JPH07222355A - 電源装置及びこの電源装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 商用交流電源等から電源線を接続する必要が
なく、しかも鉄道架線等のような高圧の場所に設置され
ている装置に使用することのできる電源装置及びこの電
源装置の使用方法を提供する。 【構成】 鉄道交通の交流電流が流れる線に係合して当
該交流電流による誘導電圧を発生する変流器１４と、前
記誘導電圧を直流電圧に変換する整流器１３ｃとを備え
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源を直流電源に
変換する電源装置及びこの電源装置の使用方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より商用交流電源等から得られるＡ
Ｃ１００Ｖ等の高い交流電圧をトランスで低圧の交流電
圧に降圧して、これを整流して直流電圧を出力する電源
装置は広く知られている。かかる電源装置は、商用交流
電源等の定格の電流容量の範囲内において、種々の電子
機器の直流電源として使用されている。

【０００３】一方、近年においては、太陽エネルギーを
利用した太陽電池の開発がめざましく、大きな容量の電
流を供給できるものもある。太陽電池の優れた点は、商
用交流電源等に接続するための電源線が不要なことであ
る。従って、戸外で使用する機器の電源として好適であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の電源装置においては、商用交流電源等に電源線を接続
する必要があるため、当該電源装置を使用する装置を戸
外で使用する場合には、その使用範囲が限定されてしま
うという問題があった。さらに、当該電源装置を使用す
る装置が鉄道架線等のような高圧の場所に設置されてい
る場合には、高圧仕様のトランスを必要とするため、装
置の重量及び容積が大規模になり風圧その他の自然環境
から設置が困難になるという問題があった。

【０００５】また、太陽電池を使用する場合にも、鉄道
架線等のような高圧の場所に設置されている場合には、
風圧その他の自然環境から設置が困難になるという問題
があった。

【０００６】またさらに、従来の電源装置を無人装置に
使用する場合には、その電源装置が良好に動作している
か否かの状態が把握できないという問題があった。

【０００７】本発明はかかる従来の技術の問題を解決す
るものであり、商用交流電源等から電源線を接続する必
要がなく、しかも鉄道架線等のような高圧の場所に設置
されている装置に使用することのできる電源装置を提供
することを目的とする。

【０００８】また、電源装置を無人装置に使用する場合
でも、その電源装置が良好に動作しているか否かの状態
が把握できる電源装置の使用方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】電源装置を提供するとい
う目的を達成するために、鉄道交通の交流電流が流れる
線に係合して当該交流電流による誘導電圧を発生する電
圧発生手段と、前記誘導電圧を直流電圧に変換する整流
手段とを備えた構成とする。

【００１０】また、電源装置の使用方法を提供する目的
を達成するために、鉄道交通の交流電流が流れる線に係
合して当該交流電流による誘導電圧を発生する電圧発生
手段と、前記誘導電圧を直流電圧に変換する整流手段と
を備えた電源装置の使用の際に、この電源装置から電源
の供給を受ける第１の装置からこの第１の装置と通信を
行う第２の装置に対して、当該電源電圧の電源供給能力
に係る情報を伝送することを特徴とする構成である。

【００１１】

【作用】したがって上記電源装置の発明の構成によれ
ば、商用交流電源等から電源線を接続する必要がなく、
しかも鉄道架線等のような高圧の場所に設置されている
装置に使用することができる。

【００１２】また、上記電源装置の使用方法の発明の構
成によれば、電源装置を無人装置に使用する場合でも、
その電源装置が良好に動作しているか否かの状態が把握
できる。

【００１３】

【実施例】以下、本願発明によるの実施例について図を
参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は新幹線の架線の外観図である。図１
において、１は架線を支持する架線柱であり、電位的に
は地上側（アース）となっている。２は架線柱１に絶縁
部を介して固定されて架線の各種ワイヤを吊るための吊
架ブラケットであり、ＡＣ２５ｋＶの高圧に充電された
金具で構成され、上段及び下段の二股構造となってい
る。３は地上側となる架線柱１と高圧側となる吊架ブラ
ケット２とを絶縁するための碍子である。すなわち、高
圧側である吊架ブラケット２と地上側である架線柱１と
は、絶縁部である碍子３によって電気的に分離されてい
る。

