(57)【要約】【課題】車両性能を大きくは損なわない範囲で、先頭車への搭載負荷の軽減を図ることができる長大編成交流電車を提供することである。【解決手段】編成構成がすべて電動車で形成され各々の車両に４台の主電動機を制御する主変換装置１４を搭載した長大編成交流電車において、列車の先頭車１１に主変圧器１３及び４台の主電動機を出力制限の範囲内で制御する小形主変換装置１６を搭載し、他の中間車両１５には４台の主電動機を制御する通常の主変換装置１４を搭載する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
編成構成がすべて電動車で形成され各々の車両に４台の主電動機を制御する主変換装置を搭載した長大編成交流電車において、列車の先頭車に主変圧器及び４台の主電動機を出力制限の範囲内で制御する小形主変換装置を搭載し、他の中間車両には４台の主電動機を制御する通常の主変換装置を搭載したことを特徴とする長大編成交流電車。
【請求項２】
前記小形主変換装置は、速度が低い領域では先頭車以外の中間車両に搭載の通常の主変換装置と同等のけん引力を持たしたことを特徴とする請求項１の長大編成交流電車。
【請求項３】
前記小形主変換装置の出力制限は、高速領域での粘着力の能力低減を出力制限とすることを特徴とする請求項１または２記載の長大編成交流電車。
【請求項４】
前記先頭車に搭載する主変圧器の容量は、先頭車の小形主変換装置の出力制限を反映したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の長大編成交流電車。
【請求項５】
編成構成に少なくとも１台の付随車を連結したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の長大編成交流電車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車の連結車両数を増やして長い編成にした長大編成交流電車に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、新幹線のように高速車両の連結車両を増やした長大編成交流電車においては、１車両の長さが約２５ｍもあるため、主変圧器と主変換装置とを同一車両の床下に搭載することは可能であり、主回路装置の機器の搭載に関しては、特に小形軽量化を図る必要性はないが、近年、到達時間短縮をめざして、より高速になったことにより、主回路装置はより大きな容量を必要としてきている。また、鉄道車両の速度向上と長大編成化に対応可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、新幹線を在来線区間にそのまま乗り入れる新在直通車両等では、１車両の長さが約２０ｍであるため、主回路機器のぎ装スペース確保が難しきなってきている。しかも、編成当り大きな出力を必要とするので、総ての車両を電動車にするか、付随車はあってもせいぜい１両とする編成が要求されるようになってきている。
【０００４】
両先頭車に各々主変圧器を搭載する編成当りの主回路装置が２ユニット構成の交流電車では、先頭車では主変圧器以外に主変換装置を搭載する必要があるので、例えば、編成構成がすべて電動車の場合で、１車両が２０ｍ車両である場合には、主変圧器と自車に搭載の４台の主電動機を制御する主変換装置とを同一車両に搭載することが難しくなっている。
【０００５】
図６は従来の長大編成交流電車の各車両の床下に搭載される主要機器の配置を示す平面図である。先頭車両１１には、連続換気装置を含む空調装置１２、主変圧器１３及び主変換装置１４が搭載され、先頭車以外の他の中間車両１５には主変圧器１３及び主変換装置１４が搭載されている。特に先頭車両では、空調装置１２、主変圧器１３及び主変換装置１４の配置場所として、かなり大きな纏まったスペースを必要としているので、主変換装置１４の搭載が難しくなるケースがある。
【０００６】
そこで、先頭車に空調装置１２及び主変圧器１３を搭載し、隣の車両に先頭車の主電動機を制御するとともに自車の主電動機を制御する８個モータ用の主変換装置１４を搭載することが考えられる。また、先頭車の主電動機の数を４台から２台として先頭車両の主変換装置を小型化することが考えられる。すなわち、先頭車に搭載する主変換装置の出力を１／２に制限することで、この主変換装置のサイズを約半分にすることが考えられる。
【特許文献１】特開平５−３１９２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、先頭車に搭載する主変換装置の出力を１／２に制限し主変換装置のサイズを約半分にした場合には、起動時のトルクが主電動機を減らした分だけ減ること、高速域での編成トルク制御においては、出力低減が非常に大きなものになる等の弊害が出てくる。また、主回路装置としては２ユニットを有し、両先頭車に各ユニットの主変圧器を搭載した交流電車においては、主回路機器の配置を先頭車に主変圧器と主変換装置、他の中間車両に主変換装置を配置することになるが、先頭車のぎ装が他の中間車両に比べ厳しく搭載困難なケースが生じる。
【０００８】
そこで、先頭車は主変圧器だけの搭載とした場合には、先頭車両に関してはぎ装の問題は解決するが、隣の車両に搭載する８個モータ用の主変換装置が大きくなり、ぎ装の問題を隣の車両に転嫁しただけのものになる。また、隣の車両の主電動機を制御するために、ぎ装線が車両間を渡ることで誘導障害等の問題が起こりやすくなるため、その対策が必要になる。
【０００９】
本発明の目的は、車両性能を大きくは損なわない範囲で、先頭車への搭載負荷の軽減を図ることができる長大編成交流電車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係わる長大編成交流電車は、編成構成がすべて電動車で形成され各々の車両に４台の主電動機を制御する主変換装置を搭載した長大編成交流電車において、列車の先頭車に主変圧器及び４台の主電動機を出力制限の範囲内で制御する小形主変換装置を搭載し、他の中間車両には４台の主電動機を制御する通常の主変換装置を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両性能を大きくは損なわない範囲で、先頭車への搭載負荷の軽減を図ることができる長大編成交流電車を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係わる長大編成交流電車の各車両の床下に搭載される主要機器の配置を示す平面図である。図６に示した従来例に対し、列車の先頭車１１に通常の主変換装置１４に代えて、４台の主電動機を出力制限の範囲内で制御する小形主変換装置１６を搭載し、他の中間車両１５には４台の主電動機を制御する通常の主変換装置１４を搭載したものである。図６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１３】
