(57)【要約】【課題】  高さ及び幅を低減した開閉器ユニットを提供することを目的とする。【解決手段】  上記の課題を解決すべく、固定電極と可動電極を接離する開閉器と、前記固定電極と電気的に接続された第一のブッシング導体と、前記可動電極と電気的に接続された第二のブッシング導体と、前記開閉器に駆動力を供給する操作機構と、前記開閉器、前記第一のブッシング導体、および、前記第二のブッシング導体を覆う絶縁ケースと、を具備する開閉器ユニットであって、前記可動電極の可動方向と前記操作機構を略直線状に配置したことを特徴とする開閉器ユニット。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と可動電極を接離する開閉器と、
前記固定電極と電気的に接続された第一のブッシング導体と、
前記可動電極と電気的に接続された第二のブッシング導体と、
前記開閉器に駆動力を供給する操作機構と、
前記開閉器、前記第一のブッシング導体、および、前記第二のブッシング導体を覆う絶縁ケースと、
を具備する開閉器ユニットであって、
前記可動電極の可動方向と前記操作機構を略直線状に配置したことを特徴とする開閉器ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の開閉器ユニットにおいて、
前記第一のブッシングと前記第二のブッシングは、前記絶縁ケースの側方に設けられていることを特徴とする開閉器ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の開閉器ユニットにおいて、
前記開閉器、前記第一のブッシング、および、前記第二のブッシングは、略同一平面内に配置されることを特徴とする高圧引き通しケーブル用開閉器。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の開閉器ユニットにおいて、
前記絶縁ケースには、さらに、
前記第一のブッシング導体に接続された第三のブッシング、または、
前記第二のブッシング導体に接続された第四のブッシングを有することを特徴とする開閉器ユニット。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の開閉器ユニットにおいて、
前記可動電極と前記操作機構は同軸に配置されており、それらと同軸に設けられた絶縁操作ロッドを介して駆動力が供給されることを特徴とする開閉器ユニット。
【請求項６】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の開閉器ユニットにおいて、
前記可動電極と前記操作機構は異なる高さに配置されており、前記可動電極と同軸に設けられた絶縁操作ロッド、および、該絶縁操作ロッドと前記操作機構を接続するリンクを介して駆動力が供給されることを特徴とする開閉器ユニット。
【請求項７】
請求項５または６に記載の開閉器ユニットにおいて、
絶縁ガスが封入された前記絶縁操作ロッドの周囲空間は、前記開閉器側に設けた第一のベローズと、前記操作機構側に設けられた第二のベローズで挟まれており、
前記絶縁操作ロッドが移動するときの、前記第一のベローズの容積変化量と、前記第二のベローズの容積変化量が略一致することを特徴とする開閉器ユニット。
【請求項８】
鉄道車両であって、
請求項１ないし７の何れか一項に記載の開閉器ユニットを、前記可動電極の可動方向と前記鉄道車両の進行方向が略一致するように屋根上に設置するとともに、
前記第一のブッシングに接続した第一のケーブルヘッドと、前記第二のブッシングに接続した第二のケーブルヘッドの接続を接離できることを特徴とする鉄道車両。
【請求項９】
請求項８に記載の鉄道車両において、
さらに、前記開閉器ユニットの側方と上方を覆うとともに、前記第一のケーブルヘッドに接続された第一のケーブル、および、前記第二のケーブルヘッドに接続された第二のケーブルを機械的に保持する外装ケースを有することを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両に搭載する開閉器ユニット、および、それを用いた鉄道車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両などに搭載される高圧引き通しケーブルシステムは、開閉機能を有しないものが多かった。高圧引き通しケーブルシステムが開閉機能を有しないと、地絡故障が生じた場合、乗務員が手作業で地絡箇所を切り離さなければならず、大きな手間となっていた。これを改善した高圧引き通しケーブルシステムの一例として、開閉機能を持つ回路遮断ユニットを鉄道車両の屋根上に設置した、特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
