JPS6087602A - 第３軌条式チヨツパ−車の回生制動制御方法 - 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】 ［発明の技術分野１ 本発明は第３軌条を用いて集電するデミツバ−制御車の
回生制動制御方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来の抵抗方式による制御車両は、電動機にかかる電圧
を抵抗器の挿入のし方によって制御し、速度や加速度を
適正□な値とする様に工夫されている。また、制動をか
ける時も主として発電制動と空気制動により行なう為、
電気回路としては車両内の抵抗器を挿入した閉回路か構
成され、走行工泰ルギーが抵抗器により消費されて熱と
なり減速するが、電動機の発電能力が低速になっておち
てくると、空気制動が立上り滑らかに制動作用を継続す
る様になっている。この為、発電制動回路は第３軌条集
電器とは関係のない回路構成となっていることから、第
３軌条集電器には全く影響が生じない様になっている。

ところで、近年地下鉄車両等トンネルの大きさを小さく
する為に第３軌条方式を用いている車両においては、電
気消費量の省エネルギー化を図るため、およびトンネル
内の温度上昇による夏期の乗客へのサービス悪化を解消
する為に、チョッパ一方式による制御車両が使用される
ようになってきたが、この場合、次のような問題が生じ
ることがある。

すなわち、まずチョッパー制御車はカ行回路及び回生制
動回路共に高周波で回路の開閉をチョッパー制御器によ
り行なうが、主電動機に作用する電流を平滑化する為、
大きなりアクタンスを有するスムージングリアクトルが
回路に挿入されている。この為に、カ行時９回生時共に
分岐渡り線を渡る様な時に、最後に第３軌条から離脱す
る第３軌条集電器と第３軌条との間での電流しゃ断性が
若干悪化し、アークをひぐ様になりがちである。

この場合、カ行中のアークは第３軌条の正電位に対し第
３軌条集電器の負電位との間にアークが飛ぶ関係上あま
り好ましい状況ではないが、アークは自然に冷却されし
ゃ断される。

しかし、回生制動中に分岐渡り線を通過りる場合には、
以下のような別の現象が考えられる。つまり、正電位の
第３軌条集電器の電位は正電位第３軌条よりも高くない
と電流回生は不可能である。

ここで、もし第３軌条集電器のうち渡り線で最後に第３
軌条から離れた時化じたアークは、第３軌条集電器の方
からエネルギーが第３軌条に供給されている関係上、ど
こか低い電位のある場所があればそこにアークが飛び移
る可能性を有している。

しかし、第３軌条集電器はアームで東電靴を左右にはり
出して来ている関係上、帯電している第３軌条集電器の
支持枠は車体中心寄りの方に配されている事から、渡り
線を通過しようとして第３軌条から第３軌条集電器が離
れた時には、第３軌条東電器の支持枠は本線レールのす
ぐ上方を横切ってゆく事になり、場合によっては発生し
たアークがより電位の低い本線レールに飛び移る事が考
えられる。

この様に、第３軌条集電器支持枠より本線レールにアー
クが飛べば電位差から当然過電流が流れ、しゃ断器が作
用して回生制動回路はしゃ断されるが、本来アークに対
して配慮していない第３軌条集電器支持枠またはその取
付部にアークが飛ぶと部分的に溶損現象を生じ、第３軌
条集電器の保守上からだけでなく、アークの飛んだ地上
ｌＩ４３Ｓｉ物に対してもはなはだ不都合な問題を生じ
る。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題を解消するために成されたも
ので、その目的は回生制動中に分岐渡り線を通過する場
合等における、第３軌条集電器からのアーク発生飛散に
よる集電器本体および周辺地上構造物の溶損を防止し車
両の安全性を高めることが可能な第３軌条式チョッパー
車の回生制動制御方法を提供す−る事にある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、第３軌条を用い
て集電するチョッパー制御車で、第３軌条に電流を戻す
ことにより回生制動をかける車両において、第３軌条と
第３軌条集電器とが路ｆｉＪｖ４造的に離線する地点の
付近に地上信号発信器を配設すると共に、前記地上信号
発信器から送信される信号を受信する車上信号受信器を
車両上に設【ノ、前記車両が前記離線地点へ接近中であ
ることを受信したことの条件と、前記車両が回生制動中
であることの条件とが共に成立した時に、回生制動回路
をしや断するようにしたことを特徴とする。

