(57)【要約】      （修正有）【課題】編成列車を構成する列車の軸重を分散させ，編成列車を１両単位で増減させる。【解決手段】列車の外部から電力を得る集電手段１と，集電手段から供給される電力を変圧する変圧手段２と，変圧手段から出力される電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する電力変換手段４１，６１と，電力変換手段によって駆動される交流電動機７１とを備え，複数の車両を連結して構成された編成列車において，一端は変圧手段の二次側に接続され，他端は電力変換手段に接続され，変圧手段から出力される電力を電力変換手段へ供給する第１の電力供給ケーブルと，一端は変圧手段の二次側に接続可能で，他端は電気的に開放された第２の電力供給ケーブルとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車の外部から電力を得る集電手段と，
前記集電手段から供給される電力を変圧する変圧手段と，
前記変圧手段から出力される電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する電力変換手段と，
前記電力変換手段によって駆動される交流電動機とを備え，複数の車両を連結して構成された編成列車において，
一端は前記変圧手段の二次側に接続され，他端は前記電力変換手段に接続され，前記変圧手段から出力される電力を前記電力変換手段へ供給する第１の電力供給ケーブルと，
一端は前記変圧手段の二次側に接続可能で，他端は電気的に開放された第２の電力供給ケーブルとを有すること，
を特徴とする編成列車。
【請求項２】
請求項１に記載の編成列車において，
前記第２の電力供給ケーブルは，断流と通流とを選択的に制御可能な断流手段，
または，前記第２の電力供給ケーブルの電気的に開放された端子に絶縁手段，
または，前記断流手段と前記絶縁手段との両方を備えること
を特徴とする編成列車。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の編成列車において，
前記編成列車に，前記電力変換手段及び前記交流電動機を備えた駆動車を更に追加する場合，
前記編成列車を構成する車両であって，前記電力供給ケーブルの電気的に開放された端子を備えた車両に前記駆動車を連結し，前記電気的に開放された端子を介して，前記変圧手段からの電力を前記駆動車へ供給し，前記駆動車の備えた前記交流電動機を駆動すること
を特徴とする編成列車。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の編成列車において，
前記電力供給ケーブルは，前記変圧器からの３相交流電力を供給すること
を特徴とする編成列車。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の編成列車において，
前記編成列車を運行する際は，前記断流手段を断流状態とし，
前記駆動車を追加する場合，前記電気的に開放された端子と前記駆動車との電気的な接続を確認した後に前記断流手段を通流状態とすること
を特徴とする編成列車。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の編成列車において，
前記編成列車に追加した前記駆動車を取り除く際，前記断流手段を断流状態とすること
を特徴とする編成列車。
【請求項７】
列車の外部から電力を得る集電手段と，
前記集電手段から供給される電力を変圧する変圧手段と，
前記変圧手段から出力される電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する電力変換手段と，
前記電力変換手段によって駆動される交流電動機とを備えた編成列車を構成する車両の増加方法において，
前記編成列車に，前記電力変換手段及び前記交流電動機を備えた駆動車を更に追加する場合，
前記駆動車は，前記編成列車を構成する車両であって，電気的に開放された接続端子に接続された端部を備える電力供給ケーブルを有する車両に連結され，前記接続端子を介して，前記変圧手段からの電力を供給されて前記駆動車の前記交流電動機を駆動すること
を特徴とする編成列車を構成する車両の増加方法。
【請求項８】
請求項７に記載の編成列車を構成する車両の増加方法において，
前記電力供給ケーブルは，断流と通流とを選択的に制御可能な断流手段，
または，前記接続端子に絶縁手段，
または，前記断流手段と前記絶縁手段との両方を備え，
前記編成列車が前記断流手段を備えている場合は，前記駆動車を追加する際に，前記断流手段を断流状態から通流状態へ変化させ，
前記編成列車が前記絶縁手段を備えている場合は，前記駆動車を追加する際に，前記絶縁手段を取り外すこと
