(57)【要約】【課題】従来工事用トンネルを走行させる機関車として主に、バッテリ機関車が使用されていた。しかし、近年、トンネルの長距離化に伴い、走行距離に限界のあるバッテリ機関車では対応することが難しくなってきた。【解決手段】交流電源１１を直流に変換してトロリー線１３から、または、機関車８に搭載したバッテリ９から電力を供給してレール１９上を往復走行する機関車８であって、走行経路に交流電源１１を架設し、前記レール１９の単線区間７１の途中に複線区間７２を設け、単線区間７１と複線区間７２への分岐位置にトロリー線１３を架設して、機関車８は単線区間７１と分岐位置ではトロリー線１３より電力を供給し、かつ、バッテリ９を充電し、複線区間７２、立坑区間７０等トロリー線１３のない区間は、バッテリ９により電力を供給するようにした。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流に変換してトロリー線から、または、機関車に搭載したバッテリから電力を供給してレール上を往復走行する機関車であって、走行経路に交流電源を架設し、前記レールの単線区間の途中に複線区間を設け、単線区間にトロリー線を架設して、機関車は単線区間ではトロリー線より電力を供給し、かつ、バッテリを充電する、複線区間ではバッテリより電力を供給するようにしたことを特徴とする機関車の給電方法。
【請求項２】
レール上を走行する機関車に集電格納装置を設けて、集電器を機体側方に出退可能に設ける構成であって、該集電格納装置は、集電器を取り付ける連結アームと、該連結アームを昇降する昇降アクチュエータと、該昇降アクチュエータを左右移動させる水平アクチュエータより構成したことを特徴とする機関車の給電装置。
【請求項３】
レール上を走行する機関車のレールと平行に交流電流供給電線とトロリー線を架設し、該供給電線とトロリー線の間に複数整流器を配置する構成であって、供給電線に対して略等間隔で整流器を配置して接続し、該整流器に複数の分岐電線の一端を接続し、該複数の分岐電線の他端を略等間隔あけてトロリー線と接続したことを特徴とする機関車の給電装置。
【請求項４】
交流電源を直流に変換してトロリー線から、または、機関車に搭載したバッテリから電力を供給してレール上を往復走行する機関車であって、前記機関車にトロリー線より電力を供給するための集電器を配置し、該集電器に放電補償定電圧装置を接続し、該放電補償定電圧装置にバッテリとモータを接続し、該放電補償定電圧装置によりトロリー線から電力を供給するときはモータに電力を安定供給するとともにバッテリを充電することを特徴とする機関車の給電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工事用トンネル内の運搬に使用する機関車への電力供給手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工事用トンネル内の運搬を行う機関車は、機関車に搭載したバッテリに充電された電力によって走行するか、または機関車上方に設けられたパンタグラフ（以下集電器）でトロリーより電力を得て走行するかのいずれかであった。
標準的バッテリ機関車であれば、一回の充電で２０ｋｍ〜３０ｋｍの走行が可能である。従来の工事用トンネル長は１ｋｍから３ｋｍであったので、一度の充電で約１０往復程度の走行が可能であり、一走行距離が短かったので、放電する前に、トンネル端部で給電することができたのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし近年、工事用トンネル長が５ｋｍから１０ｋｍと長い場合が多くなってきたので、一走行距離も長くなり、トンネルの途中で電車を止めて給電を行わなければならない事態が発生してしまうのである。
また近年、コスト低減化のためトンネル断面積が小さいものが増えてきている。小断面のトンネルでは、機関車の擦れ違い部分（以下離合区間）では配線が複雑となってしまうのでトロリー線による給電方式は困難である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機関車への給電方式として、長時間走行を可能とするトロリー線の給電方式を採用し、配線が複雑となる離合区間のみをバッテリ走行させることで離合区間の配線を省き、長距離かつ小断面なトンネルに適合させた給電方式となっている。具体的には、