［発明の実施例］ まず、本発明の考え方について述べる。いま、第３軌条
集電器から予想外のアーク発生の可能性のある所を考え
ると、一番その可能性の高い場所は駅の直前で回生制動
をかけながら渡り線を渡る場合である。つまり、回生電
流が流れている詩に急に渡り線を渡る様な状態になり、
第３軌条から第３軌条集電器が離線すると回生電流はし
ゃ断されようとするが、回路にはスムージングリアクト
ル、主すアクＩ・ルがあり、更にフィルターコンデンサ
ーがあるので、第３軌条と第３軌条集電器との間には回
生電流ににってエネルギーの供給が続けられ、電流が流
れ続番ノようとしてアークが飛ぶと同時に、アーク抵抗
によりコンデンサーにはつぎつぎと高電位が蓄積されて
いく。この時、第３軌条集電器取付枠は第３軌条集電器
靴よりかなり車体中心寄りに配設されているので、本線
直進レールの近くを横切る形となり、場合によってはア
ークは飛び移り第３軌条集電器取付枠より本線レールに
地絡事故状態を発生ずる。、しかしこの様な現象が生じ
る条件を考えると、回、主制動中である′１ 事と、渡り線を通過する等回生制御、動がしゃ断される
条件とが重なった時である。

そこで、その対策として回生制動中であるという条件の
基に、地上側より危険度の高い地点に接近している旨の
信号を受信したならば、回生電流を事前にしゃ断し空気
制動に切替えて制動を継続してかける事が可能となる。

従って本発明では、地上信号発信器より上記危険な状態
である旨を車上に通報し、車上側でその通報を受信した
口との条件と、回生制動中であることの条件が重なった
時には、危険度が高いと判定し高速度しゃ断器を操作し
て回生制動回路をしゃ断し、空気制動に切替えてアーク
による地絡事故を防止しようとづるものである。

以下、上記考え方に基づく本発明の一実施例について図
面を参照して説明する。第１図は本発明の対象となる第
３軌条式デミツバー車のカ行時の主回路構成を示す図、
第２図は同じく回生制動時の主回路構成を示すものであ
る。図において、ＳＣは第３軌条集電器、Ｆ［はフィル
ターリアクト／ｌ、、ＨＢは高速度しゃ断器、ＦＣはフ
ィルターコンデンサー、Ａ！〜Ａ４はモータアマデユア
、Ｆ１〜Ｅ４はモータヘフィールド、ＭＳＬは主平滑リ
アクトル、ＦＷＤはフライホイルダイオード、ＣＨはチ
ョッパー装置であり、図しの如く構成されている。

第３図は、通常走行時の第３軌条と第３軌条集電器およ
び走行レールの関係を示したものである。

図において、１は第３軌条で第３軌条支持碍子２により
絶縁支持される。３は走行レールで、共に道床４の上に
支持されている。５は第３軌条集電器靴で、同支持枠６
からビン７にて回動可能に、かつ図示しないばねにより
適正な押付力で第３軌条集電器靴５を第３軌条１に押し
付ける様に構成されている。なお、第３軌条１がない所
では第３軌条東電器支持枠６に設けられたストッパ−８
に、第３軌条集電器靴５からはり出したストッパー当り
面９が接触して規定高さ以下に第３軌条集電器靴５が下
らない様にしている。また、１１は支持枠全体の高さを
調整出来る様にセレーションを有する高さ調整外で、絶
縁素１０に取付けられている。さらに、この絶縁ＩＪ！
！１０は第３軌条１との位置関係を出来るだけ一定に保
つ為に、通常軸箱からある程度のクッションを右するゴ
ム座等を介して支持されている。

