JPS5937808A - 電気車の速度制御装置 - 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】 〔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νＣ従来の車両の制御装置を示す
。地上の変電所２０Ｊ：り一定毫圧の直流又は交流が、
架線２１に供給される。電気車両２２はこの電力を奥電
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Ｎ　ｒｇＩＩ機２５と、この主車動機２５に
供給する電圧、′川流を制御することによυ車両の速度
を制ｒ１する制御装置２６とがめる。電気車両２２の運
転士の指示はこの制＃装置２Ｇに力えらＪＬｌ　電気車
両の速度を制御している。同、これ以外に補機等各１市
気機器があるが第１図では省略する。

＋１）（イ）　この弔１図では１つの変電所区間に複数
台のｆｌ、気車両を投入出来ること、また変電所から常
に一定亀圧の′電力を供給すれば良く、変電所が簡単と
なる利点がめるつ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！量
的にも大きなものとなる。−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（″峨動車）や
モルレールの場合には、その空車重置の１０〜２０チを
占めている。これはこれだけの死荷重を常に輸送してい
ることになシ走行時電力消費厳から見ても大きな損失と
なっている。

（ロ）一方、モル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
この制限にひっ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シして
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
しい荷重制限を守っている。

また、機器搭載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（鵠座型）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だめの有効）を載床下
体梼を得るために、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１８ｎｔ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、伏線
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
きな障害となってくる。

）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（（建設されることが多く、その場合は高架か式と
なる、この場合、その上を走行する車両＋、ｔこの高架
方式の６υチ近くをしめる高架栴造物建設費を低減する
た、めには軽い方が良い。オた、前述した１台座式モル
−ルのよう々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；仏かるモーメントが減じる事が出来る
。従って桁スパンを長くとれ全体として桁支柱の数を減
するこ吉が出来る。ｔ６支柱は地ｆぷ強ｒ＞ｓＨに応じ
その基礎１ζパイルを打つため、特に弱と１ξ盤上に路
線を建設ずＺ）（４合にこの数を減することは軌道の建
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
。それとともに車両を保守するた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率が鵡ちる。さらに、
車両の故障率を考えた予備軍に対する保守期間を考える
ので、それに対する予備軍が必要となってくる。

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図に車両の地上制側１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＃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は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３３゜３４
と主電動機とその保設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．ｉ主アンテナ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
従って手向３２に供給する重圧、及Ｏ・電流な架線に供
給して制御する。このような制ＸＩによると」↑上の速
度制限区間を取り除いて３５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なｔ〒なうことが出
来る。また、車両の重１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必
パれることになるので車両の摂動や、車上に搭載するた
めの寸法制限や重■制限を考える必要がなくなりそれだ
け凧めて信頼性の高い８！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おる。

さらに第３因により、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３８．３９，４０
．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よシ車両存在信号が常時発信されておシ、それを地
上の受信器４５が受信することによシ車両がこのループ
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４７に与え
る七制御回路４７はループ３９に対して制限速度以下零
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５
１に伝わ多制御回路５１Ｆｉ、ルーグ４０に対して制限
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Ｖ、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
因に示してめる実線ａの部分である。

電気車両４２は第５図に示す如くなっている。

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ＩＷ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ェー
ス５７に表示される。制限速度指令信号は車速検出器５
８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
速か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−〔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連載制御回路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
制御器よシ点線す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４２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４１を２分して４１Ａと４１Ｂのよう
に配置しループ４１Ｂには速一度制限区間Ｘの制限速度
に見合う制限速度はＶｌ　（実線ｄ）以上の制限速度指
令は出ないようになっている。したがって、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図中一点鎖線ｄで示すような走行軌跡を後続車両４
３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。

（ａ　　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った場合、
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−車上量情
報伝送回路を有する。また変電所と車両を常に１＝１に
結合させるので変電所切換をするため池−ヒにて車両の
存在を把握する必要がある。さらにこれらの他に自動列
車速腿制御回路をループ毎に別系でもっておりたとえば
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適した経済的な電
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・↓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、走行ノ４ターンからその走行地
点における車両の制限速度に従うように電気車両に対す
る礒力供給を制御する。

〔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゛ｒ４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（ト）側はエア
セクション６３〜６７によシ分断さノＬ１そのエアセク
ションは切換器６８〜７２によシ開閉可能でるる。

