(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車線から電車線電力を集電するパンタグラフと、
前記パンタグラフと接続され、電気的切断を可能とする主遮断器と
前記主遮断器と接続し、電車線電圧を降圧する変圧器と、
前記変圧器と接続し、電車線電力を３相交流電力に変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置から供給される３相交流電力によって駆動する電動機と
一端が前記パンタグラフと接続され、他端が接地座と接続され、緊急時に電車線を接地し変電所からの送電を停止させる保護接地装置と、
前記パンタグラフ、前記主遮断器、前記変圧器、前記電力変換装置、前記電動機で構成される第１の回路と、
前記第１の回路と同一に構成された第２の回路と、
前記第１の回路と前記第２の回路を前記変圧器の１次側の間で接続する第三の遮断器と、
前記パンタグラフの使用が可能な場合、前記第１の回路の主遮断器を開放し、前記第２の回路を主遮断器及び、前記第三の遮断器を投入することによって、前記パンタグラフと前記電車線の接触を維持しながら異なるセクションの直通運転が可能となり、また、前記第１の回路の前記パンタグラフまたは前記第２の回路の前記パンタグラフのどちらか一方が事故等で故障した場合、故障した側の前記保護接地装置を投入し、前記主遮断器を開放することで、故障していない側の前記パンタグラフ及び前記主遮断器を介して、前記電力変換装置に電力を供給することを特徴とする交流電気車。
【請求項２】
前記第１の回路と前記第２の回路において、
前記第１の回路の第一のパンタグラフと第一の変圧器の間に接続される第一の避雷器と、
前記第一の避雷器と前記第一のパンタグラフの間に接続される第一の主遮断器と、
前記第２の回路の第二のパンタグラフと第二の変圧器の間に接続される第二の避雷器と、
前記第二の避雷器と前記第二のパンタグラフの間に接続される第二の主遮断器と、
前記第一の主遮断器と前記第一の変圧器の間と、前記第二の主遮断器と前記第二の変圧器の間を接続する第三の主遮断器と、
前記第三の主遮断器を投入し、前記第一のパンタグラフ及び前記第二のパンタグラフのどちらか一方から電車線を通じて集電することで、前記第一の変圧器に接続される第一の電力変換装置と前記第二の変圧器に接続される第二の電力変換装置に電力を供給することを特徴とした請求項１記載の交流電気車。
【請求項３】
前記第１の回路と前記第２の回路において、前記変圧器の第三次側に電圧検知器を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の交流電気車。
【請求項４】
前記第１の回路の主遮断器、前記第２の回路の主遮断器及び、第三の主遮断器において、前記第１の回路の電圧検知器及び前記第２の回路の電圧検知器からの入力信号と、前記第１の回路の主遮断器、前記第２の回路の主遮断器及び、前記第三の主遮断器からの入力信号をもとに、前記第一の回路及び前記第二の回路への電力供給が、前記第１の回路の主遮断器、前記第２の回路の主遮断器及び、前記第三の主遮断器の開放動作により電気的切断されたことで停止されたかどうかを判断し、非常ブレーキ停止信号を出力するか判断する保安装置を有することを特徴とした請求項３記載の交流電気車。
【請求項５】
前記第１の回路と前記第２の回路において、前記パンタグラフと前記主遮断器間に電流検知器を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の交流電気車。
【請求項６】
前記第１の回路と前記第２の回路において、前記主遮断器と前記変圧器間に電流検知器を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の交流電気車。
【請求項７】
前記第１の回路と前記第２の回路において、電力変換装置は交流電力変換装置と直流電力変換装置で構成され、前記交流電力変換装置と前記直流電力変換装置間の正極側を正極側接触器を介して接続し、負極側を負極側接触器を介して接続した構成とし、前記第１の回路の前記正極側接触器と前記直流電力変換装置間と前記第２の回路の前記正極側接触器と前記直流電力変換装置間を第一の接触器を介して接続し、前記第１の回路の前記負極側接触器と前記直流電力変換装置間と前記第２の回路の前記負極側接触器と前記直流電力変換装置間を第二の接触器を介して接続したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の交流電気車。
【請求項８】
