気動車がある。ハイブリッド気動車は、駆動系の電気化と蓄電装置の搭載により、従来の気動車では不可能だった回生エネルギの再利用が可能となり、省エネ化を実現できる。また、電車線で駆動電力を供給する電気車においても、車上に蓄電装置を搭載し、蓄電装置を電源として電気車の走行を行うようにしたシステムや、回生ブレーキ時に力行車両が同一セクション内に存在しない場合でも、回生エネルギを蓄電装置で吸収して回生失効を防止すると共に、蓄電エネルギを力行時に再利用することで省エネ化を図る架線ハイブリッドシステムの開発が行われている。
【０００３】
ハイブリッド気動車については、エンジンにより駆動される発電設備に蓄電装置を併用し、また、燃料電池に電力蓄積装置を併用し、メンテナンスに要する人的パワー・コストを抑制すると共に、地球環境にやさしい鉄道車両の駆動装置を提供することを目的としたシステム構成が、特開２００４−２８２８５９号公報に示されている。また、電車線と充電可能な蓄電装置を併用して、特定の場所で蓄電装置の充電を可能とし、鉄道路線の一部または全部の区間において電車線を使わずに走行可能な電気車を提供することを目的としたシステム構成が特開２００２−２８１６１０号公報，特開２００５−８６８７６号公報に示されている。
【０００４】
しかし、上記のようなシステムは、通常運行時において車上の蓄電装置の電力を利用して列車の運行を行うものであり、電車線の設置された区間を走行する鉄道車両が、電車線から電力を給電できなくなった場合等に、駅まで安全に走行することは目的としていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８２８５９号公報
【特許文献２】特開２００２−２８１６１０号公報
【特許文献３】特開２００５−８６８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電車線の設置された区間を走行する鉄道車両において、電車線に停電等のトラブルが生じた場合、列車は電車線から給電を行うことができず、走行不可能となっていた。そのため、列車が駅と駅の間で走行不可能となった場合には、乗客を線路内へ下ろして非難させる必要があった。そのため、電車線に停電等のトラブルが生じた場合であっても、列車を駅まで走行させ乗客を駅まで送り届けることが求められている。
【０００７】
しかし、近隣の駅まで退避するために、列車に蓄電装置を搭載して蓄電装置の電力量で列車を駆動すると、例えば、非常走行区間が平坦区間の場合には、最も駅間距離の長い区間の距離の半分の距離を走行するのに必要な蓄電電力量が必要となる。つまり、車上に搭載する蓄電装置の容量が大型化する。また、通常の電車線のある区間を走行する列車では電車線が停電に至ることはごく稀であり、近隣駅まで退避する非常走行用に大容量の蓄電装置を搭載することは経済的に不利となる。
【０００８】
上記のような理由により、本発明の課題は、電源からの給電経路に異常が発生した場合に近接駅までの走行を可能とし、かつ列車に搭載された蓄電装置の容量を低減する鉄道システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
駅間給電設備は、電車線のある区間の駅間に設置され、駅近傍に設置された電車線とは異なる系統から受電した電車線であるか、あるいは電車線と異なる系統から受電した地上充電ポストとする。
【００１０】
特に駅間に電車線が連続的に設置されている場合には、電車線電源をセクションによって異なる電源系統としてもよく、電車線の故障や停電時に非常走行を実施する区間において、駅と駅間給電設備との間隔あるいは駅間給電設備と駅間給電設備との間隔は列車搭載の蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の範囲とする。ここで、前記地上充電ポストは、電車線と異なる系統から受電した給電設備であり、充電ポストの出力には、その出力を列車に接続するためのケーブル及び結栓を有し、近接停止した列車に給電できるようにする。列車は、前記地上充電ポストより受電し、車上の蓄電装置を充電する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、電源からの給電経路に異常が発生した場合に近接駅までの走行を可能とし、かつ列車に搭載された蓄電装置の容量を低減した鉄道システムを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の駅間給電設備の設置構成の一実施形態の例を示す図。