架線の区分に応じて地上に車上−畦上情報伝送回路のル
ープ７３〜７７が設置される。Ａ駅７８、Ｂ駅７９のよ
うに駅の部分には１藺ループはたとえば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゛屯所は各駅間に一ヒリ、下り線別にそれぞれ１ケ所
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「代用８１
が配置され、変電所８１は変電所８０と同一の構成とな
っている。

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肖するループ（Ａ変電所の場合
は、？３，７４．７５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１１４の送受１ａ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、？
（Ｌ気屯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１０す弁回路８５には架線切換器６９．７０をｆｌ
ｌｌ　Ｎ　する切換器ｒｔｔｌｌ　＃回路８６、架線）
電圧９ｍ流を制御する電力変換制御回路８７およびＢＡ
駅間（この場合重両はＪ３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を通じて受磁し、電力変換制御回Ｍ８７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の構成を示す。

架線より電力を９％？１ノ”る集電器９１．９２とこれ
によシ集電された゛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は東上受信回路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があシ車上送信回路９８を介して車
上制御回路９６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１００１運転士からの指令を入力したシ必要な
情報を運転士に与えるマンマシンインターフエース１０
１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
を示し客扱いの後人部に向うものとする。

この状態では架線切換器７０は開、７１．７２は閉とな
っておりＢｆ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７６．７５に伝わシそれぞ
れの変電所に伝わる。Ａ変電所について説す）」すると
、地上ループ７５からの情報は変゛石所８０内の送受（
Ｎ回路８４によシ受信され、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、ｌ）変電所８１から架線切換器７１が開とさ
オする。

このようにしてＡ駅とＢ駅間の架線が接続されて屯気屯
両９（）への’ｉｔ力供給のための変電所がＢ変電所８
１からλ変電所８０に切換が完ｒする。この状態でＡ変
゛セ所８０の地上制御回路８５は送受信回路８２，８３
．８４に対してキャリヤーの発信を開始させる。Ｂ変″
屯所８１はそれまで発信していたキャリヤーの発信を停
止する。従って電気車両９０上では、Ｂ変電所８１から
のキャリヤーが切れその後ｈ＊箪所８０からのキャリヤ
ーＩｔ発生するので一度このキャリヤーが断となり再度
キャリヤーが立上ることをもって変電所の切換えｄｉ完
了したと判断する。

このキャリヤーは第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Ｊ）　ＩＰ常ジブレーキ１０
０動作しないよう保持する。従って車両走行中このキャ
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
ーフェース１０１よシ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Ｉｔた値が車上送信
回路９８、車上アンテナ９７を介ルて地上に送信される
。この情報は第７図の送叉信回路８２，８３．８４を介
して地上制御回路８５に入力される。Ａ変確所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。２１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シ地上制御回路８５は車上へ情
報伝送回路を介してカ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６２への出力電圧を制御
して車両を発進させる。

その後はｔＡ９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める場
合には、情報伝送回路を介してカ行指令をブレーキ指令
に切シ替えるとともＫｍ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間
［＄８９へ回生する。

車両の速度を積分することによって地点を算出している
ので誤差が生じる。従っ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。車両が走行バタンに従って制御され２４点に来
ると地上変電所８０は架線６２への電力供給を止め、車
両は惰行する。

これ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２５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／（１点鎖線で示す）が記
憶されてお夛車両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シ
、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１７点に停止する。

第１０図はＡ−１３駅間に速度制限個所Ｙが存在する場
合の走行パターンｈと監視ノくターンｉを示したもので
るる、この例は、速度制限個所゛が１ケ所の場合である
が多数個所あってもまったく同様に電気車両の速度制御
をすることが可能でめるう走行・パターンは駅間の速度
制限個所、勾配１曲線及び゛電気車両の性能等を考慮し
て箪Ｘ機によりシミュレーションを行って決定する。ま
た監視ノくターンは走行パターンにある程度の余裕をと
っ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ったが、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（Ｃ
ａｂ　Ｓｉｇｎａｌ方法）は、第３図の地上ループ３８
，３９，４０゜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っている
。

第１１図において地上から車上へ伝送する制限速度ｉｔ
あらかじめ何種類かに設定しておく（この例ではｖＩ　
＋　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−Ｃその地点に対応する。１ｌＩＪ
　１％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
シ′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
ことによシミ気車両を非常ブレーキによシ停止させる。

