JPH0833122A - 電気式デュアルモード鉄道車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非電化区間では自編成車両の床下の発電機に
よる電力を利用する一方、電化区間では架線等からの電
力利用し、これにより、編成車両数に対する旅客定員を
減少することなく、非電化区間と電化区間との双方を走
行することにある。 【構成】 客室を車体床上に備えた少なくとも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
付随車として構成し、動力車は、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、架線からパンタグ
ラフを介しての電力を供受するように、電力を切り替え
る転換器を床下に備えることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非電化区間では自編成
車両の床下の発電機による電力を利用する一方、電化区
間では架線等からの電力を利用し、これにより、編成車
両数に対する旅客定員を減少することなく、非電化区間
と電化区間との双方を走行することができる電気式デュ
アルモード鉄道車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道軌道には、非電化区間と電化
区間とがあるが、非電化区間で運用されている液体式デ
ィーゼル動車では、エンジンの出力が液体式変速機を介
して車輪で伝達されて車輪が駆動されている。列車の編
成に際しては、１〜２両の液体式ディーゼル動車と駆動
源を有しない客車とが編成されたものがあり、また、最
も多く運用されている編成として、編成列車の全ての車
両の床下にエンジンを搭載した液体式ディーゼル動車に
より編成されたものとがある。この編成列車の車両数
は、１〜２両、３〜１０両等であり、路線及び旅客数に
応じて編成されている（特開昭６３−１１００６６号公
報）。

【０００３】ところで、液体式ディーゼル動車と電車と
では、制御方法、性能、制御電圧等の違いがあるため、
液体式ディーゼル動車と電車とが併結されて一つの編成
列車として運行することは困難である。そのため、旅客
輸送に際しては、非電化区間では、ディーゼル動車が用
いられ、電化区間では、電車が用いられている。このよ
うな場合、非電化区間と電化区間とを跨いで移動するよ
うな旅客は、この非電化区間と電化区間との切換駅で乗
換えを余儀なくされるといったことがあり、非電化区間
と電化区間との双方を一つの動車により走行させたいと
いう要望がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような要望に応え
るものとして、例えば、上述した液体式ディーゼル動車
を非電化区間から電化区間へ取り入れる運行方法があ
る。この運行方法の場合には、非電化区間では、一般的
に旅客数が少なく、液体式ディーゼル動車の編成は短編
成でも運用上の問題は生じない。しかし、電化区間で
は、一般的に旅客数も多く、長大編成車両で運用され、
しかも、列車ダイヤも過密状態になっている。そのた
め、多数の短編成の液体式ディーゼル動車が電化区間に
乗入れることは困難であり、効率的ではない。

【０００５】また、以下の電気式ディーゼル動車によっ
ても（日本鉄道車輌工業会：準動力集中ディーゼル車輌
研究専門委員会報告書に記載）、上述した要望を満たす
ことができる。しかし、従来の電気式ディーゼル動車
は、電気式ディーゼル機関車的な発想であり、電化区間
では架線からの電力の利用は考慮されずに、高出力の動
力機器が編成車両中の特定車両に集中配置され、比較的
長大な編成列車で運用されている。そのため、動力機器
は、床下に配設されるだけでなく、床上にまで機器が配
設されている。その結果、編成車両数に対する旅客定員
は減少し、効率的でない。また、列車編成車両数の変
更、即ち、列車の分割、併合も容易でない。さらに、非
電化区間の運用に適する短編成では、編成車両数に対す
る旅客定員が減少するばかりか、出力性能が余剰とな
り、効率的ではないものとなっている。

【０００６】さらに、非電化区間と電化区間との双方を
走行させるものとして、次のようなものもある。非電化
区間においては、一般的に、電源車（特開昭６２−６８
１７１号公報）が電車に連結され、電源車からの電力に
よって電車が走行されている。一方、電化区間において
は、電源車が電車から切離され、架線又は第３軌条から
の電力によって電車が走行されている（欧州特許出願８
６３０５３３号）。この欧州特許出願８６３０５３３号
による方法によっても、上述した要望を満たすことがで
きる。しかし、非電化区間においては、必ず電源車が必
要になるため、非電化区間と電化区間との切換駅では、
電源車を連結し又は切離すための長時間の停車時間が必
要となるという問題がある。しかも、非電化区間では、
電源車という付随車が連結されるため、走行性能が悪化
するといった問題がある。

