JPH0341001B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野の説明〕 本発明は地上の変電所から電気車両に対し給電
及び走行を制御する電気車の速度制御装置に関す
るものである。

〔従来技術の説明〕

まず、本発明の前提となる電気車両の地上制御
装置に関して説明する。第１図に従来の車両の制
御装置を示す。地上の変電所２０より一定電圧の
直流又は交流が、架線２１に供給される。電気車
両２２はこの電力を集電器２３又は接地車輪２４
を通じて取り入れる。電気車両２２には主電動機
２５と、この主電動機２５に供給する電圧、電流
を制御することにより車両の速度を制御する制御
装置２６とがある。電気車両２２の運転士の指示
はこの制御装置２６に与えられ、電気車両の速度
を制御している。尚、これ以外に補機等各種電気
機器があるが第１図では省略する。

(1)(イ) この第１図では１つの変電所区間に複数台
の電気車両を投入出来ること、また変電所か
ら常に一定電圧の電力を供給すれば良く、変
電所が簡単となる利点がある。しかし車上に
その主電動機を制御する制御装置を搭載する
必要がある。この制御装置は電力を制御する
ための高度な機器を要する為に容積的にも重
量的にも大きなものとなる。一例を挙げるな
らこの制御装置およびその関連装置は通常の
電気車（電動車）やモノレールの場合には、
その空車重量の10〜20％を占めている。これ
はこれだけの死荷重を常に輸送していること
になり走行時電力消費量から見ても大きな損
失となつている。

(ロ) 一方、モノレールのような場合にはタイヤ
の一輪荷重が非常にきびしく制限される。乗
客が満員となるとこの制限にひつかかるので
車体床面積をわざとふさぐために座席を多く
したり、客室内に機器室を設けたりして満員
時の乗客数が少なくなるような工夫をしてこ
のきびしい荷重制限を守つている。

また、機器搭載容積的にはモノレールの場
合特に床下に軌道を抱く方式（跨座型）で
は、軌道に有効搭載体積をうばわれる。この
制御装置を積むための有効搭載床下体積を得
るために、車内を広くせざるを得ない場合が
生じる。これは最近の都市交通のように18ｍ
道路のような狭い道路にこの車両を投入する
場合の車体幅、複線幅及び消防用余地等から
要求される幅などに合致せず大きな障害とな
つてくる。

(2) 建設コストの面から考えると最近の交通機関
は道路上に建設されることが多く、その場合は
高架方式となる。この場合、その上を走行する
車両はこの高架方式の60％近くをしめる高架構
造物建設費を低減するためには軽い方が良い。
また、前述した跨座式モノレールのような場合
には車幅を狭くして車長の長い車両を作ると桁
上での活荷重の荷重点の間隔を広く出来る。結
果的には、桁にかかるモーメントが減じる事が
出来る。従つて桁スパンを長くとれ全体として
桁支柱の数を減ずることが出来る。桁支柱は地
盤強度に応じその基礎にパイルを打つため、特
に弱地盤上に路線を建設する場合にこの数を減
ずることは軌道の建設コストの低減に大きく寄
与する。

(3) 次に、このような交通期間を維持、運用する
運用コストについて考えて見ると、車上の機器
は常に車両の走行振動や風雨等の悪い環境下に
おかれるため地上にある機器に比してそのメン
テナンスに多くの費用がかかる。それとともに
車両を保守するめの必要保守期間中は車両を運
休させるのでその使用効果が落ちる。さらに、
車両の故障率を考えた予備車に対する保守期間
を考えるので、それに対する予備車が必要とな
つてくる。

電気車両の地上制御はこれら従来の前述した(1)
〜(3)の問題点を改善し、今後要求される建設費や
維持費の安い交通システムを構成する事に有効な
ものとなる。第２図に車両の地上制御に関し、第
１図に示す給電基本回路に対応する回路を示す。
地上に固定配置された架線２７，２７および情報
伝送路２８を絶縁部２９，３０を設けある区間毎
に分断する。その架線２７，２７および情報伝送
路２８の一区間毎に対応して変電所３１をそれぞ
れ設ける。この場合、片方の架線を接地電位で用
いる場合に絶縁部を省略することが出来る。

電気車両３２の車上は集電器又は接地車輪３
３，３４と主電動機とその保護や回路切換に必要
な機器３５を搭載し主電動機の速度制御部分は地
上の変電所３１内に移す。これらの主回路以外に
補機回路を要するが、これは別に架線等を配して
集電を行うが第２図では省略する。