第４図は、分岐渡り線を回生制動をかけながら通過した
時に発生が予想されるアークの状況を示したものである
。図においては、レール３Ａ上を車両が分岐走行してゆ
くと、本線レール３Ｂが第３軌条集電器支持枠６の下方
に接近し、第３軌条１に取付けられた第３軌条分岐部案
内１２ど第３軌条集電器靴５が離れた時に出たアーク１
３Ａが、本線レール３Ｂとの間にアーク１３Ｂとして移
行する可能性を示している。

第５図は、第４図に示した分岐渡り線通過■の状況を平
面図にて示したものである。図において、１６Ａ、１６
Ｂは第３軌条ＩＡ、ＩＢと第３軌条集電器が路線構造上
離線する地点付近に配設された地上信号発信器、１７は
台車１４の先端部に取付けられた地上信号発信器１６Δ
、１６Ｂからの信号を受信する車上信号発信器である。

ここで、地上信号発信器１６Ａ、１６Ｂとしては例えば
地上子を用いる。

第６図は、本発明による第３軌条式チョッパー車におけ
る回生制動回路の制御方法の構成例を示したものである
。図に、おいて、１８は運転手等の操作により制動指令
を発する制動指令装置で、制動指令が発せられると回生
制動制御器１９によりチョッパー車の回生制動回路が構
成されチョッパー装置ＣＨを作動させる。一方、一定速
度以下では回生制動は作用出来ないので自動的に空気制
動に移るが、回生制動が作用してい°る間は回生制動作
用中である旨の信号を比較器２０に与え続ける。

また２３は分岐指令装置で、その分岐指令により分岐操
作装置２５を作用せしめて車両を正しく分岐線で分岐走
行せしめるようにしている。この場合、分岐線を通過し
た時には第３軌条集電器がどうしても分岐路線構造上離
線する事になり、アークにより地絡事故発生の危険性め
ある時の条件を記憶し、この状態の時に地上信号発信器
１６Ａに発信信号を送る比較発信器２４が配設されてい
る。

一方１７は車上信号受信器で、地上信号発信器１６Ａよ
り受信した信号を分岐通過受信器２１で受信せしめ、こ
の受信した信号を上記比較器２０に与える。この比較器
２０は、アークによる地絡事故発生の危険性を判定し、
回生制動制御器１９および分岐通過受信器２１からの出
力信号を共に受信した場合に、回生制動開放指令器２２
に信号を与えて、これからの開放指令により高速度しヤ
訴器ＨＢを開放して回生制動回路をしゃ断するようにな
っている。

以下に、まず第１図のカ行時の作用について述べる。こ
の場合には、モーターアマチュア八！〜Ａ４とモータフ
ィールドＦ１〜Ｆ４によりカ行接続がなされ、第３軌条
集電器ｓｃより集電された電流は主平滑りアクドルＭＳ
Ｌを介しチョッパ装置ＣＨを介して接地され、主回路電
流が流れてカ行が行なわれるが、チョッパー装置ＣＨは
高周波で回路電流をしゃ断する事により、その通電率に
応じて電流値を制御する。しかし、チョッパー装置ＣＨ
がＯＦＦになった時には、主平滑リアクトルＭＳＬによ
り電流を継続しようとする効果を生じ、その電流はフラ
イホイルダイオードＦＷＤを介してモータアマチュアＡ
１．Ａ３の所に戻り、チョッパー装置ＣＨがＯ’Ｆ　Ｆ
になった時でも減衰方向の電流ではあるが、モーターに
は電流が流れ続けて車両のカ行は極めて滑らかに継続さ
れる。