【図２】本発明の駅間給電設備の設置構成の第一の実施形態の例を示す図。
【図３】本発明の駅間給電設備の設置構成の第二の実施形態の例を示す図。
【図４】本発明の電気車の制御装置と地上充電ポストによる一実施形態の例を示す図。
【図５】本発明の電気車の制御装置と地上充電ポストによる第二の実施形態の例を示す図。
【図６】本発明の電気車の制御装置と地上充電ポストによる第三の実施形態の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明していく。
【００１４】
図１は、本発明の駅間給電設備の設置構成の概略形態の例を示す図である。駅間給電設備１は、駅２近傍の電車線または給電設備とは異なる電源系統から受電し、駅２と駅２の間に設置する。
【００１５】
ここで、電車線が連続して設置された路線を走行する、架線と蓄電装置のハイブリッド鉄道車両の非常走行を実施する区間においては、駅２および駅間給電設備１、あるいは駅間給電設備１同士の間隔は、列車３搭載の蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の範囲に設置する。これにより、列車３に搭載するために必要な蓄電装置の容量の低減と小形化を実現できる。蓄電装置の容量の低減と小形化により、車両に搭載する蓄電装置のコストを低減することができ、さらに、車両の重量を低減することにともなう省エネルギ運転も可能となる。
【００１６】
電車線の無い区間を走行する架線と蓄電装置のハイブリッド鉄道車両においては、駅間給電設備１で充電を可能とすることで、駅間の走行における必要最小限な列車搭載蓄電装置容量を低減できる。
【００１７】
駅間給電設備１の設置場所は、上述したように、列車３搭載の蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の間隔で設置すると良い。より具体的には、列車の軌道の距離、さらには標高を考慮して駅間給電設備１の設置場所を決めることができる。また、乗客の乗車率が多い駅区間では、走行に必要な電力量も大きくなるため、この駅区間では駅間給電設備１の設置場所の間隔を他の駅区間よりも狭く設定しても良い。
【００１８】
図２は、本発明の駅間給電設備の設置構成の第一の実施形態の例を示す図である。
【００１９】
列車８が路線に連続して設置された電車線６ａの電源を駆動用電力源として走行し、駅９ａと駅９ｂの間に駅間給電設備１０ａ，１０ｂをそれぞれ地点Ａ，地点Ｂに設置する場合を示す。
【００２０】
ここで、Ｌ１は駅９ａと地点Ａ間の距離、Ｌ２は地点Ａと地点Ｂ間の距離、Ｌ３は地点Ｂと駅９ｂ間の距離であり、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の各々は列車８に搭載された蓄電装置５によって駆動電力を供給した場合の走行可能距離よりも小さく設定される。駅間給電設備１０ａ，１０ｂには、地上充電ポスト１１ａ，１１ｂを設けており、地上充電ポスト１１ａ，１１ｂは、電車線６ａが受電している電源供給設備７ａとは異なる電源系統である電源供給設備７ｂ，７ｃより受電する。これにより、駅間給電設備１０ａ，１０ｂにて列車８に搭載の蓄電装置５の充電を可能とする。
【００２１】
駅９ａと駅９ｂの間を列車８が走行中、地点Ｃにて電源供給設備７ａから受電した電車線６ａが停電し送電が停止した場合、列車８は列車に搭載された蓄電装置５を駆動用の電力源として駅間給電設備１０ｂの設置された地点Ｂまで移動する。地点Ｂにて列車８に搭載された蓄電装置５を充電し、蓄電装置５を駆動用の電力源として駅９ｂへ退避をする非常走行を行う。
【００２２】
これにより、列車８に搭載する蓄電装置５の最大蓄電容量は、駅９ａまたは駅９ｂまでを走行するために必要な容量、すなわち駅９ａと駅９ｂの半分の距離を走行するために必要な容量ではなく、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のうち最も多くの容量を必要とする区間を走行するために必要な容量とすればよく、非常走行を実施する上で必要となる列車搭載の蓄電装置の容量を低減し小形化が実現できる。
【００２３】
図３は、本発明の駅間給電設備の設置構成の第二の実施形態の例を示す図である。
【００２４】