車両３２に乗る運転士の指令は主幹制御器から
情報伝送回路３６、車上アンテナ３７、情報伝送
路２８を通して変電所３１に伝えられる。変電所
３１では、この指令に従つて車両３２に供給する
電圧、及び電流を架線に供給して制御する。この
ような制御によると車上の速度制御部を取り除い
てあるにもかかわらず車上に速度制御器が配され
た場合と同じ作用を行なうことが出来る。また、
車両の重量減や重量減にともなう多くの利点を得
ることが出来る。また、速度制御部は地上に置か
れることになるので車両の振動や、車上に搭載す
るための寸法制限や重量制限を考える必要がなく
なりそれだけ極めて信頼性の高い装置とすること
が出来る。

以上が車両の地上制御装置の概要である。

さらに第３図により、従来の電気車両の制御装
置について説明する。地上に設置されたループ３
８，３９，４０，４１上を電気車両４２，４３が
走行している場合を考える。ループ３８上を走行
する車両４２の車上アンテナ４４により車両存在
信号が常時発信されており、それを地上の受信器
４５が受信することにより車両がこのループ３８
上に存在することを検知している。地上の制御回
路４６はこの存在を次のループ３９の制御回路４
７に与える制御回路４７はループ３９に対して制
御速度指令零を送信回路４８を通じて送信する。

ループ３９には車両が存在しないので地上受信
回路４９は車両無しを制御回路５０に伝える。そ
れが制御回路５１に伝わり制御回路５１はループ
４０に対して制御速度指令v₁を送信回路５２を通
して発信する。ループ４０にも車両が存在しない
ので同様にしてループ４１には制限速度指令v₂が
発信される。ループ４１の上に存在する後続車両
４３はこの制限速度指令を車上受信アンテナ５３
を通じて受信する。この制限速度の関係は第４図
に示してある実線ａの部分である。

電気車両４２は第５図に示す如くなつている。
車上受信アンテナ５４から制限速度指令信号を受
信すると車上の受信回路５５を介して自動列車速
度制御回路５６に伝えられ、運転士とのマンマシ
ンインターフエース５７に表示される。制限速度
指令信号は車連検出器５８からの自車速度と比較
され制限速度以下の場合には、主電動機制御回路
５９に指令してこの制限速度以下で走行させる。
一方、制限速度を越えている場合には主電動機制
御回路５９をしてこの制限速度以下の速度になる
よう指令を出す。このような制御にもかかわら
ず、何らかの原因で車速が制限速度以下にならな
い場合には非常ブレーキ装置６０に指令を出して
車両を強制的に停止させる。なお、車両存在信号
は自動列車速度制御回路５６から送信回路６１を
介して車上アンテナ４４から発信される。

第４図において先行車両４２がループ３８上に
停止している状態で後続車両４３が運行を続けた
場合には上述の制御により点線ｂで示すような走
行でループ３９にて自動的に停止し、先行車両４
２に衝突することが防止されている。

第６図は途中に速度制限区間が存在する場合の
例である。通常、路線上には、勾配やカーブの関
係でその地点を通過する速度を制限している個所
が存在する。第６図はループ４１内に図示の如き
速度制限区間Ｘが存在する。この場合、ループ４
１を２分して４１Ａと４１Ｂのように配置しルー
プ４１Ｂには速度制限区間Ｘの制限速度に見合う
制限速度はv₁（実線ｃ）以上の制限速度指令は出
ないようになつている。したがつて、先行車両４
２が停止している状態で後続車両４３が走行を続
けると第６図中一転鎖線ｄで示すような走行軌跡
を後続車両４３は示す。

以上述べた如く自動列車制御装置は大別して下
記の４つの機能を有している。

(1) 地上から与えられる制限速度指令以下の速度
で車両を自動的に走行させるとともにその制限
速度指令を車上の運転台等に表示する。

(2) 先行車両への衝突を防止する。

(3) 路線上の速度制限区間を自動的にその制限速
度以下で通過する。

(4) 何らかの原因で上述の制御が不能となつた場
合、非常ブレーキを使用させて車両を強制的に
停止させる。

地上制御としては、上記のような機能を有して
いるが、車上から地上の変電所を制御するために
地上−車上間情報伝送回路を有する。また変電所
と車両と常に１：１に結合させるので変電所切換
をするため地上にて車両の存在を把握する必要が
ある。さらにこれらの他に自動列車速度制御回路
をループ毎に別系でもつておりたとえば地上車上
情報伝送系とともに設備の二重化となる部分が存
在して不経済となる。

