(57)【要約】【課題】電気車に蓄電池を搭載して蓄電池電気車を実現することで電化区間および非電化区間の両区間を自走可能にするといった従来の考え方とは全く異なる手法で蓄電池を利用した電気車の走行を可能とする技術を提供すること。【解決手段】蓄電池４４を搭載し電源車用電気連結回路１２を備えた電源車１０を、編成車両用電気連結回路２２を備えた編成車両２０に連結し、電源車用電気連結回路１２と編成車両用電気連結回路２とを連結することで、蓄電池４４の蓄電電力を編成車両２０に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池を搭載して前記蓄電池の蓄電電力を編成車両に供給する電源車と、前記編成車両とを連結して前記蓄電電力を前記編成車両に供給するために前記電源車に設けられた電源車用電気連結回路であって、
一端側が、前記蓄電池に接続された第１接触器と、
一端側が、前記電源車に設けられた集電装置による電車線からの集電電力あるいは前記電源車に設けられた発動装置の発電電力に基づき直流電力が供給される直流リンク部に接続され、他端側が、前記第１接触器の他端側に接続された第２接触器と、
一端側が、前記第１接触器の他端側および前記第２接触器の他端側に接続され、他端側が、電源車プラス側連結端子に接続された第３接触器と、
抵抗器および第４接触器の直列回路であって、一端側が、前記第３接触器の他端側および前記電源車プラス側連結端子に接続され、他端側が、接地線および電源車マイナス側連結端子に接続された直列回路と、
を備えた電源車用電気連結回路。
【請求項２】
前記電源車は、前記蓄電電力に基づいて主電動機を駆動する駆動用変換器を備えており、
前記第１接触器は、一端側が、前記蓄電池用フィルタリアクトルの出力段に接続されている、
請求項１に記載の電源車用電気連結回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源車用電気連結回路を備えた電源車。
【請求項４】
請求項３に記載の電源車と、編成車両とを連結して前記蓄電電力を前記編成車両に供給するために前記編成車両に設けられた編成車両用電気連結回路であって、
前記編成車両は、主電動機と、当該編成車両に設けられた集電装置による電車線からの集電電力あるいは当該編成車両に設けられた発動装置の発電電力に基づき前記主電動機を駆動する駆動用変換器と、を備えており、
一端側が、編成車両プラス側連結端子に接続され、他端側が、前記編成車両の前記駆動用変換器への電力入力側に接続された第５接触器と、
抵抗器および第６接触器の直列回路であって、一端側が、前記第５接触器の駆動用変換器側および前記編成車両プラス側連結端子に接続され、他端側が、接地線および編成車両マイナス側連結端子に接続された直列回路と、
を備えた編成車両用電気連結回路。
【請求項５】
前記編成車両は、他の前記編成車両と連結した際に電力を融通するプラス側引通し線およびマイナス側引通し線を備えており、
前記第５接触器は、他端側が、前記プラス側引通し線に接続され、
前記抵抗器および前記第６接触器の直列回路は、他端側が、前記マイナス側引通し線に接続されている、
請求項４に記載の編成車両用電気連結回路。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の編成車両用電気連結回路を備えた編成車両。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の電源車用電気連結回路と、請求項４又は５に記載の編成車両用電気連結回路とを連結する際の制御方法であって、
前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結を行う連結工程の前に、前記第３接触器の開放および前記第４接触器の投入と、前記第５接触器の開放および前記第６接触器の投入とを行う連結前ステップと、
前記連結工程の後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う導通前ステップと、
前記導通前ステップの後に、前記第３接触器および前記第５接触器の投入を行う導通ステップと、
を含む制御方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の電源車用電気連結回路と、パンタグラフによる電車線からの集電電力を所与の電圧の直流電力に変換して前記直流リンク部に供給する電力変換装置とを備え、前記第１接触器が開放状態の電源車と、
請求項４又は５に記載の編成車両用電気連結回路を備え、パンタグラフによる電車線からの集電電力に基づく架線モード電圧の電力に基づき駆動用変換器が主電動機を駆動して走行する架線モードにある編成車両と、
を連結して、前記電源車の蓄電電力に基づき前記編成車両の主電動機を駆動して走行するバッテリモードに切り替えるバッテリモード切替方法であって、
前記第３接触器の開放および前記第４接触器の投入と、前記第５接触器の開放および前記第６接触器の投入とを行う連結前ステップと、
前記連結前ステップの後に、前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結を行う連結ステップと、
前記連結ステップの後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う導通前ステップと、
前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、前記架線モード電圧の相当電圧に制御する第１の均圧制御ステップと、
前記導通前ステップおよび前記第１の均圧制御ステップの後に、前記第２接触器、前記第３接触器および前記第５接触器の投入を行う導通ステップと、
前記導通ステップの後に、前記編成車両のパンタグラフを降下させる第１の降下ステップと、
前記第１の降下ステップの後に、前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、蓄電池電圧相当に制御する第２の均圧制御ステップと、
前記第２の均圧制御ステップの後に、前記第１接触器を投入する蓄電電力供給開始ステップと、
前記蓄電電力供給開始ステップの後に、前記第２接触器の開放および前記電力変換装置の変換動作の停止を行う集電電力供給停止ステップと、
前記集電電力供給停止ステップの後に、前記電源車のパンタグラフを降下させる第２の降下ステップと、
を含むバッテリモード切替方法。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の電源車用電気連結回路と、請求項４又は５に記載の編成車両用電気連結回路との連結を解放する際の制御方法であって、
前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結の解放、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結の解放を行う連結解放工程の前に、前記第３接触器の開放および前記第４接触器の投入と、前記第５接触器の開放および前記第６接触器の投入とを行う連結解放前ステップと、
前記連結解放工程の後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う連結解放後ステップと、
を含む制御方法。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の電源車用電気連結回路と、パンタグラフによる電車線からの集電電力を所与の電圧の直流電力に変換して前記直流リンク部に供給する電力変換装置とを備えた電源車と、
請求項４又は５に記載の編成車両用電気連結回路を備え、パンタグラフによる電車線からの集電電力に基づき駆動用変換器が主電動機を駆動して走行可能な編成車両と、
が連結され、前記電源車および前記編成車両のパンタグラフが降下状態にあり、前記電源車の蓄電電力に基づき前記編成車両の主電動機を駆動して走行するバッテリモードにある状態から、当該連結を解放して前記パンタグラフからの集電電力に基づく架線モード電圧の電力に基づき前記主電動機を駆動して前記編成車両が自走可能となる架線モードに切り替える架線モード切替方法であって、
前記電源車のパンタグラフを上昇させる第１の上昇ステップと、
前記第１の上昇ステップの後に、前記電力変換装置の変換動作を開始させて、前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、蓄電池電圧相当に制御する第１の均圧制御ステップと、
前記第１の均圧制御ステップの後に、前記第２接触器の投入を行い、その後に前記第１接触器の開放を行う電力供給切替ステップと、