そして、この様な条件で第３軌条集電器５ＣｈＸＰ！１
線しても、第３軌条集電器ＳＣが回路しゃ断器の作用を
するのみで、それ程大きなアークが流れ続けることはな
い。

次に、回生制動をかＧ）だ時の電気的な特性について第
２図を用いて述べる。この場合には、モータアマチュア
Ａ１〜Ａ４に対しモータフィールドＦ１〜Ｆ４は、発電
作用を行なわせるため逆方向接続になると同時に、４個
のモーターが等しい発電作用を行なう様に交叉回磁接続
としてやる事は従来の発電制動と同じであるが、チョッ
パー装置ＣＨが一定周期毎に必要制動力に応じた通電率
によってＯＮ、ＯＦＦを繰返している。

この場合、チョッパー装置ＣＨがＯＮの時はモーターア
マチュアＡ２　、Ａ４が接地されているので、チョッパ
ー装置ＣＨの接地と接続され回路が構成されて制動電流
が流されるが、チョッパ装置ＣＨがＯＦＦの時には回路
がしゃ断されるため、主平滑リアクトルＭＳＬに流れて
いた電流はフライホイルダイオードＦＷＤより第３軌条
集電器ＳＣの方へ流れ、その電圧が第３軌条の正電位よ
り上昇する事により、回生電流としてカ行中の他の車両
または変電所に逆流して車両の運動のエネルギーを放出
して減速する。ここで、もし急に第３軌条集電器ＳＣが
離線して電流をしゃ断しようとすると、第３軌条集電器
ＳＣと第３軌条との間に発生したアークは、モーターか
らつぎつぎ回生じようとするエネルギーが枝番プで供給
されるため、アークによる電圧降下分がつぎつぎフィル
ターコンデンサーＦＣに蓄積され、第３軌条集電器ＳＣ
側の電位は上昇し続けようとする。そして、フィルター
コンデンサーＦＣの電位が一定値以上になると、図示し
ない過電圧リレーがこれを検出して別に接地回路を閉じ
る事が行なわれ、回生制動回路は開かれることになるが
、過電圧リレーが作用する迄の短時間に第３軌条集電器
ＳＣ側の電位が著しく上昇する事はさけられない。

ここで、第３図は一般走行路上における第３軌条方式車
両の集電器関連の配置を示しており、この状態では特に
間鴎の発生は考えられない。ところが第５図に示した様
に、本線レール３８．３０と３Ｄ、３Ｅとの間に渡り線
レール３Ｆ、３Ｇが配された分岐線で、合板りに図示右
の方から台車１４が走行してきて、渡り線レール３Ａ、
３Ｇに乗って分岐に入りながら回生制動をかけたとする
。

この時、第３軌条は図示ＩＡ、ＩＢの場所のみにしか配
設されていないため、第３軌条集電器靴５Ａは第３軌条
１Ａから離れていく。この時、本線レール３Ｂとの関係
を示したのが第４図であり、第３軌条１には分岐線の所
で第３軌条集電器靴５がうまく滑り上げられる様に第３
軌条分岐部案内１２が配設され、分岐により第３１軌条
集電器靴５がこの第３軌条分岐部案内１２から離れた時
、第２図で説明した様に回生電流によ：るアークは高電
位となり、しかも回生電流が継続して発生して流れ続け
ようとづるため仲々しゃ断できない。しかし、第３軌条
集電器支持枠６の下には本線レール３Ｂが接近している
事から、アーク１３Ａが瞬間的に１３Ｂのように設置側
に構造物に飛び移る可能性が生じる。そして、この様に
飛び移ったアーク１３Ｂにより図示しない過電流リレー
が作動して電流を速かにしゃ断しようとするが、このア
ーク１３Ｂは第３軌条集電器支持枠６のどの位置に飛ぶ
かはわからず、またアーク自体構造物を溶損せしめるに
十分なエネルギーを有しているため、本来永久構造物で
ある支持枠６を交換しなければならぬ事にまで発展する
ことが考えられるが、このことは第２図にて説明した様
にヂョッパー装置ＣＨに・よる回生制動の場合には避【
プられない現象である。

