(57)【要約】【課題】交流と直流など、二つの異なる電気方式のき電接続がある電気鉄道において、その両電気方式の区間を直通運転する車両に対する様々な制約、問題点を解決する。【解決手段】列車の中央に集電装置をもたない交直流両用電気機関車１２ｃを配し、その前後片側に直流専用の集電装置ならびに遮断器などの制御装置と保護装置を持った被牽引車１１ｃを配し、その他側に交流専用の集電装置ならびに遮断器などの制御装置と保護装置を持った被牽引車１１ｄを配し、いずれの被牽引車も進行方向前方に備えた運転室１３ｃ，１３ｄから中央の電気機関車ならびに列車全体の制御を可能にし、当該交直流電気機関車には被牽引車から電力を給電するようにした。【選択図】      図５
2005051891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流き電と直流き電が接続される駅などの停車場において、交流電力が給電されている交流き電区間と直流電力が給電されている直流き電区間との間を、無電圧区間を介して接続し、
前記停車場の中央若しくはそれに類する位置に前記無電圧区間を設け、
前記無電圧区間を挟んで片側の交流き電と他側の直流き電とのいずれのき電区間も十分な長さを当該停車場の範囲内に設けたことを特徴とするき電装置。
【請求項２】
交流電力が給電されている交流き電区間と直流電力が給電されている直流き電区間との間を、無電圧区間を介して接続し、停車場の中央若しくはそれに類する位置に前記無電圧区間を設け、前記無電圧区間を挟んで片側の交流き電と他側の直流き電とのいずれのき電区間も十分な長さを当該停車場範囲内に設けたき電装置に対して、
前記停車場に到着する電気機関車と客車若しくは貨車などの被牽引車で編成された列車を、き電と一致した電気方式の電気機関車を列車の進行方向後方に組成し、その電気機関車の推進により走行し、前記停車場には、き電と同じ電気方式による運転で到着し、かつ折り返し発車することを特徴とする列車編成。
【請求項３】
上記機関車列車の被牽引車は、その主たる進行方向後部に連結した電気機関車ならびに列車全体を制御することが可能な運転室などの機能を進行方向前方の少なくとも一箇所に備え、その運転室などの機能は当該列車の進行方向により、列車後方に連結された交流若しくは直流電気機関車専用のものにしたことを特徴とする請求項２記載の列車編成。
【請求項４】
客車若しくは貨車などの被牽引車の進行方向の片側には交流専用電気機関車を連結し、他側には直流専用電気機関車を連結し、自車に搭載している集電装置により集電するしないにかかわらず、それぞれの電気機関車の前方運転台で、他方の電気機関車の制御を可能にしたことを特徴とする列車編成。
【請求項５】
列車の中央に集電装置をもたない交直流両用電気機関車を配し、その前後片側に直流専用の集電装置ならびに遮断器などの制御装置と保護装置を持った被牽引車を配し、その他側に交流専用の集電装置ならびに遮断器などの制御装置と保護装置を持った被牽引車を配し、いずれの被牽引車も進行方向前方に備えた運転室から中央の電気機関車ならびに列車全体の制御を可能にし、当該交直流電気機関車には被牽引車から電力を給電するようにしたことを特徴とする列車編成。
【請求項６】
直流専用電車の主たる進行方向後端に交流専用電気機関車と連結できる連結器を備え、前記交流専用電気機関車を制御することが可能な運転室などの機能を主たる進行方向前方に備え、前記連結器によって交流専用電気機関車を前記直流専用電車の主たる進行方向後部に連結し、交流き電区間では、前記主たる進行方向前方の運転室から前記交流電気機関車を制御するようにした列車編成。
【請求項７】
前記直流専用電車は、前記主たる進行方向の後部に連結された交流専用電気機関車から当該電車の電気方式に変換した電力の供給を受けることにより走行するようにしたことを特徴とする請求項６記載の列車編成。
【請求項８】
前記交流専用電気機関車は、自力で走行するための装置を持たず、前記直流専用電車への電力変換、供給する手段のみを備えたことを特徴とする請求項６又は７記載の列車編成。
【請求項９】
直流専用電車と交流専用電車を連結した列車編成であって、停車場においては、それぞれの電気方式のき電区間内にあってそれぞれ受電可能であり、上記停車場に到着する場合は、電気方式がき電と異なる進行方向前位の電車の運転台において、電気方式がき電方式と適合している進行方向後位の電車を制御し、当該進行方向後位の電車の推進により、交流区間、直流区間のいずれの区間にも直通運転する列車編成。
【請求項１０】
交流専用電車と直流専用電車とを連結した列車編成であって、
前記交流専用電車は、自車内で交流電力を一旦直流電力に変換する第１の電力変換装置と、当該第１の電力変換装置の変換して直流電力を交流電力に再変換して走行電力とする第２の電力変換装置とを備え、
前記直流専用電車は、前記交流専用電車から直流電力の供給を受けて自車の走行電力に変換する電力変換装置に供給する電力接続手段を備え、
前記交流専用電車は、前記直流専用電車の直流電力を受けて前記第２の電力変換装置の直流側に供給する電力接続手段を備え、
前記交流専用電車と直流専用電車とのいずれもが、自車の電気方式と異なるき電区間において走行に必要な電力を他方の電車から受けて走行するようにした列車編成。
【請求項１１】
電気機関車との併結が可能な被牽引車であって、
前記電気機関車と互いに総括制御運転が可能であり、
電動機により走行する電車方式であるが、電車線からの電力供給などを必要としないディーゼルエンジンなどの動力源と、当該動力源からの電力を変換して電動機に供給する第１の電力変換装置と、電車線からの電力供給や自車に搭載した電池などの電気による動力源の電力を変換して前記電動機に供給する第２の電力変換装置との両方を搭載し、集電装置を搭載せず、