前記電力供給切替ステップの後に、前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、前記架線モード電圧の相当電圧に制御する第２の均圧制御ステップと、
前記第２の均圧制御ステップの後に、前記編成車両のパンタグラフを上昇させる第２の上昇ステップと、
前記第２の上昇ステップの後に、前記第３接触器および前記第５接触器の開放を行う導通切り離しステップと、
前記導通切り離しステップの後に、前記第４接触器および前記第６接触器の投入を行う連結解放前ステップと、
前記連結解放前ステップの後に、前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結の解放、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結の解放を行う連結解放ステップと、
前記連結解放ステップの後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う連結解放後ステップと、
を含む架線モード切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池を搭載して蓄電池の蓄電電力を編成車両に供給する電源車等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バッテリ等の蓄電池を電気車に搭載した蓄電池電気車の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。蓄電池電気車は、電化区間では、架線電力および回生電力で蓄電池を充電しながら走行し、非電化区間では、蓄電池の蓄電電力をもとに主電動機を駆動して走行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蓄電池電気車を非電化区間で走行させる場合、主電動機の駆動電力の全てを蓄電池の蓄電電力でまかなうことになり、走行距離が長くなるほど、必要な蓄電電力量が増加する。これに対処するには、蓄電池を大型化する、途中で蓄電池の充電を行う、といったことが考えられる。蓄電池を大型化する場合、車両に大きな艤装空間を確保する必要があるため、大型化には限度がある。また、途中で充電を行う場合、急速充電が可能な充電施設の建設が必要となるため、運行本数が少ない線区では、鉄道運営に対するコストが見合わず現実的ではない。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電気車に蓄電池を搭載して蓄電池電気車を実現することで電化区間および非電化区間の両区間を自走可能にするといった従来の考え方とは全く異なる手法で蓄電池を利用した電気車の走行を可能とする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の発明は、
蓄電池を搭載して前記蓄電池の蓄電電力を編成車両に供給する電源車と、前記編成車両とを連結して前記蓄電電力を前記編成車両に供給するために前記電源車に設けられた電源車用電気連結回路であって、
一端側が、前記蓄電池に接続された第１接触器と、
一端側が、前記電源車に設けられた集電装置による電車線からの集電電力あるいは前記電源車に設けられた発動装置の発電電力に基づき直流電力が供給される直流リンク部に接続され、他端側が、前記第１接触器の他端側に接続された第２接触器と、
一端側が、前記第１接触器の他端側および前記第２接触器の他端側に接続され、他端側が、電源車プラス側連結端子に接続された第３接触器と、
抵抗器および第４接触器の直列回路であって、一端側が、前記第３接触器の他端側および前記電源車プラス側連結端子に接続され、他端側が、接地線および電源車マイナス側連結端子に接続された直列回路と、
を備えた電源車用電気連結回路である。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明の電源車用電気連結回路であって、
前記電源車は、前記蓄電電力に基づいて主電動機を駆動する駆動用変換器を備えており、
前記第１接触器は、一端側が、前記蓄電池用フィルタリアクトルの出力段に接続されている、
電源車用電気連結回路である。
【０００８】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明の電源車用電気連結回路を備えた電源車である。
【０００９】
また、第４の発明は、
第３の発明の電源車と、編成車両とを連結して前記蓄電電力を前記編成車両に供給するために前記編成車両に設けられた編成車両用電気連結回路であって、
前記編成車両は、主電動機と、当該編成車両に設けられた集電装置による電車線からの集電電力あるいは当該編成車両に設けられた発動装置の発電電力に基づき前記主電動機を駆動する駆動用変換器と、を備えており、
一端側が、編成車両プラス側連結端子に接続され、他端側が、前記編成車両の前記駆動用変換器への電力入力側に接続された第５接触器と、
抵抗器および第６接触器の直列回路であって、一端側が、前記第５接触器の駆動用変換器側および前記編成車両プラス側連結端子に接続され、他端側が、接地線および編成車両マイナス側連結端子に接続された直列回路と、
を備えた編成車両用電気連結回路である。
【００１０】
第５の発明は、第４の発明に記載の編成車両用電気連結回路であって、
前記編成車両は、他の前記編成車両と連結した際に電力を融通するプラス側引通し線およびマイナス側引通し線を備えており、
前記第５接触器は、他端側が、前記プラス側引通し線に接続され、
前記抵抗器および前記第６接触器の直列回路は、他端側が、前記マイナス側引通し線に接続されている、
編成車両用電気連結回路である。
【００１１】
また、第６の発明は、第４又は第５の発明の編成車両用電気連結回路を備えた編成車両である。
【００１２】
第１〜第６の発明によれば、蓄電池を搭載し電源車用電気連結回路を備えた電源車を実現し、その電源車を、編成車両用電気連結回路を備えた編成車両に連結し、電源車用電気連結回路と編成車両用電気連結回路とを連結することで、蓄電池の蓄電電力を編成車両に供給することができるようになる。従って、電化区間であれば主電動機を駆動して自走可能な電気車である編成車両が、電源車と連結することで、非電化区間においても電源車から電力の供給を受けて走行可能となる。非電化区間では電源車を編成車両に連結する必要が生じるが、電化区間では電源車の連結を解放して電源車を連結せずに走行することができる。よって、主電動機を駆動するための大容量の蓄電池を編成車両に艤装する必要がない。
【００１３】
また、電化区間ではレールを帰線回路として使用することができるが、非電化区間ではレールを帰線回路として使用できない場合がある。このため、プラス側連結端子およびマイナス側連結端子を電源車用電気連結回路および編成車両用電気連結回路それぞれに備えて、電源車を編成車両に連結する際に導通・接続することで、非電化区間を走行する際の蓄電池電源に係る電気の流路（電気回路ともいえる）を確保することができる。
【００１４】
また、第２の発明によれば、電源車用電気連結回路を備えた電源車は、蓄電池の蓄電電力をもとに主電動機を駆動して走行することが可能である。そのため、編成車両との連結や連結解放の際には、電源車が自走して所定位置まで走行することが可能となる。
【００１５】
第７の発明は、
第１又は第２の発明の電源車用電気連結回路と、第４又は第５の発明の編成車両用電気連結回路とを連結する際の制御方法であって、
前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結を行う連結工程の前に、前記第３接触器の開放および前記第４接触器の投入と、前記第５接触器の開放および前記第６接触器の投入とを行う連結前ステップ（例えば、図５のステップＡ１，Ｂ１）と、
前記連結工程の後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う導通前ステップ（例えば、図５のステップＡ５，Ｂ５）と、
前記導通前ステップの後に、前記第３接触器および前記第５接触器の投入を行う導通ステップ（例えば、図５のステップＡ１５，Ｂ７）と、
を含む制御方法である。
【００１６】
この第７の発明によれば、電源車用電気連結回路と、編成車両用電気連結回路との連結を行う作業員の安全を確保できる。すなわち、電源車用電気連結回路と編成車両用電気連結回路との間で連結端子を連結する連結工程の前に、第３接触器の開放、第４接触器の投入、第５接触器の開放、及び、第６接触器の投入を行う連結前ステップを行うことで、プラス側連結端子と、抵抗器及び第４接触器の直列回路と、マイナス側連結端子と、抵抗器及び第６接触器の直列回路と、による閉回路が構成される。これにより、もし仮に、残存していた電荷或いは何らかの原因で誘起された電荷によって連結工程中に連結端子に電流が流れ得る場合があったとしても、閉回路中の抵抗器によってその電荷が消費されるため、作業員の安全を確保することができる。