また、地上の変電所から見ると路線の速度制限
区間や各駅間長やその間の車両の走行方法のよう
に地上の地点に固有のものは地上にて把握する方
が容易である。

〔発明の目的〕

本発明は電気車両の地上制御装置に滴した経済
的な電気車の速度制御装置を提供するものであ
る。

〔発明の概要〕

区間毎に電気車両が走行する走行パターンを発
生し、車両から伝送回路を介して送られてくる車
両の速度を積分して走行地点を求め、走行パター
ン発生手段の出力するパターン走行速度に従うよ
うに電気車両の主電動機に供給する電力を区間毎
に地上側から制御する。

〔発明の実施例〕

本発明を図面に示す１実施例に基づいて説明す
る。第７図は全体構成図であり、第８図は電気車
両の構成を示す。

第７図において、架線６２には説明を容易にす
るため直流が供給されているとする。架線６２の
（＋）側はエアセクシヨン６３〜６７により分断
され、そのエアセクシヨンは切換器６８〜７２に
より開閉可能である。

架線の区分に応じて地上に車上−地上情報伝送
回路のループ７３〜７７が設置される。Ａ駅７
８、Ｂ駅７９のように駅の部分には上記ループは
たとえば７５及び７６のように２重に設置されて
いて、相隣る変電所の両方にそれぞれ引き込まれ
ている。

変電所は各駅間に上り、下り線別にそれぞれ１
ヶ所配置されているものとする。第７図では、
AB駅間用にＡ変電所８０、Ｂ駅とその前の駅用
にＢ変電所８１が配置され、変電所８１は変電所
８０と同一の構成となつている。

Ａ変電所８０について説明すると路線上に配置
されたその変電所の制御範囲に該当するループ
（Ａ変電所の場合は、７３，７４，７５の３ルー
プ）からの引込線は変電所に設置されたそれぞれ
別個の送受信回路８２〜８４に接続されている。
これらの送受信回路は地上制御回路８５に接続さ
れ、電気車両の車上からの受信情報をこれに与え
るとともに地上制御回路からの指令を車上に送信
する。

地上制御回路８５には架線切換器６９，７０を
制御する切換器制御回路８６、架線の電圧、電流
を制御する電力変換制御回路８７およびBA駅間
（この場合車両はＢ駅→Ａ駅の方向に走行すると
想定する）の走行パターンを発生する走行パター
ン発生回路８８が接続されている。

この変電所は図示しない受電変電所からの高圧
を高圧配電線８９を通じて受電し、電力変換制御
回路８７にて直流に変換して第７図に示すように
架線２３に供給している。

次に第８図について電気車両９０の構成と示
す。架線より電力を集電する集電器９１，９２と
これにより集電された電力により直接駆動される
主電動機回路９３がある。地上からの情報を受信
する受信アンテナ９４は車上受信回路９５を介し
て車上制御回路９６に接続されている。また車上
には地上に情報を送信する車上送信アンテナ９７
があり車上送信回路９８を介して車上制御回路９
６に接続されている。さらに、車上制御回路９６
には車速を検出する速度検出回路９９、非常ブレ
ーキ装置１００、運転士からの指令を入力したり
必要な情報を運転士に与えるマンマシンインター
フエース１０１が接続されている。

第７図において電気車両９０はＢ駅７９に到着
した状態を示し客扱いの後Ａ駅に向うものとす
る。この状態では架線切換器７０は開、７１，７
２は閉となつておりＢ変電所８１に架線２３は接
続されている。

電気車両９０の運転士はＢ駅を出発する前に
Ａ，Ｂ両変電所に変電所切換指令を発する。この
指令は車上アンテナ９７から地上ループ７６，７
５に伝わりそれぞれの変電所に伝わる。Ａ変電所
について説明すると、地上ループ７５からの情報
は変電所８０内の送受信回路８４により受信さ
れ、地上制御回路８５に伝えられる。地上制御回
路８５はこの指令により切換器制御回路８６に指
令を出して架線切換器６９，７０を閉とする。同
様に、Ｂ変電所８１から架線切換器７１が開とさ
れる。このようにしてＡ駅とＢ駅間の架線が接続
されて電気車両９０への電力供給のための変電所
がＢ変電所８１からＡ変電所８０に切換が完了す
る。この状態でＡ変電所８０の地上制御回路８５
は送受信回路８２，８３，８４に対してキヤリヤ
ーの発信を開始させる。Ｂ変電所８１はそれまで
発信していたキヤリヤーの発信を停止する。従つ
て電気車両９０上では、Ｂ変電所８１からのキヤ
リヤーが切れその後Ａ変電所８０からのキヤリヤ
ーが発生するので一度このキヤリヤーが断となり
再度キヤリヤーが立上ることをもつて変電所の切
換えが完了したと判断する。