そのケーブルシステムは、架線からの電力を集電する集電装置と、集電装置に接続され、車両の屋根上に設置された回路遮断ユニットと、回路遮断ユニットに接続された複数の電力ケーブルと、を備え、回路遮断ユニットは、屋根の上方に配置され、複数の電力ケーブルが接続されているものであり、より具体的には、同文献の図７等に示されるように、この開閉装置の８個のブッシングのうちの４個のそれぞれに、Ｔ型ケーブルヘッドを有する高電圧ケーブルが接続されているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４８６６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、高電圧の課電部である開閉装置の端子部が剥き出しで気中絶縁された状態にある。一方、車両の屋根は安全上、接地電位とされているため、開閉装置の端子部と車両の屋根との距離を離隔することが必須となる。また、特許文献１の回路遮断ユニットは、本体部と制御ボックスを縦方向に分離し両者間を支持体で連結した構造であるため、必然的に進行方向から見た時の投影面積が大きくなり、鉄道車両走行時の空気抵抗も大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
一方で、鉄道車両の屋根等に配置される開閉装置に対してはスペース的な制約も多く、また、鉄道車両走行時の空気抵抗を小さくする面でも、特に高さと幅を低減できることが望ましい。
【０００７】
そこで、本発明では高さと幅を低減できる開閉器ユニット、および、それを用いた鉄道車両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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る開閉装置は、固定電極と可動電極を接離する開閉器と、前記固定電極と電気的に接続された第一のブッシング導体と、前記可動電極と電気的に接続された第二のブッシング導体と、前記開閉器に駆動力を供給する操作機構と、前記開閉器、前記第一のブッシング導体、および、前記第二のブッシング導体を覆う絶縁ケースと、を具備する開閉器ユニットであって、前記可動電極の可動方向と前記操作機構を略直線状に配置した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高さと幅を低減できる開閉器ユニット、および、それを用いた鉄道車両を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の鉄道車両編成の例を示す図。
【図２】実施例１の鉄道車両編成のき電回路図。
【図３】実施例１の開閉器ユニットの平面図。
【図４】実施例１の開閉器ユニットにケーブルを取り付けた状態を示す平面図。
【図５】図４の開閉器ユニットを外装ケース内に収納した艤装状態を示す平面図。
【図６Ａ】実施例１の開閉器ユニットの側面図。
【図６Ｂ】図６Ａの開閉器ユニットを外装ケース内に収納した艤装状態を示す側面図。
【図７】実施例２の開閉器ユニットの平面図。
【図８】実施例３の開閉器ユニットの平面図。
【図９】実施例４の開閉器ユニットの側面図。
【図１０】実施例５の開閉器ユニットの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施する上で好適となる実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施の例に過ぎず、発明の内容が下記具体的態様に限定されるものではない。本発明は、下記態様を含めて種々の態様に変形することが無論可能である。
【実施例１】
【００１２】
実施例１について図１から図６を用いて説明する。
【００１３】
まず、図１は実施例１における車両編成を示す。この図に示す如く、本実施例の鉄道車両１００は一両目１００ａ〜八両目１００ｈの八両で編成されている。二両目１００ｂ〜六両目１００ｆの屋根７２上には、破線で示す高圧引き通しケーブルRC1〜RC5が配置されており、四両目１００ｄと六両目１００ｆの高圧引き通しケーブルRC3、RC5は、図示しないき電線から、パンタグラフPG1、PG2を介して電力を受電する。各高圧引き通しケーブルは直線ジョイントSJ1〜SJ4で車両間を接続されており、また、高圧引き通しケーブルRC3、RC5は、Ｔ分岐ジョイントTJ1、TJ2で車両床下方向に分岐されている。このＴ分岐ジョイントTJ1と直線ジョイントSJ2、および、Ｔ分岐ジョイントTJ2と直線ジョイントSJ4はそれぞれ一体に構成され、図３で詳細説明する高圧引き通しケーブル用開閉器である開閉器ユニット７０ａ、７０ｂの一部を構成する。
【００１４】
次に、図２を用いて鉄道車両１００のき電回路を説明する。ここに示すように、二両目１００ｂ、四両目１００ｄ、六両目１００ｆの床下（Bottom）には、それぞれ、受電用真空遮断器VCB1、VCB2、VCB3、および、主変圧器Tr1、Tr2、Tr3が設けられている。
【００１５】
