(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線（１０）によって電力が供給されるようになっている軌道電気車両、特に電気機関車（１２）であって、負荷、特に変圧器（８）を有するとともに、開閉装置（１４）、特にブレーカを介して前記架線（１０）から前記負荷に電力を供給する電力供給ユニットを有する軌道電気車両において、
前記電力供給ユニットは、閉鎖に起因する妨害を減衰させるための妨害減衰器（１６）を有し、前記減衰器（１６）は、ブレーカの閉鎖中に形成される周波数で優勢な抵抗部分を有するフェライトタイプであることを特徴とする軌道電気車両。
【請求項２】
前記妨害減衰器（１６）が、前記架線（１０）と前記開閉装置（１４）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の軌道電気車両。
【請求項３】
前記妨害減衰器（１６）が、上流側の前記架線（１０）と前記開閉装置（１４）とを相互に接続する導体ライン（３６）の周囲に配置された複数のフェライト部材（４４、４６、４４Ａ、４６Ａ）から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の軌道電気車両。
【請求項４】
前記複数のフェライト部材が、軸方向で、連続する対（４４、４６、４４Ａ、４６Ａ）に分けられ、各対は、低周波フェライト部材（４４、４４Ａ）と、該低周波フェライト部材に組み合せられた高周波フェライト部材（４６、４６Ａ）から成り、前記高周波フェライト部材は、前記低周波フェライト部材の遮断周波数よりも大きい遮断周波数を有していることを特徴とする請求項３に記載の軌道電気車両。
【請求項５】
前記高周波フェライト部材（４６、４６Ａ）の遮断周波数が、５ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは７ＭＨｚ〜１０ＭＨｚであり、前記低周波フェライト部材（４４、４４Ａ）の遮断周波数が、０．５ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、好ましくは０．８ＭＨｚ〜２ＭＨｚであることを特徴とする請求項４に記載の軌道電気車両。
【請求項６】
前記妨害減衰器が、２対（４４及び４６；４４Ａ及び４６Ａ）〜２０対のフェライト部材、好ましくは５対〜１２対のフェライト部材を備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載の軌道電気車両。
【請求項７】
各対の２つのフェライト部材（４４及び４６；４４Ａ及び４６Ａ）が環状であって互いに嵌合し、前記高周波フェライト部材（４６、４６Ａ）は、低周波フェライト部材（４４、４４Ａ）の外周に配置されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の軌道電気車両。
【請求項８】
特に軌道電気車両のために、開閉装置（１４）、特にブレーカを介して、電源（１０）から負荷、特に変圧器（８）に電力を供給する電力供給ユニットであって、切り換えに起因する妨害を減衰させるためのフェライトタイプの妨害減衰器（１６）を有する電力供給ユニットにおいて、
前記減衰器（１６）が、前記電源（１０）と前記開閉装置（１４）との間に配置されていることを特徴とする電力供給ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電力供給ユニットを備えた軌道電気車両に関する。
【０００２】
ＡＣ使用電圧を伝える架線を介して、機関車、自動車、長距離バスのような電気車両に電力を供給することは、共通に行われる手法である。
【０００３】
本発明は、特に、変圧器のような負荷と、架線から負荷に電力を供給する電力供給ユニットとを備えた車両に関する。従来、電力供給ユニットは、鉄道車両の高圧ＡＣ回路を保護するために、ブレーカのような開閉装置を有している。
【０００４】
しかしながら、そのような構成には幾つかの欠点がある。すなわち、時間とともにその勾配が非常に急になる電流が生じる。例えば、通常のＡＣ使用電圧が５０ＨＺで２５ｋＶである場合、３００Ａの電流が約５ｎｓ間生じる。この電流は、例えば搭載制御電子機器のように開閉装置の近傍に配置された設備を損傷させることができ、あるいは、少なくとも前記設備の適切な動作を妨げる妨害を引き起こす。
【０００５】