非電化区間では前記エンジンなどの自車動力源により走行し、電化区間においては、前記併結可能な電気機関車と連結し、当該電気機関車に搭載した集電装置により受電し、前記被牽引車の電気方式に変換された電力を受電して前記第２の電力変換装置に供給することを特徴とする被牽引車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流と直流など、異なる電気方式のき電接続がある電気鉄道におけるき電装置、列車編成及び被牽引車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気鉄道は、変電所からの電力を架空電車線などに供給し、車両に設けられた集電装置で受電し、車両の電動機を駆動することで走行するのが一般的である。この電車線に給電される電気方式には、直流、交流の違いとその電圧の違いのほか、同じ電圧の交流であっても周波数の違いがあるのが一般的である。このような各々の電気方式に応じた車両が製作されているほか、異なる二つ以上の電気方式の区間を直通運転するための複数電源に対応した電気車両もすでに使用されている。
【０００３】
異なる二つ以上の電気方式の区間を直通運転する方法として、客車や貨車などを機関車で牽引する方式においては、それぞれの区間の電気方式に応じてその電気方式専用の電気機関車を交換することで客車や貨車を直通運転する方法と、異なる二つ以上の電気方式に対応した電気機関車を使用して、機関車交換をしないで直通運転する方法がある。また、電車の場合は、異なる二つ以上の電気方式に対応した電車を使用して直通運転する方法などがある。
【０００４】
一方、き電の構成の面からは、異なる二つの電源がある場合には、一般にデッドセクションと呼ばれる無電圧区間を設け、その区間を通過する間に車両側の電気方式を切替える「車上切替方式」と呼ばれる方式と、駅などの停車場の特定の区間の架空電車線が電源を切替えられるき電構成になっていて、車両の集電装置を一旦電車線から離すとともに、車両側の電気方式を切替えておき、また地上側で架空電車線の電源を切替えておき、車上、地上双方の切替えが行われた後に、再び集電装置を電車線に接し、以降の走行を開始する「地上切替方式」と呼ばれる方式、あるいは架空電車線の切替えに対応して、その電気方式の電気機関車に交換する方法などがある。
【０００５】
図１６は、従来の車上切替方式を簡易的に図示したもので、図中、交流直流両用の交直流電気車両１が右側から進行し、直流変電所（送電所）３により直流電力が給電されている直流架線５から交流変電所（送電所）４により交流電力が供給されている交流架線７にパンタグラフ２が移動するのにあわせて、車両側の電気方式を直流から交流に切替える。通常、無電圧区間６はその車両側の切替に要する時間に対し充分な区間長をもっており、電気車の速度が高くてもこの無電圧区間６を走行している間に切替可能であるようになっている。車両側の電気方式の切替が完了した後は、通常の走行により停車場８に到着する。
【０００６】
一方、図１７は、従来の地上切替方式を簡易的に図示したもので、交流直流両用の交直流電気車両１が、一旦、停車場８に到着する。いま仮に、図中右側から進行してきたとすると、車両１は直流変電所（送電所）３により直流電力が給電されている直流架線５から受電しており、車両の電気方式は当然直流である。停車場８を出発して、図中左側の交流変電所（送電所）４により交流電力が供給されている交流き電区間７に進入するためには、車両側の電気方式を直流から交流に切替える必要がある。地上切替方式の場合には、停車場の特定の電車線は、交流、直流いずれのき電も可能な構成になっており、切替器１０を交流側、直流側のどちらに転換するかによって両用区間９の電気方式が選択できる。ただし、この場合は、車両１のパンタグラフ２を一旦降下させるとともに、車両１側の電気方式を切替え、地上側の電気方式の切替も完了したことを確認した上で、再度パンタグラフ２を上昇させる必要がある。国内では、走行中のパンタグラフの降下、上昇は行っていないため、地上切替方式の場合には、乗客の乗降や乗務員交代に関係なく、その列車は必ず停車しなければならない。
【０００７】
なお、海外では、到着駅のき電方式がそれ以降の電気方式になっていて、そこに進入する列車は機関車のパンタグラフを降下させて惰行運転にて到着し、構内入換用のディーゼル機関車にて到着した列車から機関車を切放し、新しい電気方式の電気機関車を客車や貨車に連結し直して以降の運転を継続する方法もある。
【０００８】
そのほか、同じ電気方式であっても、電車線の強度や張力、構造などの都合により、電車線に対する集電装置に対しても仕様が限定されることがあり、その仕様を満たした集電装置でなければ、その線区に入線できない場合がある。もちろん、架空電車線と第三軌条とのように、構造がまったく異なる場合もあり、この場合には、架空電車線用の集電装置と第三軌条用の集電装置の両方を用意しなければならない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の種々の電気方式切換方式においては、下記のような解決すべき問題点があった。
【００１０】
車上切替方式を採用するには、当然のことながらその車上切替方式に対応可能な電気車を製作する必要がある。その場合、電気車には複数の電源に対応した装置と保護装置を搭載させなければならないが、これは車両の限られた大きさ、重さ、価格の制約とは相反するものである。また副次的な問題点として、入線できる線区が広がると、その線区に対応した保護設備や無線装置なども併せて搭載しなければならず、上記の問題点を助長する。
【００１１】