【００１５】４は上段の吊架ブラケット２に吊られたメ
ッセンジャーワイヤである。このメッセンジャーワイヤ
４には、新幹線の列車が通るたびに約２００Ａの交流電
流が２０〜３０秒間流れる。５は下段の吊架ブラケット
２に吊られた補助（オージャキシャリ）メッセンジャー
ワイヤであり、メッセンジャーワイヤ４に吊られてい
る。６はこの補助メッセンジャーワイヤ５に吊られたト
ロリーワイヤであり、パンタグラフと接触して新幹線に
電力を供給する。また、７は下段の吊架ブラケット２と
トロリーワイヤ６とを可動自在に固定する可動ワイヤ支
持部材であり、列車の上下振動がトロリーワイヤ６に伝
わるのを和らげる弛緩機能を持つ。

【００１６】図２は本発明の架線監視装置の構成を示す
概略ブロック図である。図２において、１０は吊架ブラ
ケット２に取り付けられた高圧側装置であり、２０は架
線柱１に取り付けられた地上側装置である。高圧側装置
１０及び地上側装置２０との間の情報の授受は、光信号
による光伝送によって行われる。なお、この架線監視装
置は、線路の所定の間隔（この実施例の場合は、４５０
０ｍとする）ごとに設置されている。

【００１７】高圧側装置１０は、トロリーワイヤ６の磨
耗状態を監視して磨耗検出信号を生成する磨耗検出手段
である磨耗検出装置１１、地上側装置２０との間で情報
を光信号として伝送する光送信手段である光伝送装置１
２、磨耗検出装置１１及び光伝送装置１２に電源を供給
する浮動充電式電源装置１３、この浮動充電式電源装置
１３に電流を供給する変流器１４、及び、バックアップ
用の電源である鉛蓄電池を備えている。

【００１８】地上側装置２０は、高圧側装置１０との間
で情報を光信号として受信して磨耗検出信号を読み取る
光受信手段である光伝送装置２１、並びに、データ処理
部、表示部、及び、制御部を有し、磨耗検出信号により
トロリー線の磨耗状態である磨耗度合や磨耗位置を検知
する磨耗監視手段である監視制御装置２２を備えてい
る。なお、光伝送装置２１は、架線柱１の高圧側装置１
０と対抗する位置に設けられ、架線柱１の下部に設けら
れた監視制御装置２１と信号線２３により接続されてい
る。

【００１９】図３は高圧側装置１０の内部構成をさらに
詳述したブロック図である。この図に示すように、磨耗
検出装置１１は、トロリーワイヤ６の磨耗状態を感知し
て磨耗検出信号を生成する磨耗センサ１１ａ及び１１ｂ
と、トロリーワイヤ６に印加される張力を感知して張力
検出信号を生成する張力センサ１１ｃ、並びに、レベル
変換やインピーダンス変換等の所定の信号処理を行うイ
ンターフェース部１１ｄを有している。

【００２０】光伝送装置１２は、磨耗検出装置１０から
得られる磨耗検出信号及び張力検出信号（以下、代表し
て磨耗検出信号という）の最大値を保持するピークホー
ルド回路１２ａ、この保持された磨耗検出信号のアナロ
グ電圧値に応じた周波数に変換してパルス幅変調の磨耗
検出信号を生成するＶ／Ｆ変換回路１２ｂ、Ｖ／Ｆ変換
回路１２ｂから得られる磨耗検出信号のパルスに応じた
駆動信号を生成する光電スイッチングドライブ回路１２
ｃ、並びに、この駆動信号のパルスに応じて光信号を発
する光電スイッチ１２ｄ、１２ｅ及び１２ｆを有してい
る。この光電スイッチ１２ｄ等は、物体判別用としてＦ
Ａ（ファクトリ・オートメーション）等に使用されてい
る汎用の透過型光電スイッチの発光側に若干の改良を加
えたものである。さらに、浮動浮動充電式電源装置１３
及び鉛蓄電池１５からなる電源回路１６、並びに、変流
器１４により、電源部１７を構成する。

