JPH0427051B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ） 技術分野の説明 本発明は、電気車両の運行システムにおける制
御方法に関する。

ｂ） 従来技術の説明と問題点 従来の運行システムとその装置について、第１
図により説明する。変電所１より一定電圧の直流
又は交流が、架線２に供給される。電気車両８は
この電力を集電器４、又は接地車輪５を通じて電
気車両に取り入れる。電気車両８には主電動機６
と、この主電動機６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７
とがある。電気車両８の運転士の指示は、この制
御装置に与えられ、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本
図では省略して記入してない。

この方式は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。また変電所からは常に一定
の電圧の電力を供給すればよ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に与え
る電圧、電流を制御する制御装置を塔載する必要
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、この制御機器
及びその関連機器は通常の電気車（電動車）やモ
ノレール車両の場合で、その空車重量の約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の電力消費から見
ても大きな損失となつている。

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ため、乗客が多
数のときこの制限にふれないため、座席を多くし
たり、客室内に機器室を設けたりして定員以上に
乗客が乗れないような工夫をしてこの制限を守つ
ている。

また容積的には、モノレールの場合特に床下に
軌道を抱く方式の〓座型は、軌道に有効塔載体積
をうばわれる為に、この制御装置を積むため車巾
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、車体巾複線巾及び消防
用予地等から要求される巾などに合致せず大きな
障害となつてくる。

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場合が多く、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
の高架交通方式の60％近くをしめる高架構造物建
設費正低減する為に軽い方が良い。また前述した
〓座式モノレールの場合には車巾を狭くして車長
の長い車両を作ると桁上で活荷重の荷重点の間隔
を広く出来るので結果的には桁にかかるモーメン
トが減じる事が出来るので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建設する時はこの数を減ずる
ことは軌道の建設コストの低減に大きく寄与す
る。

次にこのような交通機関を維持、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とともに車両を保守する為の
必要保守期間中は車両と運休させるためその使用
効率が落ちるとともに車両の故障率を考えた予備
車に更に保守期間を考えるための予備車が必要と
なつてくる。

ｃ） 発明の目的 本発明の目的はこれら従来の方式の不具合を改
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輌制御方法を提供し
ようとするものである。

ｄ） 発明の構成 第２図に本発明の一実施例を示す。これは第１
図に示す基本的な給電基本回路に対応する回路を
指示したものである。地上に固定配置された。架
線２３Ｘ，２３Ｙ及び情報伝送路３０を切換器２
７Ｘ〜２７X″，２７Ｙ〜２７Y″，３１〜３１″を
設け、その架線２３Ｘ，２３Ｙ及び情報伝送路３
０の一区間毎に対応して変電所２１，２２をそれ
ぞれ設ける。この場合架線２３Ｙを接地電位で用
いる場合には切換器２７Ｙを省略することができ
る。この提案の６Ａの車上は集電器又は接地車輪
３Ａ，７Ａと主電動機とその保護や回路切替に必
要な機器２５を塔載し、主電動機の速度制御部分
は地上の変電所２１内に移す。これ等の主回路以
外補機回路を要するがこれは別に架線等を配して
集電して行うが本図では省略記入してない。

６Ａの車両に乗る運転士の指令は、主幹制御器
から情報伝送装置２８、車上アンテナ２９、情報
伝送路３０を通して変電所に伝えられる。変電所
ではこの指令に従つて車両に供給する電圧、及び
電流を架線２３Ｘ，２３Ｙに供給して制御する。
一方、車両６Ａの存在が、車上の情報伝送装置２
８、車上アンテナ２９、情報伝送路３０を通して
伝えられる。車両６Ａが第２図の位置に在線して
いれば、切換器２７Ｘ，２７Ｙに開かれ、切換器
２７X′，２７X″，２７Y′，２７Y″，３１′，３
１″は閉じられる。左側の車両６Ａは変電所２１
より、右側の車両６A′は変電所２２より電力を
供給されて走行する。このような方法を用いると
車上の速度制御部を取り除いてあるにかかわらず
車上に速度制御器が配された場合と完全に同じ作
用を行う事が出来車両の重量減や重量減にともな
う多くの利点を得る事が出来る。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、車上に塔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るので、その分極めて信頼性
の高い装置とすることができる。