前記第１の回路のパンタグラフと前記第２の回路のパンタグラフは、連結されている２つの車両の天井部の端部に設置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の交流電気車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電気車に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内では車両の走行中にパンタグラフの上げ下げが行われないため、パンタグラフ１台で車両が走行する在来線セクションと、複数台のパンタグラフで車両が走行する新幹線セクションとが切り替わる区間を車両が直通して走行する際は、セクションの切り替わりに対応するために車両の走行方法に工夫が施されている。例えば、図１１のような交流電気車である。図１１の交流電気車は、架線電力を通電する電車線１に第一のパンタグラフ２ａと第二のパンタグラフ２ｂが接続され、第一のパンタグラフ２ａと第二のパンタグラフ２ｂは特別高圧用電源ケーブル等で接続される。第一のパンタグラフ２ａは第一の主遮断器４ａ、第一の変圧器６ａと接続され、第一の変圧器６ａは、第一の電力変換装置７ａと第一の電動機８ａと接続される。また、第一の主遮断器４ａと反対側では、保護接地装置３ａ及び接地座１０ａが接続される。第二のパンタグラフ２ｂ側も同様に構成されている。
【０００３】
電車線１からの架線電圧は、第一のパンタグラフ２ａ、第一の主遮断器４ａを通って第一の変圧器６ａで降圧され、第一の電力変換装置７ａに印加される。第一の電力変換装置７ａは降圧した電圧を３相の交流電圧に変換し、３相線を介して第一の電動機８ａに３相の交流電流を流し、第一の電動機８ａが駆動する。第一の電力変換装置７ａまたは第一の電動機８ａが故障などにより過大な電流が発生した場合、第一の主遮断器４ａを開放することにより、第一の変圧器６ａ、第一の電力変換装置７ａ及び第一の電動機８ａの損傷を抑制し、第一の変圧器６ａ以降への電力供給を停止及び開放し、車両の走行を継続させる。また第一のパンタグラフ２ａ付近で事故が発生した緊急時に、保護接地装置３ａが投入されるとパンタグラフ２ａが接地座１０ａと接触することになる。パンタグラフ２ａと接地座１０ａが接触すると変電所が異常を検知し、送電を停止することで車両を停車する。
【０００４】
このような構成の交流電気車は、在来線セクションの区間を走行する直前の駅で停車し、第一のパンタグラフ２ａまたは第二のパンタグラフ２ｂのどちらか一方のパンタグラフ２を下げることで、在来線のセクションに対応している。また新幹線においては、異なる変電所からの送電切替地点には、走行する車両全体が収まるような長さをもつ切替セクションと呼ばれる区間を設けている。そのため、切替セクションを通過することでセクションの切り替えに対応した走行ができるようにしている。
【０００５】
在来線は、上記のような走行方法で送電の切り替わりに対応しているため、旅客電車のような、乗客の乗降などのため、駅に停車する必要がない場合であっても、セクションの切替え区間の手前の駅などで停車し、パンタグラフ２の上げ下げを行わなくてはならなかった。このような動作は不必要な停車や、在来線と新幹線でき電切替え方式が異なるため、メンテナンスや設備が２重に必要であるといった問題があったため、図１２に示すような、セクションの切替え区間を直通運転できるような交流電気車が提案されている。図１２は、図１１の回路に第四の主遮断器４ｅと第五の主遮断器４ｆが追加された構成である。第四の主遮断器４ｅは、第一のパンタグラフ２ａと第一の主遮断器４ａ間に接続される。また第五の主遮断器４ｆは第二のパンタグラフ２ｂと第二の主遮断器４ｂ間に接続される。このような構成の交流電気車は、例えば、第一のパンタグラフからセクションの切替え区間に進入する場合、第一の主遮断器４ａ、第二の主遮断器４ｂ、第四の主遮断器４ｅ及び第５の主遮断器４ｆを投入してある状態から、第四の主遮断器４ｅを開放する。第四の主遮断器４ｅを開放すると、架線電力は第二のパンタグラフ２ｂから、第五の主遮断器４ｆ、第一の主遮断器４ａを通って第一の電力変換装置７ａに供給され、第五の主遮断器４ｆ、第二の主遮断器４ｂを通って第二の電力変換装置７ｂに供給される。
【０００６】
また、同様に第一のパンタグラフ２ａ及び第二のパンタグラフ２ｂのどちらか一方に短絡事故が発生した場合でも、４つの主遮断器を投入／開放することによって車両走行に必要な駆動力を維持することが可能となる。例えば、第一の主遮断器４ａ、第二の主遮断器４ｂ、第四の主遮断器４ｅ、第五の主遮断器４ｆが投入され、第一のパンタグラフ２ａと第二のパンタグラフ２ｂを介して供給される電力で交流電気車が走行している場合で、第一のパンタグラフ２ａが短絡事故を起こしたときについて説明する。第四の主遮断器４ｅを開放すると、架線電力は第二のパンタグラフを介して２台の電力変換装置に供給されることになる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−６９５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のような交流電気車は、短絡事故時の冗長性は確保できるが、主遮断器のような大型の部品点数が多いため、保護または省保守化のために主遮断器を車内に搭載しようとする場合、スペース不足や配線の複雑化といった問題が生じるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、冗長性と部品点数の問題点を解決するためになされたもので、異なるセクションに対応し、直通運転が可能な交流電気車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記を解決するために、本発明による交流電気車は、電車線から電車線電力を