これらの欠点を軽減するために、本発明の目的は、電磁妨害を低減できる電力供給ユニットを備えるた軌道電気車両を提供して、軌道電気車両に設けられる電気設備や電子設備の様々な部品の構造的な一体性が損なわれないようにすることである。
【０００６】
この目的のため、本発明は、架線によって電力が供給されるようになっている軌道電気車両、特に電気機関車を提供する。前記軌道電気車両は、負荷、特に変圧器を有するとともに、開閉装置、特にブレーカを介して前記架線から前記負荷に電力を供給する電力供給ユニットを有している。前記電力供給ユニットは、切り換えに起因する妨害を減衰させるためのフェライトタイプの妨害減衰器を有していることを特徴とする。
【０００７】
本発明の有利な特徴によれば、前記妨害減衰器は、前記架線と前記開閉装置との間に配置される。
【０００８】
切り換えに起因する妨害を減衰させるためのフェライトタイプの妨害減衰器は、例えばＪＰ−Ａ−１  ０８６  ４２５及びＪＰ−Ａ−４  ３２２  ０２４で知られている。これらの文献において、そのような減衰器は、フェライトから成るシリンダによって構成され、開閉装置の下流側に位置する電気ラインの周囲に配置されている。フェライトシリンダは、電流の周波数が増大するにつれてそのインダクタンスが大きくなる誘導子として機能する。
【０００９】
架線をブレーカに接続する導体の近傍に配置された金属部材の存在により、軌道電気車両の天井の近傍であって開閉装置の上流側に浮遊容量が形成される。前記上流側の浮遊容量と適当な開閉装置との間には、電磁導波管を構成する伝送ラインが形成される。
【００１０】
開閉装置が閉じた際、前記開閉装置の２つの電極間に電圧が印可されると、電極間でアークが発生する。特定の状況下、特に開閉装置の切り換えが真空「ボトル」切り換えに基づいている場合には、前記電気アークが極度に不安定になる。すなわち、アークは対応するアークの再生が続く複数の中断を受ける。そのようなアークの不安定性は、開閉装置の近傍に位置する設備を損傷させたり、前記設備の適切な動作を妨げる可能性がある急な電流勾配を生じさせる電磁妨害を形成する連続的なブレーク及びリメークに対応している。
【００１１】
軌道電気車両が受ける周波数、電流、電圧により、切り換えに起因する妨害を減衰させるフェライトタイプの妨害減衰器は、前述した日本の特許出願のようにその誘導部分に関して使用されるのではなく、その抵抗部分に関して使用される。そのような妨害減衰器を設けることによって、特に減衰器が開閉装置の上流側に配置されている場合に、ブレーカの閉鎖時に形成される急な電流勾配ＤＩ／ＤＴを減少させることが可能となる。電流の振動を修正するのではなく、これは、このような電流振動を形成してしまう値ＤＩ／ＤＴを減少することによって電流振動の形成を防止することに寄与する。
【００１２】
本発明では、開閉装置によって予め起こされる急な電流勾配ＤＩ／ＤＴを取り除こうとするのではなく、真空下で「ボトル」内に物理的に形成されるアークに影響を及ぼすことによって、開閉装置がゆっくりと切り換えられる。
【００１３】
また、本発明は、特に軌道電気車両のために、開閉装置、特にブレーカを介して、電源から負荷、特に変圧器に電力を供給する電力供給ユニットを提供する。前記電力供給ユニットは、切り換えに起因する妨害を減衰させるためのフェライトタイプの妨害減衰器を有している。また、電力供給ユニットは、前記減衰器が、前記電源と前記開閉装置との間に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
以下、単なる一実施例にすぎない添付図面を参照しながら、本発明について説明する。
【００１５】
図１は、全体が参照符号２で示され且つグラウンド６に接続されたレール４上を走行するのに適した軌道電気車両すなわち機関車を示している。
【００１６】
この機関車２には、パンタグラフ１２を介して架線１０から電力が供給される搭載変圧器８が設けられている。架線１０は電源を構成しており、一方、変圧器は機関車のモータ（図示せず）に接続されている。
【００１７】
ブレーカ１４と、切換えに伴なう妨害を軽減するための妨害減衰器１６とによって構成され、以下詳細に説明される開閉装置が、架線１０と変圧器８との間に介挿されている。ブレーカは、機関車の高圧ＡＣ回路を連結して保護するための開閉装置を構成する真空「ボトル」ブレーカである。減衰器１６は、架線１０とブレーカ１４との間に配置されている。すなわち、減衰器１６はブレーカよりも上流側に配置されている。