【０００５】
請求項１においては、交流電源を直流に変換してトロリー線から、または、機関車に搭載したバッテリから電力を供給してレール上を往復走行する機関車であって、走行経路に交流電源を架設し、前記レールの単線区間の途中に複線区間を設け、単線区間にトロリー線を架設して、機関車は単線区間ではトロリー線より電力を供給し、かつ、バッテリを充電する、複線区間ではバッテリより電力を供給するようにしたものである。
【０００６】
請求項２においては、レール上を走行する機関車に集電格納装置を設けて、集電器を機体側方に出退可能に設ける構成であって、該集電格納装置は、集電器を取り付ける連結アームと、該連結アームを昇降する昇降アクチュエータと、該昇降アクチュエータを左右移動させる水平アクチュエータより構成したものである。
【０００７】
請求項３においては、レール上を走行する機関車のレールと平行に交流電流供給電線とトロリー線を架設し、該供給電線とトロリー線の間に複数整流器を配置する構成であって、供給電線に対して略等間隔で整流器を配置して接続し、該整流器に複数の分岐電線の一端を接続し、該複数の分岐電線の他端を略等間隔あけてトロリー線と接続したものである。
【０００８】
請求項４においては、交流電源を直流に変換してトロリー線から、または、機関車に搭載したバッテリから電力を供給してレール上を往復走行する機関車であって、前記機関車にトロリー線より電力を供給するための集電器を配置し、該集電器に放電補償定電圧装置を接続し、該放電補償定電圧装置にバッテリとモータを接続し、該放電補償定電圧装置によりトロリー線から電力を供給するときはモータに電力を安定供給するとともにバッテリを充電するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は機関車走行機構を示す図、図２は単線区間における機関車及びトンネルの正面図、図３は機関車の側面図、図４は集電器格納機構を示す図、図５は離合区間における機関車及びトンネルの正面図、図６は集電器の側面図、図７は集電器の平面図、図８はピックアップの底面図、図９は図８におけるＡ−Ａ線矢視図、図１０はピックアップの正面図、図１１はピックアップの背面図、図１２はトロリー線とハンガーを示す図、図１３はモータへの電力供給構成を示すブロック図、図１４はトロリー線への電力供給間隔を示す図である。
【００１０】
まず、本発明に係る機関車の走行機構について、図１を用いて説明する。
機関車８はトンネル１内に長手方向に敷設されたレール１９上を走行する。機関車８の走行区間は、トンネル入り口立坑区間７０からトンネル工事区間である切羽区間７４までの間において、複線で構成した立坑区間７０と、単線区間７１と、電車の擦れ違い区間で複線とした離合区間７２と、後続設備区間７３が構成され、機関車８はこれらの区間を順次走行する。９４は、単線から複線にわかれる分岐位置である。機関車８には運搬車両１０が接続されており、該運搬車両１０に荷物を載せて機関車８が牽引して走行する。
【００１１】
トンネル１内またはトンネル１外部には、交流電流を供給する交流電源１１が装備されており、トンネル１内の長手方向に電線２３が架設され、該電線２３に交流電源１１より電力が供給される。単線区間７１には、電線２３と平行にトロリー線１３が配設されており、該電線２３とトロリー線１３の間には、トンネル１内の長手方向に適宜間隔をおいて複数個配置された整流器１２・１２・・・が介装されて接続されている。交流電源１１より供給された交流電流は、整流器１２で直流に変換され、トロリー線１３に供給される。機関車８には集電器１４が装備されており、該集電器１４の集電子３６が前記トロリー線１３と接触して電力が供給され、この電力によりモータを駆動し、機関車８が走行するようにしている。
【００１２】
トロリー線１３が配設されない切羽区間７４、後続設備区間７３、離合区間７２、立坑区間７０では、機関車８は、機体に搭載されたバッテリ９からの電力によって走行する。トロリー線１３が配設されない区間とトロリー線１３配設区間との境界部分には後述するピックアップガイド１５が配設されており、該ピックアップガイド１５が集電子３６をトロリー線１３に接触するよう導き、集電子３６とトロリー線１３とが接続される。