を特徴とする編成列車を構成する車両の増加方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の編成列車を構成する車両の増加方法において，
前記電力供給ケーブルは，前記変圧器からの３相交流電力を供給すること
を特徴とする編成列車を構成する車両の増加方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の編成列車を構成する車両の増加方法において，
前記駆動車を追加する場合，前記電気的に開放された端子と前記駆動車との電気的な接続を確認した後に前記断流手段を通流状態とすること
を特徴とする編成列車。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，編成列車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に，鉄道を利用する乗客の数は，列車の運行している地域や区間，また季節や時間帯などによって異なる。また，鉄道を用いた輸送においても，輸送量は毎回同じとは限らない。そこで，乗客数や輸送量などに応じて，編成列車を構成する車両の数を柔軟に調整することが，運行効率の向上や運行コストの削減に繋がる。編成長を変更する技術として，特開平４−１２６６５８号（特許文献１）がある。特許文献１では，給電車両の両側に受電動力車両１両を配置した３両１単位の動力ユニットを複数備えた編成において，各々の動力ユニット相互間に付随車を配置することで，編成長を１車体毎に増減する技術が開示されている。
【０００３】
また，軌道の保守費用を削減させるために，列車が軌道へ与える圧力を分散させることが望ましい。編成を構成する車両の軸重を分散させる技術として，ＥＰ２２９２１２５Ａ１（特許文献２）がある。特許文献２では，編成を構成する一部の車両（特許文献２  Ｆｉｇ２：６，１４，１６）の床下に空間を備え，その空間にバッテリやコンプレッサを配置可能とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１２６６５８号
【特許文献２】ＥＰ２２９２１２５Ａ１
【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，任意の編成から１両ずつ増減させる場合に，組替えが煩雑になる課題がある。例えば２０両編成時の３〜５号車を外して１７両にした編成の場合，その後に１８両編成へ変更するには，一度外した３両を戻して２０両編成に戻した後で，２号車及び１２号車，もしくは１０号車及び１１号車を外すことになり，編成組み換えは容易ではない。
【０００６】
特許文献２においては，そもそも車両の数を変更させる前提がない。
【０００７】
そこで本発明は，編成を構成する列車の軸重を分散させ，１両ずつの車両の増減を容易に実現する編成列車を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
列車の外部から電力を得る集電手段と，集電手段から供給される電力を変圧する変圧手段と，変圧手段から出力される電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する電力変換手段と，電力変換手段によって駆動される交流電動機とを備え，複数の車両を連結して構成された編成列車において，一端は変圧手段の二次側に接続され，他端は電力変換手段に接続され，変圧手段から出力される電力を電力変換手段へ供給する第１の電力供給ケーブルと，一端は変圧手段の二次側に接続可能で，他端は電気的に開放された第２の電力供給ケーブルとを有することを特徴とする，
または，列車の外部から電力を得る集電手段と，集電手段から供給される電力を変圧する変圧手段と，変圧手段から出力される電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する電力変換手段と，電力変換手段によって駆動される交流電動機とを備えた編成列車を構成する車両の増加方法において，編成列車に電力変換手段及び交流電動機を備えた駆動車を更に追加する場合，駆動車は，編成列車を構成する車両であって，電気的に開放された接続端子に接続された端部を備える電力供給ケーブルを有する車両に連結され，接続端子を介して変圧手段からの電力を供給されて，駆動車の交流電動機を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の編成列車は，編成長の変更に柔軟に対応し，軌道への負荷を抑えた編成列車を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を示す駆動システム図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す駆動システム図である。
