(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電所より架線を介して電力を供給され、該電力により軌道上を駆動走行する電気車の動力供給システムにおいて、
前記架線が配設された架線区域にて該架線を介して電力を供給し、該電力を駆動源とする第１の動力供給手段と、
前記電気車に具備された燃料電池、蓄電池、ディーゼル発電機若しくはディーゼルエンジンのうち少なくとも一を動力源とする第２の動力供給手段とを備え、
前記架線区域と非架線区域の境界付近に設置された信号発信手段と、前記電気車に搭載された信号検知手段とを設け、
前記信号発信手段からの切替信号を前記信号検知手段が検知したときに、前記第１の動力供給手段と第２の動力供給手段とを切り替えることを特徴とする電気車の動力供給システム。
【請求項２】
前記架線区域毎に夫々独立させた架線構造とし、前記架線区域にて前記独立した架線構造を介して夫々電力を供給することを特徴とする請求項１記載の電気車の動力供給システム。
【請求項３】
前記架線区域のうち少なくとも一部の隣接した区域を電気的に連絡させてグループ化し、該グループ化した架線区域毎に第１の動力供給手段より電力を供給可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の電気車の動力供給システム。
【請求項４】
前記第２の動力供給手段に蓄電池を用いた動力供給システムであって、前記架線区域にて架線を介して前記第１の動力供給手段に電力を供給するとともに余剰電力を前記蓄電池に蓄電させたことを特徴とする請求項１記載の電気車の動力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面電車等の軌道上を走行する電気車を駆動するための動力を供給するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、貨物や人を運搬しながら軌道上を走行する鉄道車両は、電気エネルギ、燃料（蒸気機関、内燃機関）、圧縮空気等を動力としており、近年は、特に発電所で生成された電力を、直流電流若しくは交流電流として架線等を介して車両に供給する電気車が主流となっている。
かかる電気車の動力源供給方法は、図８に示されるように、変電所から送られてくる電気を鉄道システムの中の変圧装置や変流装置等を備えた鉄道変電所５に供給し、該鉄道変電所５にて変流、降圧した後に給電線９に供給し、該給電線から供給される電気をトロリー線８を介してパンタグラフ２により電車内に導入し、電車１を走行させる構成となっている。
【０００３】
電力を動力源として駆動走行する電車の集電方式は、架空単線方式、架空複線方式、第三軌条方式等があるが、最も一般的な方式として前記架空単線方式について図６に概略構成を示す。
この方式は、一本のトロリー線８と、これを懸架する装置や電柱、ビーム等の支持装置及び保護装置、また変電所５からの給電線７等により構成されており、レール３を帰線６としている。
そして、図６に示されるように、前記トロリー線８は多数の支持配線１５、１６により懸架されている。
【０００４】
一方、前記した架線からの電力のみを動力源とするほかに、電車本体内に設置された発電機等の駆動装置を具備したシステム等が用いられており、前記発電所電力のほかに、例えば登り坂や発進時等大きな動力を必要とする場合、若しくは停電時等に車内に具備された補助動力源から動力を供給している。
また、特開平８−３３１２２号には、もともと架線が存在せず、通常ディーゼル動車等が走行する区域である非電化区間と、電気車等が走行する架線が轢かれた電化区間との双方を走行することが出来る鉄道車両が開示されている。かかる発明は、少なくとも２両編成の鉄道車両の１両を動力車とし他の少なくとも１両を付随車として構成され、さらに、非電化区間においては付随車のエンジンで駆動される発電機からの電力を供受する一方、電化区間では架線からの電力を供受するように電力を切り替える転換器を備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主動力源として前記発電所からの電力を利用している電車では、前記した図６に見られるように前記トロリー線を支持するために多数の配線１５、１６が配されており、軌道が直線である部分では配線工事は比較的容易であるが、例えば図５に示されるように軌道曲線部２５においては、配線２０が複雑となり、非常に困難な工事技術が必要とされるとともに設置費用が嵩むという問題を有している。