【００１３】
前記トロリー線１３は、図２に示すように、単線区間７１においては、機関車８の集電器１４と接触するように、トロリー線支柱１７に支持されている。該トロリー線支柱１７は側面視Ｆ状に構成され、水平方向に突出した上下の支持杆の先端から下方に支持体を垂設して、該支持体の下端にトロリー線１３を架設している。
図１２に示すようにトロリー線１３の導体４５は、下部のみが露出するようにその他の周囲が絶縁物２９で被装されていて、該露出部分は集電器１４と接触するように構成している。トロリー線１３の該絶縁物２９が所定間隔をあけてハンガー３０で挟持支持されて、トロリー線支柱１７に固定されている。前記ハンガー３０は、ハンガー本体３５上部が碍子ピン３１を介して碍子３２に固定され、該碍子３２の上部がキャップ３３が覆われ、該キャップ３３の上部がボルト３４によりトロリー線支柱１７の先端に固定されている。
【００１４】
機関車８に対してトロリー線配設側の反対側の空きスペースに柵５０が設けられており（図２図示）、該柵５０とトンネル内壁５１との間の領域を作業者のための歩道５２としている。
【００１５】
そして、図５に示す離合区間７２では、集電器１４の集電子３６を機関車８の機体側に収納し、断面積が小さいトンネルで、機関車８の擦れ違う時に集電器１４が邪魔にならないようにしている。
単線区間７１でトロリー線１３下部に接触する集電器１４の集電子３６は、機関車８が離合区間７２に移る際に、集電器格納装置２２によって若干下方に移動してトロリー線１３から離れて機関車８機体側に収納する。つまり、集電器１４は機体側方に出退可能に配設され、その構成は後述する。
【００１６】
離合区間７２の始端側と終端側や立坑区間７０の端部等、つまり、トロリー線１３が途切れるトロリー線１３の端部にはピックアップガイド１５が設けられて、集電器１４との接離がスムースにできるようにしている。以下に該ピックアップガイド１５の構成について図８乃至図１１を用いて説明する。
ピックアップガイド１５は、ピックアップガイド本体２５と、ピックアップガイド本体２５上部に六角ボルト２６で固定される支持金具２７と、ピックアップガイド本体２５下部に固定されたジョイント２８とで構成される。筐体であるピックアップガイド本体２５は、下方が開放されており、開放部に集電子３６が挿入されるよう、開放部を機関車８側方に向けてトンネル１内に配設されている。開放部は入り口側２５ａから出口側２５ｂにかけて狭くなるよう、上面部分は下方に向かって傾斜し、側面部分は内部に向かって傾斜している。トロリー線１３が配線されない区間を走行していた機関車８がトロリー線１３配線区間へ進入する際、集電器１４はピックアップガイド本体２５の広く開口される入り口側２５ａから入り、後方の徐々に狭くなるピックアップガイド本体２５内を経て、出口側２５ｂに位置するトロリー線１３端部に接触し、トロリー線１３より電力が受けられるようになる。また逆に、トロリー線配線区間内を走行していた機関車８が、トロリー線１３配線区間外に出る際は、ピックアップガイド１５を経て、集電子３６はトロリー線１３端部から離れる。
【００１７】
前記機関車８は図３、図４に示すように、矢印Ｆ方向を前方とすると、機体７５の下部には走行輪５３・５３・・・を配置してレール１９上を走行可能とし、該走行輪５３・５３・・・にはモータと変速装置を介して連動連結されている。機体７５前端には連結具７６が配置され、台車等と連結して荷物を運搬できるようにしている。機体７５中央上にはバッテリ９が載置され、機体７５左右一側に集電器格納装置２２が配置され、左右一側（左側）から集電器１４を出退可能としている。機体７５後部には運転部７７が配置され、該運転部７７はステップ７８側部に操作盤７９を立設し、該操作盤７９内にコントローラ６２を配置し、該操作盤７９上に操作パネル８０を配置している。該操作パネル８０上には操作ボタンやメーターや走行レバー８１等を配置している。
【００１８】