また、二両目１００ｂの高圧引き通しケーブルRC1は、床下に設けられた受電用真空遮断器VCB1の１次側に直接接続され、受電用真空遮断器VCB1の２次側は主変圧器Tr1の１次巻線に接続され、主変圧器Tr1の２次巻線は電動機に電力を供給し、３次巻線はエアコンや照明などの補器へ電力を供給する。同じく、四両目１００ｄと六両目１００ｆのＴ分岐ユニットTJ1、TJ2で分岐された高圧引き通しケーブルはそれぞれ、床下に設けられた受電用真空遮断器VCB2、VCB3の１次側に接続され、受電用真空遮断器VCB2、VCB3の２次側は主変圧器Tr2、Tr3の１次巻線に接続され、主変圧器Tr2、Tr3の２次巻線は電動機に電力を供給し、３次巻線は補器へ電力を供給する。
【００１６】
上述したように、鉄道車両の屋根７２上の高圧引き通しケーブルシステムに地絡故障が生じた場合、作業者が屋根７２の上に登って地絡箇所を切り離すのは利便性を欠くため、極力登らずに作業出来ることが好ましい。また、屋根７２上に機器を配置する場合、車両の屋根７２の特に高さ方向でのスペースの制約が大きく、電気機器も高さを低減できることが望まれる。
【００１７】
図２の回路において、三両目１００ｃの高圧引き通しケーブルRC2で地絡故障Faultが発生した場合には、外部からの指令により開閉器ユニット７０ａを動作させ、直線ジョイントSJ2を自動で開放することで、地絡故障Faultの影響を受ける主変圧器Tr1およびそれに接続された電動機を切り離す。このとき、地絡故障Faultの影響を受けない主変圧器Tr2、Tr3は接続されたままであるので、それらに接続された電動機を用いて車両１００の運転を続行することができる。
【００１８】
本実施例では、符号Faultで示した位置で地絡故障が生じた場合を例に説明しているため、故障の波及を防ぐべく、開閉器ユニット７０ａを動作させて直線ジョイントSJ2を開放しているが、地絡故障の場所に応じて、動作させる開閉器ユニット７０、すなわち、切り離しを行う直線ジョイントSJが変わるのは言うまでも無い。本構造とすることで、車両の屋根７２上に作業者が登ることなく、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルとを自動的に分離することができる。
【００１９】
図３の上面図および図６Ａの側面図を用いて、本実施例の開閉器ユニット７０（高圧引き通しケーブル用開閉器）の詳細を示す。これらの図面に示すように、開閉器ユニット７０は、主に、固定側に接続されたケーブルと可動側に接続されたケーブルを接離する開閉器として作用する真空インタラプタ１と、その接離に要する駆動力を発生させる操作機構として作用する電磁操作器３０を直線状に並べて構成したものである。
【００２０】
電磁操作器３０の詳述は省略するが、例えば、バネに永久磁石と電磁石を組み合わせ、電磁石を構成するコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦ切り換えることで駆動力を発生させるものであり、それらを機構ケース８２で覆って構成されたものである。
【００２１】
一方、真空インタラプタ１は、固定電極３と、固定電極３に対して接触または開離する可動電極５と、両電極の周囲を覆うアークシールド６と、アークシールド６を支持し真空インタラプタ１の外側容器の一部を構成する円筒形状のセラミック絶縁筒７と、ベローズ２等から構成されており、セラミック絶縁筒７の両端を端板で覆うことで、その内部を真空状態に維持している。なお、セラミック絶縁筒７は、セラミック絶縁筒７Ａとセラミック絶縁筒７Ｂから構成されており、両者の間にアークシールド６のフランジを挟むことで、アークシールド６を固定している。
【００２２】
真空インタラプタ１の固定電極３は、真空インタラプタ１の外に引き出された固定導体を介してブッシング導体１２Ａと電気的に接続されている。また、可動電極５は、真空インタラプタ１の外に引き出された可動導体を介してブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃと電気的に接続されるとともに、電磁操作器３０が駆動する気中絶縁操作ロッド２０によって固定電極３との接離が制御される。ブッシング中心導体１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと絶縁ケース２１を構成する絶縁物が組み合わされることで、ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが形成される。この構成により、固定側のブッシング１０Ａを、可動側のブッシング１０Ｂ、１０Ｃから切り離すことができる。ベローズ２は、可動導体と可動側の端版の間に配置されて、真空インタラプタ１の真空状態を維持したまま可動導体が可動出来る様にしている。
【００２３】
開閉器ユニット７０の外殻をなすエポキシ樹脂などで形成された絶縁ケース２１は、真空インタラプタ１、固定側のブッシング導体１２Ａ、可動側のブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃ等をモールドして封入するとともに、所定の周囲空間を残しながら、気中絶縁操作ロッド２０の周囲を覆っている。気中絶縁操作ロッド２０の周囲の空間は、絶縁ケース２１と封止手段によって封止し、内部には乾燥空気やＳＦ６ガスなどの絶縁ガスを封入している。なお、封止手段としては直線シールやベローズが適用される。気中絶縁操作ロッド２０は電磁操作器３０に接続されている。