集電するパンタグラフと、前記パンタグラフと接続され、電気的切断を可能とする主遮断器と前記主遮断器と接続し、電車線電圧を降圧する変圧器と、前記変圧器と接続し、電車線電力を３相交流電力に変換する電力変換装置と、前記電力変換装置から供給される３相交流電力によって駆動する電動機と前記パンタグラフと前記主遮断器とは反対側に接続され、緊急時に電車線を接地し変電所からの送電を停止させる保護接地装置及び接地座と前記パンタグラフ、前記主遮断器、前記変圧器、前記電力変換装置、前記電動機で構成される第１の回路と、前記駆動システムと同一に構成された第２の回路と、前記第１の回路と前記第２の回路を前記変圧器の１次側同志を第三の遮断器を介して接続したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異なるセクションを直通運転することができ、冗長性を備え、部品点数を削減することが可能な交流電気車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の回路構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態の主遮断器の配置構造図。
【図３】本発明の第２の実施形態の回路構成図。
【図４】本発明の第２の実施形態の変形例の回路構成図。
【図５】本発明の第２の実施形態の変形例の動作システム図。
【図６】本発明の第３の実施形態の回路構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態の回路構成図。
【図８】本発明の第５の実施形態の回路構成図。
【図９】本発明の第５の実施形態の変形例の回路構成図。
【図１０】本発明の第６の実施形態の回路構成図。
【図１１】従来発明の第１の回路構成図。
【図１２】従来発明の第１の回路構成図。
【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参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
本実施形態の構造について説明する。図１は第１の実施形態の回路構成である。図１に示すように、本実施形態の回路は電車線１、第一のパンタグラフ２ａ、第二のパンタグラフ２ｂ、第一の保護接地装置３ａ、第二の保護接地装置３ｂ、第一の主遮断器４ａ、第二の主遮断器４ｂ、第三の主遮断器４ｃ、第一の避雷器５ａ、第二の避雷器５ｂ、第一の変圧器６ａ、第二の変圧器６ｂ、第一の電力変換装置７ａ、第二の電力変換装置７ｂ、第一の電動機８ａ、第二の電動機８ｂ、第一の接地座１０ａ、第二の接地座１０ｂ、第三の接地装置１０ｃ、第四の接地装置１０ｄで構成され、車両に搭載されている。
【００１５】
変電所からの架線電力を交流電気車に供給する電車線１は、電車線１からの架線電力を交流電気車に伝える第一のパンタグラフ２ａ、第二のパンタグラフ２ｂと接続される。第一のパンタグラフ２ａは、緊急時に電車線１を接地し、変電所からの送電を停止させるための第一の保護接地装置３ａと、第一の保護接地装置３ａを介して第一のパンタグラフ２ａを車体に接地するための第一の接地座１０ａを介して接続され、第一の接地座１０ａと反対側では、電気的切断を可能とする第一の主遮断器４ａより第一のパンタグラフ２ａ側と、第一の主遮断器４ａ以降を電気的に切断する第一の主遮断器４ａを介して、架線電圧を降圧する第一の変圧器６ａと接続される。第一の変圧器６ａにより降圧された単相交流を、第一の電動機８ａを駆動させるための３相交流に変換する第一の電力変換装置７ａを介して、車輪を回転させ交流電気車を駆動させる第一の電動機８ａが接続されている。第一の主遮断器４ａと第一の変圧器６ａの間には、非常に高い電圧がかかったときに回路全体を守る役割を果たす第一の避雷器５ａが接続され、第一の変圧器６ａの第一の主遮断器４ａと反対側に、第三の接地装置１０ｃが接続される。
【００１６】
第二のパンタグラフ２ｂから、第二の保護接地装置３ｂ、第二の接地座１０ｂ、第二の主遮断器４ｂ、第二の避雷器５ｂ、第二の変圧器６ｂ、第二の電力変換装置７ｂ、第二の電動機８ｂ、第四の接地装置１０ｄが、第一のパンタグラフ２ａからの構成と同様に接続されている。
【００１７】
また、第一の主遮断器４ａと第一の変圧器６ａ間と、第二の主遮断器４ｂと第二の変圧器６ｂ間を接続するように第三の主遮断器４ｃが接続される。
【００１８】
このような接続関係をもった交流電気車において、変電所から送られてくる電力は、電車線１からパンタグラフ２を通って交流電気車の回路内に供給される。例えば、第一のパンタグラフ２ａが投入状態のとき、第一の保護接地装置３ａは開放され、第一のパンタグラフ２ａからの架線電圧は第一の主遮断器４ａを通って第一の変圧器６ａに印加される。印加された電圧は、第一の変圧器６ａによって降圧され、第一の電力変換装置７ａに印加される。第一の電力変換装置７ａは、印加された交流電圧を直流電圧に変換し、さらに直流電圧を第一の電動機８ａが駆動可能な３相の交流電圧に変換して、第一の電動機８ａに３相の交流電流を流す。第一の電動機８は、流れてくる３相の交流電流で回転磁界を発生させ、回転磁界を駆動力として回転する。第二のパンタグラフ２ｂ側も同様の作用を有している。