第１１図に示す点線１は」二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８１．８２は地上制御によ
る地上ループの切換点Ｐ２．Ｐ３とまつ外く関係なく設
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　　べ示した
ものである。制限速度パターンｍＸ監視パターンｎ　％
　ｍり限速度変化点ＳＩＡ、Ｓ２Ａ、　Ｓ３Ａ、　Ｓ４
Ａ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った場合のも
のである。

〔発明の効果〕

、νぐ間に地上制御のために設置された地上ループを用
いて、ｒｔ！Ｉ上ルーグループ数することなく、駅間の
複ｒ４１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東上で行なわれてい
る自動速度制御よシも正確な自動速度制御かり能となる
。

また地上−車上伝送回路としては地−Ｆ制御のために用
いられる情報駿に車−ヒ→地上方向には車両速ＩＷが、
地上→車上方向ではカ行、ブレーキ指令が追加される程
度で済み、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゛嵯回路を示すブ
ロック図、第３図は従来の′電気車両の地−に制御装置
を示すブロック図、第４図は第３図に対応した制限速度
を示すチャート、第５図は第３図に示す電気車両のブロ
ック図、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ャート、弔７図は本発明に基
づく速度制御装置のブロック図、弔８図は第７図に示す
電気車両のブロック図、う（％９図は第８図に対応した
利限速ＩＬ［を示すチャー！・、第１０図Ｆｉ第８図に
対応しで速度制限区間を有する場合の制限速度を示すチ
ャート、第１１図、第１２図は他の婁施例による制限速
度を示すチャートである。 ６２・・・架線、６８，６９．７１）、７１．７２・・
・切換器、７：３，７４，７５，７６．７７・・・ルー
プ、８０．８１・・・変電所、８２，８３．８４・・・
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・・・嵯気車両、９１．９
２・・・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、ｔｏｎ・・・マンマシンインターフェース。 （７３１７）代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（はか
１名）第１図 第２図 １ 第５図 ４ 第６図 第８図 第１０図 第１１図 ＰｂＰ６Ｓｚ　　　Ｐ、１Ｓｉｔ　　　　　　　／’２
　　　　１’／　　　　１＠、６、第１２図

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
   線よシ集電し、前記架線の区間毎に１単位で軌道上を走
   行する電気車両と、各区間毎の前記電゛気車両の走行パ
   ターンを発生する走行パターン発生回路とこの走行パタ
   ーンに応じて前記電気車両の速度を制御する地上制御回
   路とを有し前記架線の区間毎に電力供給する変電所と、
   前記電気車両と前記尊重所間の信号伝送をする地上−車
   上情報伝送回路とを有する電気車の速度制御装置。 ４（２）　　前記変電所の地上制御回路は前記゛電気車
   両の速度を前記地上−車上情報伝送回路を介して検知し
   、この速度を積分することで前記電気車両の走行地点を
   求め、走行パターンとの比較にょシ前記電気車両の速度
   を制御するため前記架線を介して前記Ｉ＆ｉ気車両への
   電力供給を制御する特許請求の範囲第１項にＣ載の電気
   車の速度制御装置。 （３）前記変電所のパターン発生回路は走行パターンよ
   シ制御余裕を有した監視パターンを発生する特許請求の
   範囲第１項−Ｃ載の電気車の速度制御装置。 （４）薊記変也所の地上制御回路は前記パターン発壺回
   路の監視パターンを前記電気車両の速度が越えると前記
   変電所から前記電気車両への信号の伝送を停止し、それ
   に応じて前記′電気車両を停止させる特許請求の範囲第
   ３項記載の電気車の速度制御装置。□ （５）区間毎に電気的に絶縁された架線と、この架線よ
   υ集電し前記架線の区間毎に１単位で軌道上を走行する
   車気東両と、各区間毎の前記電気車両の走行パターンを
   ’ｔＱ生する走行パターン発生回路とこの走行パターン
   に応じた制限速度信号を前記電気車両に出力し前記電気
   車両からの信号によ如電力供給を制御する地上制御回路
   とを有し前記架線の区間毎に電力供給する変′准所と、
   前記電気車両と前記変電所間の信号伝送をする地上−車
   上情報伝送回路とを有する電気車の速度制御装置。