【００１７】
第８の発明は、
第１又は第２の発明の電源車用電気連結回路と、パンタグラフによる電車線からの集電電力を所与の電圧の直流電力に変換して前記直流リンク部に供給する電力変換装置とを備え、前記第１接触器が開放状態の電源車と、
第４又は第５の発明の編成車両用電気連結回路を備え、パンタグラフによる電車線からの集電電力に基づく架線モード電圧の電力に基づき駆動用変換器が主電動機を駆動して走行する架線モードにある編成車両と、
を連結して、前記電源車の蓄電電力に基づき前記編成車両の主電動機を駆動して走行するバッテリモードに切り替えるバッテリモード切替方法であって、
前記第３接触器の開放および前記第４接触器の投入と、前記第５接触器の開放および前記第６接触器の投入とを行う連結前ステップ（例えば、図５のステップＡ１，Ｂ１）と、
前記連結前ステップの後に、前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結を行う連結ステップ（例えば、図５のステップＡ３，Ｂ３）と、
前記連結ステップの後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う導通前ステップ（例えば、図５のステップＡ５，Ｂ５）と、
前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、前記架線モード電圧の相当電圧に制御する第１の均圧制御ステップ（例えば、図５のステップＡ１３）と、
前記導通前ステップおよび前記第１の均圧制御ステップの後に、前記第２接触器、前記第３接触器および前記第５接触器の投入を行う導通ステップ（例えば、図５のステップＡ１５，Ｂ７）と、
前記導通ステップの後に、前記編成車両のパンタグラフを降下させる第１の降下ステップ（例えば、図５のステップＢ９）と、
前記第１の降下ステップの後に、前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、蓄電池電圧相当に制御する第２の均圧制御ステップ（例えば、図５のステップＡ１７）と、
前記第２の均圧制御ステップの後に、前記第１接触器を投入する蓄電電力供給開始ステップ（例えば、図５のステップＡ１９）と、
前記蓄電電力供給開始ステップの後に、前記第２接触器の開放および前記電力変換装置の変換動作の停止を行う集電電力供給停止ステップ（例えば、図５のステップＡ２１，Ａ２３）と、
前記集電電力供給停止ステップの後に、前記電源車のパンタグラフを降下させる第２の降下ステップ（例えば、図５のステップＡ２７）と、
を含むバッテリモード切替方法である。
【００１８】
第８の発明によれば、架線モードである編成車両に電源車を連結して、この電源車の蓄電池の蓄電電力に基づき走行するバッテリモードに切り替えることができる。このとき、架線電圧と蓄電池電圧とが異なっている場合であっても、その電圧差による電流を編成車両や電源車の電気回路に生じさせることなく、安全にバッテリモードに切り替えることができる。更に、架線モードからバッテリモードへの切り替えを、編成車両への電力供給を継続したまま行うことができるため、編成車両の補機の動作を停止させる必要がない。
【００１９】
第９の発明は、
第１又は第２の発明、第４又は第５の発明、
請求項１又は２に記載の電源車用電気連結回路と、請求項４又は５に記載の編成車両用電気連結回路との連結を解放する際の制御方法であって、
前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結の解放、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結の解放を行う連結解放工程の前に、前記第３接触器の開放および前記第４接触器の投入と、前記第５接触器の開放および前記第６接触器の投入とを行う連結解放前ステップ（例えば、図６のステップＡ４３，Ｂ３３，Ａ５１，Ｂ３５）と、
前記連結解放工程の後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う連結解放後ステップ（例えば、図６のステップＡ５５）と、
を含む制御方法である。
【００２０】
第９の発明によれば、電源車用電気連結回路と、編成車両用電気連結回路との連結解放を行う作業員の安全を確保できる。すなわち、電源車用電気連結回路と編成車両用電気連結回路との間で連結されている連結端子を解放する連結解放工程の前に、第３接触器の開放、第４接触器の投入、第５接触器の開放、及び、第６接触器の投入を行う連結解放前ステップを行うことで、プラス側連結端子と、抵抗器及び第４接触器の直列回路と、マイナス側連結端子と、抵抗器及び第６接触器の直列回路と、による閉回路が構成される。これにより、もし仮に、残存していた電荷或いは何らかの原因で誘起された電荷によって連結解放工程中に連結端子に電流が流れ得る場合があったとしても、閉回路中の抵抗器によってその電荷が消費されるため、作業員の安全を確保することができる。
【００２１】
第１０の発明は、
第１又は第２の発明の電源車用電気連結回路と、パンタグラフによる電車線からの集電電力を所与の電圧の直流電力に変換して前記直流リンク部に供給する電力変換装置とを備えた電源車と、
第４又は第５の発明の編成車両用電気連結回路を備え、パンタグラフによる電車線からの集電電力に基づき駆動用変換器が主電動機を駆動して走行可能な編成車両と、
が連結され、前記電源車および前記編成車両のパンタグラフが降下状態にあり、前記電源車の蓄電電力に基づき前記編成車両の主電動機を駆動して走行するバッテリモードにある状態から、当該連結を解放して前記パンタグラフからの集電電力に基づく架線モード電圧の電力に基づき前記主電動機を駆動して前記編成車両が自走可能となる架線モードに切り替える架線モード切替方法であって、
前記電源車のパンタグラフを上昇させる第１の上昇ステップ（例えば、図６のステップＡ３１）と、
前記第１の上昇ステップの後に、前記電力変換装置の変換動作を開始させて、前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、蓄電池電圧相当に制御する第１の均圧制御ステップ（例えば、図６のステップＡ３５）と、
前記第１の均圧制御ステップの後に、前記第２接触器の投入を行い、その後に前記第１接触器の開放を行う電力供給切替ステップ（例えば、図６のステップＡ３７，Ａ３９）と、
前記電力供給切替ステップの後に、前記電力変換装置が前記直流リンク部に供給する電圧を、前記架線モード電圧の相当電圧に制御する第２の均圧制御ステップ（例えば、図６のステップＡ４１）と、
前記第２の均圧制御ステップの後に、前記編成車両のパンタグラフを上昇させる第２の上昇ステップ（例えば、図６のステップＢ３１）と、
前記第２の上昇ステップの後に、前記第３接触器および前記第５接触器の開放を行う導通切り離しステップ（例えば、図６のステップＡ４３，Ｂ３３）と、
前記導通切り離しステップの後に、前記第４接触器および前記第６接触器の投入を行う連結解放前ステップ（例えば、図６のステップＡ５１，Ｂ３５）と、
前記連結解放前ステップの後に、前記電源車プラス側連結端子と前記編成車両プラス側連結端子との連結の解放、および、前記電源車マイナス側連結端子と前記編成車両マイナス側連結端子との連結の解放を行う連結解放ステップ（例えば、図６のステップＡ５３，Ｂ３７）と、
前記連結解放ステップの後に、前記第４接触器および前記第６接触器の開放を行う連結解放後ステップ（例えば、図６のステップＡ５５，Ｂ３９）と、
を含む架線モード切替方法である。
【００２２】
第１０の発明によれば、編成車両に連結されている電源車を解放して、バッテリモードから架線モードに切り替えることができる。このとき、架線電圧と蓄電池電圧とが異なっている場合であっても、その電圧差による電流を編成車両や電源車の電気回路に生じさせることなく、安全に架線モードに切り替えることができる。更に、バッテリモードから架線モードへの切り替えを、編成車両への電力供給を継続したまま行うことができるため、編成車両の補機の動作を停止させる必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】編成車両への電源車の連結及び解放の概要図。
【図２】電源車と編成車両との電気回路の接続構成図。
【図３】電源車の電気回路の構成図。
【図４】編成車両の電気回路の構成図。