特に、都市部内を走行する路面電車では、曲線部が多いためメンテナンス費用の増加や、都市景観を悪化させるという問題もある。
【０００６】
また、前記従来技術のように主動力源とは別に補助動力源を具備する電気車は、電化区間と非電化区間との双方を走行可能な鉄道車両であるが、架線が配線されていない長距離の非電化区間に切換駅を跨いで乗り入れることを目的としており、架線が配設されていない区間を走行しながら通過することは困難で、また曲線部や海峡、河川横断部等の架線の配設が困難な場所等に対応可能な架線構造については記載がなく、前記したように高度な工事技術、高設置コストが必要とされるという問題点を解決するには到っていない。
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、曲線部等の架線が困難な区域に複雑な架線を設置することなく電気車への動力の供給を円滑に行うことが出来る電気車の動力供給システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
発電所より架線を介して電力を供給され、該電力により軌道上を駆動走行する電気車の動力供給システムにおいて、
前記架線が配設された架線区域にて該架線を介して電力を供給し、該電力を駆動源とする第１の動力供給手段と、
前記電気車に具備された燃料電池、蓄電池、ディーゼル発電機若しくはディーゼルエンジンのうち少なくとも一を動力源とする第２の動力供給手段とを備え、
前記架線区域と非架線区域の境界付近に設置された信号発信手段と、前記電気車に搭載された信号検知手段とを設け、
前記信号発信手段からの切替信号を前記信号検知手段が検知したときに、前記第１の動力供給手段と第２の動力供給手段とを切り替えることを特徴とする。
【０００８】
かかる発明によれば、曲線部や海峡、河川横断部等の架線の配設が困難な場所に複雑な架線や鉄塔等を設ける必要がないために景観が損なわれることがなく、また設置コストを低減することが出来る。さらに、架線電力に頼らない動力供給手段を備えている為に前記架線が配設されていない区域においても円滑に動力の供給を行うことが出来る。
また、かかる発明で第２の動力供給手段が用いられる区間は、発進、加速にあたる区間ではないことが多く慣性エネルギが保持された状態にあり、かつ比較的短い距離であるために大きな動力を必要としない。従って、前記電気車に具備する第２の動力供給手段を小型化することができる。
さらに、前記架線区域と非架線区域の境界付近に設置された信号発信手段と、前記電気車に搭載された信号検知手段とを設け、前記信号発信手段からの切替信号を前記信号検知手段が検知したときに、前記第１の動力供給手段と第２の動力供給手段とを切り替えるため、前記第１の動力供給手段から第２の動力供給手段、若しくは前記第２の動力供給手段から第１の動力供給手段への移行の際に、電車に具備された信号検知手段により、レール等に設置された信号発信手段から発信される切替信号を受信することにより動力供給手段を自動で切り替えることが出来、容易にかつ確実に動力供給を行うことが可能となる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、前記架線区域毎に夫々独立させた架線構造とし、前記架線区域にて前記独立した架線構造を介して夫々電力を供給することを特徴とする。
このように、例えば非架線区域が長い場合などに、該非架線区域により分割された架線区域の夫々に変電所を設けて独立した架線構造とすることにより、架線区域同士を電気的に連絡するケーブル等を設ける必要がなく無駄を省くことが出来る。また、夫々の架線区域を独立させているために、確実な制御が行えるとともに断線、故障等の不備が発見し易い。