【００１９】
第一の接地座１０ａは、緊急時に第一の保護接地装置３ａが投入され、第一の接地座１０ａが電車線１に接地することによって変電所が異常を検知し、変電所からの送電を停止する。また、第一の避雷器５ａは、通常の電圧では絶縁状態であるが、架線や送電系統に雷が落ちるなど、交流回路内で非常に高い電圧がかかったときに、導通状態となり、第一の避雷器５ａより放電し、回路内電圧上昇を防止する。また、接地装置１０ｃは、通常の通電回路であり、第一の変圧器６ａを通過してきた帰線電流をレールに接地し、電車線１からの電力を変電所へ返す。第二のパンタグラフ側も同様の作用を有している。
【００２０】
上記のような構造を有する本実施形態の交流電気車は以下のような作用を有する。第一のパンタグラフ２ａ、第二のパンタグラフ２ｂの両方を上昇させた状態でかつ、第一の主遮断器４ａ、第二の主遮断器４ｂ及び第三の主遮断器４ｃを投入・開放させることで、第一のパンタグラフ２ａまたは第二のパンタグラフ２ｂで集電を行うことになる。例えば、２台のパンタグラフ２で集電を行う新幹線セクションから１台のパンタグラフで集電を行う在来線セクションに進入する場合、在来線セクションに先に侵入するパンタグラフ２を主遮断器４によって電気的に遮断することで、２台のパンタグラフを電車線１に接触させながら、走行中の車両が異なるセクションを跨ぐことなく、次のセクションに対応することが可能となる。そのため、切替え区間の直通運転に支障はなく、第一の変圧器６ａと第２の変圧器６ｂのいずれにも給電が可能である。
【００２１】
次に、車両を立ち上げた際に、第一の主遮断器４ａを開放し、第二の主遮断器４ｂと第三の主遮断器４ｃを投入する場合について説明する。この場合、最初に第一の主遮断器４ａを開放し、第二の主遮断器４ｂと第三の主遮断器４ｃを投入することによって、それ以降は第一の主遮断器４ａ、第二の主遮断器４ｂ、第三の主遮断器４ｃを動作させることなくセクションの切替え区間においても直通運転が可能となる。集電に用いない第一のパンタグラフ２ａは、第一の主遮断器４ａが開放の状態であれば、常に電気的に開放されている状態であるため、第一のパンタグラフ２ａ及び第二のパンタグラフ２ｂを出発時より上昇させたままで、セクションの切替え区間の走行が可能となる。また、入出区などで第一のパンタグラフ２ａを下げる必要がある場合にも、第一の主遮断器４ａを開放状態のまま動作させずに第一のパンタグラフ２ａを降下させることが可能である。
【００２２】
例えば、第一の主遮断器４ａ及び第二の主遮断器４ｂを投入し、第三の主遮断器４ｃを開放すると、構内や車庫内で第一のパンタグラフ４ａまたは第二のパンタグラフ４ｂのどちらかでのみ集電する必要がある場合、一旦、第一の主遮断器４ａを開放してから第一のパンタグラフ２ａを降下させ、次に第三の主遮断器４ｃを投入するという手続きを踏む必要があり、開放／投入の動作が多くなる。しかしながら、通常状態として第一の主遮断器４ａを開放し、第二の主遮断器４ｂ、第三の主遮断器４ｃを投入しておくことで、様々な電力の供給状態に対応することが可能となる。
【００２３】
このような３台の主遮断器４を搭載した構成の交流電気車は、在来線や新幹線に関わらず、第一のパンタグラフ２ａと第二のパンタグラフ２ｂを電車線１に接触させながらセクションの切替え区間の直通運転が可能となる。そのため、２つのパンタグラフ２のどちらか一方で破損または意図しない降下が生じた場合においても、もう一方のパンタグラフ２によって、どちらか一方の保護接地装置３の機能を有することが可能である。つまり、第一の保護接地装置３ａ及び第二の保護接地装置３ｂの両方の機能を有する２重系保護接地機能を有する。
【００２４】
また、図２は本発明の第１の実施形態の主遮断器の天井方向からの配置構造図である。図２で示すように、本実施形態は主遮断器４として真空遮断器（ＶＣＢ）を使用し、パンタグラフと主遮断器４を接続し、車内に搭載している。以下に車内の主遮断器４の配置方法について説明する。第一の主遮断器４ａは、３つの端部３６ａ、３６ｂ及び３６ｃを有し、そのうちの２つの端部３６ａと３６ｂは平行に位置するＴ字型の遮断部３５ａと、遮断部３５ａと端部３６ｃで接続される制御部３４ａで構成される。第二の主遮断器４ｂ及び第三の主遮断器４ｃも同様である。端部３６ｂ及び端部３６ｄは、第一の変圧器６ａに接続され、端部３６ｅ及び端部３６ｇは第二の変圧器６ｂに接続される。
【００２５】
第一の主遮断器４ａの端部３６ａと第二の主遮断器４ｂの端部３６ｈが、第一の遮断器４ａと第二の遮断器４ｂ間の短絡を防止できるようなある一定の空間を介して対向し、第一の主遮断器４ａの端部３６ｂと第二の主遮断器４ｂの端部３６ｇが第一の遮断器４ａと第二の遮断器４ｂ間の短絡を防止できるある一定の空間を介して対向し、配置されている。第三の遮断器４ｃは、第一の遮断器４ａの端部３６ｂの近傍に第三の遮断器４ｃの端部３６ｄが位置し、第二の遮断器４ｂの端部３６ｇの近傍に第三の遮断器３６ｅが位置するように配置されている。
【００２６】