図１において、先頭車には、空調装置１２、主変圧器１３に加え、４台の主電動機を出力制限の範囲内で制御する小形主変換装置１６が搭載されている。この小形主変換装置１６は自車の４台の主電動機を制御するにあたり、その出力に出力制限が設けられており、その出力制限が設けられた分だけ小型化されている。小形主変換装置１６のサイズは他の中間車両１５に搭載の通常の主変換装置１４より小さく、図１では、小形主変換装置１６のサイズ（容量）は通常の主変換装置１４の１／２の大きさにした場合を示している。
【００１４】
図２は先頭車１１以外の中間車両１５に搭載される主変換装置１４の構成図である。主変換装置１４は、整流器部１７とインバータ部１８とを有し、各相ともに半導体素子が２パラで構成される。整流器部１７はＵ相パワーユニットとＶ相パワーユニットとからなり、インバータ部１８は、Ｕ相パワーユニット、Ｖ相パワーユニット及びＷ相パワーユニットとからなり、主変換装置１４は全体で５ユニットからなっている。
【００１５】
図３は先頭車両１１に搭載される小形主変換装置１６の構成図である。小形主変換装置１６は小形軽量化を図るために、整流器部１７はＵＶ相パワーユニット（各相の半導体素子は１パラ構成）の１ユニット、インバータ部１８はＵＶＷパワーユニット（各相の半導体素子は１パラ構成）の１ユニットの２ユニットで構成されている。
【００１６】
図４は本発明の実施の形態に係わる長大編成交流電車の列車編成の構成図である。図４に示すように、小形主変換装置１６は２台の先頭車１１に搭載され、先頭車１１以外の中間車両１５には通常の主変換装置１４が搭載される。小形主変換装置１６は先頭車１１の４個の主電動機１９を駆動し、通常の主変換装置１４は中間車両１５の４個の主電動機１９を駆動する。小形主変換装置１６は先頭車１１の４個の主電動機を駆動するが、出力制限が設けられているので、その範囲内で４台の主電動機を制御することになる。
【００１７】
図５は小形主変換装置１６及び主変換装置１４のトルク制御パターンを示す特性図である。図５中の曲線Ｓ０は先頭車両１１の小形主変換装置１６の速度−トルク特性曲線、曲線Ｓ１は中間車両１５の主変換装置１４の速度−トルク特性曲線である。図５に示すように、低速時（速度６０未満）のけん引力は、小形主変換装置１６及び主変換装置１４ともに同じとなるように制御する。主電動機１９の出力はトルクと速度との積で示されるので、低速時（速度６０未満）においてはトルクを大きくしても、主電動機１９の出力は小形主変換装置１６の出力制限の範囲内に保たれる。
【００１８】
一方、高速時（速度６０以上）では小形主変換装置１６のトルクが小さく主変換装置１４のトルクが大きくなるように制御する。これにより、先頭車１１の小形主変換装置１６の出力を半減することが可能となり、先頭車１１の小形主変換装置１６の小形軽量化を図ることができる。例えば６両のオールＭ車（電動車）で言えば、５Ｍ１Ｔ（５両の電動車と１両の付随車）相当の能力低減にとどまり、かつ、高速時にけん引力が中間車両１５に比較して低下するので空転の発生しにくい性能を提供できる。
【００１９】
このように、小形主変換装置１６は、速度が低い領域では先頭車１１以外の中間車両１５に搭載の通常の主変換装置１４と同等のけん引力を持たし、高速領域では小形主変換装置１６のトルクが小さく主変換装置１４のトルクが大きくなるように制御する。この場合の小形主変換装置１６の出力制限は、高速領域での粘着力の能力低減を図れる範囲での出力制限とする。
【００２０】
また、ぎ装配線では、先頭車１１の小形主変換装置１６と主電動機１９との間が自車内での構成となるため、この配線の車間渡りも発生しない。これは誘導障害に対しても好ましい。さらに、先頭車１１の小形主変換装置１６は出力制限が加えられているので、先頭車１１に搭載する主変圧器の容量は小さくできる。すなわち、先頭車１１の小形主変換装置１６の出力制限を反映した容量にすることができる。また、オール電動車の場合について説明したが、編成構成に少なくとも１台の付随車を連結するようにしてもよい。
【００２１】
本発明の実施の形態によれば、列車の先頭車に４台の主電動機を出力制限の範囲内で制御する小形主変換装置１６を搭載し、編成当りの起動トルクは維持し、高速時の車両性能を大きくは損なわない範囲で先頭車１１の小形主変換装置１６を制御するので、先頭車１１の小形主変換装置１６及び主変圧器１３の小形軽量化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係わる長大編成交流電車の各車両の床下に搭載される主要機器の配置を示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態における先頭車以外の中間車両に搭載される主変換装置の構成図。
【図３】本発明の実施の形態における先頭車両に搭載される小形主変換装置の構成図。
【図４】本発明の実施の形態に係わる長大編成交流電車の列車編成の構成図。
【図５】本発明の実施の形態における小形主変換装置及び主変換装置のトルク制御パターンを示す特性図。
【図６】従来の長大編成交流電車の各車両の床下に搭載される主要機器の配置を示す平面図。
【符号の説明】
【００２３】
１１…先頭車両、１２…空調装置、１３…主変圧器、１４…主変換装置、１５…中間車両、１６…小形主変換装置、１７…整流器部、１８…整流器部、１９…主電動機
【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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