列車８が路線に連続して設置された電車線６ｂ，６ｃ，６ｄの電源を駆動用電力源として走行し、駅９ａと駅９ｂの間に駅間給電設備１０ｃを設置する場合を示す。
【００２５】
ここで、Ｌ４は駅９ａと地点Ｄ間の距離、Ｌ５は地点Ｄと地点Ｅ間の距離、Ｌ６は地点Ｅと駅９ｂ間の距離であり、Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６の各々は列車８に搭載された蓄電装置５によって駆動電力を供給した場合の走行可能距離よりも小さく設定される。
【００２６】
電源供給設備７ｄと電源供給設備７ｆの間に駅間給電設備１０ｃを設置する。駅間給電設備１０ｃは、駅近傍の電車線６ｂあるいは電車線６ｄとが受電している電源供給設備７ｄあるいは電源供給設備７ｆとは異なる電源系統である電源供給設備７ｅより受電した電車線６ｃである。前記電車線６ｃは、セクション１２ａとセクション１２ｂによって駅近傍の電源とは別系統の電源系とした電車線とする。これにより、駅間給電設備１０ｃにて列車８に搭載の蓄電装置５の充電を可能とする。
【００２７】
駅９ａと駅９ｂの間を列車８が走行中に地点Ｆにて電源供給設備７ｃから受電した電車線６ｂが停電した場合、列車８は列車に搭載された蓄電装置５を駆動用の電力源として、駅９ａまたは駅間給電設備１０ｃの設置されている地点Ｄのどちらか近い方に移動する。地点Ｄに移動した場合、列車８に搭載された蓄電装置５を電車線６ｃから給電を受けて充電し、蓄電装置５を駆動用の電力源として駅９ａまたは駅９ｂへ退避をする非常走行を行う。
【００２８】
これにより、列車８に搭載する蓄電装置５の最大蓄電容量は、駅９ａまたは駅９ｂまでを走行するために必要な容量、すなわち駅９ａと駅９ｂの半分の距離を走行するために必要な容量ではなく、Ｌ４，Ｌ６のうち多くの容量を必要とする区間を走行するために必要な容量とすればよく、非常走行を実施する上で必要となる列車搭載の蓄電装置の容量を低減し、蓄電装置５の小形化が実現できる。また、蓄電装置５の容量を、Ｌ５を走行するのに必要な蓄電装置容量より大きくすることで、地点Ｄから地点Ｅの区間を走行中に駅間給電設備１０ｃが停電となった場合でも、駅９ａまたは駅９ｂまで非常走行による退避ができる。
【００２９】
ここで、図３に示す受電方式においては、常に電車線から受電するため、列車の車上設備に通常走行以外の特別な機器は必要としない。しかし、図２に示す地上充電ポストによる受電方式においては、列車の車上設備に通常走行では使用しない機器が必要となる。
【００３０】
そのため、本発明の電気車の制御装置および図２に示す地上充電ポストによる受電の一実施形態の例を図４を用いて説明する。
【００３１】
車上駆動システムは、蓄電装置１３と昇降圧チョッパ装置１４とインバータ装置１５と交流電動機１６と集電装置１７と車上側結栓装置１８ａを備えている。地上充電ポストは、地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとヒューズ２０と地上充電ポスト用チョッパ装置２３と保護回路２４と整流器２５と地上充電ポスト用蓄電装置３０と商用電源２２を備えている。
【００３２】
車上駆動システムのインバータ装置１５は、電車線２１から集電装置１７を介して供給される直流電力、または昇降圧チョッパ装置１４から供給される直流電力を入力として、これを３相交流電力に変換して交流電動機１６へ出力する。交流電動機１６は、インバータ装置１５が出力する３相交流電力を入力として、これを軸トルクに変換して出力する。ここで、図示しない制御装置の指令に基づいたトルクを交流電動機１６が出力するように、インバータ装置１５はインバータ装置１５の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。図示しない減速機は、交流電動機１６の軸トルク出力を増幅して出力し、電気車の輪軸を駆動して電気車を加減速する。昇降圧チョッパ装置１４は、蓄電装置１３と電車線２１を電気的に接続するように配置され蓄電装置１３に接続されている。また、昇降圧チョッパ装置１４は蓄電装置１３の電圧を電車線２１の電源電圧に昇圧または、電車線２１の電源電圧を蓄電装置の電圧に降圧させる。蓄電装置１３は、昇降圧チョッパ装置１４からの直流電力出力を入力され、または、昇降圧チョッパ装置１４に対して直流電力を出力できるように昇降圧チョッパ装置１４に接続される。蓄電装置１３と昇降圧チョッパ装置１４間の直流部には、地上充電ポスト１９との接続を可能とする車上側結栓装置１８ａを接続する。