このような配置方法を採用することにより、車内の限られたスペースに３つの主遮断器４が短絡を防止するための空間を有しながら配置されることが可能となる。車内に主遮断器４を搭載することで、外部の粉塵等により汚損や破損することがないため、主遮断器４への保守力を削減することが可能となる。また上記配置方法は、第一の主遮断器４ａ、第三の主遮断器４ｃと第一の変圧器６ａ間の配線及び、第二の主遮断器４ｂ、第三の主遮断器４ｃと第二の変圧器６ｂ間の配線を複雑化することがない。そのため、省スペースかつ簡易的に設置可能であり、省保守化を実現するため主遮断器４の搭載方法として理想的であると考えられる。
【００２７】
以上のような回路構成、構造を有した交流電気車は、セクションの切替え区間を直通運転することが可能である。また、１つのパンタグラフ２付近で短絡事故が起きても、該当するパンタグラフ２を開放することで、電力変換装置７の動作を維持することが可能となり、冗長性が確保できる。また、３つの主遮断器４を車内に設置できるような配置方法を採ることで、スペース、配線の複雑化を解消し、主遮断器４に対する省保守化を実現できる。
【００２８】
また、本実施形態の回路構成は、変圧器６を用いない交流電気車への適用も可能である。さらに、本実施形態の回路構成における電動機８の代わりに、ヒータや送風機等の電源を用いることも可能である。
【００２９】
（第２の実施形態）
本発明に基づく第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図３は、本発明の第２の実施形態の回路構成図である。尚、図１乃至２と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００３０】
本実施形態は、第１の実施形態とは、第一の電圧検知器９ａと第二の電圧検知器９ｂが回路構成に追加されている点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
【００３１】
図３に示すように、第一の変圧器６ａの三次側に第一の電圧検知器９ａを設ける。第二の変圧器６ｂの三次側に第二の電圧検知器９ｂを設ける。
【００３２】
車両の走行時に、第一の電圧検知器９ａは、第一の変圧器６ａの三次側の電圧値を検出する。第二の電圧検知器９ｂは、第二の変圧器６ｂの三次側の電圧値を検出する。それぞれの電圧検知器９を三次側に接続することで低圧回路として２つのパンタグラフ２からの電圧値を検出する。
【００３３】
また、図４は図３に保安装置を取り付けた回路構成図で、保安装置２６、制御電源線２８、第一のリレー２９ａ、第二のリレー２９ｂ、第三のリレー２９ｃ、第四のリレー２９ｄ、第五のリレー２９ｅが追記されている。図４に示すように、保安装置２６は、第一のリレー２９ａを介して第一の主遮断器４ａと接続され、第二のリレーを介して第二の主遮断器４ｂと接続され、第三のリレー２９ｃを介して第三の主遮断器４ｃと接続され、第四のリレー２９ｄを介して第一の電圧検知器９ａと接続され、第五のリレー２９ｅを介して第二の電圧検知器９ｂと接続され、また外部機器と接続されている。
【００３４】
第一のリレー２９ａは第一の主遮断器４ａの開放・投入状態と連動した動作をする。第一の主遮断器４ａが開放状態のとき、第一の主遮断器４ａに対応した第一のリレー２９ａの接点は閉路され、第一のリレー２９ａから保安装置２６へ向けて“主遮断器の開放”信号が出力される。また、第一の主遮断器４ａが投入状態のとき、第一のリレー２９ａの接点は開放され、第一のリレー２９ａから保安装置２６へ向けて“主遮断器の開放”信号の出力が停止される。第二のリレー２９ｂと第二の主遮断器４ｂの連動動作状態と、第三のリレー２９ｃと第三の主遮断器２９ｃの連動動作状態は、第一のリレー２９ａと第一の主遮断器４ａと同様である。第４のリレー２９ｄは第一の遮断器４ａの開放・投入状態と連動した動作をし、第五のリレー２９ｅは第二の主遮断器４ｂの開放・投入状態と連動した動作をする。第一の電圧検知器９ａによって一定の電圧がある検出されている場合、第四のリレー２９ｄの接点は閉路された状態になり、第一の同期信号が保安装置２６に入力される。また、第一の電圧検知器９ｂによって電圧が検出されなくなり、第四のリレー２９ｄの接点が開放されると、第一の同期信号の保安装置２６への入力が停止される。また、第二の電圧検知器９ｂと第五のリレー２９ｅも第一の電圧検知器９ａと第四のリレー２９ｄと同様の作用を有する。
【００３５】
例えば、図５の動作システム図に示すように、何らかの不具合、故障により第一の電圧検知器９ａまたは第二の電圧検知器９ｂで電圧が検出されなくなると、保安装置２６への第一の同期信号または第二の同期信号の入力が停止する（Ｓ１）。次に、主遮断器４が開放され、リレー２９が閉路されることにより保安装置２６に入力される主遮断器の開放信号があるかどうか判断される（Ｓ２）。主遮断器の開放信号がある場合、変電所からの電力供給があると判断され（Ｓ３）、非常ブレーキ出力停止信号の出力が停止される（Ｓ４）。そのため、車両の走行は継続される（Ｓ５）。また、主遮断器の開放信号がない場合、変電所からの電力供給は中断されていると判断され（Ｓ６）、非常ブレーキ出力停止信号が外部へと出力される（Ｓ７）。そのため、車両の走行が停止する（Ｓ８）。  