【００２４】
以上で説明した開閉器ユニット７０は、絶縁ケース２１に設けたステー８３Ａ、および、機構ケース８２に設けたステー８３Ｂ、８３Ｃを介して、ベース８１にボルト締結などで固定され、鉄道車両１００への搭載時には、鉄道車両１００の屋根７２とベース８１が接するように設置される。
【００２５】
図４は、図３の開閉器ユニット７０を、可動電極５の可動方向と鉄道車両１００の進行方向が略一致するように、かつ、鉄道車両１００の屋根７２上と接するように設置し、ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのそれぞれに、ケーブル４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを接続した状態を示す図である。ここに示すケーブル４２Ａは鉄道車両の前方（図１、図２の左方向）へ引き通され、また、ケーブル４２Ｂは鉄道車両１００の後方（図１、図２の右方向）へ引き通され、ケーブル４２Ｃは床下の受電用真空遮断器VCBを介して主変圧器Trに接続されるものである。すなわち、開閉器ユニット７０は、ケーブル４２Ａとケーブル４２Ｂを接続する直線ジョイントSJとしての機能と、ケーブル４２Ｃを分岐するＴ型ジョイントTJとしての機能を有するものである。
【００２６】
図４に示す様に、各ケーブルのＴ型ケーブルヘッド４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを接続するブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを進行方向に対して側方に配置し、それらを真空インタラプタ１と略同一平面内に配置したことで、前後方向に直線状に並ぶ絶縁ケース２１（真空インタラプタ１）および機構ケース８２（電磁操作器３０）と干渉しないように複数のケーブルを接続できるため、絶縁ケース２１（真空インタラプタ１）と機構ケース８２（電磁操作器３０）を上下方向あるいは左右方向に並べた従来の構成に比べ、開閉器ユニット７０の全高および全幅を縮小し、進行方向から見た時の投影面積を縮小することができる。これにより、鉄道車両１００の屋根７２上に開閉器ユニット７０を設けても、それによる空気抵抗の増加を抑制することができる。なお、各Ｔ型ケーブルヘッド４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、接続端と反対側に絶縁栓４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを設けており、これによりＴ型ケーブルヘッドの表面は接地電位に保たれている。
【００２７】
図５と図６Ｂは、図４と図６Ａに示した開閉器ユニット７０を、外装ケース８０に収納して屋根７２に設置した状態を示す図である。この外装ケース８０は、前方の傾斜部と他の部分を構成する平面部によって開閉器ユニット７０を覆って空気抵抗を小さくするものであるとともに、ケーブル４２Ａ〜４２Ｃを機械的に保持することで、ブッシング１０Ａ〜１０Ｃに偏荷重が掛からないようにしながら、鉄道車両１００の屋根７２に設置できるようにしたものである。図４でも説明したように、本実施例の開閉器ユニット７０は、従来構造に比べ全高および全幅を縮小したものであるため、これを覆う外装ケース８０も全高および全幅を小さくでき、進行方向から見た時の投影面積を小さくできる。これにより、屋根７２上の開閉器ユニット７０を外装ケース８０で覆った場合も、それによる空気抵抗の増加を抑制することができる。
【００２８】
以上で説明したように、本実施例では、作業者の安全性を確保するべく、鉄道車両１００の屋根７２、Ｔ型ケーブルヘッド４０、開閉器ユニット７０の表面の何れも接地電位になっている。このため、開閉器ユニット７０あるいは外装ケース８０と鉄道車両１００の屋根７２との間で絶縁距離を確保する必要が無く、両者を近接配置しても良いため、屋根７２から開閉器ユニット７０あるいは外装ケース８０の最高部までの高さを低減できる。より具体的には、開閉器ユニット７０または外装ケース８０を屋根７２と接触させて配置することも可能になるため、鉄道車両の屋根７２を従来より高くしたとしても、パンタグラフPGの位置を従来と同じ高さに留めることができる。
【００２９】
また、各ブッシング１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは可動電極５の可動方向に対して実質的に直角な方向に配置されていることで、Ｔ型ケーブルヘッドを接続する際の作業性を向上させている。
【実施例２】
【００３０】
実施例２について図７を用いて説明する。なお、実施例１と共通する点は説明を省略する。
【００３１】