【００１８】
機関車２の天井の電気回路、すなわち、特に機関車の天井設備を相互に接続する電気ラインは、浮遊容量及び浮遊インダクタンスが発生する部位に配置されており、ブレーカが切り換わる際に励磁可能なＲＬＣ型の回路を構成している。
【００１９】
浮遊容量は、複数の等価なコンデンサ、すなわち、上流側の等価コンデンサ１８及び下流側の等価コンデンサ２０によって図１に図示されている。なお、用語「上流側」及び「下流側」は、ブレーカ１４に対して使用されている。
【００２０】
浮遊インダクタンスは、複数の接続チョーク、すなわち、ブレーカ１４に対して上流側のチョーク２２及び下流側のチョーク２４によって図１に図示されている。
【００２１】
減衰器１６を介挿することにより、機関車の運転周波数で、機関車の天井を使用して、上流側のコンデンサ１８とブレーカ１４との間で送信ラインを形成することが可能になる。この送信ラインは、コンデンサ１８とブレーカ１４との間で電荷の移動を遅らせる。これにより、真空放電に利用可能な電荷量が減少し、時間とともに電流の勾配が減少する。
【００２２】
機関車の本体は、参照符号２６で示される等価ＬＣ回路によって図１に示されている。この回路は、機関車の金属構造部分の共振を示している。
【００２３】
図２はブレーカ１４をより詳細に示している。ブレーカは、例えば、ＡＬＳＴＯＭ  ＴＲＡＮＳＰＯＲＴから製造番号  ＡＣＢ  ２５−１０で販売されているようなものである。
【００２４】
ブレーカは、知られた方法により、機関車２の天井に配置されている。
【００２５】
ブレーカは、ベースプレート２８上に立設され、リレーステージ２０によって制御される。支持プレート２８から延びる避雷器３２は、ブレーカ１４に接続されている。これらの部材は従来のものである。
【００２６】
妨害減衰器１６は、プレート２８上に立設する絶縁体３４上に装着されている。減衰器１６は導体部材３６の周囲に形成されている。本実施例において、導体部材３６は、２つの接続部すなわち上流側接続部３８及び下流側接続部４０を有する銅管によって構成されている。上流接続部３８は手段（図示せず）を介して架線１０に接続されている。一方、下流接続部４０は、電気ブレードタイプの電気的接続部４２を介してブレーカ１４に接続されている。
【００２７】
図４に詳しく示されるように、妨害減衰器１６は、以下に詳述する複数の環状のフェライト部材４４、４６によって形成されている。これらの部材の組立体は、絶縁性の円筒ハウジング４８内に受けられている。ハウジング４８は、その両端部が実質的に閉じられており、ガラス繊維、樹脂、エポキシ樹脂によって形成されている。また、ハウジング４８は、２つの環体５２を介して、チャンネルセクションベース５０に固定されている。ベース５０は絶縁体３４の上部に固定されている。
【００２８】
図４に詳しく示されるように、フェライト部材は対を成して配置され、フェライト部材の対は銅管３６に沿って軸方向に積み重ねられている。フェライト部材の各対は、銅管３６の外周に配置された低周波部材４４と、その内周面が低周波部材４４の近傍に配置された高周波環状部材４６とから成る。
【００２９】
ハウジング４８は１０対の低周波及び高周波部材を有しており、部材４４及び４６及び４４Ａ及び４６Ａの対だけが図４に示されている。
【００３０】
高周波及び低周波フェライトの概念について以下に説明する。通常、フェライト部材は、比透磁率、すなわち、その実透磁率μ’及びその虚透磁率μ’’を特徴としている。μ’’は、周波数が増大するにつれて増加し、一般にｆＣで表わされる「遮断」周波数である最大値に達した後は、著しく減少する。この明細書中において、フェライト部材４４、４４Ａは、その遮断周波数が「高周波」フェライト部材４６、４６Ａの遮断周波数よりも低いため、「低周波」と呼ばれている。例えば、高周波フェライト部材の遮断周波数は５ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲であり、一方、低周波部材の遮断周波数は０．５ＭＨｚ〜５ＭＨｚの範囲である。
【００３１】
例えば、低周波フェライト部材は、Ｔｈｏｍｓｏｎ  ＣＳＦ−ＬＣＣから製造番号  Ｂ１−Ｔ−６３０００Ａで販売されている。一方、高周波フェライト部材は、Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓから製造番号  Ｔ１０７／６５／２５３Ｆ４で販売されている。
