JPS5923736A - 電気車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ト＋十−Ｎ「チサ会電に関する。

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ｌ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６はこの電力を集電器３、
又は接地車輪７を通じて電気車両に取り入れる。電気車
両には主電動機５と、この主電動機に供給する電圧、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
４とがある。電気車両６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
以外に補機等各錘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。まだ変゛屯所からは常（ニ一定の電圧の゛
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
を制御するだ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。−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
モルレール車両の場合で、その空車型はの約１０〜２゜
チを占めている。これｔス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がら見ても大きな
損失となっている。

一方モル−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９、客室内に機器室を
設けたりして定は以上に乗客が乗れないような工夫をし
てこの制限を守っている。

また容積的には、モルレールの場合特に床下に軌道を抱
く方式の跨座型は、軌道（二有効塔載体債をうばわれる
為に、この制御装置を積むため車ｒｉ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１８
［η道路のような狭い道路にこの車両を投入する場合、
車体ｒｌＪｔＸ線ｒｌＪ及び消防用子爪等から要求され
る＋ｉＪなどに合致せず大きな障害となってくる。

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
係近くをしめる高架構造物建設費上低減する為に軽い方
が良い。寸だ前述した跨座式モノＬ／−ルの場合（−は
車中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（二かかる
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することが出来る。桁支柱は地
盤強度に応じ、その基礎にパイルを打ったり特に弱地盤
上に路線建設する時はこの数を減することは軌道の建設
コストの低減（二大きく寄謁する。

次（二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
（ニル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
せるだめその使用効率が落ちるととも（二車側の故障率
を考えた予備軍に更に保守期間を考えるための予備軍が
必要となってくる。

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（二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提示したもので
ある。地上に固定配置された。架線２３Ｘ、２３Ｙ及び
情報伝送路３０を絶縁部２７Ｘ、２７Ｙを設け、ある区
間毎（二分断し、その架線２３Ｘ、２３Ｙ及び情報伝送
路３０の一区間毎に対応して変ＦＪ所２１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
絶縁２７Ｙを省略することが出来る。この提案の６への
車上は集′屯器又は接地車輪３Ａ、７Ａと主電動機とそ
の保穫や回路切替１ユ必、要な機器２５を塔載し、主電
動機の速度ｉ１ｍ１部分は地」二の変電所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（−
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４１１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（二伝えられる。変電所ではこの指令に
従って車両（二供給する電圧、及び電流を架線２３．２
４に供給して制御する。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で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ＩＲｊＪＬ誠や重Ｂｆ、減にともなう多くの利点
を得る事が出来る。寸だ速度制御部は地上に１６かれる
こと（−なるので、車両の振動や、車上に塔載するだめ
の寸法制限や重Ｍ、を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１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１．９＜　（Ｂ駅３２１３．）Ｃ
駅３２Ｃ）について示している。

Ｃ駅３２ＣからＡ駅３２Ａｌ二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
が路線と同曲に単線（第２図の２３Ｘ、２３Ｙを１本の
線で）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だめのもので、一定電圧の
電源であり、この図では人変？（Ｌ所２１人から全て供
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ザーピ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だめの情報伝送装置のア
ンテナ２９より成っている。

情報伝送路３０はこのアンテナ２９からの情報をその車
両６人が存在する変電所この場合は２１Ｃ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２７
Ｂ、２７Ｆ　）により必要な変電所２１１Ｊ　、２１Ｃ
からの給′Ｐａ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
受爪変電所２４から高圧配電線２２を介して各変電所２
１Ａ〜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ってい
る。

次に切換器２７Ｅ、２７Ｆ’と切換器３１Ｃ，３１Ｄ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
２３Ｉ３はエアセクション２７ＣＡ、２７ＤＡ、２７Ｅ
Ａ。

２７ｉ”Ａｔ二より分断されており、そのエアセクショ
ンを切換器２７ＣＢ　、　２７ＤＢ　、　２７ＥＢ　、
　２７ＦＢによりそれぞれ開、閉出来るようになってい
てそれぞれ近くに配された変電所２１Ａ、２１Ｂ　＋２
１０と接続可能となっている。切換器２７ＣＢ　、２７
ＤＢはインターロック装置４８Ａにより、壕だ切換器２
７ＥＢ　、　２７Ｆ’Ｂはインターロック装装置４８Ｂ
によりそれぞれが同時には閉とならない構成となってい
る。