【図３】本発明を６両編成に適用した際の編成列車内の構成例，及び追加する車両の構成例を示す図である。
【図４】本発明を６両編成に適用し，７両編成に組替えた際の編成列車内の構成例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す駆動システム図である。
【図６】本発明を６両編成に適用した際の編成列車内の構成例，及び追加する車両の構成例を示す図である。
【図７】本発明を６両編成に適用し，７両編成に組替えた際の編成列車内の構成例を示す図である。
【図８】本発明を３両編成に適用した際の編成列車内の構成例，及び追加する車両の構成例を示す図である。
【図９】本発明を３両編成に適用し，４両編成に組替えた際の編成列車内の構成例を示す図である。
【図１０】本発明を３両編成に適用し，５両編成に組替えた際の編成列車内の構成例を示す図である。
【図１１】本発明を１両編成に適用した際の編成列車内の構成例，及び追加する車両の構成例を示す図である。
【図１２】本発明を６両編成に適用し，７両編成に組替えた際の編成列車のイメージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下，本発明の実施の形態について，図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は，本実施例の駆動システムを表す図である。本明細書では，電力変換手段，および交流電動機を備えた車両をＭ車，備えていない車両をＴ車と呼び，本実施例は編成列車へ新たにＭ車を追加することを実現するものである。編成列車内へＴ車を追加する場合は，追加するＴ車の前後の車両の通信線などを引き通せばよい。すなわち，本実施例は，Ｍ車，Ｔ車に関わらず車両を追加可能な編成列車を示すものである。本明細書では、編成列車を構成している列車に、さらに車両を追加することを増車、及び編成列車を構成している列車の中から車両を取り除くことを減車という。
【００１３】
単相交流電源である変電所と接続される架線（図示しない）から単相交流電力を取り込む集電手段１と，架線電圧を降圧する変圧手段２と，変圧された交流電力を直流電力に変換する電源用電力変換手段４１と，変圧手段２と電源用電力変換手段４１の間に接続された電力線連結器３１と，電源用電力変換手段４１の直流側に接続され，直流電圧を平滑する平滑コンデンサ５１と，平滑コンデンサ５１の両端の電圧を電圧源として，半導体素子の組合せにより構成され交流電動機７１を駆動する電動機駆動用電力変換手段６１と，電気的に開放されている開放端子３２と，開放端子３２と変圧手段２との間の電力を供給する電力供給ケーブル８と，電力供給ケーブル８の電力を遮断可能な接触器９を有する鉄道車両用駆動システムを備えた編成列車である。
【００１４】
電源駆動用電力変換手段４１と電動機駆動用電力変換手段６１を，まとめて電力変換手段と呼ぶ。また，実施例では，車両が２両以上連結し，運行可能な列車を編成列車と呼ぶが，１両だけで運行する列車でも図１に示している機器構成を備えれば本実施例の効果を得られる。図１の各々の機器は，編成列車を構成する車両への配置は自由であるが，軸重分散するためには，例えば変圧手段１と，電源駆動用電力変換手段４１および電動機駆動用電力変換手段６１とは，異なる車両に搭載することが望ましい。前述の直流電力をもとに，車内空調や照明器具に供給する商用交流電力を発生する電力変換手段ＡＰＳ（auxiliary power unit）への給電は，平滑コンデンサ５１の出力側から行えばよい。電力線連結器３１は，可動部に電力線を渡すための配線手段であり，車両と車両の間に設置すれば，車両同士の連結解除が容易に行える。集電手段１はパンタグラフや第三軌条，電源用電力変換手段４１はコンバータ，電動機駆動用電力変換手段６１はインバータを用いればよい。電力供給ケーブルは，３相交流を供給可能である。なお、電力線連結器は、配線を接続するか否かによって、結果的に断流と通流とを選択的に制御できるため、断流手段といえる。
【００１５】
図１の機器を搭載した編成列車は，交流電動機７１へ電力を供給して走行する。図１の編成列車を運行する際は，接触器９を開いた状態である開状態にする。これによって，電源供給ケーブル８の端部の開放端子３２が高電圧になるのを防ぐことができる。接触器９は，変圧手段２と開放端子３２の間に備えればよい。接触器９は，断流と通流とを選択的に制御可能な断流手段であり，開いた状態である開状態の時に断流し，閉じた状態である閉状態のときに通流する。開放端子３２は，編成列車を構成するいずれかの車両に備えられ，図１の編成列車に更にＭ車を追加する際には，開放端子３２を備えた車両に連結させ，開放端子３２を通してＭ車へ給電する。