前記機関車８に配置した集電器１４には、図１３に示すように、放電補償定電圧装置２１が接続されており、該放電補償定電圧装置２１にはバッテリ９とモータ駆動回路９６を介してモータ２４に接続されている。このようにしてトロリー線１３より集電器１４を介して供給された電力は、放電補償定電圧装置２１からモータ２４を駆動するとともにバッテリ９を充電する。
【００１９】
該放電補償定電圧装置２１は、モータ２４とバッテリ９とに電力を供給するが、例えば、下り坂や制動時等では、モータ２４を駆動する必要がないため、モータ２４に電力を供給せずバッテリ９に電力を供給して充電する。なお、減速時において回生制動することもできる。また、整流器１２からの電圧は電圧変動が大きいため、放電補償定電圧装置２１により安定した電圧を供給する。また、放電補償定電圧装置２１はバッテリ９の過充電を検知した場合には、充電回路を切断させ、バッテリ９を保護する。
そして該放電補償定電圧装置２１は、機関車８がトロリー線１３を配設してない区間等を走行する際には、集電器１４側への逆流を防止し、バッテリ９からモータ２４へ電力を供給する。トロリー線１３配設区間であるか否かを判断するために、機関車８にはセンサー６０が設けられ制御手段となるコントローラ６２と接続されている。該センサー６０は離合区間７２の始端と終端位置の分岐部に配置した被検知体６１を検知するようにしている。つまり、分岐部には磁石や突起等より構成した被検知体６１がレール１９近傍に配置され、該被検知体６１の配設位置に合わせて機関車８の機体にセンサー６０が配置されている。
【００２０】
このような構成において、単線区間７１から離合区間７２または立坑区間７０に入ったときに、機関車８に設けたセンサー６０が被検知体６１を検知すると、自動的に集電器１４を収納し、モータ２４への給電をトロリー給電からバッテリ給電に切り換えるようにコントローラ６２で制御する。この切換は放電補償定電圧装置２１で行う。
そして、離合区間７２または立坑区間７０から単線区間７１に入るときには、センサー６０が被検知体６１を検知し、自動的に集電器１４を突出させて、モータ２４への給電をバッテリ給電からトロリー給電に切換えるようにコントローラ６２で制御するのである。また、立坑区間７０の入口には被検知体６４・６４が、後続設備区間７３の入口には被検知体６５がそれぞれ配置されて、前記同様に、センサー６０の検知によりバッテリ９から電力を供給するように制御している。
【００２１】
また、整流器１２からトロリー線１３に安定して電力を供給できるように、図１４に示すように、整流器１２とトロリー線１３との間に複数の分岐電線６３・６３・・・を並列接続している。つまり、整流器１２から遠く離れるほど電線の抵抗が大きくなるため電圧降下が大きくなり、供給電圧が低下して走行速度が低下したり、制御が不安定となったりするので、供給電線２３に対して略等間隔で整流器１２・１２・・・を配置して接続し、該整流器１２に複数の分岐電線６３・６３・・・の一端を接続し、該複数の分岐電線６３の他端を略等間隔あけてトロリー線１３と接続している。つまり、一個の整流器１２から所定間隔を隔てた位置のトロリー線１３と整流器１２との間に分岐電線６３・６３・・・を接続することにより、略均一な電圧の電力を供給するようにしている。本実施例においては、整流器１２から最も近い位置のトロリー線１３と接続した位置をＤ点とし、Ｄ点とＤ点との間を二等分する点をＡ点とし、前記Ａ点からＡ点までの距離を、一つの整流器の電力供給区間Ｂとし、一整流器電力供給区間Ｂを更に六等分した点を図面左側からａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６とすると、等間隔となるようにａ１、ａ３、ａ５に分岐電線６３・６３・６３を接続して、電力供給区間Ｃが略等間隔となるようにしている。このように接続した場合、各分岐電線からの電力供給区間Ｃは、一つの整流器１２から電力を供給する区間Ａの三分の一の長さとなり、電圧降下が小さくなる。なお、一整流器電力供給区間であるＢ区間とＢ区間との間において、トロリー線は断線されている。なお、本実施例においては、電力供給区間を三分の一となるように構成しているが、一電線電力供給区間を狭くすることで、電圧降下の程度を下げる効果が得られればよく、電力供給区間を何等分にするかを限定するものではない。