【図５】電源車と編成車両との連結制御の手順の説明図。
【図６】電源車と編成車両との解放制御の手順の説明図。
【図７】非電化区間の途中駅における電源車の入れ替えの概要図。
【図８】電源車の入れ替え制御の手順の説明図。
【図９】電気連結回路の他の構成図。
【図１０】交流電化対応の電源車の構成図。
【図１１】交直流電化対応の電源車の構成図。
【図１２】交流電気車である編成車両の構成図。
【図１３】交直流電気車である編成車両の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［概要］
本実施形態は、図１に示すように、編成車両２０に電源車１０を連結し、電源車１０の供給電力によって非電化区間を走行するものである。編成車両２０は、主電動機を備え、電化区間において自走可能な電気車として説明する。
【００２５】
電源車１０は、蓄電池を搭載した電動車であり、連結された編成車両２０に蓄電池の蓄電電力を供給する目的で用いられる。また、電源車１０は、パンタグラフ（集電装置）を備えており、このパンタグラフを介して取り込んだ架線電力をもとに走行する架線モードと、蓄電池の蓄電電力をもとに走行するバッテリモードとを切り替えて走行することができる。電源車１０に搭載する蓄電池は任意の容量として設計することができるが、例えば、連結された編成車両２０が数百キロメートル程度の距離を走行するのに充分な容量に設計することができる。蓄電池は、例えば、駅構内に設けられた充電施設でパンタグラフを介して取り込んだ架線電力によって充電することができる。
【００２６】
編成車両２０は、パンタグラフを備えており、このパンタグラフを介して取り込んだ架線電力をもとに走行する架線モードと、連結された電源車１０から供給される蓄電池の蓄電電力をもとに走行するバッテリモードとを切り替えて走行することができる。電源車１０および編成車両２０はともに、架線モードでは自走可能であるため、電化区間においては、連結した状態で走行が可能である。しかし、本実施形態では、電化区間では原則、電源車１０を解放して、編成車両２０のみで自走することとして説明する。また、図面および以下説明では、電源車１０が連結されていない状態の編成車両２０は１両編成の列車であるかのように図示および説明するが、複数の編成車両２０が連結されて編成された列車であってもよい。
【００２７】
なお、本実施形態では、電化区間を直流区間とするため、電源車１０、及び、編成車両２０は、ともに直流電気車であるとする。
【００２８】
［電源車の連結・解放］
図１は、編成車両２０に対する電源車１０の連結及び解放の概要図である。図１の左側に示すように、電化区間を走行してきた編成車両２０が非電化区間に乗り入れる際に、電化区間と非電化区間との結節駅Ａにおいて、編成車両２０に電源車１０を連結する。編成車両２０は、架線モードから、連結した電源車１０から供給される蓄電電力をもとに走行するバッテリモードに切り替えて、編成車両２０および電源車１０からなる列車として結節駅Ａを出発して非電化区間を走行することになる。
【００２９】
そして、図１の右側に示すように、非電化区間を走行してきた編成車両２０が電化区間に乗り入れる際には、非電化区間と電化区間との結節駅Ｂにおいて、編成車両２０に連結されていた電源車１０を解放する。編成車両２０は、バッテリモードから架線モードに切り替えて、編成車両２０のみからなる列車として結節駅Ｂを出発して電化区間を走行することになる。
【００３０】
また、結節駅Ａ，Ｂには、架線電力によって電源車１０の蓄電池を充電する充電施設が設けられており、編成車両２０から連結解放された電源車１０の蓄電池を充電し、満充電とした状態で別の編成車両２０に連結できるようになっている。
【００３１】
［構成］
図２は、電源車１０及び編成車両２０の電気回路の接続構成図である。電源車１０、及び、編成車両２０は、ともに電気車であることから、主電動機を含む主回路４０，５０を備えている。
【００３２】
また、編成車両２０、及び、電源車１０には、非電化区間を走行することから、車両間で電力を融通するための引通し線３０として、プラス側引通し線３０ａとマイナス側引通し線３０ｂとの二本が引通されている。この引通し線３０は、車両間で連結・解放が可能に構成されており、各車両の両端部それぞれにおいて引通し線３０を電気的に連結するための連結端子が設けられている。すなわち、電源車１０の両端部（前方および後方）それぞれにおいて、プラス側引通し線３０ａに電源車プラス側連結端子３２ａが設けられ、マイナス側引通し線３０ｂに電源車マイナス側連結端子３２ｂが設けられている。また、編成車両２０の両端部（前方および後方）それぞれにおいて、プラス側引通し線３０ａに編成車両プラス側連結端子３４ａが設けられ、マイナス側引通し線３０ｂに編成車両マイナス側連結端子３４ｂが設けられている。そして、プラス側連結端子３２ａ，３４ａ同士を連結するとともに、マイナス側連結端子３２ｂ，３４ｂ同士を連結することで、電源車１０と編成車両２０との間の引通し線３０が電気的に連結される。また、複数の編成車両２０を連結する場合には、編成車両２０の編成車両プラス側連結端子３４ａ同士、編成車両マイナス側連結端子３４ｂ同士を連結することで、連結した複数の編成車両２０において、引通し線３０が連結される。
【００３３】
本実施形態の特徴として、電源車１０と編成車両２０との間で引通し線３０を安全に連結・解放するための電気連結回路が設けられている。すなわち、電源車１０には電源車用電気連結回路１２が設けられ、編成車両２０には編成車両用電気連結回路２２が設けられている。
【００３４】
図３は、電源車１０の詳細な電気回路の構成図である。図３に示すように、電源車１０は、集電装置であるパンタグラフ４１と、主回路４０と、電源車用電気連結回路１２と、制御部１６とを備える。
【００３５】
制御部１６は、パンタグラフ４１の昇降動作の制御の他、主回路４０に係る各種機器および電源車用電気連結回路１２に制御信号を出力して各機器を統括的に制御するコントローラであり、独立した制御装置として構成してもよいし、制御ボードとして構成して既存の装置に組み込んで実現することもできる。制御部１６は、本実施形態の特徴の１つである電源車１０と編成車両２０との連結・解放に係る電源車１０側の制御を実施するが、その詳細は図面を参照して後述する。
【００３６】
パンタグラフ４１は、制御部１６からの制御信号に従って、電車線である架線に接触するように上昇・下降して架線電力を集電する。
【００３７】
主回路４０は、開閉装置４２と、フィルタリアクトルＦＬ１と、電力変換装置であるＤＣ／ＤＣコンバータ４３と、蓄電池４４と、開閉装置４５と、駆動用変換器４６と、補機回路４７と、主電動機Ｍ１と、を備える。
【００３８】
開閉装置４２は、高速度遮断器ＰＨＢ１、接触器ＰＬＢ１，ＰＬＢ２が直列接続されるとともに、接触器ＰＬＢ２に抵抗器が並列接続された構成を有し、制御部１６からの制御信号に従って、パンタグラフ４１とＤＣ／ＤＣコンバータ４３の一次側との切り離し・接続を行う。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、一次側が開閉装置４２を介してパンタグラフ４１に接続され、制御部１６からの制御信号に従って、一次側に入力されるパンタグラフ４１からの集電電力を、所与の電圧の直流電力に変換して、二次側の直流リンク部に出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の一次側及び二次側には電圧センサが設けられており、これらの電圧センサの計測値は、随時、制御部１６へ出力される。これにより、制御部１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の一次側及び二次側の電圧を、随時、把握することができる。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の二次側である直流リンク部には、電源車用電気連結回路１２を介して、駆動用変換器４６、補機回路４７、及び、蓄電池４４が並列接続されている。
【００４１】
駆動用変換器４６は、例えば、ＶＶＶＦインバータであり、直流電力を三相交流電力に変換して、主電動機Ｍ１に駆動電力として供給する。駆動用変換器４６と、駆動用変換器４６が駆動する主電動機Ｍ１との対応関係は１対１（いわゆる１Ｃ１Ｍ）に限らず、誘導電動機の場合は１対多（例えば１Ｃ２Ｍや１Ｃ４Ｍ）であってもよい。また、駆動用変換器４６を１台として図示しているが、複数台の駆動用変換器４６を並列に備えた構成としてもよい。補機回路４７は、補機、及び、補機に電力を駆動する回路（例えば、静止形インバータ）等を含む電気回路である。
【００４２】