このキヤリヤーは第８図の車上アンテナ９４を
介して車上受信回路９５にて受信され車上制御回
路９６に入力され、この制御回路９６により非常
ブレーキ１００を動作しないよう保持する。従つ
て車両走行中このキヤリヤーが所定時間以上断と
なると自動的に非常ブレーキ１００が作動して電
気車両を停止せしめる。

次に電気車両９０の運転士が運転台のマンマシ
ンインターフエース１０１より出発指令を与える
と、その指令と車上の速度検出回路９９にて測定
された値が車上送信回路９８、車上アンテナ９７
を介して地上に送信される。この情報は第７図の
送受信回路８２，８３，８４を介して地上制御回
路８５に入力される。Ａ変電所８０内のパターン
発生回路８８には電気車両９０がＢ→Ａ駅間を走
行するのに必要な地点−速度パターンが記憶され
ている。第９図にそのパターンを示す。Ｐ１点は
車両が停止する定位置で固定位置である。車上か
ら送信されてきた速度値は地上制御回路８５で積
分されて地点に変換される。

車上からの走行指令により地上制御回路８５は
車上へ情報伝送回路を介して力行指令を発信する
とともに電力変換制御回路８７を制御して架線６
２への出力電圧を制御して車両を発進させる。そ
の後は第９図の走行パターンｅに追従するように
車上からの速度と比較しながら変電所８０からの
出力電圧を制御する。この場合、車両を減速させ
る必要のある場合には、情報伝送回路を介して力
行指令をブレーキ指令に切り替えるとともに電力
変換制御回路８７を制御してインバータ運転とし
て車両から帰還される電力を高圧配電線８９へ回
生する。

車両を速度を積分することによつて地点を算出
しているので誤差が生じる。従つて地上ループを
車両が通過する地点、即ち、第９図のＰ２，Ｐ３
点ではこの値を修正している。車両が走行パタン
に従つて制御されたＰ４点に来ると地上変電所８
０は架線６２への電力供給を止め、車両は慣行す
る。こらから先は運転士が車上の空気ブレーキを
操作して車両を駅の定位置第９図のＰ５点に停止
させる。

地上変電所８０のパターン発生回路８８にはも
う一つのパターンである監視パターンｆ（１点鎖
線で示す）が記憶されており車両９０からの速度
がこの値を越えた場合は、変電所８０は車両への
全ての送信を断つことにより、前述の非常ブレー
キ１００が作動して車両を停止させる。この場
合、第９図のｇ（２点鎖線で示す）に示すように
車両９０はＰ７点に停止する。

第１０図はＡ・Ｂ駅間の速度制限個所Ｙが存在
する場合の走行パターンｈと監視パターンｉを示
したものである。この例は、速度制限個所が１ヶ
所の場合であるが多数個所あつてもまつたく同様
に電気車両の速度制御をすることが可能である。

走行パターンは駅間の速度制限個所、勾配、曲
線及び電気車両の性能等を考慮して電算機により
シミユレーシヨンを行つて決定する。また監視パ
ターンは走行パターンにある程度の余裕をとつた
もので非常ブレーキによる停止距離を考慮に入れ
て決定されるものである。

駅での定位置停止を除いて自動的に電気車の速
度を制御するものが先の実施例であつたが、経済
的にそのような制御が不要の場合がある。そのよ
うな場合は、電気車両の運転台に地上から地点に
合せた制限速度を表示し、運転士はこの値を信号
機として主幹制御器を操作し、手動にて電気車両
の速度を制御する。従来ではこの制御（Cab
Signal方法）は、第３図の地上ループ３８，３
９，４０，４１から車上に伝送される制限速度を
電気車両４２，４３の運転台に表示することで行
つている。