【０００７】本発明の目的は、上述したような事情に鑑
みてなされたものであって、非電化区間では自編成車両
の床下の発電機による電力を利用する一方、電化区間で
は架線等からの電力利用し、これにより、編成車両数に
対する旅客定員を減少することなく、非電化区間と電化
区間との双方を走行することができ、その結果、旅客数
の多い電化区間においても、２両以上のユニットの固定
編成単位で容易に併結を可能し、更に、非電化区間が将
来的に電化された場合でも、ディーゼルエンジン、発電
機等の機器を撤去するのみで、容易に電車としての使用
を可能にする電気式デュアルモード鉄道車両を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明に係る電気式デュアルモード鉄道車両は、客
室を車体床上に備えた少なくとも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
構成し、上記動力車は、車体床下の前後に装着した電動
機を有する駆動台車と、車体床下に設けた電動機を制御
するインバータと、屋根上に設けたパンタグラフと、を
少なくとも具備し、上記付随車は、車体床下の前後に装
着した台車と、車体床下に装架されたエンジンと、この
エンジンにより駆動され、上記エンジンと共に車長方向
の中心に対称に床下に配置されたの発電機と、を少なく
とも具備し、上記動力車は、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、架線からパンタグラフ
を介しての電力を供受するように、電力を切り替える転
換器を床下に備えることを特徴としている。

【０００９】

【作用】このように、本発明では、非電化区間では自編
成車両の床下の発電機による電力を利用する一方、電化
区間では架線等からの電力利用し、これにより、編成車
両数に対する旅客定員を減少することなく、非電化区間
と電化区間との双方を走行することができる。すなわ
ち、少なくとも２両の固定編成が１ユニットとして、従
来床上に設置されていたエンジン、発電機、付属機器等
が床下にバランスよく、しかも、機能に応じて適所に配
置されているため、床上のスペースが十分に確保され、
このスペースが客席にされることにより、実質的には、
旅客乗員数が略１両分増員されることができる。また、
電化区間と非電化区間との相互乗り入れが容易であり、
効率的な列車運用が行われる。

【００１０】さらに、本実施例に係る固定編成のユニッ
トが連結されたり、電車が連結されたりできるため、長
大編成の運用も可能となる。さらに、エンジン、発電機
及びその関連機器を除けば、電車と略同様な構成になっ
ているため、メンテナンス性に優れていると共に、エン
ジン、発電機及びその関連機器が撤去されると、容易に
従来と同様な電車に改造することができ、従来の電車と
同一のシステムで運用することができる。

【００１１】さらに、エンジン及び発電機が付随車の車
長方向の中心に対称に床下に配置されているため、車輌
の重量バランスも良好なものとなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る電気式デュアル
モード鉄道車両を図面を参照しつつ説明する。

【００１３】図１は、本発明の第１実施例に係る電気式
デュアルモード鉄道車両のシステム構成図であり、図２
は、本発明の第１実施例に係る電気式デュアルモード鉄
道車両の主回路ブロック図である。

【００１４】図１に示すように、本実施例に係る電気式
デュアルモード鉄道車両は、客室を車体床上の備えた２
両１ユニットの固定編成の鉄道車両である。このうち１
両は動力車Ａとして、他の１両は付随車Ｂとして構成さ
れている。本実施例では、システム構成上必要な機器
は、床下に分散して取付けられ、これにより、編成車両
数に対する旅客定員を減少することなく、非電化区間と
電化区間との双方を走行でき、しかも、将来の電車とし
ての改造にも対応できるようにされている。

【００１５】すなわち、図１に示すように、動力車Ａの
床下には、以下のようなものが取付けられている。動力
車Ａの床下の前後には、台車１，１が設けられている。
この台車１，１には、車輪に対応して走行用動力装置と
しての誘導電動機２，２…が設けられている。この誘導
電動機２…を制御するためのインバータ３が床下に設け
られてる。さらに、後述するように、非電化区間では付
随車Ｂのエンジン８で駆動される交流発電機９からの電
力を供受する一方、電化区間では架線５からパンタグラ
フ６を介しての電力を供受するように電力を切り替える
転換器４が同様に床下に設けられている。なお、動力車
Ａの屋根上には、架線５からの直流電力を供受するため
のパンタグラフ６が設けられている。