蓄電池４４は、例えば、リチウムイオンバッテリ等のバッテリセルを複数接続したバッテリモジュールである。蓄電池４４は、開閉装置４５を介して電源車用電気連結回路１２に接続されている。また、蓄電池４４には電圧センサが並列接続されており、この電圧センサの計測値は、随時、制御部１６へ出力される。これにより、制御部１６は、蓄電池４４の蓄電池電圧（充電電圧或いは放電電圧）を、随時、把握することができる。
【００４３】
開閉装置４５は、高速度遮断器ＢＨＢと、接触器ＢＬＢ１，ＢＬＢ２とが直列接続されるとともに、接触器ＢＬＢ２に抵抗器が並列接続された構成を有し、制御部１６からの制御信号に従って、蓄電池４４と電源車用電気連結回路１２との切り離し・接続を行う。
【００４４】
電源車用電気連結回路１２は、第１接触器ＬＢ１と、第２接触器ＬＢ２と、第３接触器ＬＢ３と、第４接触器ＬＢ４と、抵抗器Ｒ４とを有して構成される。第１接触器ＬＢ１は、一端側が、蓄電池用フィルタリアクトルＢＦＬの出力段に接続され、他端側が、第２接触器ＬＢ２の他端側、及び、第３接触器ＬＢ３の一端側に接続されている。第２接触器ＬＢ２は、一端側が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の二次側である直流リンク部に接続され、他端側が、第１接触器ＬＢ１の他端側に接続されている。第３接触器ＬＢ３は、一端側が、第１接触器ＬＢ１の他端側、及び、第２接触器ＬＢ２の他端側に接続され、他端側が、電源車プラス側連結端子３２ａに接続されている。第４接触器ＬＢ４及び抵抗器Ｒ４は、直列接続された直列回路を形成し、この直列回路の一端側が、第３接触器ＬＢ３の他端側、及び、電源車プラス側連結端子３２ａに接続され、他端側が、車輪に電気的に接続されるとともに接地線を構成する接地回路、及び、電源車マイナス側連結端子３２ｂに接続されている。
【００４５】
電源車１０は、蓄電池４４の蓄電電力に基づいて主電動機Ｍ１を駆動する駆動用変換器４６を備えている。このため、電源車１０は、蓄電池４４の蓄電電力をもとに主電動機Ｍ１を駆動して走行することが可能であり、編成車両２０との連結や連結解放の際には、電源車１０が自走して所定位置まで走行することが可能である。
【００４６】
図４は、編成車両２０の詳細な電気回路の構成図である。図４に示すように、編成車両２０は、集電装置であるパンタグラフ５１と、主回路５０と、編成車両用電気連結回路２２と、制御部２６とを備える。
【００４７】
パンタグラフ５１は、制御部２６からの制御信号に従って、電車線である架線に接触するように上昇・下降して架線電力を集電する。
【００４８】
制御部２６は、パンタグラフ５１の昇降動作の制御の他、主回路５０に係る各種機器および編成車両用電気連結回路２２に制御信号を出力して各機器を統括的に制御するコントローラであり、独立した制御装置として構成してもよいし、制御ボードとして構成して既存の装置に組み込んで実現することもできる。本実施形態の特徴の１つである電源車１０と編成車両２０との連結・解放に係る編成車両２０側の制御を実施するが、その詳細は図面を参照して後述する。
【００４９】
主回路５０は、開閉装置５２と、フィルタリアクトルＦＬ３と、駆動用変換器５３と、補機回路５４と、主電動機Ｍ２と、を備える。駆動用変換器５３および補機回路５４は、開閉装置５２およびフィルタリアクトルＦＬ３を介してパンタグラフ５１に並列接続されて構成される。
【００５０】
開閉装置５２は、高速度遮断器ＰＨＢ３、接触器ＰＬＢ３，ＰＬＢ４が直列接続されるとともに、接触器ＰＬＢ４に抵抗器が並列接続された構成を有し、制御部２６からの制御信号に従って、パンタグラフ５１と、駆動用変換器５３及び補機回路５４との切り離し・接続を行う。
【００５１】
駆動用変換器５３は、例えば、ＶＶＶＦインバータであり、直流電力を三相交流電力に変換して、主電動機Ｍ２に駆動電力として供給する。なお、駆動用変換器５３と、駆動用変換器５３が駆動する主電動機Ｍ２との対応関係は１対１（いわゆる１Ｃ１Ｍ）に限らず、誘導電動機の場合は１対多（例えば１Ｃ２Ｍや１Ｃ４Ｍ）であってもよい。また、駆動用変換器５３を１台として図示しているが、複数台の駆動用変換器５３を並列に備えた構成としてもよい。補機回路５４は、補機、及び、補機に電力を駆動する回路（例えば、静止形インバータ）等を含む電気回路である。
【００５２】
編成車両用電気連結回路２２は、第５接触器ＬＢ５と、第６接触器ＬＢ６と、抵抗器Ｒ６とを有して構成される。第５接触器ＬＢ５は、一端側が、編成車両プラス側連結端子３４ａに接続され、他端側が、編成車両２０内の電気回路である主回路５０の入力段であるパンタグラフ５１に接続されている。編成車両２０は、パンタグラフ５１で集電された架線電力に基づいて主電動機Ｍ２を駆動する駆動用変換器５３を備えており、第５接触器ＬＢ５は、他端側が、この駆動用変換器５３への電力入力側に接続されているともいえる。第６接触器ＬＢ６、及び、抵抗器Ｒ６は、直列接続されて直列回路を形成し、この直列回路の一端側が、第５接触器ＬＢ５の一端側、及び、編成車両プラス側連結端子３４ａに接続され、他端側が、車輪に電気的に接続されるとともに接地線を構成する接地回路、及び、編成車両マイナス側連結端子３４ｂに接続されている。
【００５３】
電源車１０と編成車両２０との連結の際には、電力供給のための引通し線３０の連結に加えて、制御引通し線も連結されることで、制御部１６，２６の間で情報の送受信が可能となる。但し、制御引通し線およびその連結端子については、繁雑となるため図面に示していない。
【００５４】
［電気連結回路の制御手順］
次に、図５，図６を参照して、電源車１０と編成車両２０との連結・解放に係る制御部１６，２６の制御動作を説明する。
【００５５】
（Ａ）編成車両２０に電源車１０を連結
図５は、編成車両２０が非電化区間に乗り入れる際に、結節駅において、架線モードにある編成車両２０に電源車１０を連結してバッテリモードに切り替える際の制御手順である。図５では、左側に電源車１０における制御手順を示し、右側に編成車両２０における制御手順を示している。
【００５６】
前提として、電源車１０、及び、編成車両２０は、ともに停車していることとする。電源車１０は、バッテリモードであり、編成車両２０に接近して連結可能な状態にあり、第１接触器ＬＢ１は開放され、パンタグラフ４１は降下している状態にあるとする。編成車両２０は、架線モードであり、電源車１０に接近して連結可能な状態にあり、パンタグラフ５１は上昇しており、補機回路５４には、パンタグラフ５１からの架線電力に基づく電力供給がなされているとする。この状態において、電源車１０の制御部１６、及び、編成車両２０の制御部２６それぞれが、図５に示すような手順を実行することで連結制御が行われる。
【００５７】
先ず、電源車１０において、制御部１６が、第３接触器ＬＢ３を開放し、第４接触器ＬＢ４を投入する（ステップＡ１）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第５接触器ＬＢ５を開放し、第６接触器ＬＢ６を投入する（ステップＢ１）。このステップＡ１，Ｂ１が連結前ステップである。
【００５８】
その後、電源車１０と編成車両２０との連結作業が作業員によって行われる（ステップＡ３，Ｂ３）。この連結作業には、電源車プラス側連結端子３２ａと編成車両プラス側連結端子３４ａとを連結することによるプラス側引通し線３０ａの連結、及び、電源車マイナス側連結端子３２ｂと編成車両マイナス側連結端子３４ｂとを連結することによるマイナス側引通し線３０ｂの連結のほか、機械連結器の連結や、空気ホースの連結、制御引通し線の連結といった連結作業も含む。このとき、もし仮に、残存していた電荷或いは何らかの原因で誘起された電荷によって連結端子３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂに電流が流れ得る場合があったとしても、プラス側連結端子３２ａ，３４ａ→抵抗Ｒ４→第４接触器ＬＢ４→マイナス側連結端子３２ｂ，３４ｂ→第６接触器ＬＢ６→抵抗Ｒ６、の閉回路が形成されており、更に、この閉回路中の抵抗Ｒ４，Ｒ６で電荷が消費されるので、作業員の安全が確保される。このステップＡ３，Ｂ３が連結工程および連結ステップである。
【００５９】
連結作業が終了すると、制御引通し線が連結されることで、制御部１６，２６の間で送受信が可能となり、制御部１６（電源車１０）と制御部２６（編成車両２０）との間で互いの制御手順の進行を確認しながら、連結制御を進めていくことができる。
【００６０】
連結作業の後、まず、電源車１０において、制御部１６が、第４接触器ＬＢ４を開放する（ステップＡ５）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第６接触器ＬＢ６を開放する（ステップＢ５）。このステップＡ５，Ｂ５が、導通前ステップである。