この様なエアセクション２７ＣＡ、２７１）Ａ・・・及
び切換器２７ＣＢ　、　２７ＤＢ・・・及びインターロ
ック装置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心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
ョン切換器インターロック装置を配する様（−する様（
二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゛屯する集
電器３　Ａ　＋　７　Ａおよび３人、７Ａの集電器によ
り得た電線によｐ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
６Ａｌ二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９　
′ｉｌｌ、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（二は直接関係無いのテ省略記入していない。

地上側装置には車上から発振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。

受電所２１１１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３ＱＵＡ。

３０Ｃ，３０ＤＡ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。まだ車両ｔ
、（３二Ａの制卸方法として発電ブレーキを用いる場合
（＝はブレーキ用抵抗器４４が設置される。

Ｃ）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３２
Ｂに停車しようとしているとする。この状態では架線２
３Ｂの切換器２７Ｆ’は閉、切換器２７Ｅは開となって
おり情報伝送路３０の切換器３１Ｄは閉、３１Ｃは開と
なっていて、Ｃ変電所２ＬＣ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−トの運転手は
車上よ９次の給電区間に走入する単価指令が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３１Ｄは開、３１Ｃは閉となって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、３１■３は閉、３１Ａは開となってＡ
駅３２Ａ迄の走行路が結成され車両６ＡはＢ変電所２１
Ｂの給電機能によ！ＪＢ駅３２１３よりＡ駅３２Ａに向
っ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より発振され情報伝送路３０
が受信し車上よｐ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（二従ってＢ
変′屯所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Ｃ二車両６Ａがブ［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に乗っている運転
士が指令するとＡ変電所３２Ａ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２３
Ｂを介して受電しこの直流を交流に変換して高Ｅ配電線
２４に回生して車両６人は減速する。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２Ｌ
Ｂに設置６１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２１　Ｌｌ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３２Ｂ（二停
車した間に行っ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（二切換器３１１
Ｊが開、３１Ａが閉となってＡ変電所２１Ａに接続され
、車両は折返しのためＡｌ９ｅ３２ＡのＹ線に進入する
事が可能となる。車両６Ａ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、２
７Ａが閉、２７Ｂが開となって車両はＡ駅の下り線に折
返し走行して停車する小が出来る。

このようにして、駅での停車時間中（二車上の運転手の
指令で変電所を切り喚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
単なしかも軽琺な車両を自由に走行せしめる事が可能と
なり、従来問題となっていた各種の問題点をう甘く解決
する事が可能となる。

全体的な動作は上記（二足したが、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６
人からは車上アンテナ２９全通して対向する地上アンテ
ナ３０Ａ〜３０Ｅに常（ニ一定周波数のキャリヤを車両
６Ａから各種の信号発振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はこのキャリヤを変電所
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（
二は３０ＢＡ　、３０Ｃ，３０Ｌ１Ｂ　　のどこの区間
に居るのかを判断出来る。

車両６人が減速して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２１１３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ャリアーヒ（二乗っ
て車上アンテナ２９から地上アンテナ３ＱＩ）Ａに伝え
られ、Ｃ変電所２１ＣＥ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［６４６はこの回生ブレーキ指令により給′ル状
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
生ブレーキは他にカ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カ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へ遮液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ャリヤに乗せ
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、３０ＤＬｌはこれを同時に受
信するが、Ｃ変電所３２Ｂ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切換指令を受けて、先行車よりのキャリヤ
の有無を判断しＡ・３２Ａ″Ｂ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３２
ＢよりＡ駅３２Ａに向って車両６Ａが走行する準備を地
上変電所２１１３は完了する。もしＡＩ３駅間に先行車
両が居る場合には先行車のキャ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
を出さない様にロックされる。切換器２７ＤＢ　、　２
７ＢＢが切換えるとインターロック装置４８Ａ。