他方、地上切替方式の場合には、本来、必要停車する必要がない駅であっても、電気方式切替のためにだけその駅に停車する必要があるほか、車上、地上双方の切替確認を伴うため、長時間の停車を要する問題点がある。また、機関車交換を行う場合、客車の冷暖房などのサービス電源を機関車から供給する構成では、機関車交換の間はその電源供給が断たれてしまい、乗客へのサービス低下を来す問題点のほか、バックアップ用の電源を搭載し、あるいは客車に本格的な電源を搭載する必要があるなど、機関車交換に起因する問題点がある。
【００１２】
輸送需要などの都合により終着駅になることが一般的な駅があって、その駅を境に電気方式が切替わるような構成の場合、その駅の手前に、例えば直流から交流に切替える「交直セクション」を配置すると、その交直セクションから停車場までのほんのわずかな距離だけのために交直流両用の電気車を使用しなければならない無駄がある。列車到着時は惰行でもよいが、折返して出発するためには、その場所で受電できる電気方式に対応できる必要があるためである。この場合、車両自体のコストの問題のほか、検修、運用の面からも明らかに不利である。
【００１３】
さらに、電車線に対して集電装置が限定される場合、電気方式が同じであれば変換装置などを複数搭載する必要はないが、そうでなければ集電装置を複数搭載する必要があり、車両の限られた大きさ、重さ、価格の制約とは相反するものとなる。検修、運用の面からも、明らかに不利となる。特に、架空電車線と第三軌条のように構造がまったく異なる場合、上記の問題点は明らかである。
【００１４】
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、交流と直流など、二つの異なる電気方式のき電接続がある電気鉄道において、その両電気方式の区間を直通運転する車両に対する様々な制約、問題点を解決することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のき電装置は、交流き電と直流き電が接続される駅などの停車場において、交流電力が給電されている交流き電区間と直流電力が給電されている直流き電区間との間を、無電圧区間を介して接続し、前記停車場の中央若しくはそれに類する位置に前記無電圧区間を設け、前記無電圧区間を挟んで片側の交流き電と他側の直流き電とのいずれのき電区間も十分な長さを当該停車場の範囲内に設けたものである。
【００１６】
請求項２の発明の列車編成は、交流電力が給電されている交流き電区間と直流電力が給電されている直流き電区間との間を、無電圧区間を介して接続し、停車場の中央若しくはそれに類する位置に前記無電圧区間を設け、前記無電圧区間を挟んで片側の交流き電と他側の直流き電とのいずれのき電区間も十分な長さを当該停車場範囲内に設けたき電装置に対して、前記停車場に到着する電気機関車と客車若しくは貨車などの被牽引車で編成された列車を、き電と一致した電気方式の電気機関車を列車の進行方向後方に組成し、その電気機関車の推進により走行し、前記停車場には、き電と同じ電気方式による運転で到着し、かつ折り返し発車することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２の列車編成において、上記機関車列車の被牽引車は、その主たる進行方向後部に連結した電気機関車ならびに列車全体を制御することが可能な運転室などの機能を進行方向前方の少なくとも一箇所に備え、その運転室などの機能は当該列車の進行方向により、列車後方に連結された交流若しくは直流電気機関車専用のものにしたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の発明の列車編成は、客車若しくは貨車などの被牽引車の進行方向の片側には交流専用電気機関車を連結し、他側には直流専用電気機関車を連結し、自車に搭載している集電装置により集電するしないにかかわらず、それぞれの電気機関車の前方運転台で、他方の電気機関車の制御を可能にしたものである。
【００１９】
請求項５の発明の列車編成は、列車の中央に集電装置をもたない交直流両用電気機関車を配し、その前後片側に直流専用の集電装置ならびに遮断器などの制御装置と保護装置を持った被牽引車を配し、その他側に交流専用の集電装置ならびに遮断器などの制御装置と保護装置を持った被牽引車を配し、いずれの被牽引車も進行方向前方に備えた運転室から中央の電気機関車ならびに列車全体の制御を可能にし、当該交直流電気機関車には被牽引車から電力を給電するようにしたものである。
【００２０】
請求項６の発明の列車編成は、直流専用電車の主たる進行方向後端に交流専用電気機関車と連結できる連結器を備え、前記交流専用電気機関車を制御することが可能な運転室などの機能を主たる進行方向前方に備え、前記連結器によって交流専用電気機関車を前記直流専用電車の主たる進行方向後部に連結し、交流き電区間では、前記主たる進行方向前方の運転室から前記交流電気機関車を制御するようにしたものである。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項６の列車編成において、前記直流専用電車は、前記主たる進行方向の後部に連結された交流専用電気機関車から当該電車の電気方式に変換した電力の供給を受けることにより走行するようにしたことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項６又は７の列車編成において、前記交流専用電気機関車は、自力で走行するための装置を持たず、前記直流専用電車への電力変換、供給する手段のみを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項９の発明は、直流専用電車と交流専用電車を連結した列車編成であって、停車場においては、それぞれの電気方式のき電区間内にあってそれぞれ受電可能であり、上記停車場に到着する場合は、電気方式がき電と異なる進行方向前位の電車の運転台において、電気方式がき電方式と適合している進行方向後位の電車を制御し、当該進行方向後位の電車の推進により、交流区間、直流区間のいずれの区間にも直通運転するものである。