【００３３】
地上充電ポスト１９は、商用電源２２の３相交流電力を入力として直流電力に変換して出力する整流器２５を備える。商用電源２２は、電車線２１の電源とは異なる系統から受電し、３相交流を供給できる電源である。商用電源２２と整流器２５間には過電流等の異常動作時に回路を遮断する保護用のヒューズ２０を接続する。地上充電ポスト用チョッパ装置２３の入力側は、整流器２５の直流出力側と接続され、地上充電ポスト用チョッパ装置２３は整流器２５からの入力電圧を電圧変換して地上充電ポスト側結栓装置１８ｂ側へ出力する。整流器２５と地上充電ポスト用チョッパ装置２３との間には、異常動作時に回路を遮断する保護回路２４が接続されている。ここで、地上充電ポスト用チョッパ装置２３の入力側には整流器２５の出力側と並列に地上充電ポスト用蓄電装置３０を接続してもよい。地上充電ポスト用チョッパ装置２３の出力側には車上駆動システムとの接続を可能にする地上充電ポスト側結栓装置１８ｂを接続する。車上駆動システムと地上充電ポスト１９は、車上側結栓装置１８ａと地上充電ポスト側結栓装置１８ｂ間を専用ケーブルにより接続する。
【００３４】
以下に本実施例の動作を説明する。
【００３５】
まず、電車線２１が正常であるときについて説明する。電車線が連続して設置された路線を走行する列車は、電気車を加速するときは、電車線２１より直流電力を得てインバータ装置１５により交流電力を出力し、交流電動機１６を駆動する。電気車を減速するときは、交流電動機１６がブレーキトルクを出力するようにインバータ装置１５を回生動作させ、インバータ装置１５が出力する回生電力を昇降圧チョッパ装置１４を介して蓄電装置１３で吸収し、蓄電装置を蓄電可能な最大充電量となるようにする。
【００３６】
電車線停電時等に電車線２１から電力を供給できないときには、昇降圧チョッパ装置１４が出力する直流電力すなわち、蓄電装置１３の出力する直流電力でインバータ装置１５の入力電力を負担する。これにより電車線停電時等に電車線２１から電力を供給できないときにも電気車を加速することができ、駅までの退避走行を行う非常走行を実施することができる。電気車を減速するときは、交流電動機１６がブレーキトルクを出力するようにインバータ装置１５を回生動作させ、インバータ装置１５が出力する回生電力を昇降圧チョッパ装置１４を介して蓄電装置１３で吸収する。蓄電装置１３で回生電力を吸収できないときには、抵抗器で回生電力を消費させ、または空気ブレーキ等を用いて機械的に減速する。
【００３７】
次に、電車線２１の停電や集電装置１７の故障等により電車線２１から電力を供給できない場合に車上側の蓄電装置１３を充電するときについて説明する。この際には、列車を地上充電ポスト１９が設置してある場所に近接停車させ、車上駆動システム側の車上側結栓装置１８ａと地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとを専用ケーブルを用いて接続する。蓄電装置１３の入力電力は、商用電源２２により負担する。ここで、蓄電装置１３の入力電力は直流の所定の電圧範囲である必要があるため、整流器２５が商用電源２２の交流電力を直流電力に変換し、地上充電ポスト用チョッパ装置２３が直流電力を所定の電圧範囲に電圧変換させ、地上充電ポストは蓄電装置１３の蓄電量が一定範囲内になるまで充電する。
【００３８】
さらに、地上充電ポスト用チョッパ装置２３の入力側に地上充電ポスト用蓄電装置３０を接続した場合には、蓄電装置１３の入力電力を地上充電ポスト用蓄電装置３０により負担することも可能である。この場合、列車への給電の機会は非常に低頻度であるため、地上充電ポスト用蓄電装置３０の充電は緊急を要しないので、商用電力からの入力回路は小容量の設備でよく、設備投資が安価である等の効果がある。また、商用系の一時的不具合時でも列車への給電は可能であり、非常時の電力源としての効果は高い。
【００３９】
地上充電ポスト用蓄電装置３０を備えることで上述した効果があるが、地上充電ポスト用蓄電装置３０を備えない構成においても、当然に商用電源２２から蓄電装置１３の充電は可能である。
【００４０】
次に、本発明の電気車の制御装置および図２に示す地上充電ポストによる受電の第二の実施形態の例を図５を用いて説明する。
【００４１】