【００２２】
次に、集電器１４の集電子３６格納機構について、図３、図４、図６、図７を用いて詳細に説明する。
まず集電器１４の構成について説明する。
集電器１４は上下一対設けられ、正負の直流電流を供給できるようにしている。該集電器１４は、前後中央にブラケット３９を設け、該ブラケット３９は、側面視略コの字状で、開口部をそれぞれ前後に向けて配設され、背板４０同士がボルト締めにより固定されている。該ブラケット３９の前後に枢軸４１・４１を上下方向に配置して回転自在に支持し、該枢軸４１・４１の上下中途部の側面にアーム３７・３７の一端がピン８２により枢支され、該アーム３７・３７は前方及び後方に突出されて、上下回動自在に枢支されている。該アーム３７・３７の他側とブラケット３９上面に固設した上部板４２・４２との間にバネ４４・４４が介装されて、アーム３７・３７を上方へ回動するように付勢されている。８４は該アーム３７・３７の上方への回動を規制するストッパーである。
【００２３】
前記アーム３７・３７の他端にはトロリー線１３と接触して電力を供給する集電子３６・３６の取付体８５・８５が左右回動自在に軸８６・８６により枢支され、該取付体８５・８５に集電子３６・３６が前後揺動自在にピン８７・８７により枢支されている。該集電子３６・３６下部にリード線３８の一端が接続され、該リード線３８・３８の他端部３８ａ・３８ａが前記放電補償定電圧装置２１に接続される。
【００２４】
集電器１４は集電器格納装置２２に取り付けられている。該集電器格納装置２２は、図４に示すように、上下駆動装置８８と左右駆動装置８９よりなり、機体７５上に左右方向にレール９０を配置し、該レール９０上に摺動台９１を載置し、該摺動台９１の一端には水平アクチュエータとしてシリンダ９２のピストンロッド先端に枢結され、該シリンダ９２は機体７５上に固定され、該シリンダ９２は電動シリンダにより構成して前記コントローラ６２と接続している。前記摺動台９１上に昇降アクチュエータとして昇降シリンダ９３が上下方向に配置され、該昇降シリンダ９３も電動シリンダより構成して前記コントローラ６２と接続されている。該昇降シリンダ９３のピストンロッド９５の上下に連結アーム３７・３７を左右水平方向に突設して、該連結アーム３７・３７を機体７５より側方に突出し、該連結アーム３７・３７の先端に集電器１４・１４を取り付けている。
【００２５】
このような構成において、機関車８が離合区間７２に至ると、前記センサー６０が被検知体６１を自動的に検知して、昇降シリンダを作動させて集電器１４・１４を下降させて、集電子３６をトロリー線１３から離す。次に、シリンダ９２を縮小させて摺動台９１を摺動させて集電器１４・１４を機体７５側へ移動し、集電器１４・１４を機体７５内に格納する。格納が終了するとモータ２４を駆動して機関車８を前進させる。なお、シリンダ９２及び昇降シリンダ９３のストロークエンドにはセンサーが配置され、伸長した時と縮小した時が検知されて、格納及び張出の完了が検知されている。
離合区間７２において、対向車があると、退避位置で停止し、対向車がない場合にはそのまま前進して、センサー６０が被検知体６１を検知する。そして、集電器格納装置２２を駆動する。つまり、シリンダ９２を伸長して集電器１４・１４を側方へ突出し、更に、昇降シリンダ９３を縮小して、集電器１４・１４を上昇させ集電器１４をトロリー線１３に当接させる。なお、後側の集電子３６がトロリー線１３に当接していない場合には、前進時にピックアップガイド１５に導かれてトロリー線１３下方に接触し、トロリー線１３より給電されるようになるのである。
なお、離合区間７２において、前進時には左右一側のレールを使用し、後進時には左右他側を使用するように、ポイントが切り換えられるように制御されている。また、立坑区間７０においても同様の制御が行われる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００２７】