４８１３により切換器２７ＣＢ　、　２７Ｆ’Ｂが切り
離されＢ駅が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Ｑ１運転士が走行指令を発するとその
指令にしたがって架線の電圧、電流の制御を行なう。つ
寸９Ｂ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２７ＤＩ３　、２７ＥＢが切換ら
ず車両６ＡはＢ駅３２Ｂから出発する条件がそろわず、
その状況で間違って、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ックされ
て、車両は出発する事はない。

しかしＡ駅３２Ａ、Ｂ駅３２Ｂ間に車両６Ａだけ（−な
ると切換器２７ＤＢ　、　２７１ｉｉＢが切換り出発可
能灸件がそろうので車両６Ａは運転手の指令に従ってＡ
　！９＜３２Ａに向っ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゛ｉｌ、ｚ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６１ｅ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ＥＪ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（二も地」二制御による車
両運行が可能となる。

（２）地上変′屯所の共用 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犬なる間隙で走行し
ているのに対して変ｒＲ所の斂が上下線各駅曲毎と多く
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復数駅間延長給室する。

又は上１線間の変電所を共用することで減することが可
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ｌの対応で運転指
令条件に従った゛屯圧慰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
インターロック機能を持たせる様にすれば本来車両（二
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ジ車両にとって床下スペースを犬き
く要求し又重量的（二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［１］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中を減じる。

又軌道構造の簡易化が可能となり＋ｌＪの広い車両では
採用不能な狭い専有］ＩＪの交通機関を枠めて経済性の
勝れた軌道で構成ｕｊ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１本発明の詳細な説明図、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。 ■・・・変電所　　　　　２・・・架　線３．３Ａ・・
・集電器　　　　４・・・車上制御装置６．６Ａ・・電
気車　　　　７．７ｋ・・・集電器８・・・補機用集電
器　　２１．２１Ａ〜２１Ｌｌ・・変電所２２・・高圧
配電線　　　２３．２３Ａ、２３Ｂ・・架　線２４・・
・受電変電所　　　２５・・主電動ａ装置２７°°′絶
縁部　　　　　２７Ａ〜２７Ｆ　、、、切換器２７ＣＢ
　、　２７ＤＢ　、　２７ＥＢ　、　２７ＦＢ−・・切
換器２７ＣＡ　、　２７ＤＡ　、　２７ＥＡ　、　２７
ＦＡ、・・エアセクション２８・・・車上情報伝送装置 ２９・・車上アンテナ ３０　、３０Ａ〜３０Ｅ　、３０１ＪＡ　、３ＱＤＡ・
・・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４４・・・発゛屯ブレーギ用抵抗器 ４５・・・電力変換制御装置 ４６・・・地上制御装置　　４７・・・架線切換装置４
Ｂ、Ａ、４８Ｂ・・インターロック装置め５０・・・車
上補機装置 （７３１７）　　代理人　弁理士　則　近　憲　（８（
ほか１名）第１図 第２図 １

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　［気車両の走行軌道に沿って設けられた架線
   より、変電所からの給電をとりだし、車上の運転手の指
   令により電気車両を走行制御するものにおいて、架線を
   区切って複数区間を設け、各区間毎に一単位の電気車両
   を対応させるとともに、車上の主電動機を制御する制御
   装置を備えた変電所を前記各区間毎に設けてなる電気車
   両の給電・走行制御方法。
2. （２）　　’）ｌｉ電気車両走行軌道に沼って設けられ
   た架線より変電所からの給電をとりだし、車上の運転手
   の指令により電気車両を走行制御するものにおいて、架
   線を区切って複数区間を設け、各区間毎に一単位の電気
   車両を対応させるとともに、車上の主電動機を制御する
   制御装置を備えた変電所を前記各区間毎に設け、かつ隣
   接する変電所間を前記運転手の指令により接続切換えし
   、隣接変電所から給電し得応じて切換えるインターロッ
   クを設けている特許請求の範囲第２項に記載の電気車両
   の給ｉ缶法。　、（以下余白） 走４陵１祥１′