第１１図において地上から車上へ伝送する制限
速度はあらかじめ何種類かに設定してお（この例
ではv₁，v₂，v₃の３種類）。前述した実施例の走
行パターンのかわりにこの制限速度パターンｊ
（実線で示す）をもち車上からの速度を積分して
地点を算出し、この車両の走行に合せてその地点
に対応する制限速度を車上に送信する。車上では
これを運転台に表示し、運転士はこの制限速度以
下に車両速度を速やかにおさめるよう、電気車の
運転台から手動にて地上−車上情報伝送回路を介
して地上変電所を制御することにより電気車の速
度を制御する。この場合、運転士の運転ミスによ
る制限速度オバーや駅通過を防止するため運転士
の操作余裕を見込んだ監視パターンｋ（１点鎖線
で示す）をもち地上にて車両の速度を監視する。
このパターンを侵した場合は地上からの送信を全
て断つことにより電気車両を非常ブレーキにより
停止させる。第１１図に示す点線１は上記の条件
の下で運転士が手動操作で運転した場合の走行曲
線を示している。このようにすると制限速度の変
化点Ｓ１，Ｓ２は地上制御による地上ループの切
換点Ｐ２，Ｐ３とまつたく関係なく設定出来るし
変化点の個数についても自由である。

第１２図は上記した第１１図による制御に基づ
き駅間に速度制限個所Ｚが存在する場合について
示したものである。制限速度パターンｍ、監視パ
ターンｎ、制限速度変化点Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ３
Ａ，Ｓ４Ａが示され、制御の仕方は、第１１図と
同様である。なお、パターンｑは、運転士の手動
操作によつた場合のものである。

〔発明の効果〕

駅間に地上制御のために設置された地上ループ
を用いて、地上ループ数を多くすることなく、駅
間の複数の速度制限個所を地上変電所において把
握し、変電所毎に車両を制御するので従来車上で
行なわれている自動速度制御よりも正確な自動速
度制御が可能となる。

地上側に主電動機を制御する制御装置を設置す
るので、電気車両の軽量化が可能となり、走行電
力消費量の低減化を達成できる。さらに、変電所
毎に地上制御回路を設けるため、従来のようにル
ープ毎に制御回路を設ける必要がないので経済的
にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の電気車両の給電回路を
示すブロツク図、第３図は従来の電気車両の地上
制御装置を示すブロツク図、第４図は第３図に対
応した制限速度を示すチヤート、第５図は第３図
に示す電気車両のブロツク図、第６図は第３図に
対応して速度制限区間を有する場合の制限速度を
示すチヤート、第７図は本発明に基づく速度制御
装置のブロツク図、第８図は第７図に示す電気車
両のブロツク図、第９図は第８図に対応した制限
速度を示すチヤート、第１０図は第８図に対応し
て速度制限区間を有する場合の制限速度を示すチ
ヤート、第１１図、第１２図は他の実施例による
制限速度を示すチヤートである。 ６２……架線、６８，６９，７０，７１，７２
……切換器、７３，７４，７５，７６，７７……
ループ、８０，８１……変電所、８２，８３，８
４……送受信回路、８５……地上制御回路、８６
……切換器制御回路、８７……電力変換制御回
路、８８……走行パターン発生回路、９０……電
気車両、９１，９２……集電器、９３……主電動
機回路、９４……受信アンテナ、９５……受信回
路、９６……車上制御回路、９７……送信アンテ
ナ、９８……送信回路、９９……速度検出回路、
１００……非常ブレーキ装置、１０１……マンマ
シンインターフエース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 区間毎に電気的に絶縁された架線と、 この架線により供給される電力により直接駆動
   される主電動機を有する電気車両と、 この電気車両に設けられた電気車両の走行速度
   を検出する走行速度検出手段と、 この走行速度検出手段が出力する走行速度信号
   より、電気車の走行位置を演算する位置演算手段
   と、 この位置演算手段が出力する走行位置信号よ
   り、電気車の走行区間とその走行区間内の走行位
   置に応じたパターン走行速度信号を出力する走行
   パターン発生手段と、 走行パターン発生手段が出力するパターン走行
   速度信号と走行速度検出手段が出力する速度信号
   の差を補償する電気車両の走行速度に応じた電力
   量を演算して、電力供給指令量を出力する、区間
   毎に地上側に設置された電力量演算手段と、 この電力供給指令量に応じて走行区間の架線に
   電力を供給する、区間毎に地上側に設置された電
   力供給手段とを有する電気車の速度制御装置。 ２ 走行パターン発生手段に予め記憶されている
   位置−速度パターンに、制御余裕を有した監視位
   置−速度パターンを発生する監視走行パターン発
   生手段と、 走行速度検出手段の出力する走行速度信号の値
   がこの監視走行パターン発生手段の発生する監視
   走行速度信号の値を越えると、カ行信号の出力を
   停止する監視制御手段と、 このカ行信号を出力しないと電気車両を制動す
   る制動手段とを有する請求の項１記載の電気車の
   速度制御装置。