即ち、請求項１に示す如く、交流電源を直流に変換してトロリー線から、または、機関車に搭載したバッテリから電力を供給してレール上を往復走行する機関車であって、走行経路に交流電源を架設し、前記レールの単線区間の途中に複線区間を設け、単線区間にトロリー線を架設して、機関車は単線区間ではトロリー線より電力を供給し、かつ、バッテリを充電する、複線区間ではバッテリより電力を供給するようにしたので、バッテリより電力を供給して走行する距離を短くでき、単線区間ではバッテリを充電するので、機関車を停止させて充電する必要がなくなり、複線区間でのトロリー線が省かれ、トロリー配線が複雑にならない。また、トンネル等の狭い走行経路を機関車が走行する場合には、機関車を往復走行させて、途中の複線区間で対向することができる。
【００２８】
請求項２に示す如く、レール上を走行する機関車に集電格納装置を設けて、集電器を機体側方に出退可能に設ける構成であって、該集電格納装置は、集電器を取り付ける連結アームと、該連結アームを昇降する昇降アクチュエータと、該昇降アクチュエータを左右移動させる水平アクチュエータより構成したので、機関車の側方から電力を供給できるようになり、トンネル内等を走行する場合には、上方空間を大きくとることができて、荷物等の積載量を多くすることができる。また、複線区間での走行や格納時等では、集電器を格納することができ、機関車の車体幅を縮小でき、トンネル内走行ではトンネル径を小さくすることができ、格納空間も小さくすることができる。
【００２９】
請求項３に示す如く、レール上を走行する機関車のレールと平行に交流電流供給電線とトロリー線を架設し、該供給電線とトロリー線の間に複数整流器を配置する構成であって、供給電線に対して略等間隔で整流器を配置して接続し、該整流器に複数の分岐電線の一端を接続し、該複数の分岐電線の他端を略等間隔あけてトロリー線と接続したので、整流器からトロリー線へ供給される電圧は、整流器から離れても電圧降下が小さく略一定の電圧を供給できるようになり、供給電圧変動が小さくなり、安定した走行や制御が可能となる。
【００３０】
請求項４に示す如く、交流電源を直流に変換してトロリー線から、または、機関車に搭載したバッテリから電力を供給してレール上を往復走行する機関車であって、前記機関車にトロリー線より電力を供給するための集電器を配置し、該集電器に放電補償定電圧装置を接続し、該放電補償定電圧装置にバッテリとモータを接続し、該放電補償定電圧装置によりトロリー線から電力を供給するときはモータに電力を安定供給するとともにバッテリを充電するので、放電補償定電圧装置により、モータには電圧変動が殆どない安定した電力を供給することができて、安定走行が可能となり、また、モータ駆動時に電力が余っているときにはバッテリを充電することができ、効率良く電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機関車走行機構を示す図。
【図２】単線区間における機関車及びトンネルの正面図。
【図３】機関車の側面図。
【図４】集電器格納機構を示す図。
【図５】離合区間における機関車及びトンネルの正面図。
【図６】集電器の側面図。
【図７】集電器の平面図。
【図８】ピックアップの底面図。
【図９】図８におけるＡ−Ａ線矢視図。
【図１０】ピックアップの正面図。
【図１１】ピックアップの背面図。
【図１２】トロリー線とハンガーを示す図。
【図１３】モータへの電力供給構成を示すブロック図。
【図１４】トロリー線への電力供給間隔を示す図。
【符号の説明】
１　トンネル
８　機関車
９　バッテリ
１１　交流電源
１２　整流器
１３　トロリー線
１４　集電器
１５　ピックアップガイド
１９　レール
２１　放電補償定電圧装置
２２　集電器格納装置
２３　電線
２４　モータ
３６　集電子
３７　連結アーム
６３　分岐電線
７１　単線区間
７２　離合区間
７５　機体
８８　上下駆動装置
８９　左右駆動装置
９２　シリンダ
９３　昇降シリンダ
９４　分岐位置
【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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【図１４】
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