【００６１】
続いて、電源車１０において、制御部１６が、第２接触器ＬＢ２を開放し（ステップＡ７）、パンタグラフ４１を上昇させた後（ステップＡ９）、開閉装置４２を投入するために、高速度遮断器ＰＨＢ１、接触器ＰＬＢ１，ＰＬＢ２を順次投入する（ステップＡ１１）。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の一次側に架線電圧（電車線からの集電電力の電圧）が印加される。
【００６２】
次いで、制御部１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の動作を開始させ、二次側が架線電圧（架線モードで走行する際の架線モード電圧。架線電圧は一定ではなく、近傍の他の列車の在線によって変動し得る。このため、例えば、電圧センサで計測したＤＣ／ＤＣコンバータ４３の一次側の電圧を、実際の架線電圧に相当する架線モード電圧として用いる）とほぼ等しくなるように均圧制御を行う（ステップＡ１３）。このステップＡ１３が第１の均圧制御ステップである。その後、第２接触器ＬＢ２、第３接触器ＬＢ３を投入する（ステップＡ１５）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第５接触器ＬＢ５を投入する（ステップＢ７）。これにより、電源車１０によってプラス側引通し線３０ａに電気が導通され、架線電圧が印加されることになる。このステップＡ１５，Ｂ７が導通ステップである。そして、編成車両２０においては、パンタグラフ５１を介した架線電力と、引通し線３０を介した電源車１０からの供給電力とが並列に給電されることになり、その電圧は、ともに架線電圧で等しい。
【００６３】
続いて、編成車両２０において、制御部２６が、パンタグラフ５１を降下させる（ステップＢ９）。これにより、編成車両２０への給電は、引通し線３０を介した電源車１０からの供給電力のみとなる。
【００６４】
次いで、電源車１０において、制御部１６が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の動作を変更し、二次側が蓄電池電圧にほぼ等しい電圧（蓄電池４４の蓄電池電圧は、負荷等に応じて変動し得る。このため、電圧センサで計測した電圧を蓄電池電圧に相当する電圧として用いる）となるように均圧制御を行う（ステップＡ１７）。これにより、引通し線３０の印加電圧が蓄電池電圧に徐々に変化する。従って、電源車１０から編成車両２０への供給電力の電圧が、蓄電池電圧に変化する。このステップＡ１７が第２の均圧制御ステップである。
【００６５】
続いて、制御部１６は、第１接触器ＬＢ１を投入する（ステップＡ１９）。これにより、電源車１０から編成車両２０に対して、蓄電池４４からの蓄電電力の供給が開始される。このステップＡ１９が蓄電電力供給開始ステップである。なお、蓄電電力の供給が開始されるが、依然としてＤＣ／ＤＣコンバータ４３を介してパンタグラフ４１からの集電電力も並列に供給された状態にある。
【００６６】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の動作を停止させた後（ステップＡ２１）、第２接触器ＬＢ２を開放する（ステップＡ２３）。これにより、引通し線３０を介した電源車１０から編成車両２０への供給電力は、蓄電池４４の蓄電電力のみとなる。このステップＡ２１，Ａ２３が集電電力供給停止ステップである。最後に、接触器ＰＬＢ２，ＰＬＢ１を順次開放した後（ステップＡ２５）、パンタグラフ４１を降下させる（ステップＡ２７）。連結制御は以上となる。
【００６７】
連結制御によって、編成車両２０は、連結された電源車１０から供給される蓄電池４４の蓄電電力によって走行するバッテリモードに移行することができ、電源車１０は、編成車両２０の付随車として走行することになる。すなわち、編成車両２０は電源車１０を連結した列車として、非電化区間を走行する。また、編成列車２０への電源車１０の連結を編成車両２０への電力供給を継続したまま行うことができるので、補機（補機回路５４）の動作を停止させる必要がない。
【００６８】
（Ｂ）編成車両２０から電源車１０を解放
図６は、編成車両２０が電化区間に乗り入れる際に、結節駅において、バッテリモードにある編成車両２０から電源車１０を解放して架線モードに切り替える際の制御手順である。図６では、左側に電源車１０における制御手順を示し、右側に編成車両２０における制御手順を示している。
【００６９】
前提として、電源車１０が編成車両２０に連結され、引通し線３０を介して電源車１０から編成車両２０へ蓄電池４４の蓄電電力の供給がなされている状態にある。また、電源車１０、及び、編成車両２０は、ともに停車していることとする。電源車１０は、第１接触器ＬＢ１、第３接触器ＬＢ３は投入され、第２接触器ＬＢ２は開放され、パンタグラフ４１は降下している状態にあるとする。また、編成車両２０は、バッテリモードであり、第５接触器ＬＢ５は投入され、パンタグラフ５１は降下しており、補機回路５４には、電源車１０からの供給電力に基づく電力供給がなされている状態にあるとする。この状態において、電源車１０の制御部１６、及び、編成車両２０の制御部２６それぞれが、図６に示すような手順を実行することで連結解放制御が行われる。また、ステップＡ５３，Ｂ３７で解放作業が行われるまでの間は、電源車１０及び編成車両２０は連結されている、つまり、制御引通し線が連結されていることから、制御部１６，２６の間で送受信が可能であり、制御部１６（電源車１０）と制御部２６（編成車両２０）との間で互いの制御手順の進行を確認しながら、連結解放制御を進めていくことができる。
【００７０】
先ず、電源車１０において、制御部１６が、パンタグラフ４１を上昇させる（ステップＡ３１）。このステップＡ３１が、第１の上昇ステップである。次いで、開閉装置４２を投入するために、接触器ＬＢ１，ＬＢ２を順次投入する（ステップＡ３３）。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の一次側に、架線電圧が印加される。次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の動作を開始させ、二次側が蓄電池電圧となるように均圧制御を行う（ステップＡ３５）。このステップＡ３５が、第１の均圧制御ステップである。
【００７１】
続いて、第２接触器ＬＢ２を投入する（ステップＡ３７）。これにより、引通し線３０を介した電源車１０から編成車両２０への給電は、パンタグラフ４１からの架線電力と、蓄電池４４の蓄電電力との並列給電となり、その電圧は、ともに蓄電池電圧で等しい。次いで、第１接触器ＬＢ１を開放する（ステップＡ３９）。これにより、引通し線３０を介した電源車１０から編成車両２０への給電は、パンタグラフ４１からの架線電力のみとなる。このステップＡ３７，Ａ３９が、電力供給切替ステップである。つまり、引通し線３０を介した電源車１０から編成車両２０への給電が、蓄電池４４の蓄電電力から、パンタグラフ４１を介した架線電力に切り替えられる。
【００７２】
続いて、制御部１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の動作を変更し、二次側が架線電圧となるように均圧制御を行う（ステップＡ４１）。これにより、引通し線３０を介した電源車１０から編成車両２０への供給電力の電圧が、徐々に、蓄電池電圧から架線電圧に変化する。このステップＡ４１が、第２の均圧制御ステップである。
【００７３】
その後、編成車両２０において、制御部２６が、パンタグラフ５１を上昇させる（ステップＢ３１）。これにより、編成車両２０における給電は、引通し線３０を介した電源車１０からの供給電力と、パンタグラフ５１からの架線電力との並列給電となる。このステップＢ３１が、第２の上昇ステップである。
【００７４】
次いで、電源車１０において、制御部１６が、第３接触器ＬＢ３を開放する（ステップＡ４３）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第５接触器ＬＢ５を開放する（ステップＢ３３）。これにより、引通し線３０を介した電源車１０から編成車両２０への給電が遮断され、編成車両２０においては、パンタグラフ５１を介した架線電力のみの給電となる。このステップＡ４３，Ｂ３３が、導通切り離しステップである。
【００７５】