第３図、第４図に更に駅を含む配線を考えた説
明図を示す。まず第３図について説明する。この
図は折返し駅（Ａ駅）３２Ａ及び中間駅（Ｂ駅３
２Ｂ、Ｃ駅３２Ｃ）について示している。

Ｃ駅３２ＣからＡ駅３２Ａに向かう路線を上り
線とすると、それに対応する架線２３Ｂと下り線
の架線２３Ａが路線と同的に単線（第２図の２３
Ｘ，２３Ｙを１本の線で）示されているものとす
る。架線２３Ａ，２３Ｂは直流を想定しており、
また補助電源用架線３３は単相交流を車両に供給
するためのもので、一定電圧の電源であり、この
図ではＡ変電所２１Ａから全て供給されている。
この補助電源用架線３３は２本配され２個の集電
機８により車両に要する補機等は全て駆動され一
般的に必要とする旅客サービス機能を満足せしめ
るものとする。

車両６Ａには主電動機への電力を集電する集電
機３Ａ，７Ａと、補助電力を集電する集電器８と
車両６Ａに乗る運転士の指令を変電所に伝えるた
めの情報伝送装置のアンテナ２９より成つてい
る。情報伝送路３０はこのアンテナ２９からの情
報をその車両６Ａが存在する変電所この場合は２
１Ｃへ運転士の指令を伝えるものである。

架線２３Ａ，２３Ｂは図示の如く切換器（たと
えば２７Ｅ，２７Ｆ）により必要な変電所２１
Ｂ，２１Ｃからの給電区間に分断されている。こ
の区分に合わせて情報伝送路３０も切換器（たと
えば３１Ｃ，３１Ｄ）により分断されている。

ここで電力源より受電するのは受電変電所２４
で、この受電変電所２４から高圧配電線２２を介
して各変電所２１Ａ〜２１Ｄに電力が供給され
る。

架線を除いてこの図は上り線及び折返し部のみ
について示したもので、下り線についても同様な
構成となつている。

次に切換器２７Ｅ，２７Ｆと切換器３１Ｃ，３
１Ｄの機能作用について説明する。

第４図は変電所を中心とした本発明の構成を示
す。架線２３Ｂはエアセクシヨン２７CA，２７
DA，２７EA，２７FAにより分断されており、
そのエアセクシヨンを切換器２７CB，２７DB，
２７EB，２７FBによりそれぞれ開、閉出来るよ
うになつていてそれぞれ近くに配された変電所２
１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと接続可能となつている。
切換器２７CB，２７DBはインターロツク装置４
８Ａにより、また切換器２７EB，２７FBはイン
ターロツク装置４８Ｂによりそれぞれが同時には
閉とならない構成となつている。

この様なエアセクシヨン２７CA，２７DA…
及び切換器２７CB，２７DB…及びインターロツ
ク装置４８Ａ，４８Ｂは２本配される架線の両方
共に配するのが基本であるが直流給電の如く一方
が接地側となる様な場合は接地側の架線は特に分
断する必要がない場合が考えられ、側だけの架
線にこの様なエアセクシヨン切換器インターロツ
ク装置を配する様にする事も可能である。

車両６Ａには架線から給供される電力を集電す
る集電器３Ａ，７Ａおよび３Ａ，７Ａの集電器に
より得た電線により直接駆動される主電動機装置
（保護回路、接触器等を含む）２５と補助電源架
線３３より補助電源を集電する集電器８および補
助機器５０および車両６Ａに乗車している運転士
の指令を地上に伝える情報伝送発振装置２８とそ
の車上アンテナ２９などの主要電気品が設けられ
るがその他の車両を構成するのに必要な機器も当
然塔載又は配されているが本発明の機能には直接
関係無いので省略記入していない。