車上駆動システムのインバータ装置１５は、昇降圧チョッパ装置１４または、電車線２１から出力される直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して交流電動機１６へ出力する。交流電動機１６はインバータ装置１５が出力する３相交流電力を入力としてこれを軸トルクに変換し出力する。ここで、図示しない制御装置の指令に基づいたトルクを交流電動機１６が出力するように、インバータ装置１５はインバータ装置１５の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。図示しない減速機は、交流電動機１６の軸トルク出力を増幅して出力し、電気車の輪軸を駆動して電気車を加減速する。
【００４２】
昇降圧チョッパ装置１４は、蓄電装置１３の電圧を電車線２１の電源電圧に昇圧、または電車線２１の電源電圧を蓄電装置の電圧に降圧させる。昇降圧チョッパ装置１４は、蓄電装置１３と電車線２１を電力的に接続可能とするように蓄電装置１３に接続される。ここで、蓄電装置１３は、昇降圧チョッパ装置１４から直流電力が入力され、または昇降圧チョッパ装置１４に対して直流電力を出力するように接続する。また、インバータ装置１５と交流電動機１６の間には、切替器２６ａが接続される。この切替器２６ａは、インバータ装置１５に接続された３相交流電力線を、交流電動機１６と車上側結栓装置１８ａとのどちらか一方に接続を切り替え可能な機能を持つ。地上充電ポスト１９は、商用電源２２から供給された電力を車上駆動システムへ出力する部分に地上充電ポスト側結栓装置１８ｂを備え、地上充電ポスト側結栓装置１８ｂは車上側結栓装置１８ａと接続可能となっている。商用電源２２は電車線２１の電源とは異なる系統から受電し、３相交流を地上充電ポストへ供給できる電源である。地上充電ポスト側結栓装置１８ｂと商用電源２２の間には過電流等の異常動作時に回路を遮断する保護用のヒューズ２０を接続する。
【００４３】
以下に本実施例の動作を説明する。
【００４４】
まず、電車線２１が正常であるときについて説明する。連続して設置された路線を走行する電気車が加速するときは、切替器２６ａはインバータ装置１５と交流電動機１６が接続される状態に接続される。インバータ装置１５は、電車線２１より直流電力を得て交流電力を出力し、交流電動機１６を駆動する。また、連続して設置された路線を走行する電気車を減速するときは、インバータ装置１５は交流電動機１６がブレーキトルクを出力するように回生動作を行い、蓄電装置１３は、インバータ装置１５が出力する回生電力を昇降圧チョッパ装置１４を介して吸収し、蓄電装置の蓄電量が蓄電可能な最大充電量となるようにする。蓄電装置１３が十分充電されているときには、集電装置１７を介し、回生電力を電車線２１へ回生する。
【００４５】
次に、電車線２１の停電や集電装置１７の故障等により電車線２１から電力を供給できないときについて説明する。このときには、昇降圧チョッパ装置１４が出力する直流電力、すなわち蓄電装置１３の出力する直流電力でインバータ装置１５の入力電力を負担する。これにより電車線２１の停電時等に電車線２１から電力を供給できないときにも電気車を加速することができ、電車線から電力を供給できない時における駅までの退避走行を行う非常走行を実施することができる。電気車を減速するときは、インバータ装置１５は交流電動機１６がブレーキトルクを出力するように回生動作を行い、蓄電装置１３はインバータ装置１５が出力する回生電力を昇降圧チョッパ装置１４を介して吸収し、蓄電装置を蓄電可能な最大充電量となるようにする。蓄電装置１３で回生電力を吸収できないときには、抵抗器で回生電力を消費させ、または空気ブレーキ等を用いて機械的に減速する。
【００４６】
車上側の蓄電装置１３を充電するときは、列車を地上充電ポスト１９が設置してある場所に近接停車させ、車上駆動システム側の車上側結栓装置１８ａと地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとを専用ケーブルを用いて接続する。さらに、切替器２６ａはインバータ装置１５と車上側結栓装置１８ａが接続される状態に接続を切り替える。蓄電装置１３の入力電力は、商用電源２２により負担する。インバータ装置１５は地上充電ポストからの交流電力を直流電力に変換し、昇降圧チョッパ装置１４は直流電力を降圧し、蓄電装置１３は蓄電量が一定範囲内になるまで充電される。本実施例は、商用電源２２からの交流電力を交流のまま車上駆動システムへ供給する構成であるため、図４に示す実施例（つまり、車上側結栓装置１８ａを蓄電装置１３と昇降圧チョッパ装置の間に設け、地上充電ポスト１９で商用電源２２の交流電力を直流電力に変換する構成）に比べ地上充電ポスト１９側の機器を削減できることを特徴としている。