実施例１では可動側のブッシングを二つ設けた構成を例示したが、本実施例では、可動側のブッシングを一つだけ設けている。すなわち、本実施例の開閉器ユニット７０は、ケーブル４２Ａとケーブル４２Ｂを接続する直線ジョイントSJとしての機能を有するが、Ｔ型ジョイントTJとしての機能を有さないものである。
【００３２】
本実施例の開閉器ユニット７０では、可動側ケーブルの分岐はできないが、実施例１の構成よりも横幅を小さくすることができ、鉄道車両１００の屋根７２上に設置したときの空気抵抗をより小さくすることができる。
【実施例３】
【００３３】
実施例３について図８を用いて説明する。なお、上述の実施例と共通する点は説明を省略する。
【００３４】
実施例１では固定側のブッシングを一つだけ設けた構成を例示したが、本実施例では、固定側にもブッシングを２つ設けている。すなわち、本実施例の開閉器ユニット７０は、ケーブル４２Ａとケーブル４２Ｂを接続する直線ジョイントSJとしての機能と、ケーブル４２Ｃを可動側で分岐するＴ型ジョイントTJとしての機能と、図示しないケーブル４２Ｄを固定側で分岐するＴ型ジョイントTJとしての機能を有するものである。
【００３５】
本実施例では、可動側に加え、固定側でもケーブルを分岐することが可能になるため、取り得る回路構成を拡大することができる。
【実施例４】
【００３６】
実施例４について図９を用いて説明する。なお、上述の実施例と共通する点は説明を省略する。
【００３７】
実施例１では、図６の側面図等に示すように、真空インタラプタ１、気中絶縁操作ロッド２０、電磁操作器３０の三者を一直線に並べたが、本実施例では、図９に示すように、気中絶縁操作ロッド２０と電磁操作器３０の軸をずらして配置し、リンク８４を介して両者を接続している。これにより、電磁操作器３０と真空インタラプタ１のストロークを等しくする必要がなくなり、また、実施例１に比べて小さな出力の電磁操作器３０を用いる場合であっても、梃子として作用するリンク８４によって、真空インタラプタ１を適切に駆動できるため、電磁操作器３０と真空インタラプタ１をぞれぞれ独立に選べるようになる。また、調整作業性が向上する。
【実施例５】
【００３８】
実施例５について図１０を用いて説明する。なお、上述の実施例と共通する点は説明を省略する。
【００３９】
本実施例では、図３等の構成に対し、気中絶縁操作ロッド２０とフランジ８５の間に絶縁ガスを封止するベローズ２Ａを追加している。真空インタラプタ１が閉路状態にあるときに、電磁操作器３０を駆動し、固定電極３から開離するように可動電極５を移動させると、可動電極５側に設けられたベローズ２が圧縮するとともに、その反対側に設けられたベローズ２Ａが伸長するため、ベローズ２の内部空間が減少すると同時に、ベローズ２Ａの内部空間が増加する。本実施例では、図１０に示すように、ベローズ２とベローズ２Ａの直径を略等しくしており、また、同軸配置されたベローズ２の圧縮量とベローズ２Ａの伸長量は等しいため、ベローズ２の圧縮による容積減少量と、ベローズ２Ａの伸長による容積増加量は略等しい。すなわち、真空インタラプタ１を閉路状態から開路状態にするときに、両ベローズに挟まれた気中絶縁操作ロッド２０の周囲空間は増減しない。同様の理由により、真空インタラプタ１を開路状態から閉路状態にするときにも、両ベローズに挟まれた気中絶縁操作ロッド２０の周囲空間は増減しない。
【００４０】
これにより、真空インタラプタ１が開閉動作しても、気中絶縁操作ロッド２０周囲の容積変化がごく小さくなるため、真空インタラプタ１を開閉するときに要する開閉操作力を小さくできる。
【符号の説明】
【００４１】
１  真空インタラプタ
２、２Ａ  ベローズ
３  固定電極
５  可動電極
６  アークシールド
７  セラミック絶縁筒
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  ブッシング
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ  ブッシング導体
２０  気中絶縁操作ロッド
２１  絶縁ケース
３０  電磁操作器
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ  Ｔ型ケーブルヘッド
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ  絶縁栓
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ  ケーブル
７０、７０ａ、７０ｂ  開閉器ユニット
７２  屋根
８０  外装ケース
８１  ベース
８２  機構ケース
８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃ  ステー
８４  リンク
８５  フランジ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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