【００１６】一方、付随車Ｂの床下には、主として非電
化区間で使用するための以下のようなものが取付けられ
ている。車体床下には、その前後に、台車７，７が設け
られており、これらの間で車体の長さ方向の中心より対
称になるように懸架された２組のエンジン８，８が設け
られている。同様に、車体の長さ方向の中心より対称に
なるように懸架されたこれらエンジン８，８により発電
される２組の交流発電機９，９が設けられている。さら
に、これらの交流発電機９，９から発電された交流電力
を直流に変換するための２組の整流器１０，１０がエン
ジン８，８の間に配置されている。

【００１７】さらに、図２に示すように、動力車Ａで
は、架線５から電力を供受するパンタグラフ６は、転換
器４に接続されている。一方、付随車Ｂでは、エンジン
８の駆動によって交流発電機９から発電された交流電力
が整流器１０に送られるように構成され、この整流器１
０が転換器４に接続されている。この転換器４は、電化
区間ではパンタグラフ６からの電力を供受する一方、非
電化区間では整流器１０からの電力を供受するように電
力を切替えている。この転換器４には、インバータ３が
接続され、このインバータ３に誘導電動機２が接続され
ている。これにより、電化区間走行時には、走行に必要
な電力は、架線５からパンタグラフ６を介して供給さ
れ、転換器４を経てインバータ３により制御され、誘導
電動機２により走行される。一方、非電化区間走行時に
は、電力はエンジン８により駆動された交流発電機９に
より供給され、整流器１０及び転換器４を経て、インバ
ータ３により制御され、誘導電動機２により走行され
る。

【００１８】また、非電化区間においては、走行中及び
停止中の車内騒音の低減、及び、停車中の駅構内におけ
る車外騒音の低減のために、エンジンの回転数は、編成
車輌の運転条件による所要電気負荷に応じて制御され
る。

【００１９】なお、これらの機器以外に、動力車Ａの床
下には、図５に示すように、動力関係の電気機器、サー
ビス電源用の補助電源装置２７ａ，２７ｂ、及びブレー
キ関係機器２８ａ〜ｆが取付けられている。付随車Ｂの
床下には、図６に示すように、電動式冷却ファンを有す
るエンジン冷却装置１１ｂ、エンジン関係の付属機器、
燃料タンク１１ａ、及びブレーキ関係機器２８ｂ，２８
ｇが取付けられている。

【００２０】次に、システム構成上必要な機器の床下の
配置位置について説明する。

【００２１】(1) 付随車Ｂの床下の配置に関して 機器を床下に配置するに際して、機器外形寸法の高さの
制約があり、１台の大出力のエンジン８及び１台の交流
発電機９では、これらの高さ寸法が大きくなり、床下に
装架することはできない。従って、床下に装架でき、か
つ、できるだけ大容量の発電能力を確保するために、エ
ンジン８及び交流発電機９が各々２台ずつ設けられてい
る。

【００２２】さらに、床下の配置においては、車両１両
の前後左右の重量バランス上から、運転中に、重量が変
化する燃料タンクが車両のなが手方向の中央に配置さ
れ、エンジン８の冷却装置等の関連機器が車両中央中心
点に対して点対称に配置されている。

【００２３】(2) 動力車 の床下の配置に関して メンテナンス面を考慮して、既存の電車と同様に配置さ
れている。

【００２４】(3) 抵抗器の配置に関して 発電ブレーキを制御する抵抗器は、発熱量が多いことか
ら熱の発散を考慮し、抵抗器の形状が大きく床下のスペ
ースが限られていることから、この抵抗器は、屋根上に
配置されている。

【００２５】(4) パンタグラフの取付位置に関して パンタグラフは、主として重量バランスを考慮して、動
力車A に取付けられている。すなわち、後述するよう
に、２両固定編成車両は、付随車Ｂの方が若干重くなっ
ていることから、パンタグラフ６が付随車Ｂに取付けら
れることは好ましくない。また、動力車A にパンタグラ
フ６を取付けることにより、動力車A は、既存の電車と
同様の構成になり、メンテナンス面での扱いが既存の電
車と同様になるとの理由にも因る。

【００２６】以上のシステム構成上の必要な基本的な機
器の配置を踏まえて、動力車と付随車との全体重量のバ
ランスを取るために、他の部品をも含めて配置したもの
が図３乃至図６に示すものである。このような配置によ
る２両固定編成の各空車のときの車両の積算重量は、下
記の表１のとおりである。この表１によると、付随車は
動力車に比べて若干（４％）重くなっているが、この程
度ではバランス上の支障はない。