【００２１】図４（ａ）は地上側装置２０の内部構成の
概略を示す図である。地上側装置２０は、高圧側装置１
０から伝送された光信号を受光して電気信号の磨耗検出
信号に変換する光電スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃ
で構成される光伝送装置２１、並びに、各光電スイッチ
２１ａ、２１ｂ及び２１ｃから得られる信号の周波数を
アナログ電圧値に変換するＦ／Ｖ変換回路２２ａを有す
る監視制御装置２２を備えている。この光伝送装置２１
における光電スイッチ２１ａ等は、汎用の透過型光電ス
イッチの受光側を使用する。

【００２２】図４（ｂ）はこのＦ／Ｖ変換回路２２ａの
内部回路を示す図である。図４（ｂ）において、カウン
タ２１ｄ−１に入力された磨耗検出信号のパルス幅は、
発振器２１ｄ−２からのパルス数に変換されて、ラッチ
回路２１ｄ−３で保持され、Ｄ／Ａ変換回路２１ｄ−４
でアナログ電圧値の磨耗検出信号に変換される。

【００２３】以上の構成においては、複数の磨耗センサ
から出力される磨耗検出信号のそれぞれについて、光信
号を伝送する光電スイッチを複数設けた構成としている
が、他の実施例として、複数の磨耗センサから出力され
るパラレル信号の磨耗検出信号を、シリアル信号に変換
して、一つの光電スイッチにより光伝送する構成につい
て記述する。

【００２４】図５は、複数の磨耗検出信号をパラレルか
らシリアルに変換して伝送するとともに、高圧側装置１
０の光伝送装置１２に自己診断機能を付加した構成を示
す図である。この構成の光電スイッチドライブ回路１２
ｃは、パラレル信号をシリアル信号に変換する。もっと
も、このパラレル／シリアル変換は、ピークホールド回
路１２ａ又はＶ／Ｆ変換回路１２ｂで行うことも可能で
ある。

【００２５】また、自己診断は地上側装置２０からの指
令により行われるため、その自己診断要求信号を光信号
で地上側装置２０から高圧側装置１０に伝送する必要が
ある。そこで、地上側装置２０にも発光用の光電スイッ
チを設け、高圧側装置１０の光伝送装置１２には受光用
の光電スイッチ１２ｇを設け、さらに、自己診断制御回
路１２ｈ及び自己診断信号切り換え回路１２ｉを設けて
いる。この自己診断機能については後述する。なお、磨
耗検出装置１１から自己診断切り換え回路１２ｉに入力
される磨耗検出信号は、それぞれ直流電圧の０ｖから１
０ｖまでの範囲の２つの電圧信号Ｖ１及びＶ２である。

【００２６】図６は地上側装置２０に自己診断機能を加
えた場合の内部ブロック図である。図６において、光伝
送装置２１には、光信号としての磨耗検出信号を受光す
る光電スイッチ２１ａ、高圧側装置１０に対して光信号
の自己診断要求信号を発する光電スイッチ２１ｅを有す
る。また、監視制御装置２２には、Ｆ／Ｖ変換回路２２
ａの他に、自己診断要求信号による自己診断以外に常に
自己診断を行う常時診断回路２２ｂ、Ｆ／Ｖ変換回路２
２ａによりアナログ電圧信号に変換されたＶ１信号及び
Ｖ２信号をＢＣＤ（１０進化２値）信号に変換するとと
もに、その値をそれぞれ表示するＢＣＤ変換部２２ｃ、
このＢＣＤのＶ１信号及びＶ２信号を演算して磨耗位置
を算出する制御手段である演算処理部２２ｄを備えてい
る。この演算処理部２２ｄは図示せぬ時計により定めら
れた時間（例えば、早朝５時及び深夜１時）に自己診断
要求信号を発する。光電スイッチドライブ回路２２ｅ
は、この自己診断要求信号に増幅その他所定の信号処理
を施して、光電スイッチ２１ｅに供給する。