【００２４】
請求項１０の発明は、交流専用電車と直流専用電車とを連結した列車編成であって、前記交流専用電車は、自車内で交流電力を一旦直流電力に変換する第１の電力変換装置と、当該第１の電力変換装置の変換して直流電力を交流電力に再変換して走行電力とする第２の電力変換装置とを備え、前記直流専用電車は、前記交流専用電車から直流電力の供給を受けて自車の走行電力に変換する電力変換装置に供給する電力接続手段を備え、前記交流専用電車は、前記直流専用電車の直流電力を受けて前記第２の電力変換装置の直流側に供給する電力接続手段を備え、前記交流専用電車と直流専用電車とのいずれもが、自車の電気方式と異なるき電区間において走行に必要な電力を他方の電車から受けて走行するようにしたものである。
【００２５】
請求項１１の発明は、電気機関車との併結が可能な被牽引車であって、前記電気機関車と互いに総括制御運転が可能であり、電動機により走行する電車方式であるが、電車線からの電力供給などを必要としないディーゼルエンジンなどの動力源と、当該動力源からの電力を変換して電動機に供給する第１の電力変換装置と、電車線からの電力供給や自車に搭載した電池などの電気による動力源の電力を変換して前記電動機に供給する第２の電力変換装置との両方を搭載し、集電装置を搭載せず、非電化区間では前記エンジンなどの自車動力源により走行し、電化区間においては、前記併結可能な電気機関車と連結し、当該電気機関車に搭載した集電装置により受電し、前記被牽引車の電気方式に変換された電力を受電して前記第２の電力変換装置に供給するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態のき電装置を示している。本実施の形態のき電装置では、従来では通常、停車場の外に設けていた無電圧区間６を停車場８の中央付近に設けたことを特徴としている。すなわち、交流き電４と直流き電３が接続される駅などの停車場８において、交流電力が給電されている交流き電区間７と直流電力が給電されている直流き電区間５との間に無電圧区間６を接続し、この無電圧区間６を停車場８の中央若しくはそれに類する位置にし、この無電圧区間６を挟んで片側の交流き電４と他側の直流き電３とのいずれのき電区間５，７も停車場８に対して十分な長さを当該停車場８の範囲内に設けている。
【００２７】
これにより、第１の実施の形態のき電装置では、特に電車の場合を例にとると、停車場８である電車用ホームの長さを到着する直流専用電車１ａや交流専用電車１ｂの列車長に対して、停車に十分な長さを確保しておけば、交流に対応可能な電車でなくても図中右側の直流区間５を進行してきた直流専用電車１ａは停車場８に到着することが可能であり、同様に直流に対応可能な電車でなくても図中左側の交流区間７を進行してきた交流専用電車１ｂは停車場８に到着することが可能である。また、交直両用電車を使用した場合にも電気方式の切替動作が不要であるから、乗務員の扱いが簡略化できるだけでなく、切替時に動作が必要な特高機器についても動作回数を低減でき、検修の面からも有利である。
【００２８】
なお、列車１ａ，１ｂの到着時の停車位置誤差を考慮すると、パンタグラフ２ａ，２ｂの位置はなるべく異電源から遠い側に配置するほうが防護上得策である。また交流から直流へ、あるいは直流から交流への異電源区間への電気車の冒進に対する保護方法については、それまで受電していたはずの電圧がなくなったことを検知して、それを異電源への冒進と判断し、車両側の受電回路に設けられた遮断器を開く方法やヒューズを用いた方法など、すでにいくつかの方法が実用化されているので、本実施の形態においても、これらの保護方法を併用することができ、それによって、万一停車すべきであった位置を列車１ａ，１ｂが通りすぎてしまったときにも重大事態を避けることができる。
【００２９】
図２は、本発明の第２の実施の形態のき電装置と列車編成を示している。客車や貨車などの機関車によって牽引される被牽引車１１は、電気機関車（ここでは直流電気機関車）１２に牽引されるだけでなく、推進運転も可能なように電気機関車１２と反対側に運転室１３を設け、ここから自車のブレーキ動作などはもちろん、電気機関車１２の制御が可能であるような運転に必要な設備と、電気機関車１２と被牽引車１１との間の電気及び空気連結器を用意している。
【００３０】
き電装置側は、交流き電４と直流き電３が接続される駅などの停車場８において、交流電力が給電されている交流き電区間７と直流電力が給電されている直流き電区間５との間に無電圧区間６を接続し、この無電圧区間６を停車場８の中央若しくはそれに類する位置にし、この無電圧区間６を挟んで片側の交流き電４と他側の直流き電３とのいずれのき電区間５，７も停車場８に対して十分な長さを当該停車場８の範囲内に設けている。
【００３１】
無電圧区間６を停車場８のほぼ中央に配置したことにより、図中右側から進行してきた列車は、本実施の形態の推進運転によれば、直流を受電したままこの停車場８に直流電気機関車１２で到着することができ、再び、右方向に出発することができる。もちろん、図中左方向からは、交流電気機関車により推進運転された列車が到着可能であり、そのまま、左方向に出発可能である。したがって、この駅が折り返しになる列車の場合には、従来のように交直流両用の電気機関車を使用しなくてよい。
【００３２】
図３は、本発明の第３の実施の形態のき電装置と列車編成を示している。き電装置は図２に示した第２の実施の形態と同様である。そして列車編成としては、被牽引車１１の両端に運転室１３ａ，１３ｂを設けている。運転室１３ａは交流電気機関車を制御可能な運転室であり、運転室１３ｂは直流電気機関車を制御可能な運転室である。