【００１０】
一方、請求項３記載の発明は、前記架線区域のうち少なくとも一部の隣接した区域を電気的に連絡させてグループ化し、該グループ化した架線区域毎に第１の動力供給手段より電力を供給可能に構成したことを特徴とする。
かかる発明によれば、例えば非架線区域が短い場合に、該非架線区域を挟んで隣接する架線区域の終点と始点とをほぼ直線状に連絡させることにより複雑な架線を配設することなく、かつ変電所等の設備を設置する必要もないために、景観を良好に保持することが出来るとともに設置コストを最小限に抑えることが出来る。
尚、前記架線区域を連絡させるケーブルで電車軌道外に突出する部分は地中に埋設するなど邪魔にならないように配設することが好ましい。
【００１１】
さらに、請求項４記載の発明は、前記第２の動力供給手段に蓄電池を用いた動力供給システムであって、前記架線区域にて架線を介して前記第１の動力供給手段に電力を供給するとともに余剰電力を前記蓄電池に蓄電させたことを特徴とする。
これは、例えば前記架線区域における通常の電力供給により過剰に供給された電力や、また前記架線区域の少なくとも一部を通常より高い電圧に保持して該区域にて余分に取り込んだ蓄電用電力を、前記非架線区域にて用いるようにすることで、外部からエネルギを供給することなく従来のエネルギ源のみで動力を補うことができる。
【００１２】
（削除）
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１及び図２は、本発明の実施形態にかかる架線構造を示す概略図で、図３及び図４は本発明の実施形態にかかる動力源切り替えシステムを示す概略構成図である。
本実施形態において、電気車は道路上に敷設されたレール軌道上を走行する路面電車とするが、軌道上を走行し主動力源として電力を使用する車両であれば特にこれに限定されるものではない。
【００１４】
図１及び図２において、３はレール、５、５ａ、５ｂは電鉄変電所、６は帰線、７は給電線、８、８ａ、８ｂはトロリー線、３０ａ、３０ｂは発信センサである。
Ａは路面電車の軌道直線部に位置する架線区域で、Ｂは軌道曲線部に位置する非架線区域である。前記架線区域Ａ上にはトロリー線８が架線されているが該非架線区域Ｂ上には架線されていない。そして、前記架線区域Ａに配設されたトロリー線の終点と前記非架線区域Ｂを挟んで隣接する直線部Ａのトロリー線の始点とが電気ケーブル８０によりほぼ直線状に地中で連絡している。
【００１５】
かかる架線構造には少なくとも一の電鉄変電所５が具備されており、発電所で生成された電気１０はまず該電鉄変電所５にて適切な電圧に降圧され、直流方式で使用される場合には不図示の整流器により直流に変換される。そして降圧された電気１０は給電線７を経て前記トロリー線８に供給され、該トロリー線８から路面電車に取り込まれ駆動動力に変換された後にレール３を介して帰線６に戻される。
さらに、前記非架線区域Ｂでは、路面電車に搭載された不図示の駆動動力装置が起動し、これにより路面電車が駆動走行している。該駆動動力装置は、燃料電池、蓄電池、ディーゼル発電機若しくはディーゼルエンジンのうち少なくとも一を備えた装置である。
【００１６】
また、別の実施形態を示す架線構造として、図２に架線区域が夫々独立した配線系統を有する架線構造を示している。これは、路面電車の軌道曲線部に位置する非架線区域Ｂを回避して設けられた架線区域Ａに夫々トロリー線８ａ、８ｂと、該架線区域Ａに夫々設けられた電鉄変電所５ａ、５ｂとを備えた構成となっており、発電所から送られる電気１０は前記変電所５ａ、５ｂを経由して前記トロリー線８ａ、８ｂを含む夫々独立した配線系統に送給される。
このように、例えば隣接する架線区域Ａ間が近距離である場合には、該架線区域Ａ間を電気ケーブルにて８０にて連絡させてグループ化された架線系統を構築し、前記非架線区域Ｂが長距離に及ぶ場合には前記架線区域を夫々独立させて夫々に電鉄変電所を設けると良い。尚、一路線中に複数の架線構造が存在しても構わない。