【００２７】距離表示部２２ｆは、演算処理部２２ｄで
演算された磨耗位置を自身の設置位置からの距離で表示
する。警報ランプ２２ｇは、演算処理部２２ｄからの指
令信号に応じて、修理対象となる磨耗が検出されたこと
を報知するため点灯する。装置異常センプ２２ｈは、自
己診断の結果が不良である場合に、演算処理部２２ｄか
らの指令信号に応じて点滅する。

【００２８】図７は、地上側装置２０の監視制御装置２
２の正面パネル図である。この図に示すように、ＢＣＤ
変換部２２ｃの表示部は、Ｖ１値表示部２２ｃ−１及び
Ｖ２値表示部２２ｃ−２で構成され、それぞれ７セグメ
ント４桁表示となっている。距離表示部２２ｆも、同じ
く７セグメント４桁表示となっている。警報ランプ２２
ｇは赤のＬＥＤを使用し、磨耗検知時に点灯する。装置
異常ランプ２２ｈは橙のＬＥＤを使用し、自己診断異常
時に点滅する。

【００２９】図８は、高圧側装置１０と地上側装置２０
との間で伝送される光信号のタイミングチャートであ
る。図８を参照して磨耗検出及び自己診断の機能につい
て説明する。

【００３０】図８（ａ）は、通常時、すなわち磨耗検知
時及び自己診断要求信号以外の時、高圧側装置１０から
地上側装置２０に伝送される光信号である。図に示すよ
うに、かかる通常時には、地上側装置２０は１秒の周期
のパルス信号を受けることにより、演算処理部２２ｄは
伝送経路が正常であることを判定することができる。

【００３１】図８（ｂ）は、磨耗検知時の送信データの
光信号である。０ｖから１０ｖまでの磨耗検出信号Ｖ１
及びＶ２が、その電圧値に応じてそれぞれパルス幅変調
され、かつ、シリアル信号として伝送される。この場
合、Ｖ／Ｆ変換であるパルス幅変調に限らず、ＰＣＭ変
調でも伝送は可能である。

【００３２】図８（ｃ）は、演算処理部２２ｄからの自
己診断要求に応じて、高圧側装置１０から伝送される自
己診断信号である。この自己診断要求に基づく自己診断
は、内蔵する時計に従って、新幹線が運行しない時間
帯、例えば、早朝５時及び深夜２時に定期的に行われる
定期自己診断である。もっとも、高圧側装置１０内に時
計を内蔵することにより、地上側装置２０からの要求に
よることなく自動的に定期自己診断を行う構成も可能で
ある。この場合には、内蔵する時計が正常に動作してい
るという診断も必要となるであろう。

【００３３】図５において、自己診断要求信号である光
信号を受けた光電スイッチ１２ｇは、これを電気信号に
変換して自己診断制御回路１２ｈに供給する。自己診断
制御回路１２ｈではこの自己診断要求信号に基づいて、
自己診断信号切り換え回路１２ｉに対して入力信号の切
り換え制御信号を与えて、入力信号をＶ１信号及びＶ２
信号から自己診断用の入力信号に切り換えさせる。また
同時に、１Ｖデータ及び１０Ｖデータを自己診断用の入
力信号として自己診断信号切り換え回路１２ｉに供給す
る。その結果、高圧側装置１０が正常に動作している場
合には、図８（ｃ）に示す自己診断信号が得られるので
ある。