続いて、電源車１０において、制御部１６が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の動作を停止させる（ステップＡ４５）。続いて、第２接触器ＬＢ２、接触器ＬＢ１，ＬＢ２を順次開放させた後（ステップＡ４７）、パンタグラフ４１を降下させる（ステップＡ４９）。
【００７６】
続いて、制御部１６は、第４接触器ＬＢ４を投入する（ステップＡ５１）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第６接触器ＬＢ６を投入する（ステップＢ３５）。このステップＡ５１，Ｂ３５が、連結解放前ステップである。
【００７７】
その後、編成車両２０から電源車１０を解放する解放作業が作業員によって行われる（ステップＡ５３，Ｂ３７）。この解放作業には、電源車プラス側連結端子３２ａと編成車両プラス側連結端子３４ａとを解放することによるプラス側引通し線３０ａの解放、及び、電源車マイナス側連結端子３４ａと編成車両マイナス側連結端子３４ｂとを解放することによるマイナス側引通し線３０ｂの解放のほか、機械連結器の解放や、空気ホースの解放、制御引通し線の解放といった解放作業も含まれる。このとき、もし仮に、残存していた電荷或いは何らかの原因で誘起された電荷によって連結端子３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂに電流が流れる場合があったとしても、プラス側連結端子３２ａ，３４ａ→抵抗器Ｒ４→第４接触器ＬＢ４→マイナス側連結端子３２ｂ，３４ｂ→第６接触器ＬＢ６→抵抗器Ｒ６、の閉回路が形成されており、更に、この閉回路中の抵抗器Ｒ４，Ｒ６で電荷が消費されるので、作業員の安全が確保される。このステップＡ５３，Ｂ３７が、連結解放工程及び連結解放ステップである。また、この解放作業によって、制御引通し線も解放されることから、以降は、制御部１６，２６間の情報の送受信が不可能となる。
【００７８】
解放作業の終了後、電源車１０において、制御部１６が、第４接触器ＬＢ４を開放する（ステップＡ５５）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第６接触器ＬＢ６を開放する（ステップＢ３９）。このステップＡ５５，Ｂ３９が、連結解放後ステップである。連結解放制御は以上となる。
【００７９】
連結解放制御によって、編成車両２０は、バッテリモードから架線モードに移行することができ、以降は電化区間において自走して走行することとなる。電源車１０は、バッテリモードのまま、例えば当該駅の充電設備まで走行することができる。
【００８０】
［作用効果］
このように、本実施形態によれば、蓄電池４４を搭載し電源車用電気連結回路１２を備えた電源車１０を実現し、その電源車１０を、編成車両用電気連結回路２２を備えた編成車両２０に連結し、電源車用電気連結回路１２と編成車両用電気連結回路２とを連結することで、蓄電池４４の蓄電電力を編成車両２０に供給することができるようになる。従って、電化区間であれば主電動機Ｍ２を駆動して自走可能な電気車である編成車両２０が、電源車１０と連結することで、非電化区間においても電源車１０から電力の供給を受けて走行可能となる。非電化区間では電源車１０を編成車両２０に連結する必要が生じるが、電化区間では電源車１０の連結を解放して電源車１０を連結せずに走行することができる。よって、主電動機Ｍ２を駆動するための大容量の蓄電池を編成車両２０に艤装する必要がない。
【００８１】
電源車１０も、蓄電池４４の蓄電電力をもとに主電動機Ｍ１を駆動して走行することが可能である。そのため、編成車両２０との連結や連結解放の際には、電源車１０が自走して所定位置まで走行することが可能となる。
【００８２】
また、電化区間ではレールを帰線回路として使用することができるが、非電化区間ではレールを帰線回路として使用できない場合がある。このため、プラス側連結端子３２ａ，３４ａおよびマイナス側連結端子３２ｂ，３４ｂを電源車用電気連結回路１２および編成車両用電気連結回路２２それぞれに備えて、電源車１０を編成車両２０に連結する際に導通・接続することで、非電化区間を走行する際の蓄電池電源に係る電気の流路（電気回路ともいえる）を確保することができる。
【００８３】
また、電源車１０と編成車両２０との連結の際、電源車１０に設けられた電源車用電気連結回路１２、及び、編成車両２０に設けられた編成車両用電気連結回路２２を、定められた手順で制御することで、電源車１０と編成車両２０との連結・解放を、作業員の安全を確保して行うことができる。
【００８４】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
【００８５】
（Ａ）非電化区間での電源車１０の入れ替え
非電化区間の途中駅において、編成車両２０に連結されている電源車１０を入れ替えるようにしてもよい。非電化区間が長距離区間となる場合、その全区間を走行するには、１台の電源車１０の蓄電電力では不足する。このような場合、非電化区間の途中駅に充電施設を設置し、当該駅において、到着した編成車両２０に連結されていた電源車１０を、蓄電池４４を満充電とした別の電源車１０に入れ替えるようにする。
【００８６】
図７は、非電化区間の途中駅における電源車１０の入れ替えの概要図である。図７（ａ）に示すように、入れ替え駅において、電源車１０Ａが連結された編成車両２０が到着・停車すると、電源車１０Ａを編成車両２０から連結解放する。連結解放した電源車１０Ａは待避させ（図７（ａ）の（１））、充電施設において蓄電池４４を満充電とした別の電源車１０Ｂを、編成車両２０に接近・停車させて連結する（図７（ａ）の（２））。その後、編成車両２０は、当該駅を出発する。連結解放した電源車１０Ａは、図７（ｂ）に示すように、充電設備まで走行させ、蓄電池４４を充電した後に、別の編成車両２０に連結させるために待機させておく（図７（ｂ）の（３））。
【００８７】
図８は、電源車１０の入れ替えの際の制御手順である。図８では、左側に電源車１０の制御手順を示し、右側に編成車両２０の制御手順を示している。前提として、非電化区間の入れ替え駅において、編成車両２０に電源車１０Ａが連結された状態で停車しており、引通し線３０を介して電源車１０Ａから編成車両２０へ蓄電池４４の蓄電電力の供給がなされている状態にある。電源車１０Ａは、第１接触器ＬＢ１、第３接触器ＬＢ３は投入され、第２接触器ＬＢ２は開放され、パンタグラフ４１は降下している状態にあるとする。編成車両２０は、バッテリモードであり、第５接触器ＬＢ５は投入され、パンタグラフ５１は降下しており、補機回路５４には、電源車１０Ａからの供給電力に基づく電力供給がなされている状態にあるとする。この状態において、電源車１０Ａの制御部１６、及び、編成車両２０の制御部２６それぞれが、図８に示す手順を実行することで入れ替え制御が行われる。またこの状態では、電源車１０Ａ及び編成車両２０の間で制御引通し線が連結されている間は制御部１６，２６の間で送受信が可能であり、制御部１６（電源車１０Ａ）と制御部２６（編成車両２０）との間で互いの制御手順の進行を確認しながら、解放制御を進めていくことができる。
【００８８】
先ず、編成車両２０において、制御部２６が、開閉装置５２を開放するため、接触器ＰＬＢ４，ＰＬＢ３を順次開放する（ステップＢ６１）。編成車両２０が交流電気車の場合には、その編成車両２０における開閉装置５２の開放（ステップＢ６１）の代わりに、電源車１０Ａにおいて、制御部１６が、開閉装置４５を開放するため、接触器ＢＬＢ２，ＢＬＢ１を順次開放することとする（ステップＡ６０）。また、編成車両２０が直流電気車又は交直流電気車の場合には、電源車１０Ａにおける開閉装置４５の開放（ステップＡ６０）、或いは、編成車両２０における開閉装置５２の開放（ステップＢ６１）のどちらか一方を行えば良い。
開閉装置４５、又は、開閉装置５２の開放により、編成車両２０の補機回路５４への供給電流を減流しながら、補機回路５４への電力供給を遮断できる。
【００８９】
続いて、電源車１０Ａにおいて、制御部１６が、第３接触器ＬＢ３を開放し、第４接触器ＬＢ４を投入する（ステップＡ６１）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第５接触器ＬＢ５を開放し、第６接触器ＬＢ６を投入する（ステップＢ６３）。その後、編成車両２０から電源車１０Ａを解放する解放作業が作業員によって行われる（ステップＡ６３，Ｂ６５）。この解放作業によって、電源車１０Ａと編成車両２０との間の制御引通し線も解放される。解放作業の終了後、電源車１０Ａにおいて、制御部１６が、第４接触器ＬＢ４を開放する（ステップＡ６５）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第６接触器ＬＢ６を開放する（ステップＢ６７）。