【００２７】

【表１】 ここで、床下にエンジンを搭載した小編成の液体式ディ
ーゼル動車、４両編成の通勤型電車と本実施例に係る車
両とを比較してみると、乗車人員は、いずれも１４０人
／１両、最高速度は、いずれも１００ｋｍ／ｈ、出力
は、液体式ディーゼル動車のエンジン出力４２０ｐｓ／
１両、電車のモータ出力２４０ｋｗ／１両であり、本実
施例に係る車両のエンジン出力５２５ｐｓ／１両、モー
タ出力２４０ｋｗ／１両、空車重量は、液体式ディーゼ
ル動車３２０ｔｏｎ、電車３８ｔｏｎ、本実施例に係る
車両３７ｔｏｎであり、現在運用されている車両に対し
て走行性能上遜色はない。

【００２８】このように、第１実施例では、２両固定編
成が１ユニットとして、従来床上に設置されていたエン
ジン、発電機、付属機器等が床下にバランスよく、しか
も、機能に応じて適所に配置されているため、床上のス
ペースが十分に確保され、このスペースが客席にされる
ことにより、実質的には、旅客乗員数が略１両分増員さ
れることができる。

【００２９】また、電化区間と非電化区間との相互乗り
入れが容易であり、効率的な列車運用が行われる。

【００３０】さらに、本実施例に係る固定編成のユニッ
トが連結されたり、電車が連結されたりできるため、長
大編成の運用も可能となる。

【００３１】さらに、エンジン、発電機及びその関連機
器を除けば、電車と略同様な構成になっているため、メ
ンテナンス性に優れていると共に、エンジン、発電機及
びその関連機器が撤去されると、容易に従来と同様な電
車に改造することができ、従来の電車と同一のシステム
で運用することができる。

【００３２】次に、図７を参照して、本発明の第２実施
例に係る電気式デュアルモード鉄道車両を説明する。図
７は、本発明の第２実施例に係る電気式デュアルモード
鉄道車両のシステム構成図を示している。

【００３３】本実施例は、基本的には、第１実施例と同
様に構成されているが、本実施例では、３両１ユニット
の固定編成とされている。システム構成上必要な機器
は、床下に分散して取付けられ、これにより、編成車両
数に対する旅客定員を減少することなく、非電化区間と
電化区間との双方を走行でき、しかも、将来の電車とし
ての改造にも対応できるようにされている。

【００３４】すなわち、図７に示すように、動力車Ａの
床下には、第１実施例と同様に、以下のようなものが取
付けられている。動力車Ａの床下の前後には、台車１，
１が設けられている。この台車１，１には、車輪に対応
して走行用動力装置としての誘導電動機２，２…が設け
られている。この誘導電動機２…を制御するためのイン
バータ３が床下に設けられている。さらに、非電化区間
では付随車Ｂのエンジン８で駆動される交流発電機９か
らの電力を供受する一方、電化区間では架線５からパン
タグラフ６を介しての電力を供受するように電力を切り
替える転換器４が同様に床下に設けられている。なお、
動力車Ａの屋根上には、架線５からの直流電力を供受す
るためのパンタグラフ６が設けられている。

【００３５】一方、付随車Ｂの床下にも、第１実施例と
同様に、主として非電化区間で使用するための以下のよ
うなものが各々の付随車に取付けられている。車体床下
には、その前後に、台車７，７が設けられており、これ
らの間で重量バランスを考慮して懸架されたエンジン
８，８が設けられている。同様に、重量バランスを考慮
して懸架されたこれらエンジン８，８により発電される
交流発電機９，９が設けられている。さらに、これらの
交流発電機９，９から発電された交流電力を直流に変換
するための整流器１０，１０が重量バランスを考慮して
配置されている。