通常の交流電気車は、第一の電圧検知器９ａ及び第二の電圧検知器９ｂなどから得られる同期信号の有り無しを非常ブレーキ信号を出力する判断信号として用いているが、このような構成の交流電気車は、電圧検知器９から保安装置２６へ同期信号の入力が停止しても、車両に無用な非常ブレーキを作用させないよう、変電所からの電力中断ではなく、主遮断器４ｂが開放状態による同期信号の停止であることを伝える信号（主遮断器の開放信号）を保安装置２６に入力することが可能である。
【００３６】
そのため、本実施形態の構成を有する交流電気車は、第１の実施形態と同様の効果を有し、かつ回路内の電圧を監視することで車両走行の安全性を向上させることが可能である。
【００３７】
（第３の実施形態）
本発明に基づく第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図６は、本発明の第３の実施形態の回路構成図である。尚、図１乃至５と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施形態は、第２の実施形態とは、第一の電流検知器１１ａと第二の電流検知器１１ｂが回路構成に追加されている点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
【００３９】
図６に示すように、第一の電流検知器１１ａは、第一のパンタグラフ２ａと第一の主遮断器４ａの間に接続されている。また、第二の電流検知器１１ｂは、第二のパンタグラフ２ｂと第二の主遮断器４ｂの間に接続されている。
【００４０】
第一の電流検知器１１ａは、第一のパンタグラフ２ａから回路内に流れる電流を検知する。第一の遮断器４ａが投入状態にある場合、第一のパンタグラフ２ａから回路内に流れる電流を検知することになる。第二の電流検知器１１ｂは、第二のパンタグラフ２ｂから回路内に流れる電流を検知する。第二の遮断器２ｂが投入状態にある場合は、第二のパンタグラフ２ｂから回路内に流れる電流を検知することになる。
【００４１】
このような構成の交流電気車は、パンタグラフ２から主遮断器４で発生した接地事故を検知することが可能である。また、主遮断器４のどちらかを開放状態にした場合、１つの電流検知器１１によって回路全体の合計電流値を検知することが可能である。そのため、第１の実施形態と同様の効果を有し、回路内の電流異常を発見することが可能となる。また、第２の実施形態と組み合わせることで第２の実施形態を有することも可能である。
【００４２】
（第４の実施形態）
本発明に基づく第４の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図７は、本発明の第４の実施形態の回路構成図である。尚、図１乃至６と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施形態は、第３の実施形態とは、第一の電流検知器１１ａと第二の電流検知器１１ｂの回路内の接続位置が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
【００４４】
図７に示すように、第三の電流検知器１１ｃは、第一の主遮断器４ａ、第一の避雷器５ａと第一の変圧器６ａの間に接続されている。また、第四の電流検知器１１ｄは、第二の主遮断器４ｂ、第二の避雷器５ｂと第二の変圧器６ｂの間に接続されている。
【００４５】
第三の電流検知器１１ｃは、第一のパンタグラフ２ａから第一の変圧器６ａに流れる電流を検知する。例えば、第一の主遮断器４ａ及び、第二の主遮断器４ｂが投入状態にあり、第三の主遮断器４ｃが開放状態ある場合、第一のパンタグラフ２ａから第一の変圧器６ａに流れる電流を検知することになる。また、第一の主遮断器４ａが開放され、第二の主遮断器４ｂ及び第三の主遮断器４ｃが投入状態の場合、第二のパンタグラフ２ｂから第一の変圧器に６ａ流れる電流を検知することになる。
【００４６】
第四の電流検知器１１ｂは、第二のパンタグラフ２ｂから第二の変圧器６ｂに流れる電流を検知する。例えば、第一の主遮断器４ａ及び第二の遮断器４ｂが投入状態にあり、第三の主遮断器４ｃが開放状態にある場合は、第二のパンタグラフ２ｂから第二の変圧器６ｂに流れる電流を検知することになる。また、第一の主遮断器４ａが開放され、第二の主遮断器４ｂ及び第三の主遮断器４ｃが投入状態にある場合、第二のパンタグラフ２ｂから第二の変圧器６ｂに流れる電流を検知することになる。
【００４７】
このような構成の交流電気車は、第１の実施形態と同様の効果を有し、変圧器６に流れる電流値を検出するため、電力変換装置７に影響を及ぼすような過大な電流等を検出することが可能であり、回路の安全性を高めることが可能である。また第２の実施形態及び第３の実施形態と組み合わせることも可能である。
【００４８】
（第５の実施形態）
本発明に基づく第５の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図８は、本発明の第５の実施形態の回路構成図である。尚、図１乃至７と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００４９】