そこで、本発明では第６図によりこれをつぎのようにし
て保護する。つまり、第６図において、地上側としては
走行する車両をどの様に運行するかは、ダイヤに従って
分岐指令装置２３から地上分岐装置を操作する分岐操作
装置２５に指令が与えられて分岐装置が作動するが、こ
の時同じ指令が比較発信器２４にも与えられる。この比
較発信器２４は、分岐線を通過する車両が第４図に示し
た様な地絡アークを発生ずる可能性のある条件を記憶し
ており、地格アーク発生の可能性のある分岐条件が発生
した時に、地上信号発信器１６Ａに一定周波数の信号を
発信せしめる様に作動する。

一方車上側では、台車１４の洗端に取付けた車上信号受
信器１７により地上信号発信器１６Ａより発信された信
号を受信することにより、分岐通過受信器２１で車両と
して危険な地点へ接近中である事を受信し、比較器２０
に危険な旨の信号を送信する。

一方、運転手は制動指令装置１８により車両速度を制御
するための制動指令を出すが、車゛両の走行速度により
回生制動域であるか否かを判定して回生制動側部器１９
により回生制動を作用せしめ、この回生制動が作用して
いる時は回生制動作動中である旨の信号を比較器２０に
与える。これにより、比較器２０では地格の可能性のあ
る地点へ接近中である旨の信号と、回生制動中である旨
の信号の条件が成立した時には、アークの移転により地
絡の可能性があると判定し、回生制動開放指令器２２に
信号を与える。すると、回生制動開放指令器２２は直ち
に高速度しゃ断器ＨＢへ開放指令を送出し、これを開放
することによって回生制動回路がしゃ断され、自動的に
空気制動が立ち上り空気制動をかけながらこの危険な地
点を通過する事が出来る。これにより、アークが発生し
た地格し易い地点に接近すると、直ぐに回生制動を中止
して空気制動に切替るようにすることにより、異常なア
ーク移転による地絡事故を防止し、第３軌条方式のチョ
ッパー車として極めて安全性の高い車両を得ることがで
きる。

上述したように本方法は、車両が回生制動中であること
の条件と、第３軌条集電器ＳＣと第３軌条１が路線構造
的に離線する地点へ接近中であることの条件が共に成立
した時には、回生制動回路を速やかにしゃ断するように
したことにより、アーク移転による前述した地絡事故の
発生を防止する、すなわちアークが電位の低い他の地上
構造物に飛び移り、第３軌条集電器の枠体６や周辺の構
造物に溶損を生じさせることを防止して、車両の安全性
を高め安定した走行を確保する事が可能となる。

尚、本発明は上記実施例に限らず、次のようにしても実
施できるものである。

（ａ　）地上信号発信器１６Ａ、１６Ｂは、正逆両方向
の走行を考りょすると渡り線３Ｆ、３Ｇの両端側に配設
する必要があり、車上信号受信器１７は上り用下り用と
車両の両端に左右にずらして配設する事も考えられ、夫
々走行方向に応じて受信器の切換を行なう事も可能であ
る。

（ｂ）車上信号受信器１７は車上の定点に配設し、車上
の取付位置と地上信号発信器１６Ａ。

１６Ｂの取付位置を考りょして、車両が危険地点に接近
進入する以前に回生制動回路をしゃ断終了する様にする
事も可能である□。

（０）地上よりの危険地点への接近信号を受信した時の
連結車両の回生制動・・回路しゃ断としては、全編成車
両−斉に行なう方法と、編成車両−両毎に行なう方法が
可能であるが、回生制動回路しゃ断により空気制動立ち
上り迄の時間ずれはどうしてもさける事が出来ないので
、−車両毎に作動せしめて、−斉に全車両の回生制動回
路しゃ断を行なうことによる衝撃を緩和づる事が好まし
い。

（ｄ）上述の如く、渡り分岐線を通過する時に回生制動
が作用している場合は、アーク移転による地絡事故発生
の危険性が最も高いと考えられるが、セクション等第３
軌条が一部切れている区間に回生制動をかけながら車両
が進入するような場合も、第３軌条集電器から生じたア
ークがどこに転位するかはなはだ危険な場合も考えられ
ることから、セクション直前に連続して発信する地上信
号発信器を配設しておく事も有効的な方法である。