【００３２】
低周波フェライト部材４４及び高周波フェライト部材４６の対向面同士の間には、機械的な保護シート５４が介挿されている。例えば、そのようなシートは、ポリウレタン型の樹脂によって形成され、ＬＶＡから製造番号  ＤＡＭＩＶＡＬ  １３５１８ＡＷ００で販売されている。シート５４と同様な他のシート５６が、高周波部材４６の外面とハウジング４８との間に介挿されている。
【００３３】
本発明によれば、前述した目的を達成することができる。
【００３４】
軌道電気車両に装備される電力供給ユニットのためにフェライトタイプの妨害減衰器を設けると、軌道電気車両の電気設備及び電子設備の様々な部分が晒される妨害を十分に低減することができる。このような低減は、妨害減衰器が開閉装置の上流側に配置される場合に特に重要である。
【００３５】
図５は、実験室で実施され且つ図１の機関車２の天井で発生する現象を簡単な方法で再現する実験回路の図である。
【００３６】
この実験のために選択されるブレーカ１４は、その産業形態内で使用された。このブレーカの等価な電気回路ダイアグラムは、第１に、２つの浮遊容量コンデンサ、すなわち、上流側コンデンサ１４Ａ及び下流側コンデンサ１４Ｂによって形成した。この場合、各コンデンサはそれぞれ、４０ｐＦ及び６０ｐＦの静電容量を有している。また、ブレーカの等価な電気回路ダイアグラムは、第２に、静電容量が可変の電極間（ｉｎｔｅｒ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）コンデンサ１４Ｃと、そのインダクタンスが０．４μＨである２つの接続チョーク１４Ｄ、１４Ｅとによって形成した。
【００３７】
ブレーカ１４には、最大電圧２０ｋＶ及び１ｍＡの下で、ＤＣ電源５８から電力を供給した。電気抵抗が１０ＭΩである負荷抵抗器６０を、電源３８とブレーカ１４との間に介挿した。また、図５の実験回路ダイアグラムは、静電容量が２ｎＦである等価な上流側コンデンサ１８と、インダクタンスが２５μＨである下流側チョーク２４とを再現している。
【００３８】
６２で、ブレーカ１４のすぐ上流側の電圧を測定した。以下、この電圧を「上流側電圧」と呼ぶことにする。また、６４で、ブレーカの下流側の電圧すなわち「下流側電圧」を測定した。最後に、６６で、チョーク２４の下流側の電流を測定した。
【００３９】
コンデンサ１８が充電されると、ブレーカ１４が閉じられた。最初に、実験は、切換えに起因する妨害を減衰させるための減衰器を全く設けない状態で行なわれた。その対応する結果が図６に示されている。その後、実験は、図３及び図４に示されるような妨害減衰器１６をブレーカに結合した状態で行なわれた。図５に破線で示されるようにブレーカ１４の下流側に減衰器１６を配置して行なわれた結果が図７に示されている。図８は、図５に一点鎖線で示されるようにブレーカ１４の上流側に妨害減衰器を配置して行なわれた実験結果、すなわち、本発明に係る結果に対応している。
【００４０】
図６〜図８の３つの図面全てにおいて、時間は、１目盛り２０ｎｓで、ｘ軸方向に沿ってプロットされている。図６、７、８を上から下に向かって眺めると、各図において、ｙ軸には、上流側電圧がそれぞれ７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃで示され、下流側電圧がそれぞれ７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃで示され、ブレーカ電流がそれぞれ７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃで示されている。
【００４１】
上流側電圧７２のスケールは１目盛り２０００Ｖであり、下流側電圧７４のスケールは１目盛り１０００Ｖであり、電流７６のスケールは１目盛り４Ａである。
【００４２】
図６に示されるように、切換え前において、電流７６は初め０であり、その後、不安定なアーク・ストライクを引き起こすブレーカの閉作用により、７８で電流７６が増大する。その結果、上流側電圧７２Ａ及び下流側電圧７４Ａにおいてそれぞれ対応する立ち上がりエッジ８０、８２が形成される。その後、電流は、非常に不均一な形態を成しながら増大し、再び減少して８４でゼロに至る。これにより、上流側電圧７２Ａ及び下流側電圧７４Ａにおいて大きな変化８６、８８が生じ、これらの変化は、アークの中断及び再生を連続的に引き起こす。