【００４７】
次に、本発明の電気車の制御装置および図２に示す地上充電ポストによる受電の第三の実施形態の例を図６を用いて説明する。
【００４８】
車上駆動システムのインバータ装置１５は、昇降圧チョッパ装置１４から、または電車線２１から出力される直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して交流電動機１６へ出力する。交流電動機１６はインバータ装置１５が出力する３相交流電力を入力としてこれを軸トルクに変換し出力する。ここで、図示しない制御装置の指令に基づいたトルクを交流電動機１６が出力するように、インバータ装置１５はインバータ装置１５の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。図示しない減速機は交流電動機１６の軸トルク出力を増幅して出力し、電気車の輪軸を駆動して電気車を加減速する。
【００４９】
昇降圧チョッパ装置１４は、蓄電装置１３の電圧を電車線２１の電源電圧に昇圧または、電車線２１の電源電圧を蓄電装置の電圧に降圧させる。さらに昇降圧チョッパ装置１４は、蓄電装置１３と電車線２１を電力的に接続可能とするように蓄電装置１３に接続される。ここで、蓄電装置１３は、昇降圧チョッパ装置１４からの直流電力出力を入力または、昇降圧チョッパ装置１４に対して直流電力を出力するように接続する。
【００５０】
サービス電源用インバータ装置２７は、昇降圧チョッパ装置１４とインバータ装置１５の間の直流部に並列に接続される。また、サービス電源用インバータ装置２７は、昇降圧チョッパ装置１４または電車線２１から出力される直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して変圧器２８に出力する。変圧器２８は、サービス電源用インバータ装置２７が出力する３相交流電力を入力として、これをサービス機器・補機２９の電源電圧に必要な所定の交流電圧に変圧し、３相交流電力をサービス機器・補機２９へ供給する。サービス機器・補機２９は、列車の照明や空調等のサービス用電源機器類であり、変圧器２８によりサービス電源電圧に調整された電圧を入力とする。車上側結栓装置１８ａは変圧器２８とサービス機器・補機２９との間の交流部に並列に接続される。ここで、変圧器２８とサービス機器・補機２９の間には、切替器２６ｂを接続しても良い。この切替器２６ｂは、変圧器２８の出力をサービス機器・補機２９と車上側結栓装置１８ａのどちらか一方に接続を切り替え可能な機能を持つ。
【００５１】
地上充電ポスト１９は、商用電源系統接続スイッチ３２とヒューズと地上充電ポスト用変圧器３１と地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとを備える。地上充電ポスト側結栓装置１８ｂは、車上駆動システムへの電力供給部に配置され、車上側結栓装置１８ａと接続可能となっている。地上充電ポストは、商用電源２２からの電力を商用電源系統接続スイッチ３２とヒューズ２０と地上充電ポスト用変圧器３１を介して、地上充電ポスト側結栓装置１８ｂ側へ供給し、車上側結栓装置１８ａと地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとが接続されると、商用電源２２からの電力は車上駆動システム側へ供給される。商用電源２２は電車線２１の電源とは異なる系統から受電し、３相交流を地上充電ポストへ供給できる電源である。地上充電ポスト側結栓装置１８ｂと商用電源２２の間には、過電流等の異常動作時に回路を遮断する保護用のヒューズ２０が接続される。
【００５２】
以下に本実施例の動作を説明する。
【００５３】
まず、電車線２１が正常であるときについて説明する。通常、列車が電車線が連続して設置された路線を走行する際における補機への電源の供給は、集電装置１７が電車線２１から直流電力を得て、サービス電源用インバータ装置２７が直流電力を交流電力へ変換して出力し、変圧器２８がこの交流電力を所定の交流電圧に変圧してサービス機器・補機２９へ電源を供給する。
【００５４】