［発明の効果］ 以上説明したよう本発明によれば、第３軌条を用いて集
電するチョッパー制陣車で、第３軌条に電流を戻すこと
により回生制動をかける車両において、第３軌条集電器
と第３軌条が路線構造的に離線する地点へ車両が接近中
であることの条件と、回生制動中であることの条件が共
に成立した時に回生制動回路をしゃ断するようにしたの
で、回生制動中に分岐渡り線を通過する場合等における
アーク集電器本体および地上構造物の溶損を防止し車両
の安全性を高めることが可能な第３軌条式チョッパー車
の回生制動制御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象となる第３軌条式チョッパー車の
カ行時の主回路構成を示す図、第２図は同じく回生制動
時に主回路構成を示す図、第３図は通常走行峙の第３軌
条集電器、第３軌条および走行レールの関係を示、す図
、第４図は分岐渡り線を回生制動をかけながら通過した
時に発生が予想されるアークの状況を示した図、第５図
は第４図における分岐渡り線を通過時の状況を示す平面
図、第６図は本発明の一実施例を示す回路構成図である
。　・ ＳＣ・・・第３軌条集電器、ＦＬ・・・フィルターリア
ク１〜ル、１１Ｂ・・・高速度しゃ断器、ＦＣ・・・フ
ィルターコンデンサー、Ａ１−Ａ４・・・モータアマチ
ュア、Ｆ１〜Ｆ４・・・モータフィールド、ＭＳＬ・・
・主平滑リアクトル、ＦＷＤ・・・フライホイルダイオ
ード、ＣＨ・・・チルツバ−装置、１．１Ａ、１Ｂ・・
・第３軌条、２・・・第３軌条支持碍子、３・・・本線
レール、３Ａ〜３Ｇ・・・分岐渡り線レール、４・・・
道床、５゜５Ａ、５Ｂ、５Ｇ、５０・・・第３軌条集電
器靴、６・・・第３軌条集電器支持枠、７・・・回転中
心ピン、８・・・ストッパー、９・・・粗側ストッパ当
り面、１０・・・絶縁梁、１１・・・高さ調整外、１２
川第３軌条分岐部案内、１３Ａ、１３Ｂ・・・アーク、
１４・・・台車、１５・・・車輪、１６Ａ、１６Ｂ・・
・地上信号発信器、１７・・・車上信号受信器、１８・
・・制動指令装置、１９・・・回生制動制御器、２０・
・・比較器、２１・・・分岐通過受信器、２２・・・回
生制動開放指令器、２３・・・分岐指令装置、２４・・
・比較発信器、２５・・・分岐操作装置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第７図 第４Ｅ 第５ｒｌＡ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第３軌条を用いて集電づるチョッパー制御車で、
   第３軌条に電流を戻すことにより回生制動をかける車両
   において、第３軌条と第３軌条集電器とが路線構造的に
   Ｉｌｌ線する地点の付近に地上信号発信器を配設すると
   共に、尚２地上信号発信器から送信される信号を受信す
   る車上信号受信器を車両上に設け、前記車両が前記離線
   地点へ接近中であることを受信したことの条件と、前記
   車両が回生制動中であることの条件とが共に成立した時
   に、回生制動回路をしゃ断するようにしたことを特徴と
   する第３軌条式チミツパー車の回生制動制御方法。
2. （２）　回生制動回路しゃ断を全編成車両−斉に行なう
   ようにした特許請求の範囲第（１）項記載の第３軌条式
   チョッパー車の回生制動制御方法。
3. （３）回生制動回路しゃ断を編成車両１両′毎に行な′
   うようにした特許請求の範囲第（１）項記載の第３軌条
   式チョッパー車の回生制動制御方法。
4. （４）分岐渡り線の場合分岐渡り切換時のみ地上より信
   号を発信するようにした特許請求の範囲第（１）項記載
   の第３軌条式ヂョッパー車の回生制動制御方法。