【００９０】
編成車両２０から解放された電源車１０Ａは、バッテリモードで走行して編成車両２０から離れて待避する（ステップＡ６７）。なお、ステップＢ６１（編成車両２０における開閉装置５２の開放）の代わりにステップＡ６０（電源車１０Ａにおける開閉装置４５の開放）を実行する場合には、このステップＡ６７の直前に、バッテリモードで走行するために、電源車１０Ａにおける開閉装置４５を投入するため、接触器ＢＬＢ１，ＢＬＢ２を順次投入する（ステップＡ６６）。
【００９１】
次いで、別の電源車１０Ｂが、編成車両２０に接近し停車する（ステップＡ６９）。この電源車１０Ｂは、バッテリモードで走行してきており、第１接触器ＬＢ１、第３接触器ＬＢ３は投入され、第２接触器ＬＢ２は開放され、パンタグラフ４１は降下している状態にある。
【００９２】
先ず、ステップＢ６１（編成車両２０における開閉装置５２の開放）の代わりにステップＡ６０（電源車１０Ａにおける開閉装置４５の開放）を実行した場合には、ステップＡ６０と同じ動作、すなわち、電源車１０Ｂにおいて、制御部１６が、開閉装置４５を開放するため、接触器ＢＬＢ２，ＢＬＢ１を順次開放する（ステップＡ７０）。そして、電源車１０Ｂにおいて、制御部１６が、第３接触器ＬＢ３を開放し、第４接触器ＬＢ４を投入する（ステップＡ７１）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第５接触器ＬＢ５を開放し、第６接触器ＬＢ６を投入する（ステップＢ６９）。その後、電源車１０と編成車両２０Ｂとの連結作業が作業員によって行われる（ステップＡ７３，Ｂ７１）。この連結作業によって、電源車１０Ｂと編成車両２０との間の制御引通し線も連結される。
【００９３】
連結作業が終了すると、電源車１０Ｂにおいて、制御部１６が、第４接触器ＬＢ４を開放する（ステップＡ７５）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第６接触器ＬＢ６を開放する（ステップＢ７３）。次いで、電源車１０Ｂにおいて、制御部１６が、第３接触器ＬＢ３を投入する（ステップＡ７７）。また、編成車両２０において、制御部２６が、第５接触器ＬＢ５を投入し（ステップＢ７５）、続いて、開閉装置５２を投入するため、接触器ＰＬＢ３，ＰＬＢ４を順次投入する（ステップＢ７７）。この開閉装置５２の投入により、編成車両２０の補機回路５４への突入電流を防止できる。これにより、編成車両２０に、電源車１０Ｂからの蓄電池４４の蓄電電力の供給が開始される。
【００９４】
なお、ステップＢ６１（編成車両２０における開閉装置５２の開放）の代わりにステップＡ６０（電源車１０Ａにおける開閉装置４５の開放）を実行した場合には、ステップＡ７７（電源車１０Ｂにおける接触器ＬＢ３の投入）の後に、ステップＡ６６と同じ動作、すなわち、電源車１０Ｂにおいて、制御部１６が、バッテリモードで走行するために、開閉装置４５を投入するため、接触器ＢＬＢ１，ＢＬＢ２を順次投入する（ステップＡ７８）。編成車両２０が交流電気車のため開閉装置５２を有しない場合には、この一連のステップＡ６０，Ａ６６，Ａ７０，Ａ７８の過程を経ることにより、電源車１０Ｂの連結後の電源供給時に、交流電気車の直流リンク部への突入電流を防止することができる。入れ替え制御は以上となる。
【００９５】
（Ｂ）電気連結回路
上述の実施形態では、図１，図２に示すように、編成車両２０の後端部に電源車１０を連結する例を説明したが、逆に、編成車両２０の前端部に電源車１０を連結するように構成することもできる。この場合、図９に示すように、電源車１０における電源車用電気連結回路１２、及び、編成車両２０における編成車両用電気連結回路２２を構成すれば良い。
【００９６】
電源車１０は、車両の前端部・後端部それぞれに、引通し線３０の連結端子として、合計二つずつの編成車両プラス側連結端子３４ａ、及び、編成車両マイナス側連結端子３４ｂが設けられている。
【００９７】
電源車用電気連結回路１２は、編成車両２０と連結される電源車１０の後端部の連結端子３２ａ，３２ｂそれぞれと主回路４０との間に、更に、第３接触器ＬＢ３、第４接触器ＬＢ４、及び、抵抗器Ｒ４を備えるように構成すれば良い。すなわち、第３接触器ＬＢ３は、一端側が、第１接触器ＬＢ１の他端側、及び、第２接触器ＬＢ２の他端側に接続され、他端側が、後端部側の電源車プラス側連結端子３２ａに接続されている。第４接触器ＬＢ４、及び、抵抗器Ｒ４は、直列接続された直列回路を形成し、この直列回路の一端側が、第３接触器ＬＢ３の他端側、及び、後端部側の電源車プラス側連結端子３２ａに接続され、他端側が、車輪に電気的に接続されて接地線を構成する接地回路、及び、後端部側の電源車マイナス側連結端子３４ａに接続されている。また、編成車両用電気連結回路２２は、電源車１０と連結される前端部側の編成車両プラス側連結端子３４ａ、及び、編成車両マイナス側連結端子３４ｂと、主回路５０と、の間に設けられる。
【００９８】
そして、編成車両２０に電源車１０を連結する連結制御（図５参照）や、編成車両２０から電源車１０を連結解放する連結解放制御（図６参照）においては、編成車両２０と連結される電源車１０の後端部側の、第３接触器ＬＢ３、及び、第４接触器ＬＢ４を投入・開放するように制御する。
【００９９】
（Ｃ）電気車の形態
上述の実施形態では、電源車１０、及び、編成車両２０を、ともに直流電化区間を走行可能な直流電気車であるとしたが、交流電気車にも同様に適用可能である。
【０１００】
図１０は、交流電化区間に対応可能な交流電化対応の電源車の構成例であり、図１１は、直流電化区間、及び、交流電化区間の両方に対応可能な交直流電化対応の電源車の構成例である。何れにおいても、上述の実施形態における直流電化対応の電源車１０（図３参照）と同様に、主回路４０の直流リンク部（図１０であればＡＣ／ＤＣコンバータ４３ａの二次側、図１１であればＰＷＭ整流器兼ＤＣ／ＤＣチョッパ４３ｂの二次側）に、電源車用電気連結回路１２が接続された構成となっており、電源車用電気連結回路１２を介して蓄電池４４、駆動用変換器４６、及び、補機回路４７が並列接続されている。すなわち、主回路４０の直流リンク部以降の回路構成は、図３に示した回路構成と同様である。
【０１０１】
また、図１２は、交流電化区間を走行可能な交流電気車である編成車両の構成例であり、図１３は、直流電化区間、及び、交流電化区間の両方に対応可能な交直流電車である編成車両の構成例である。電源車１０からの供給電力は直流電力であるので、図１２に示す交流電車である編成車両では、編成車両用電気連結回路２２は、直流中間回路（ＡＣ／ＤＣコンバータ５５の二次側）に接続され、図１３に示す交直流電車である編成車両では、編成車両用電気連結回路２２が、直流主回路の入力段である開閉装置５２の前段に接続されている。
【０１０２】
更に、電源車１０および編成車両２０について、架線電力に基づいて主電動機Ｍ１，Ｍ２を駆動させて走行する架線モードについて説明したが、架線電力の代わりに燃料電池やディーゼルエンジン等の発動装置を用いた発電電力に基づいて主電動機Ｍ１，Ｍ２を駆動させて走行する発電モードを採用することとしてもよい。この場合、電源車１０および編成車両２０は、これらの発動装置を組み込んだ気動車として構成することとなるが、その場合でも上述した実施形態と同様に本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  電源車
１０Ａ  これから解放する電源車
１０Ｂ  これから連結する電源車
１２  電源車用電気連結回路
ＬＢ１  第１接触器、ＬＢ２  第２接触器
ＬＢ３  第３接触器、ＬＢ４  第４接触器
１６  制御部
４０  主回路
４１  パンタグラフ、４２  開閉装置、４３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４  蓄電池、４５  開閉装置、４６  駆動用変換器、４７  補機回路
２０  編成車両
２２  編成車両用電気連結回路
ＬＢ５  第５接触器、ＬＢ６  第６接触器
２６  制御部
５０  主回路
５１  パンタグラフ、５２  開閉装置、５３  駆動用変換器
５４  補機回路、５５  ＡＣ／ＤＣコンバータ
３０  引通し線
３０ａ  プラス側引通し線
３２ａ  電源車プラス側連結端子、３４ａ  編成車両プラス側連結端子
３０ｂ  マイナス側引通し線
３２ｂ  電源車マイナス側連結端子、３４ｂ  編成車両マイナス側連結端子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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