【００３３】
本実施の形態の列車編成にあっては、被牽引車１１の左側端に交流電気機関車１２を連結した場合、被牽引車１１の右端の運転室１３ａにて運転可能であるほか、同じ被牽引車１１であっても、反対側には直流電気機関車を連結することによって左端の運転室１３ｂにて運転可能であるから、ひとつの被牽引車１１を直流区間５用にも交流区間７用にも使用することができる。もちろん、運転室１３ａ，１３ｂは、交流専用、直流専用に限定する必要はなく、各運転室を両用にしておくことで、被牽引車が運用上の何らかの事情で反転したときや、交流区間であれば交流区間内で反対側に機関車を連結したときもに推進運転することができ、運用上の制約が少なくなるので好都合である。なお、被牽引車１１の編成の中に組み込んでしまえるような貫通型の運転室構成にしておけば、編成両数を増減させる場合にも、いちいち運転室を持った車両を抜く必要がないので運用上も効率的である。
【００３４】
また、交流区間７と直流区間５の直通運転方法として、図３に示すように左側の交流区間７から到着した列車の先頭側（本図右側）はすでに直流区間内であるから、被牽引車１１を客車とした例では、客車は停車場８としての駅ホームに到着したまま、右側に直流電気機関車を連結すればそのまま直流区間５への直通運転が可能である。したがって、この方式であれば、交直両用電気機関車を用意しなくても、交流区間７から直流区間５への直通運転が可能である。なお、この際、いままで推進してきた交流電気機関車１２を切放す必要があり、客車の冷暖房などのサービス電源を機関車から供給する方式の場合には、一旦その電源供給が絶たれてしまうが、その停電時間は同じ側に機関車を連結する従来の機関車交換方式に比べ、はるかに短時間ですむ利点がある。
【００３５】
図４は、本発明の第４の実施の形態の列車編成を示している。第３の実施の形態の列車編成の場合、機関車１２の交換を伴うために短時間ではあっても機関車交換の時間が発生する。本実施の形態の列車編成では、列車の図中右側には直流電気機関車１２ａを、図中左側には交流電気機関車１２ｂを常時連結している。ただし、いずれの電気機関車１２ａ，１２ｂも他方の電気機関車の制御が可能であるように被牽引車１１と機関車１２ａ，１２ｂとの電気及び空気連結器や指令線を構成している。
【００３６】
いま、先頭側の交流電気機関車１２ｂが直流電気機関車１２ａを制御可能であるように構成すれば、図中右側から到着した列車は右側の直流電気機関車１２ａの推進運転で停車場８に到着できる。そしてそのまま交流電気機関車１２ｂのパンタグラフを上昇させ、次に直流電気機関車１２ａのパンタグラフを降下させれば、そのままで以降の交流区間７側への運転が可能である。
【００３７】
停車場８のほぼ中央に無電圧区間６を用意する必要があるが、この実施の形態では、機関車列車であるため、パンタグラフは列車のほぼ両端に位置するから、停車位置の誤差に対しては有利である。
【００３８】
図５は、本発明の第５の実施の形態のき電装置及び列車編成を示している。列車のほぼ中央位置に交直両用電気機関車１２ｃを配置し、両側に被牽引車１１ｃ，１１ｄを連結している。なお、この交直両用電気機関車１２ｃにはパンタグラフを搭載していない。代わりに両端の被牽引車１１ｃ，１１ｄにパンタグラフ２ｃ，２ｄを搭載させ、また交直両用電気機関車１２ｃの運転が可能な運転室１３ｃ，１３ｄが列車編成の前後端に位置する被牽引車１１ｃ，１１ｃの端部に設けてある。この列車編成の回路構成が図６に示してある。
【００３９】
図５において、左側の交流区間７から到着した列車について説明する。運転室１３ｃでは、図中右方向への運転が可能であり、運転室１３ｄでは、左方向への運転が可能である。この図５の状態においては、左側の被牽引車１１ｄに搭載されたパンタグラフ２ｄから交流電力を受電し、図６における交流用の電気連結器２１ｄを介して編成中央の交直両用電気機関車１２ｃに搭載されている交流用遮断器２２ｄを経由して変圧器２３に交流電力を給電する。なお、通常、交流電気方式では電圧が高いため、変圧器２３を設けたが、変換装置２４でそのまま受電可能な電圧であれば、変圧器２３は不要である。
【００４０】
受電した交流を変換装置２４にて直流に変換し、切替器２５が交流側に切換えられている場合にはさらに変換装置２６により交流に再変換して電動機２７を駆動し、車両を走行させる。
【００４１】
左側の交流区間７から停車場８に到着した状態では、交流用のパンタグラフ２ｄは交流区間７内にあり、同時に直流用のパンタグラフ２ｃがすでに直流区間５内にあるので、直流用のパンタグラフ２ｃを上昇させ、交流用のパンタグラフ２ｄを降下させ、さらに切換器２５を直流側に反転する。これによって交流区間７から直流区間５への直通運転が可能になる。
【００４２】
図５において、右側の直流区間５から停車場８に到着した列車については、上記の場合とは逆に、右側の被牽引車１１ｃに搭載されたパンタグラフ２ｃから直流電力を受電し、図６における直流用の電気連結器２１ｃを介して編成中央の交直両用電気機関車１２ｃに搭載されている直流用遮断器２２ｃ、切替器２５を経由して変換装置２６に直流電力を給電する。受電する直流電力はこの変換装置２６により交流に変換して電動機２７を駆動し、車両を走行させる。
【００４３】
そして右側の直流区間５から停車場８に到着した状態では、直流用のパンタグラフ２ｃは直流区間５内にあり、同時に交流用のパンタグラフ２ｄがすでに交流区間７内にあるので、交流用のパンタグラフ２ｄを上昇させ、直流用のパンタグラフ２ｃを降下させ、さらに切換器２５を交流側に反転する。これによって直流区間５から交流区間７への直通運転も可能になる。
【００４４】