地上側装置には車上から発信された情報を受け
とる地上アンテナ３０Ａ〜３０Ｅがあり架線の区
分に合せて分断され車上アンテナと対向配置され
る。変電所２１Ｂにはその変電所２１Ｂの選択し
て給電を行う範囲に相当する区間の地上アンテナ
３０BA，３０Ｃ，３０DBから受けた信号を解
読判断する受信機４１，４２，４３、車上よりの
信号指令により動作する地上制御装置４６、制御
しようとする車両が存在する区間の架線に給電指
令を出す架線切換制御装置４７、車上の運転手の
指令により車両走行に適合する電力を架線に供給
する電力変換制御装置４５などがある。また車両
６Ａの制御方法として発電ブレーキを用いる場合
にはブレーキ用抵抗器４４が設置される。

ｅ） 発明の作用 まず第３図について説明する。現在車両６Ａは
Ｂ駅３２Ｂに停車しようとしているとする。この
状態では架線２３Ｂの切換器２７Ｆは閉、切換器
２７Ｅは開となつており情報伝送路３０の切換器
３１Ｄは閉、３１Ｃは開となつていて、Ｃ変電所
２１Ｃと車両６Ａの運転指令信号及び給電架線が
連結されていて、Ｃ変電所２１Ｃの給電により車
両６Ａは走行する。車両６ＡがＢ駅３２Ｂに停車
すると、車上の運転手は車上より次の給電区間に
走行するため準備指令が２９の停車時間中に切換
器２７Ｆは開、２７Ｅは閉となり同様に切換器３
１Ｄは開、３１Ｃは閉となつてＢ変電所に接続さ
れる。この切換動作の手順については第４図の作
用説明に於いて詳細説明される、この時同時に切
換器２７Ｄは閉、２７Ｃは開、３１Ｂは閉、３１
Ａは開となつてＡ駅３２Ａ迄の走行路が結成され
車両６ＡはＢ変電所２１Ｂの給電機能によりＢ駅
３２ＢよりＡ駅３２Ａに向つて走行し得る体勢が
出来る。

車両６Ａの運転台から主幹制御器を操作する
と、その指令情報が車上アンテナ２９より発信さ
れ情報伝送路３０が受信し車上よりの指令情報が
Ｂ変電所２１Ｂに伝えられ変電所内の制御器が車
上よりの指令情報に従つてＢ変電所２１Ｂが作動
し、架線２の電圧及び電流が制御されてあたかも
車両６Ａに制御器が塔載されている時と同じ様に
車両６Ａが走行する。Ａ駅３２Ａへの停車に対し
て電気ブレーキ指令を車両６Ａに乗つている運転
士が指令するとＢ変電所２１Ｂはインバータ運転
に切換り、車両６Ａが発生する直流電気エネルギ
ーを架線２３Ｂを介して受電しこの直流を交流に
変換して高圧配電線２２に回生して車両６Ａは減
速する。或は回生制動とせずに発電ブレーキとし
て使用する場合は、Ｂ変電所２１Ｂに設置された
ブレーキ抵抗器の抵抗値を変えることにより、車
両６Ａの発生する直流エネルギーをこの変電所２
１Ｂの抵抗器により消費することにより車両６Ａ
を減速する事が出来る。

Ａ駅３２Ａに停車すると停車時間中にＢ駅３２
Ｂに停車した間に行つた動作と同じ方法で運転手
の指令により切換器２７Ｄが開、２７Ｃが閉、同
様に切換器３１Ｂが開、３１Ａが閉となつてＡ変
電所２１Ａに接続され、車両は折返しのためＡ駅
３２ＡのＹ線に進入する事が可能となる。車両６
ＡがＹ線に進入して停止すると再度車両６Ａの運
転手指令により切換器２７Ｃが開、２７Ａが閉、
２７Ｂが開となつて車両はＡ駅の下り線に折返し
走行して停車する事が出来る。

このようにして、駅での停車時間中に車上の運
転手の指令で変電所を切り換えることにより車両
と変電所を１：１に接続することを繰り返して車
両は地上の変電所を車上に積載した制御器を自由
に制御するのと同じ様にして地上制御を行なうこ
とが可能となり制御器の無い簡単なしかも軽量な
車両を自由に走行せしめる事が可能となり、従来
問題となつていた各種の問題点をうまく解決する
事が可能となる。