【００３４】図９は高圧側装置１０の電源部１７の構成
を示すブロック図である。高圧側装置１０においては１
２Ｖの直流電源を必要とする。本実施例では、この直流
電源を生成するのにメッセンジャワイヤ４を利用する。
図１０は列車が通過する時メッセンジャワイヤ４に２０
〜３０秒間流れる交流電流の波形を示す図である。この
電流は約２００Ａの大電流であり、かつ、交流であるこ
とに着目して、浮動充電式の電源装置を実現した。

【００３５】図９に示すように、電源部１７は、メッセ
ンジャワイヤ４に流れる交流電流による誘導電圧を発生
する電圧発生手段である変流器１４、変流器１４から得
られる誘導電圧の負荷抵抗、サージアブソーバ及びトラ
ンスを含めた電圧変換部１３ａ、電圧変換部１３ａで変
換された電圧の不要な高周波成分を除去するフィルタ回
路１３ｂ、交流電圧を直流電圧に変換する整流手段であ
る全波整流回路１３ｃ、充電可能な鉛蓄電池１５、鉛蓄
電池１５に対する過充電を防止する過充電防止回路１３
ｄ、並びに、鉛蓄電池１５からの電圧を直流１２Ｖに変
換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｅで構成され
ている。

【００３６】図１１は、図９の電源部の具体的な構成例
を示す回路図であり、この図を参照して電源部の動作に
ついて説明する。

【００３７】図１１において、変流器１４はメッセンジ
ャワイヤ４に通された環状鉄心であるトロイダルコア１
４ａ及びそのトロイダルコア１４ａに巻かれたｎターン
コイル１４ｂで構成される。このトロイダルコア１４ａ
は、飽和型のコアであり、メッセンジャワイヤ４に流れ
る電流の変動を吸収することができるので、変動吸収用
の２次回路が不要となる。実際はこのトロイダルコア１
４ａは開閉自在な分割型構造のコアであり、メッセンジ
ャワイヤ４の任意の位置に係合させることが可能であ
る。また、電源部からの出力電流は１〜２Ａもあれば十
分であるため、メッセンジャワイヤ４に流れる電流の
内、電源部で消費するのは１／１００程度となる。すな
わち、このような電源部の構成が列車の運行に与える影
響はほとんどない。

【００３８】サージアブソーバＺは変流器１４から得ら
れる誘導電圧のサージ成分を吸収する。フィルタＦは誘
導電圧に含まれている高周波不要成分を除去する。ブリ
ーダ抵抗である並列抵抗Ｒ１は、誘導電圧を安定化して
低圧トランスＴの１次側に供給する。低圧トランスＴは
１次側に供給された誘導電圧を低電圧に変換して２次側
から出力する。全波整流器Ｄ１はこの低電圧を直流の低
電圧に整流する。コンデンサＣは整流された直流電圧の
リップル成分及びフィルタＦで除去されなかった不要成
分を除去する。ダイオードＤ２及び直列抵抗Ｒ２は過電
流防止回路を構成し、充電中は直列抵抗Ｒ２により充電
電流を制限し、充電された鉛蓄電池１５の端子電圧がダ
イオードＤ２のアノードの電圧と等しくなると、ダイオ
ードＤ２がオフとなり充電が停止して過充電を防止す
る。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３ｅについては、すでに説
明したので説明を省略する。

【００３９】この電源装置は無人の装置である高圧側装
置で使用するので、地上側装置あるいは図示しない中央
管理装置では、電源装置の電圧すなわち電源供給能力を
把握することができない。そこで、図８（ｂ）の磨耗検
知時の送信データの伝送にさきだって、この電源装置の
鉛蓄電池１５又はＤＣ／ＤＣコンバータ１３ｅの出力電
圧値の情報を、Ｖ／Ｆ変換して磨耗検出信号Ｖ１及びＶ
２とともにシリアルの光信号として地上側装置に伝送す
る。