なお、ここに示した回路構成は簡略図であり、また変換装置の方式などについては特に限定しないが、直流区間５の運転のためには、一旦変換装置２４で交流を直流に変換する構成であることが必要である。また、電動機２７については、変換装置２６で交流を発生させる方式に限定する必要はない。
【００４５】
図６の回路構成においては、直流側に直流遮断器２２ｃ、交流側に交流遮断器２２ｄを設けている。通常の扱いのほか事故も考慮し、遮断のために当然遮断器が必要であるが、切替器２５と連動する保護協調回路を構成すれば、停車場８に停車しなくても地上切替により、直通運転が可能である。すなわち、無電圧区間６に進入する前に遮断器をいったん開いておき、次のき電区間に進入したら、切替器２５が反転していることを条件に新しいき電区間に対応した遮断器を投入すればよい。ただし、前述したような異電源区間への冒進に対する保護装置を車両側に設けるとその検知時間と動作に必要な時間の制約から、無電圧区間６の必要長が長くなり、停車場８内に設けることが困難になる可能性がある。その解決のため、ここでは図示しないが、従来から実用化されている速度制限装置を併用して上記無電圧区間６への進入速度を抑制する構成にする。
【００４６】
図７は、図６に示した列車編成の回路構成に対して、中央位置の交直両用電気機関車１２ｃに蓄電池２８を搭載した場合の回路構成を示している。この蓄電池２８は、機関車１２ｃの単機での移動手段として搭載したもので、列車全体を移動させる能力までは必要ないが、この電池２８を搭載すれば、パンタグラフを搭載した被牽引車から機関車１２ｃを切放した状態であっても、機関車１２ｃの移動、入換が可能である。
【００４７】
なお、機関車１２ｃの駆動源としては蓄電池２８に限定されることはなく、小型のエンジンと発電機などでもよい。ただし、変換装置２６の入力に合わせた直流を発生できる蓄電池とする方が構成上簡素化できる。そして蓄電池の場合、その充電が必要であるため、ここでは図示しないが、直流から直流への双方向の電圧変換装置を搭載して、通常運転時は電池の充電を行い、単機での移動の際に変換装置２６に適した電圧にする回路構成を採用することができる。
【００４８】
図８は、本発明の第６の実施の形態のき電装置と列車編成を示している。本実施の形態の列車編成は、直流専用電車１４ａと交流専用電気機関車１２ｂとを連結した構成である。直流専用電車１４ａと交流専用電気機関車１２ｂとは、電気、空気ともに連結可能である。また制御回路は、直流専用電車１４ａと交流専用電気機関車１２ｂとが互いに総括制御できるように構成してある。すなわち、直流専用電車１４ａの図中右側の運転室１３ｅでは、交流電気機関車１２ｂの制御が可能であるようにしてある。
【００４９】
これにより、図８中左側の交流区間７から停車場８に進入する列車は、運転室１３ｅで進行方向後部の交流電気機関車１２ｂを制御して、停車場８に推進運転で到着する。そして図９に示すように、直流専用電車１４ａのパンタグラフ２ｅを上昇させ直流架線５から受電可能な状態にし、交流電気機関車１２ｂのパンタグラフ２ｂを降下させることにより、運転室１３ｅで自車両を制御してそのまま右側の直流区間５に直通運転できる。
【００５０】
一方、列車が図８中右側の直流区間５から到着する場合は、交流電気機関車１２ｂにて直流電車１４ａを制御することで直流区間の運行と停車場８への到着が可能である。そして停車場８からそのまま左側の交流区間７へ直通運転するときには、交流用のパンタグラフ２ｂを上昇させ、直流用のパンタグラフ２ｅを降下させ、交流専用電気機関車１２ｂにて直流専用電車１４ａを牽引する。
【００５１】
異なる運転方法として、列車が停車場８に到着したら、図９のように直流専用電車１４ａのパンタグラフ２ｅを上昇させ、交流電気機関車１２ｂと切放して、電車１４ａのみ直流区間５に出発させる方法もある。列車到着時には、停車場８の交流区間７内に交流電気機関車１２ｂを待機させておき、通常の電車の増解結と同様に、図中右側から到着した直流専用電車１４ａを交流電気機関車１２ｂに連結し、その後、電車１４ａのパンタグラフ２ｅを降下させると、交流電気機関車１２ｂの牽引により以降の交流区間７への直通運転が可能となる。
【００５２】
この実施の形態では、停車場８の中央部分に無電圧区間６が設けてあるので電車１４ａ、機関車１２ｂともにパンタグラフ２ｂ，２ｅの位置と停車位置の関係が重要であるが、直流電車１４ａのパンタグラフ２ｅが無電圧区間６に近づかないよう電動車を片側に寄せるか、付随車にもパンタグラフを搭載して無電圧区間にパンタグラフが近づかないようにすれば、容易に実現可能である。
【００５３】
図１０は、図８の列車編成のような電気方式の異なる電気機関車と電車の併結において、電気方式がき電と異なる場合にも双方が力行可能であるように構成した回路構成を示している。ここでは、簡略化のために交流側の変圧器は省略している。
【００５４】
交流区間７を列車が走行する場合には、交流電気機関車１２ｂのパンタグラフ２ｂにより受電し、遮断器２２ｂを経て変換装置２４に交流電力を給電し、この変換装置２４により直流に変換し、自車の変換装置２６ｂに給電して電動機２７ｂにより走行するとともに、直流電車１４ａへの電気連結器２１ｅにより直流電車の変換装置２６ｅにも給電し、交流区間７において機関車１２ｂ、電車１４ａともに力行が可能である。ただし、交流区間７に入って走行する場合には、直流用のパンタグラフ２ｅは降下させている。
【００５５】
一方、交流区間７から直流区間５に直通運転する場合は、停車場８には交流電気機関車１２ｂのパンタグラフ２ｂにより受電して到着するが、直流電車１４ａのパンタグラフ２ｅはすでに直流区間５内にあるので、その位置でパンタグラフ２ｅを上昇させることが可能である。そこで、直流用のパンタグラフ２ｅを上昇させ、交流用のパンタグラフ２ｂを降下させ、直流区間５から直流電車１４ａの変換装置２６ｅに遮断器２２ｅを経て直流電力を給電し、変換装置２６ｅで直流に変換して電車１４ａの電動機２７ｅを駆動させる。これとともに、上記と反対に直流用のパンタグラフ２ｅからの直流を電気連結器２１ｅを介して電気機関車１２ｂの変換装置２６ｂにも給電し、交流電気機関車１２ｂも直流区間５で力行させることができる。この場合、電気機関車１２ｂのパンタグラフ２ｂは降下させている。