【００１６】
図２は，図１の機器を搭載した編成列車へ追加可能なＭ車に搭載される機器を示す。図１の開放端３２を備えた車両に連結させ，開放端子３２と，追加するＭ車の開放端子３３とを接続させる。開放端子３２と開放端子３３とが電気的に接続されたことを確認したら，図１の接触器９を閉じて，変圧手段２からの電力を交流電動機７２へと供給する。電源用電力変換手段４２，平滑コンデンサ５２，電動機駆動用電力変換手段６２は，図１と同様にすればよい。勿論，Ｍ車を追加する際に変圧手段２からの電力供給を行わなければ，接触器９を閉じるタイミングは，開放端子３２と開放端子３３とを連結させる前に行ってもよい。
【００１７】
図３は，車両１０１から車両６０１で構成される６両編成の列車に，更に増車用Ｍ車１０１を増車する際に，各車両が備えている機器構成を示す。６両の編成列車はこの状態で走行可能であり，車両２０１，車両４０１そして車両５０１の３両のＭ車を備えている。開放端子３２は，車両２に備えられており，増車用Ｍ車１０１は，車両２０１と車両３０１の間に挿入する。開放端子３２は，車両２０１の連結面のうち，車両１０１側よりも車両３０１側に備えた方が連結は容易になる。また，図３では，変圧手段２と開放端子３２の間の電源供給ケーブル８上に備えられる接触端子は省略している。
【００１８】
図４は，図３の６両編成の車両２０１と車両３０１の間に，増車用Ｍ車１０１を追加し，車両１０２〜車両７０２で構成される７両の編成列車になった状態を示す。増車用Ｍ車１０１を挿入する際，図３の開放端子３２と開放端子３３を接続する。開放端子３２と開放端子３３の接続方法は，端子自体を互いに接続可能な構造としても良いし，新たに接続用のケーブルを用意して端子間を繋いでも良い。増車用Ｍ車１０１を挿入し，開放端子３２と開放端子３３の電気的な接続を確認した後，電力供給ケーブル８に備えた図示しない接触器を閉じて，車両１０２の変圧手段２からの電力を車両３０２のコンバータ４へ供給し，インバータ６を介して車両３０２のモータである交流電動機を制御する。車両３０２のコンバータの出力電力をＡＰＳへも供給するように接続することで，車両１０２のＡＰＳは，もし車両２０２のコンバータ４が故障した場合であっても，車両３０２のコンバータ４からの給電で動作可能となる。図４の７両編成の列車からＭ車を１両減車する場合は，追加と逆の順序で行えばよい。本実施例では，電力変換手段，および交流電動機を備えた車両をＭ車と呼んでいるが，例えば車両３０１に交流電動機を備えておけば，増車用Ｍ車１０１には，交流電動機を備えなくてもよい。
図１２は，図３，および図４におけるＭ車の増車前後の編成列車のイメージを示す。
【００１９】
編成列車が運行中は，開放端子３２を介した給電は行わないが，別途電力変換手段などを備えることで，編成列車運行中にＡＰＳなどの補機に利用しても良い。その際は，接触器９は閉じて通流状態とすればよい。
【実施例２】
【００２０】
図５は，実施例１と同様にＭ車を増車可能な編成列車の駆動システムによる第二の実施例である。集電手段１，変圧手段２，電源用電力変換手段４１，平滑コンデンサ５１，電動機用電力変換手段６１，交流電動機７１の構成も実施例１と同様であり，図５の構成を搭載した編成列車は交流電動機７１を駆動させる。電力線連結器３４，３５，３６は，各々車両と車両を繋ぐ間に設置すればよい。
【００２１】
実施例２に追加するＭ車の構成は，図２と同様とすれば良い。実施例２の編成列車の場合，接触器３５を開状態にすることで，Ｍ車追加用の電力供給ケーブル８上の接触器３５と接触器３２の区間に電圧をかけずに運行することが可能となる。また，接触器３５には高電圧がかかるため，接触器３５の変圧器側の開放端子に，絶縁手段を装着することで安全性が向上する。この脱着可能な絶縁手段は，絶縁体を用いればよく，例えばゴムキャップや，セラミック製のキャップ，がいしで支持されたキャップが挙げられる。
【００２２】
編成列車にＭ車を追加する場合，装着した絶縁手段を取り外し，図５の開放端子３２と追加するＭ車の開放端子３３とを接続し，各端子が電気的に接続されたことを確認した後，接触器３５を閉じることで，変圧手段２からの電力を追加したＭ車の交流電動機７２へ供給可能となる。また，実施例１と同様に，Ｍ車を追加する際に，変圧手段２からの給電を停止させれば，接触器３５を閉じるタイミングは各端子が接続する前に行ってもよい。
【００２３】
また，本実施例では，接触器３５を閉状態でＭ車を追加する方法や，接触器３５を備えずにＭ車を追加する方法も考えられる。その場合，変圧手段２からの給電を停止させた後で，追加するＭ車の開放端子３３と開放端子３２を接続する。開放端子３３と開放端子３２の電気的な接続が確認できたら，変圧手段２からの給電を開始することで，編成列車内へのＭ車の追加を安全に行うことができる。