本実施形態は、第４の実施形態とは、第一の接触器２０ａ、第一の入力側接触器２４ａ、第二の入力側接触器２４ｂが回路構成に追加され、第一の電力変換装置７ａが第一の交流電力変換装置１５ａ及び第一の直流電力変換装置１６ａで構成され、第二の電力変換装置７ｂが第二の交流電力変換装置１５ｂ及び第二の直流電力変換装置１６ｂで構成されている点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
【００５０】
第一の交流電力変換装置１５ａは、第一の変圧器６ａと接続される。第一の直流電力変換装置１６ａは第一の交流電力変換装置１５ａと接続される。第一の交流電力変換装置１５ａと第一の直流電力変換装置１６ａ間には、正極側に第一の正極側接触器２４ａが設置されている。また、第二の交流電力変換装置１５ｂと第二の直流電力変換装置１６ｂ間には、正極側に第二の正極側接触器２４ｂが設置されている。
【００５１】
第一の正極側接触器２４ａと第一の交流電力変換装置１６ａ間と第二の正極側接触器２４ｂと第二の交流電力変換装置１６ｂ間とを第一の接触器２０ａが接続している。
【００５２】
このような構成の交流電気車は、第一の直流電力変換装置１５ａ及び第二の直流電力変換装置１５ｂの直流側を第一の接触器２０ａを介して接続しているため、第一の主遮断器４ａと第三の主遮断器４ｃを開放し、かつ第一の正極側接触器２４ａを開放した場合においても、第二の交流電力変換装置１５ｂより第一の直流電力変換装置１６ａ及び第二の直流電力変換装置１６ｂに給電することが可能である。
【００５３】
例えば、第一の変圧器６ａを２０ｋＶ用、第二の変圧器６ｂを２５ｋＶ用とし、電車線電圧が２０ｋＶ区間において、第一のパンタグラフ２ａ及び第二のパンタグラフ２ｂを電車線１と接続させ、第一の主遮断器４ａを投入し、第二の主遮断器４ｂ及び第三の主遮断器４ｃを開放状態とする。電車線１から第一のパンタグラフ２ａ、第一の主遮断器４ａ、第一の変圧器６ａを介して供給される電車線電力を第一の電力変換装置１５ａで直流電力に変換する。変換された直流電力を第１の電力変換装置１６ａ及び第二の電力変換装置１６ｂに供給し、それぞれの電動機８を駆動させる。また、電車線電圧が２５ｋＶ区間において、第一のパンタグラフ２ａ及び第二のパンタグラフ２ｂを電車線１と接続させ、第二の主遮断器４ｂを投入し、第一の主遮断器４ａと第三の主遮断器４ｃを開放状態にする。電車線１から第二のパンタグラフ２ｂ、第二の主遮断器４ｂ、第二の変圧器６ｂを介して供給される電車線電力を第二の電力変換装置１５ｂで直流電力に変換する。変換された直流電力を第一の直流電力変換装置１６ａ及び第二の直流電力変換装置１６ｂに供給し、それぞれの電動機８を駆動する。
【００５４】
なお、図９は、本発明の第５の実施形態の変形例であり、図８に第二の接触器２０ｂ、第一の接触器２５ａ、第二の接触器２５ｂの部品を追加した回路構成となっている。第一の交流電力変換装置１５ａと第一の直流電力変換装置１６ａの間には、正極側に第一の正極側接触器２４ａが設置され、負極側には第一の負極側接触器２５ａが設置されている。第二の交流電力変換装置１５ｂと第二の直流電力変換装置１６ｂの間には、正極側に第二の正極側接触器２４ｂが設置され、負極側には第二の負極側接触器２５ｂが設置されている。また、第一の負極側接触器２５ａと第一の直流電力変換装置１６ａ間と第二の負極側接触器２５ｂと第二の直流電力変換装置１６ｂ間とを第二の接触器２０ｂが接続している。図８の交流電気車の回路装置が複数の車両間で分散配置されている場合、接地点が複数存在することで帰線電流のアンバランス、高調波電流の迷走が生じやすくなり、制御システムが複雑になる恐れがある。しかし、図９のような第一の正極側接触器２５ａ、第二の正極側接触器２５ｂ、第二の接触器２０ｂを追加した回路構成にすることによって、帰線電流のアンバランスや高調波電流の迷走を抑制し、回答装置が複数の車両間に分散配置することが可能となり、保守の省力化及び配線の簡易化が可能となる。
【００５５】
このような構成の交流電気車は、第１の実施形態と同様の効果を有し、セクション方式の切替え区間を直通運転することが可能である。また第２の実施形態乃至第４の実施形態と組み合わせることも可能である。また、本実施形態は電動機８への給電を示したが、送風機などの電源、客車へのサービス電源等、車内に搭載されている電源を必要とする機器への給電システムとしても適用可能である。
【００５６】
（第６の実施形態）
本発明に基づく第６の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１０は、本発明の第６の実施形態の回路構成図である。尚、図１乃至９と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００５７】
本実施形態は、図１０に示すように、電車線１、第一のパンタグラフ２ａ、第二のパンタグラフ２ｂ、第一の車両３１ａ、第二の車両３１ｂ、第一の車輪３２ａ、３３ａ、第二の車輪３２ｂ、３３ｂ、連結器３４、第一の主遮断器４ａ、第二の主遮断器４ｂ、第三の主遮断器４ｃで構成される。
【００５８】