【００１７】
図３及び図４には前記実施形態に備えられた動力源切り替えシステムが示されている。図３及び図４において、２はトロリー線８から電気を取り入れるパンタグラフ、３０は切替信号を発信する発信センサ、３５は路面電車の車輪、３８は前記発信センサからの切替信号を受信する受信部、４０は車輪の回転を制御する減速機、４５は動力によって駆動されるモータ、３１、３２は動力源切替部、５０は燃料電池である。
【００１８】
かかるシステムで、路面電車１に供給される電力は前記架線区域Ａを走行中にはトロリー線８を介してパンタグラフ２より取り込まれ、該取り込まれた電気はＯＮに設定されている動力源切替部３１を通って給電線７を経由してモータ４５を駆動させて、減速機４０に動力が伝達され該減速機４０により動力伝達速度を制御しながら車輪３５に動力を供給している。
そして、架線区域Ａを走行する車輪３５が発信センサ３０ａ上を走行したときに電車の駆動軸に具備された受信部３８が前記発信センサ３０から発信される切替信号を検知し、不図示の切替制御装置により前記動力源切替部３１をＯＦＦとするとともに、動力源切替部３２をＯＮに制御し、燃料電池５０から給電線５１を経由して電気をモータ４５に供給し、車輪３５を回転させて路面電車を走行させている。
【００１９】
さらに、前記非架線区域Ｂの終端で、同様に前記受信部３８にて発信センサ３０ｂの切替信号を検知し、前述と逆の回線のＯＮ、ＯＦＦ切替制御を行うことにより、前記燃料電池５０からの動力を切り離して再度トロリー線８からの給電により架線区域Ａを走行する。
このように、動力源を二系統以上具えた電車とすることにより、曲線部等のトロリー線８を架線困難な区間においては該トロリー線８からの給電を不要とする構成とし、その結果前記非架線区域Ｂでの架線やこれに伴う懸架装置、支持装置が不要となり、大幅なコスト低減が可能となる。また、架線がないため景観も良好となる。
【００２０】
また、図４は動力源切り替えシステムの別の実施形態であり、蓄電池５３を具備した方式を示している。
かかるシステムは、前記した図３の動力源切り替えシステムとほぼ同様の構成であるが、トロリー線８からパンタグラフ２を介して供給される電気は、まず蓄電切替機構５５に導入されて、該蓄電切替機構５５により蓄電切替部３３及び動力源切替部３１を制御し、蓄電池５３に送給する電気量を調整する。
前記トロリー線８を通常の電圧でもって電流が流れている場合には、動力源切替部３１をＯＮとして電車を駆動走行するために必要最小限の電気量を駆動装置側に供給するとともに、前記蓄電切替部３３を開度を制御して余剰電力を蓄電池５３に送給する。
【００２１】
このとき、前記蓄電池５３に電力が十分に蓄電されるまでの区間は、通常より大の電圧にて前記トロリー線８に余分に電流を通流させて、該蓄電池５３に蓄電させておいても良い。
前記架線区域Ａを走行中は、前記動力切替部３１をＯＮとしてモータ４５を駆動させ、減速機４０を介して車輪３５を回転させて走行し、車両に具備された信号受信部３８が発信センサ３０からの切替信号を受信したら前記動力切替部３１をＯＦＦとするとともに蓄電池５３に接続される動力切替部３２をＯＮとし、該蓄電池５３に蓄電された電気を給電線５４を介してモータ４５に供給し、非架線区域Ｂの区間、車両を駆動走行させる。
【００２２】
さらに、前記非架線区域Ｂの終端で、同様に前記受信部３８にて発信センサ３０ｂの切替信号を検知し、前述と逆の回線のＯＮ、ＯＦＦ切替制御を行うことにより、前記蓄電池５３からの動力を切り離してトロリー線８からの給電により架線区域Ａを走行し、必要に応じて蓄電池５３への蓄電を行う。
このように、第２の動力供給手段として蓄電池５３を具え、前記架線を介して供給される余剰電力を該蓄電池５３に蓄電することにより、外部からエネルギを供給することなく従来のエネルギ源のみで動力を補うことができる。尚、前記蓄電池５３は、開放形若しくは密閉形のどちらでも良く、さらに浮動充電方式やトリクル充電方式等を利用することが可能であり、特に限定されるものではない。