【００３６】このように、第２実施例では、２両編成の
場合に比べて、誘導電動機２の出力、交流発電機９の出
力、及びエンジン８の出力が増加されている。これによ
り、特に非電化区間の走行性能が向上されている。ここ
で、出力が約１５％、重量が約１７％増加され、全長が
約５％程度長くされたエンジン８が装架されていると仮
定し、それに応じて交流発電機９の出力が増加されてい
ると仮定すると、発電機の外形寸法及びエンジンの出力
の増加による冷却装置関係の外形寸法も同時に大きくな
る。これらを１両の床下に構成することは、相当スペー
ス的に困難となり、かつ、付随車の車両重量も相当重く
なる。そのため、このようなシステムの実現は困難であ
る。そこで、本実施例では、付随車Ｂが２両設けられ、
これらのエンジン、発電機等が分散して配置され、これ
により、システム構成が実現されている。この場合、編
成中の動力車の比率が２両編成に比べて小さくなり、編
成車両重量も増加することになるが、電動機の出力も増
加していることにより、走行性能が著しく低下すること
なく、かつ、１編成の乗客数が２両編成に比べ５０％増
加した編成が構成できる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、非電化
区間では自編成車両の床下の発電機による電力を利用す
る一方、電化区間では架線等からの電力利用し、これに
より、編成車両数に対する旅客定員を減少することな
く、非電化区間と電化区間との双方を走行することがで
きる。すなわち、少なくとも２両の固定編成が１ユニッ
トとして、従来床上に設置されていたエンジン、発電
機、付属機器等が床下にバランスよく、しかも、機能に
応じて適所に配置されている。ため、床上のスペースが
十分に確保され、このスペースが客席にされることによ
り、実質的には、旅客乗員数が略１両分増員されること
ができる。また、電化区間と非電化区間との相互乗り入
れが容易であり、効率的な列車運用が行われる。

【００３８】さらに、本実施例に係る固定編成のユニッ
トが連結されたり、電車が連結されたりできるため、長
大編成の運用も可能となる。さらに、エンジン、発電機
及びその関連機器を除けば、電車と略同様な構成になっ
ているため、メンテナンス性に優れていると共に、エン
ジン、発電機及びその関連機器が撤去されると、容易に
従来と同様な電車に改造することができ、従来の電車と
同一のシステムで運用することができる。

【００３９】さらに、エンジン及び発電機が付随車の車
長方向の中心に対称に床下に配置されているため、車輌
の重量バランスも良好なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電気式デュアルモー
ド鉄道車両のシステム構成図。

【図２】本発明の第１実施例に係る電気式デュアルモー
ド鉄道車両の主回路ブロック図。

【図３】第１実施例に係る動力車の側面図。

【図４】第１実施例に係る付随車の側面図。

【図５】第１実施例に係る動力車の底面図。

【図６】第１実施例に係る付随車の底面図。

【図７】本発明の第２実施例に係る電気式デュアルモー
ド鉄道車両のシステム構成図。

【符号の説明】

１ 台車（駆動台車） ２ 誘導電動機（電動機） ３ インバータ ４ 転換器 ５ 架線 ６ パンタグラフ ７ 台車 ８ エンジン ９ 交流発電機（発電機） １０ 整流器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】客室を車体床上に備えた少なくとも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し、 上記動力車は、 車体床下の前後に装着した電動機を有する駆動台車と、 車体床下に設けた電動機を制御するインバータと、 屋根上に設けたパンタグラフと、を少なくとも具備し、 上記付随車は,車体床下の前後に装着した台車と、 車体床下に装架されたエンジンと、 このエンジンにより駆動され、上記エンジンと共に車長
   方向の中心に対称に床下に配置されたの発電機と、を少
   なくとも具備し、 上記動力車は、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、架線からパンタグラフを介しての電
   力を供受するように、電力を切り替える転換器を床下に
   備えることを特徴とする電気式デュアルモード鉄道車
   両。
2. 【請求項２】上記付随車は、１両であり、２組のエンジ
   ン及び発電機を床下に備えていることを特徴とする請求
   項１に記載の電気式デュアルモード鉄道車両。
3. 【請求項３】上記付随車は、２両であり、各付随車が１
   組のエンジン及び発電機を床下に備えていることを特徴
   とする請求項１に記載の電気式デュアルモード鉄道車
   両。
4. 【請求項４】上記エンジンのための燃料タンクが床下で
   車長方向の中央に配置されていることを特徴とする請求
   項１乃至３のいずれか１項に記載の電気式デュアルモー
   ド鉄道車両。
5. 【請求項５】発電及びブレーキを制御するための抵抗器
   が車体の屋根上に配置されていることを特徴とする請求
   項１乃至４のいずれか１項に記載の電気式デュアルモー
   ド鉄道車両。