【００２４】
より安全性を確保するために，電力供給ケーブル８に，絶縁手段に加えて，実施例１で用いた断流手段である接触器９を備えても良い。更に，高電圧がかかっているかいないに関わらず，図５の接触器３５の開放されている端部や，開放端子３２の各々に絶縁手段を備えると，電力供給ケーブル８を一層保護することができる。
【実施例３】
【００２５】
図６は，実施例１の構成を用いた，第三の実施例である。
【００２６】
実施例１では，変圧手段２を備えた車両１０１の隣ではなく，車両２０１と車両３０１の間に増車用Ｍ車１０１を追加した。一方，本実施例では，変圧手段２を備えた車両１０３と，車両１０３と連結している車両２０３の間に増車用Ｍ車１０３を連結させて，編成列車にＭ車を追加可能とする。本実施例の駆動システムは，図１または図３と同様とすればよく，電源供給ケーブル８の長さを調節することで実現できる。本実施例の場合，車両１０３から車両６０３で構成される編成列車が備える電源供給ケーブル８の長さを，実施例１と比べて約１車両分短くすることが可能となる。よって，実施例１と実施例３の６両編成の列車の状態を比較すると，本実施例の方が少なくとも約１車両分の電源供給ケーブル分だけ軽くなっており，より効率的な運用が可能となる。
【００２７】
図７は，図６での増車用Ｍ車１０３を追加した状態を示す。
【実施例４】
【００２８】
図８は，車両１０５から車両３０５で構成される編成列車へ，増車用Ｔ車１０５，および増車用Ｍ車１０５を順に追加する実施例を示す。増車用Ｔ車１０５，および増車用Ｍ車１０５を編成列車内に増車する順序はどちらでも可能であり，本実施例では増車用Ｔ車１０５の方を先に追加する。また，本実施例では一つの変圧手段２１から３つのコンバータ４への電力供給を可能としているが，本発明の効果である，Ｍ車を１両単位で追加可能であることは，変圧手段が給電可能なコンバータの数に依存するものではない。
【００２９】
図９は，図８において編成列車の車両２０５と車両３０５の間に増車用Ｔ車１０５を増車した場合の編成列車内の駆動システムを示す。増車用Ｔ車１０５は，図９の車両３０６に対応する。このように，Ｔ車を編成列車内へ追加する際は，Ｔ車は少なくとも引き通し線を持っていればよい。
図１０は，図９における編成列車の車両２０６と車両３０６の間に増車用Ｍ車１０６を追加した場合の編成列車内の駆動システムを示す。開放端子３２および開放端子３３を連結接続させることで，図１０の車両３０７のコンバータに変圧手段２１からの電力を供給できる。
【００３０】
もし，図８における編成列車において，増車用Ｍ車１０５を増車用Ｔ車１０５よりも先の順に追加する場合は，増車用Ｍ車１０５を車両２０５と車両３０５の間に追加すればよい。
【００３１】
また，図１０の状態から，Ｍ車である車両１０７，車両３０７，車両５０７を取り除く場合は，取り除いた後の電力供給ケーブルの開放端子に絶縁手段を装着させれば，Ｍ車を取り除いた後の編成列車においても安全な運行を実現できる。
【実施例５】
【００３２】
図１１は，１両の編成列車に，Ｔ車またはＭ車を増車していく実施例を示す。本実施例では，編成列車の走行性能を担保するため，編成列車内のＭ車の割合を５割かそれ以上に保つことを想定する。その際，前進，後進における粘着性能を等しくするためには，Ｍ車とＴ車は交互に追加することが望まれる。図１１では，Ｍ車である車両１０８の備えた開放端子３２のある側に，増車用Ｔ車１０８を連結する。次に，Ｍ車を増車する場合は，追加した増車用Ｔ車１０８の，車両１０８と連結していない側に増車用Ｍ車１０８を連結する。更に，次にＴ車を追加する場合は，追加した増車用Ｍ車１０８の増車用Ｔ車１０８と連結していない側に増車用Ｔ車２０８を連結する。
【００３３】
もちろん，車両１０８の開放端子３２と逆側に車両が連結されていれば，複数車両で構成される編成列車に，同様にＭ車とＴ車を交互に追加していくことも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１…集電手段
２，２１…変圧手段
３１，３４，３５，３６…電力線連結器
９…接触器
３２，３３…開放端子
４…コンバータ
４１，４２…駆動用電力変換手段
５１，５２…平滑コンデンサ
６…インバータ
６１，６２…電動機駆動用電力変換手段
７１，７２…交流電動機 
【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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