【００２３】
また、前記第２の動力供給手段は、前記したほかに不図示のディーゼル発電機、ディーゼルエンジンでも良い。前記ディーゼル発電機は、前記実施形態と同様の構成で燃料電池の代わりにディーゼル発電機にて発生された電気を用い、前記ディーゼルエンジンは、その機構が前記実施形態とは異なるが、例えばディーゼルエンジンの出力軸を直接減速機に連結させてクラッチ切替弁等を設け、第２の動力供給源により駆動されるモータとの動力切替が円滑に行われるように構成すると良い。
尚、これらの第２の動力供給手段は、例えば発進時や登坂等の大きな動力を必要とする架線区域にて補助動力として用いることも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、曲線部や海峡、河川横断部等の架線の配設が困難な場所に複雑な架線や鉄塔等を設ける必要がないために景観が損なわれることがなく、また設置コストを低減することが出来る。さらに、架線電力に頼らない動力供給手段を備えている為に非架線区域においても円滑に動力の供給を行うことが出来る。
また、前記非架線区域により分割された架線区域の夫々に変電所を設けて独立した架線構造とすることにより、架線区域同士を電気的に連絡するケーブル等を設ける必要がなく無駄を省くことが出来る。また、夫々の架線区域を独立させているために、確実な制御が行えるとともに断線、故障等の不備が発見し易い。
【００２５】
さらに、該非架線区域を挟んで隣接する架線区域の終点と始点とをほぼ直線状に連絡させることにより複雑な架線を配設することなく、かつ変電所等の設備を設置する必要もないために、景観を良好に保持することが出来るとともに設置コストを最小限に抑えることが出来る。
また、前記架線区域における余剰電力を前記蓄電池に蓄電させ、該蓄電された電力を動力源とすることにより、外部からエネルギを供給することなく従来のエネルギ源のみで動力を補うことができる。
【００２６】
さらにまた、前記第１の動力供給手段から第２の動力供給手段、若しくは前記第２の動力供給手段から第１の動力供給手段への移行の際に、電車に具備された信号検知手段により、レール等に設置された信号発信手段から発信される切替信号を受信することにより動力供給手段が自動で切り替えることが出来、容易にかつ確実に動力供給を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる架線構造を示す概略図である。
【図２】  図１の別の実施形態にかかる架線構造を示す概略図である。
【図３】  本発明の実施形態にかかる動力源切り替えシステムを示す概略構成図である。
【図４】  図３の別の実施形態にかかる動力源切り替えシステムを示す概略構成図である。
【図５】  曲線部の架線状態を示す概略平面図である。
【図６】  直線部の架線状態を示す概略側面図である。
【図７】  従来の電力供給システムを示す概略図である。
【図８】  従来の架空単線集電方式を示す概略図である。
【符号の説明】
１      路面電車
３      レール
５、５ａ、５ｂ  電鉄変電所
６      帰線
７      給電線
８      トロリー線
９      給電線
１０    電気
２０    配線
３０、３０ａ、３０ｂ  発信センサ
３１、３２  動力源切替部
３８    受信部
５０    燃料電池
５１、５４  給電線
５３    蓄電池
５５    蓄電切替機構
８０    連絡部
Ａ      架線区域
Ｂ      非架線区域
【図１】
0004056247.tif 000002
【図２】
0004056247.tif 000003
【図３】
0004056247.tif 000004
【図４】
0004056247.tif 000005
【図５】
0004056247.tif 000006
【図６】
0004056247.tif 000007
【図７】
0004056247.tif 000008
【図８】
0004056247.tif 000009