第一のパンタグラフ２ａは第一の車両３１ａに設置され、第一の車両３１ａは第一の車輪３２ａ及び第二の車輪３２ｂを備えている。また、第二のパンタグラフ２ｂは第二の車両３１ｂに設置され、第二の車両３１ｂは第一の車輪３３ａ及び第二の車輪３３ｂを備えている。第一の車両３１ａと第二の車両３１ｂは、連結器３４により連結されている。第一の主遮断器４ａ、第二の主遮断器４ｂ及び第三の主遮断器４ｃ間の接続状態と、パンタグラフ２との接続状態は第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様である。
【００５９】
図１０に示すように、第一のパンタグラフ２ａは第一の車両３１ａの天井部外面の外側に設置されている。また、第二のパンタグラフ２ｂは第二の車両３１ｂの天井部外面の内側（連結側）に設置されている。
【００６０】
例えば、第１の実施形態と同様に第一の主遮断器４ａを開放し、第二の主遮断器４ｂ及び第三の主遮断器４ｃを投入状態とし、第一の車両３１ａを先頭車両とした場合、新幹線の切替えセクションの通過の際は、第一の車両３１ａと第二の車両３１ｂの全体が、切替えセクション内に進入したことを、第一の車輪３２ａの軌道上での位置検知装置（図示せず）により検知し、切替えセクションにおけるき電回路が切替えられる。
【００６１】
このような構成の交流電気車は第１の実施形態と同様の効果を有する。また従来において、２つのパンタグラフ２間の配置距離が狭いと、パンタグラフ２が電車線１を押し上げることによって、どちらかのパンタグラフ２に離線が生じるおそれがあった。このような離線を回避するため第一のパンタグラフ２ａを第一の車両３１ａの外側に、第二のパンタグラフ２ｂを第二の車両３１ｂの外側に配置すると、新幹線の切替えセクション区間の切替えを検知する車輪３２、３３よりもさきにパンタグラフ２が切替えセクション内を通過してしまうことによるトラブルが発生していた。このようなトラブルを回避しようとパンタグラフ２を車両３１の中央に配置すると、屋上機器の設置スペースがなくなり、設計上の問題となった。しかし、本実施形態のような構成の交流電気車は、パンタグラフ２の押し上げによる、もう一方のパンタグラフ２の離線を防止することが可能であり、また、第一のパンタグラフ２ａの電気的接続を遮断しておくことで、第一の車両３１ａ、第二の車両３１ｂのどちらが先頭車両となっても、セクション通過の際の切替えトラブルを防止することが可能である。また、パンタグラフ２は車両３１に対して端部に設置されているため、屋上機器の設置スペースを確保することも容易となる。さらに、乗務員の頭上への電気的に接続しているパンタグラフ２の設置を回避することで、乗務員の安全性の向上に繋がる。
【００６２】
また、本実施形態は第２の実施形態乃至第５の実施形態と組み合わせて使用することが可能で、その場合、各実施形態の効果を有する。
【符号の説明】
【００６３】
１  電車線
２  パンタグラフ
２ａ  第一のパンタグラフ
２ｂ  第二のパンタグラフ
３  保護接地装置
３ａ  第一の保護接地装置
３ｂ  第二の保護接地装置
４  主遮断器
４ａ  第一の主遮断器
４ｂ  第二の主遮断器
４ｃ  第三の主遮断器
４ｅ  第四の主遮断器
４ｆ  第五の主遮断器
５  避雷器
５ａ  第一の避雷器
５ｂ  第二の避雷器
６  変圧器
６ａ  第一の変圧器
６ｂ  第二の変圧器
７  電力変換装置
７ａ  第一の電力変換装置
７ｂ  第二の電力変換装置
８  電動機
８ａ  第一の電動機
８ｂ  第二の電動機
９  電圧検知器
９ａ  第一の電圧検知器
９ｂ  第二の電圧検知器
１０  接地装置
１０ａ  第一の接地座
１０ｂ  第二の接地座
１０ｃ  第三の接地装置
１０ｄ  第四の接地装置
１１  電流検知器
１１ａ  第一の電流検知器
１１ｂ  第二の電流検知器
１１ｃ  第三の電流検知器
１１ｄ  第四の電流検知器
１５  交流電力変換装置
１５ａ  交流電力変換装置
１５ｂ  交流電力変換装置
１６  直流電力変換装置
１６ａ  直流電力変換装置
１６ｂ  直流電力変換装置
１７  避雷器
１８  変流器
１９  電流検知器
２０  接触器
２０ａ  第一の接触器
２０ｂ  第二の接触器
２３  電力変換装置
２４  正極側接触器
２４ａ  第一の正極側接触器
２４ｂ  第二の正極側接触器
２５  負極側接触器
２５ａ  第一の負極側接触器
２５ｂ  第二の負極側接触器
２６  保安装置
２８  制御電源線
２９  リレー
２９ｃ  第三のリレー
２９ｄ  第四のリレー
２９ｅ  第五のリレー
３１  車両
３１ａ  第一の車両
３１ｂ  第二の車両
３２ａ  第一の車輪
３２ｂ  第二の車輪
３３ａ  第一の車輪
３３ｂ  第二の車輪
３４  連結器
【図１】
0005606749.tif 000002
【図２】
0005606749.tif 000003
【図３】
0005606749.tif 000004
【図４】
0005606749.tif 000005
【図５】
0005606749.tif 000006
【図６】
0005606749.tif 000007
【図７】
0005606749.tif 000008
【図８】
0005606749.tif 000009
【図９】
0005606749.tif 000010
【図１０】
0005606749.tif 000011
【図１１】
0005606749.tif 000012
【図１２】
0005606749.tif 000013