【００５６】
このように構成すれば、直流区間５に交流電気機関車１２ｂを連結したまま進入させる場合にも機関車１２ｂが無駄な荷重になって電車の運転特性が低下する心配がなく、また交流区間７に直流電車１４ａを進入させる場合には、通電容量として余裕を確保しやすい電気機関車１２ｂのパンタグラフ２ｂから受電できるので、電車１４ａが必要な電力を十分に供給することが可能である。
【００５７】
ここでは図示しないが、特に列車の運行に問題がなければ、上記の電気機関車１２ｂに相当する車両は単に交流を受電するための車両とし、走行する手段を持たない構成とすることもできる。電車、客車、貨車などが混在し、列車の牽引が必要であれば電気機関車としての能力を持つ必要があるが、単に異電源区間５，７への電車１４ａの直通運転用であれば、交流を受電して電車１４ａに給電できれば十分である。ただし、全く自力走行できない車両になると移動が不便であるので、自車の移動手段として図７に示したような電池２８や小型エンジンを搭載するほうが好ましい。
【００５８】
なお、ここでは交流電気機関車１２ｂと直流専用電車１４ａを例としたが、列車編成として、上とは逆に直流専用電気機関車と交流専用電車との組み合わせも可能である。
【００５９】
図１１と図１２は、本発明の第７の実施の形態のき電装置及び列車編成を示している。第７の実施の形態の列車編成は、異なる電気方式の電車を併結する場合の例である。電気機関車は出力、牽引力とも大きくすることが可能であるが、機関車方式の列車よりも電車方式の列車の方が好まれることがあり、海外でも電車方式に次第に移行しつつある。本実施の形態は、交流専用の電車１４ｂと直流専用の電車１４ａだけで、交流区間７と直流区間５とを双方向に直通運転することが可能な列車編成である。
【００６０】
図１１は、図中右側の直流区間５から列車が到着した場合を示す。このとき、直流区間５内に直流電車１４ａのパンタグラフ２ｅがあるので、直流電車１４ａは受電可能である。いままで電車と機関車の併結例で述べたように、先頭側の運転室で他方の制御が可能となるように構成し、推進運転で走行する方法と、他方のパンタグラフから受電して双方が力行する方法の両方が考えられる。
【００６１】
停車場８のほぼ中央位置に無電圧区間６を設けておけば、図１２に示すように両者１４ａ，１４ｂのパンタグラフ２ｅ，２ｆを上昇させることが可能であるから、停車場８においてどちらで受電するか切替えることできる。通常、同形式、同系列の電車同士では併結可能であるが、このように直流電車１４ａと交流電車１４ｂとを併結できるように構成し、き電装置として停車場８のほぼ中央位置に無電圧区間６を設ければ、従来のように交流直流両用の電車を使用しなくても互いに直通運転が可能である。
【００６２】
図１３は、本発明の第８の実施の形態の列車編成の回路構成を示している。本実施の形態は、ディーゼルエンジンやガスタービンなど、自車に動力源を搭載している機関車と交流電車とを併結の列車編成の回路例である。エンジンなどによる発電セット４１から電流を変換装置４２に供給し、変換装置４３と電動機４４により機関車が走行するとともに、変換装置４２の直流出力を電気連結器４５により接触器４６ａ，４６ｂを介して図中右側の交流電車に供給し、変換装置２６ｂが電動機２７ｂを駆動して電車をも走行させる。
【００６３】
また交流電車自身の駆動では、パンタグラフ２ｂで受電した交流電力を遮断器２２ｂ、変圧器２３を経て変換装置２４に給電して直流電力に変換し、さらに変換装置２６ｂにて交流電力に再変換し、電動機２７ｂを駆動して走行する。
【００６４】
ここで、機関車、電車いずれの変換装置の方式も問わないが、いずれも一旦、直流に変換する構成になっている必要がある。
【００６５】
この実施の形態によれば、右側の交流電車は、本発明のき電装置の無電圧区間６を停車場８のほぼ中央位置に設けた電車ホーム（ただし、ここでは説明の都合上、図１における右側を交流区間７、左側を直流区間５とする）に交流区間７を右側から到着した後、左側にディーゼルエンジンやガスタービンなどの自車に動力源を搭載している機関車と連結して、電気、空気も連結すれば、そのまま、直流区間５にも、さらに非電化区間にも直通運転することが可能である。
【００６６】
ここでは、機関車としたが、もちろん電気方式の気動車と電車との組み合わせでもよく、電車の電気方式についても、非電化区間と接している区間が直流か、交流か、あるいは両方かなどにより直流専用電車、交流専用電車、交直流両用電車、いずれとの組み合わせもあり得る。
【００６７】
また、ここでは図示しないが、エンジンなどによる動力手段と電池などによる電気式による動力手段を併用したハイブリッド車両において、性能を向上させようとするとエンジン、発電機、充放電装置などが大きくなり、重量、スペース、価格などの面で問題があったが、充放電装置など一部の機能を電車に搭載し、非電化区間では従来どおりのエンジンと発電機による走行、電化区間では走行用電池の充電やさらには走行用電力の給電まで電車側から補助する構成にすることができ、それによってハイブリッド車両側に搭載すべき装置を低減することができ、上記の問題点が解決できる。
【００６８】