全体的な動作は上記に示したが、次に第４図を
用いて変電所を中心に更に詳細にその動作を説明
する。車両６Ａからは車上アンテナ２９を通して
対向する地上アンテナ３０Ａ〜３０Ｅに常に一定
周波数のキヤリヤを車両６Ａから各種の信号発信
の有無にかかわらず流しているので地上の変電所
例えば２１Ｂはこのキヤリヤを変電所で受信した
時は、車両が停止して受電区間切換の指令が出さ
れ、変電所が切換され、車両がその変電所の制御
範囲にある状態になり次の受電区間に切換る指令
が出る迄の間変電所は車両よりの指令を待ち続け
る様にする。車両６Ａが受持給電区間に存在する
か否か又存在した時には３０BA，３０Ｃ，３０
DBのどこの区間に居るのかを判断出来る。

車両６Ａが減速してＢ駅３２Ｂに停車しようと
している時は、Ｃ変電所２１Ｃから制御されてい
る。Ｃ変電所２１Ｃの内部は第４図のＢ変電所２
１Ｂと同一である。車上の運転士から電気ブレー
キ（回生）の指令が出ると、回生ブレーキ指令が
キヤリア上に乗つて車上アンテナ２９から地上ア
ンテナ３０DAに伝えられ、Ｃ変電所２１Ｃに伝
わりＣ変電所２１Ｃの受信機４１は車両６Ａから
発せられた回生ブレーキ指令を受けて地上制御装
置４６に回生ブレーキ指令を伝える。地上制御装
置４６はこの回生ブレーキ指令により給電状況が
回生ブレーキモードとなる様に指令を出し、電力
変換制御装置４５をインバータ運転して電力を高
圧配電線２２へ回生することにより、回生ブレー
キを車両６Ａに作用させる事により車両６Ａを減
速せしめる。ここで回生ブレーキは他に力行する
車両がある場合は有効に回生電流を活用出来るが
他に力行する車両が期待出来ず、更に電力会社へ
直接回生する事が行えない場合は発電ブレーキを
用い車両減速が行える。つまり発電ブレーキを用
いる場合は高圧配電線２２へ回生せず地上のブレ
ーキ抵抗器４４にて発電されたエネルギーを消費
させ車両減速を行わせる。

この状態で車両６ＡがＢ駅３２Ｂに停車すると
車上の運転士から変電所切換指令が地上変電所に
キヤリヤに乗せて車上アンテナ２９から地上アン
テナ３０に発せられる。地上アンテナ３０DA，
３０DBはこれを同時に受信するが、Ｃ変電所３
２Ｂはこの切換指令により動作はなされないが、
Ｂ変電所２１Ｂは受信機４３を経て地上制御装置
４６の切換指令を受けて、先行車よりのキヤリヤ
の有無を判断し駅３２Ａ、駅３２Ｂ間に先行車両
が居ないことが確認された時、切換制御装置４７
から、切換器２７DB，２７EB，２７FBに対し
て切換指令が出されＢ駅３２ＢよりＡ駅３２Ａに
向つて車両６Ａが走行する準備を地上変電所２１
Ｂは完了する。もしAB駅間に先行車両が居る場
合には先行車のキヤリヤでこれを検出し、運転士
が切換指令を出しても変電所２１Ｂは切り換え指
令を出さない様にロツクされる。切換器２７
DB，２７EBが切換えるとインターロツク装置４
８Ａ，４８Ｂにより切換器２７CB，２７FBが切
り離されＢ駅からの走行路に対して架線、変電所
ともに制御可能な状態となり、運転士が走行指令
を発するとその指令にしたがつて架線の電圧、電
流の制御を行なう。つまりＢ駅３２Ｂに停車後、
先行車がまだＡ駅３２Ａから出ていない時は切換
器２７DB，２７EBが切換らず車両６ＡはＢ駅３
２Ｂから出発する条件がそろわず、その状況で間
違つて、車両６Ａの運転手が出発指令を出しても
地上制御装置４６の所でこの指令はブロツクされ
て、車両は出発する事はない。しかしＡ駅３２
Ａ、Ｂ駅３２Ｂに車両６Ａだけになると切換器２
７DB，２７EBが切換り出発可能条件がそろうの
で車両６Ａは運転手の指令に従つてＡ駅３２Ａに
向つて出発する事が可能となる。