【００４０】地上側装置では、この伝送された電圧値が
正常である場合に、磨耗検出信号Ｖ１及びＶ２を有効な
データとして取り込み、電圧値が正常でない場合には、
磨耗検出信号Ｖ１及びＶ２が正確でない可能性があるの
でこれをを無効として廃棄する。

【００４１】さらに、他の実施例として、あるいは上記
電圧値の伝送と併せて、高圧側装置に電源表示用のＬＥ
Ｄを設け、電圧値が正常である場合には緑色に点灯する
ような構成にする。

【００４２】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように、本発明
の電源装置によれば、商用交流電源等から電源線を接続
する必要がなく、しかも鉄道架線等のような高圧の場所
に設置されている装置に使用することができる。

【００４３】また、本発明の電源装置の使用方法によれ
ば、電源装置を無人装置に使用する場合でも、その電源
装置が良好に動作しているか否かの状態が把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】新幹線の架線の外観図である。

【図２】本発明の架線監視装置の構成を示す概略ブロッ
ク図である。

【図３】図２の高圧側装置１０の内部構成をさらに詳述
したブロック図である。

【図４】（ａ）は図２の地上側装置２０の内部構成の概
略を示す図である。（ｂ）は図４（ａ）のＦ／Ｖ変換回
路２１ｂの内部回路を示す図である。

【図５】図３の光伝送装置１２に自己診断機能を付加し
た構成を示す図である。

【図６】図２の地上側装置２０に自己診断機能を加えた
場合の内部ブロック図である。

【図７】地上側装置２０の監視制御装置の正面パネル図
である。

【図８】高圧側装置１０と地上側装置２０との間で伝送
される光信号のタイミングチャートである。

【図９】高圧側装置１０の電源部１７の構成を示すブロ
ック図である。

【図１０】メッセンジャワイヤ４に流れる交流電流の波
形を示す図である。

【図１１】図９の電源部の具体的な構成例を示す回路図
である。

【符号の説明】

１４ １３ａ 磨耗検出装置 １３ｂ光伝送装置 １３ｃ 浮動充電式電源装置 １３ｄ 変流器 １３ｅ １５ 鉛蓄電池

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道交通の交流電流が流れる線に係合し
   て当該交流電流による誘導電圧を発生する電圧発生手段
   と、前記誘導電圧を直流電圧に変換する整流手段とを備
   えた電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記電圧発生手段
   は、鉄道交通の架線に設けられたメッセンジャーワイヤ
   に係合するトロイダルコアと、そのトロイダルコアに巻
   かれ当該メッセンジャーワイヤに流れる交流電流による
   誘導電圧を発生するコイルとからなり、前記誘導電圧を
   低電圧に降圧して前記整流手段に供給する低圧トランス
   を備えたことを特徴とする電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、充電可能な蓄電池を
   有し、前記直流電圧はその蓄電池に充電電流を供給する
   ことを特徴とする電源装置。
4. 【請求項４】 交流電流が流れる線に係合して当該交流
   電流による誘導電圧を発生する電圧発生手段と、前記誘
   導電圧を直流電圧に変換する整流手段とを備えた電源装
   置の使用方法であって、 この電源装置から電源の供給を受ける第１の装置からこ
   の第１の装置と通信を行う第２の装置に対して、当該電
   源電圧の電源供給能力に係る情報を伝送することを特徴
   とする電源電圧の使用方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記第１の装置は、
   鉄道交通の高圧のトロリー線の磨耗を検出して磨耗検出
   信号を光信号として伝送する高圧側装置であり、前記第
   ２の装置は、前記高圧側装置から伝送される前記光信号
   を受けて前記トロリー線の磨耗度合を算出する地上側装
   置であり、 前記高圧側装置からその電源装置の電圧に係る情報を前
   記地上側装置に光信号として伝送することを特徴とする
   電源電圧の使用方法。