次に、電車線２１の停電や集電装置１７の故障等により電車線２１から電力を供給できないときについて説明する。このときには昇降圧チョッパ装置１４が出力する直流電力、すなわち蓄電装置１３の出力する直流電力でサービス電源用インバータ装置２７の入力電力を負担する。このようにすることで、電車線２１から電力を供給できないときの補機への電源供給や列車の走行が可能となる。切替器２６ｂを設ける構成においては、切替器２６ｂは変圧器２８とサービス機器・補機２９が接続される状態に接続を行う。
【００５５】
車上側の蓄電装置１３を充電するときは、列車を地上充電ポスト１９が設置してある場所に近接停車させ、商用電源系統接続スイッチ３２を開放した状態で、列車車上駆動システム側の車上側結栓装置１８ａと地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとを専用ケーブルを用いて接続する。商用電源系統接続スイッチ３２を開放した状態とすることで車上側結栓装置１８ａと地上充電ポスト側結栓装置１８ｂの接続時に感電の危険性がなくなる。切替器２６ｂを設ける構成においては、切替器２６ｂは変圧器２８と車上側結栓装置１８ａが接続される状態に接続する。車上側結栓装置１８ａと地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとを接続後、商用電源系統接続スイッチ３２を投入する。蓄電装置１３の入力電力は、商用電源２２により負担する。サービス電源用インバータ装置２７は交流電力を直流電力に変換し、昇降圧チョッパ装置１４は降圧し、蓄電装置１３は蓄電量が一定範囲内になるまで充電される。本実施例の構成は、商用電源２２からの交流電力を交流のまま車上駆動システムへ供給する構成であるため、図４に示す実施例の構成（車上側結栓装置１８ａを蓄電装置１３と昇降圧チョッパ装置の間に設け、地上充電ポスト１９側で商用電源２２を直流電力に変換する構成）に比べ、地上充電ポスト１９側の機器を削減できることを特徴としている。
【００５６】
また、本実施例において、切替器２６ｂを設けない場合は、地上充電ポストにおける充電期間中にも補機を停止させることなく蓄電装置１３の充電が可能となり、照明や空調等の列車の乗客へのサービスを保った状態で蓄電装置１３の充電および駅までの非常運転が可能となる。
【００５７】
上述した各実施形態においては、直流送電方式の電車線２１について説明しているが、交流送電方式の電車線２１であっても本発明を適用することは可能である。
【００５８】
駅間の長い区間においては、非常時の地上充電ポストからの給電を複数回行う必要が生じるため、給電にかける時間を少なくすることが求められる。そのため、線路内において地上充電ポスト側結栓装置１８ｂとの接続が乗務員にとって容易となるように、上述した各実施形態における車上側結栓装置１８ａは、車両側面、さらには車両側面の下部に配置されると良い。または、インバータ装置等の電気機器が実装された車体床下部分であり、さらに車上側結栓装置１８ａの栓の向きが車体の側面もしくは底面に向かうように配置されると良い。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  駅間給電設備
２，９ａ，９ｂ  駅
３，８  列車
４，１７  集電装置
５，１３  蓄電装置
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，２１  電車線
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ  電源供給設備
１１ａ，１１ｂ，１９  地上充電ポスト
１２ａ，１２ｂ  セクション
１４  昇降圧チョッパ装置
１５  インバータ装置
１６  交流電動機
１８ａ  車上側結栓装置
１８ｂ  地上充電ポスト側結栓装置
２０  ヒューズ
２２  商用電源
２３  地上充電ポスト用チョッパ装置
２４  保護回路
２５  整流器
２６ａ，２６ｂ  切替器
２７  サービス電源用インバータ装置（ＳＩＶ）
２８  変圧器
２９  サービス機器・補機
３０  地上充電ポスト用蓄電装置
３１  地上充電ポスト用変圧器
３２  商用電源系統接続スイッチ
【図１】
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【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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