ｆ） 変形例 (1) 架線が交流の場合 架線が直流の場合は、車上の主電動機は一般
的に直流電動機が使用されるが、架線を３相交
流にした場合は、車上の主電動機として誘導電
動機を使用し、変電所にはVVVF制御装置が
設置され、架線に供給する３相交流の電圧、電
流、周波数を制御することにより車上の誘導電
動機の速度制御を行なうことが出来、回生ブレ
ーキも可能となる。

この場合架線は３本必要となる。

上述の部分を除いては本発明に記載したもの
と全く同じ方法により架線が交流の場合にも地
上制御による車両運行が可能となる。

(2) 地上変電所の共用 第３図は変電所を上下線それぞれの各駅間及
び折返し部に全て独立して設ける方法を示した
が、車両の運転間隔が大きい場合は、この方法
では変電所の数が多くなり、不経済となる。即
ち車両が本線上で大なる間隙で走行しているの
に対して変電所の数が上下線各駅間毎と多くな
り変電所の稼動率が小となる。

このような場合は変電所の数を複数駅間延長給
電する。又は上下線間の変電所を共用することで
減ずることが可能となる。第５図は第３図での
Ｂ，Ｃ変電所をＣ変電所１ケ所に減じた例であ
り、第６図はBC駅間のＣ変電所をBC駅間の上下
線に共用した例である。

ｇ） 総合的な効果 以上述べた如く車両より運転指令条件を信号線
を径由して変電所に伝え、車両と変電所が１対１
の対応で運転指令条件に従つた電圧電流を架線に
より車両に供給し、又一つの変電所の受持範囲内
に複数の車両が入らぬ様にインターロツク機能を
持たせる様にすれば本来車両に積載しなければな
らぬ制御装置及び関連機器が地上に設置すれば良
い事となり車両にとつて床下スペースを大きく要
求し又重量的にも非常に大きな値となる制御器が
無くなる為に車両を小形化又は車巾の小さい軽量
車体とする事が出来るので巾方向の軌道専有巾を
減じる。又軌道構造の簡易化が可能となり巾の広
い車両では採用不能な狭い専有巾の交通機関を極
めて経済性の勝れた軌道で構成可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法の概略図、第２図は本発明の
概略説明図、第３図は本発明の全体的な説明図、
第４図は第３図の要部の詳細図、第５図、第６図
は本発明の他の実施例を示す図。 １…変電所、２…架線、３，３Ａ…集電器、４
…車上制御装置、６，６Ａ…電気車、７，７Ａ…
集電器、８…補機用集電器、２１，２１Ａ〜２１
Ｄ…変電所、２２…高圧配電線、２３，２３Ａ，
２３Ｂ…架線、２４…受電変電所、２５…主電動
機装置、２７…絶縁部、２７Ａ〜２７Ｆ…切換
器、２７CB，２７DB，２７EB，２７FB…切換
器、２７CA，２７DA，２７EA，２７FA…エ
アセクシヨン、２８…車上情報伝送装置、２９…
車上アンテナ、３０，３０Ａ〜３０Ｅ，３０
BA，３０DA…情報伝送路、３１Ａ〜３１Ｄ…
情報伝送路切換器、３２Ａ〜３２Ｃ…駅、３３…
補機用架線、４１，４２，４３…地上受信機、４
４…発電ブレーキ用抵抗器、４５…電力変換制御
装置、４６…地上制御装置、４７…架線切換装
置、４８Ａ，４８Ｂ…インターロツク装置、５０
…車上補機装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の区間に分割された架線と、 車両の走行を制御するための可変電力を架線に
   供給する変電所と、 前記区間と変電所とを接続替えする切換器と、 運転手の出発指令を地上制御装置に送信する伝
   送手段と、 車両が進入予定の区間における他の車両の有無
   を検出する車両検出手段と、 この車両検出手段により他の車両が検出され
   ず、かつ前記出発指令を受信したときに切換器に
   より進入予定の区間と変電所とを接続する切換制
   御手段とを有する電気車両の走行制御装置。