【００４３】
その後、電流７６Ａは、図５のＬＣ回路１８、２４の共振に関連する正弦波を描いた後、９０で、その初期値であるゼロに戻る。これにより、上流側電圧７２Ａ及び下流側電圧７４Ａには、２つの別個の変化９２、９４が生じる。
【００４４】
図７に示されるように、電流７６Ｂは、図６の形態７６Ａよりはなめらかな形態を成していることが分かる。しかしながら、電流には、時間の経過とともに重大な変化が生じているのが分かる。特に、９６では、ブレーカの閉鎖に起因して電流が大きく増大している。これにより、上流側電圧７２Ｂ及び下流側電圧７４Ｂには、立ち上がりエッジ９８、１００が生じている。すなわち、搭載電子機器に妨害を引き起こす大きな電流及び電圧の勾配が生じている。
【００４５】
ブレーカ１４の上流側に妨害減衰器１６が設けられている図８に示されるように、電流７６Ｃは、ブレーカ１４の下流側に減衰器１６を配置することによって得られた形態７６Ｂよりも極めて平坦な形態を成している。下流側電圧７４Ｃに関連する立ち上がりエッジ１０２だけが相変わらず大きいままである。
【００４６】
図６、７、８を比較すると、妨害減衰器１６を使用した方が、そのような減衰器１６を使用しない場合に比べて、非常に均一な電流７６、上流側電圧７２、下流側電圧７４が得られることが分かる。特に、減衰器１６がブレーカ１４の上流側に配置されている場合には、極めて均一な電流７６、上流側電圧７２、下流側電圧７４が得られる。これは、天井回路及び機関車の共振作用を規制することができるため、特に有益である。
【００４７】
また、複数のフェライト部材を使用することも有益である。フェライトは、電流が大きくなるにつれて飽和するようになる。複数のフェライト部材を使用すると、それらの透磁率μ’’が合算されるため、電流が大きい場合であっても、フェライト部材が設けられた妨害抑制器に十分な効果を与えることができる。
【００４８】
また、フェライト部材を、その遮断周波数が各々異なる部材からなる対に分けることは、有益である。これにより、ブレーカの閉鎖時に形成される全ての周波数を最適に走査することが可能になる。周波数が増大するにつれて、最初に低周波フェライト部材が有効となり、その後、高周波フェライト部材が高周波を引き継ぐ。
【００４９】
互いに嵌合する環状のフェライト部材を使用すると、妨害抑制器の全体を非常にコンパクトにすることができる。低周波部材の外周に高周波部材を設けると、高周波部材が比較的低い電流に関して飽和され且つ低周波部材が高い電流に関してそのような飽和を経験する範囲においては、有益である。このような構成において、高周波部材は、中央の導体から離れて配置されることによって、低い磁場に晒されて、ごく小さな程度に飽和されるにとどまる。
【００５０】
以上の説明は機関車に適用されているが、本発明は、任意の軌道電気車両、例えば、自動車、長距離バス、鉄道車両に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電力供給ユニットを備えた本発明に係る軌道電気車両の概略図である。
【図２】  図１の電力供給ユニットの特定の要素の詳細を示す側面図である。
【図３】  図１及び図２の電力供給ユニットの一部を成すとともに、切り換えに起因する妨害を減衰させるための減衰器の斜視図である。
【図４】  図３に示される妨害減衰器の長手方向断面を一部に付した図である。
【図５】  図１の開閉装置及び開閉装置の電気的な環境の実験室における実験シミュレーションの図である。
【図６】  妨害減衰器が設けられていない場合における、図５でシミュレートされた開閉装置に関する上流側電圧、下流側電圧、電流のオシログラムである。
【図７】  妨害減衰器が開閉装置の下流に設けられている場合における、図５でシミュレートされた開閉装置に関する上流側電圧、下流側電圧、電流のオシログラムである。
【図８】  妨害減衰器が開閉装置の上流に設けられている場合における、図５でシミュレートされた開閉装置に関する上流側電圧、下流側電圧、電流のオシログラムである。
【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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