図１４は、本発明の第９の実施の形態の列車編成の回路構成を示している。本実施の形態は、パンタグラフの仕様が電車線の仕様と一致しない場合に、パンタグラフを使用できない電気車にも給電することを可能とする回路構成を特徴を有している。パンタグラフ２ｇとパンタグラフ２ｈは仕様の異なるもので、パンタグラフ２ｈが電車線の仕様に適さない場合に、パンタグラフ２ｇで受電し、接触器４６ｇ，４６ｈを介して変換装置２６ｈに給電し、自車両の電動機２７ｇとともに電動機２７ｈも駆動する状態を示している。この場合、接触器４６ｊをオープンにして変換装置２４ｈを回路上切放しておく。
【００６９】
ここでは、交流電車同士の例を示したが、通常交流電化の電源電圧は直流に比べて高いため、図１４のように直流に変換した後で他車両に給電するよりも、電流の大きさ、すなわち電線サイズを考慮すると、図１５のように、交流の高い電圧のまま、電気連結器５２と接触器４７ｇ，４７ｈを介して他車両に給電する方が有利である。図１５の回路構成であれば、変換装置２４ｇ，２４ｈは自車両分だけを負担すればよいので図１４の方法に比べて装置構成が容易である。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、交流と直流など、二つの異なる電気方式のき電接続がある電気鉄道において、その両電気方式の区間を直通運転する車両の上記のような様々な制約、問題点を解決することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のき電装置を示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態のき電装置及び列車編成を示すブロック図。
【図３】本発明の第３の実施の形態のき電装置及び列車編成を示すブロック図。
【図４】本発明の第４の実施の形態のき電装置及び列車編成を示すブロック図。
【図５】本発明の第５の実施の形態のき電装置及び列車編成を示すブロック図。
【図６】上記第５の実施の形態の列車編成に搭載された回路構成を示す回路図。
【図７】上記第５の実施の形態の列車編成に搭載される別の回路構成を示す回路図。
【図８】本発明の第６の実施の形態のき電装置及び列車編成を示すブロック図。
【図９】上記第６の実施の形態の列車編成による交流区間、直流区間の直通運転方法の説明図。
【図１０】上記第６の実施の形態の列車編成に搭載された回路構成の回路図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態のき電装置及び列車編成を示すブロック図。
【図１２】上記第７の実施の形態の列車編成による交流区間、直流区間の直通運転方法の説明図。
【図１３】本発明の第８の実施の形態の列車編成に搭載された回路構成の回路図。
【図１４】本発明の第９の実施の形態の列車編成に搭載された回路構成の回路図。
【図１５】上記第９の実施の形態の列車編成に搭載される別の回路構成の回路図。
【図１６】従来例の車上切替方式のき電装置のブロック図。
【図１７】従来例の地上切替方式をき電装置のブロック図。
【符号の説明】
１ａ  直流専用電車
１ｂ  交流専用電車
２ａ  直流用パンタグラフ
２ｂ  交流用パンタグラフ
２ｃ  直流用パンタグラフ
２ｄ  交流用パンタグラフ
２ｅ  直流電車用パンタグラフ
２ｇ  交流用パンタグラフ
２ｆ  交流電車用パンタグラフ
２ｈ  交流用パンタグラフ
３  直流変電所（送電所）
４  交流変電所（送電所）
５  直流架線
６  無電圧区間
７  交流架線
８  停車場
１１  被牽引車
１１ｃ  被牽引車（直流用）
１１ｄ  被牽引車（交流用）
１２  電気機関車
１２ａ  直流電気機関車
１２ｂ  交流電気機関車
１２ｃ  交直両用電気機関車
１３  運転室
１３ａ  交流電気機関車用運転室
１３ｂ  直流電気機関車用運転室
１３ｃ  運転室（本図右向き進行用）
１３ｄ  運転室（本図左向き進行用）
１３ｅ  運転室
１４ａ  直流専用電車
１４ｂ  交流専用電車
２１ｃ  電気連結器（直流用）
２１ｄ  電気連結器（交流用）
２１ｅ  電気連結器
２２ｂ  交流遮断器
２２ｃ  直流遮断器
２２ｄ  交流遮断器
２２ｅ  直流遮断器
２２ｇ  交流遮断器
２２ｈ  交流遮断器
２３  変圧器
２４  変換装置
２４ｇ  変換装置
２４ｈ  変換装置
２５  切替器
２４  変換装置
２４ｇ  変換装置
２４ｈ  変換装置
２５  切替器
２６  変換装置
２６ｂ  変換装置
２６ｅ  変換装置
２６ｇ  変換装置
２６ｈ  変換装置
２７  電動機
２７ｂ  電動機
２７ｅ  電動機
２７ｇ  電動機
２７ｈ  電動機
２８  蓄電池
２９  接触器
４１  電力発生装置
４２  変換装置
４３  変換装置
４４  電動機
４５  電気連結器
４６ａ  接触器
４６ｂ  接触器
４６ｇ  接触器
４６ｈ  接触器
４６ｊ  接触器
４７ｇ  接触器
４７ｈ  接触器
５１  電気連結器
５２  電気連結器
【図１】
2005051891.tif 000003
【図２】
2005051891.tif 000004
【図３】
2005051891.tif 000005
【図４】
2005051891.tif 000006
【図５】
2005051891.tif 000007
【図６】
2005051891.tif 000008
【図７】
2005051891.tif 000009
【図８】
2005051891.tif 000010
【図９】
2005051891.tif 000011
【図１０】
2005051891.tif 000012
【図１１】
2005051891.tif 000013
【図１２】
2005051891.tif 000014
【図１３】
2005051891.tif 000015
【図１４】
2005051891.tif 000016
【図１５】
2005051891.tif 000017
【図１６】
2005051891.tif 000018
【図１７】
2005051891.tif 000019