JP5681350B2 - 駅間線路上に給電設備を設けた鉄道システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の駆動装置に係り、特に列車に蓄電装置を搭載した電車線ハイブリッド鉄道システムにおいて、駅間での蓄電装置の充電量低下に因って走行不能となる状態を防ぎ、給電設備の故障時や駅間にて走行に必要な蓄電容量が低下した場合にも運転継続を可能とする鉄道システム技術に関する。

近年、鉄道車両において蓄電技術を活用した省エネルギ化を推進する動きが活発となってきている。この具体的な例として、車両に蓄電装置を搭載し、これを電源として走行するようにしたシステムや、回生ブレーキ時にこの回生電力を消費してくれる力行車両が同一セクション内に存在しない場合でも、回生エネルギを蓄電装置で吸収して回生失効を防止すると共に、力行時に蓄電エネルギを再利用することで省エネ化を図る架線ハイブリッドシステムなどの開発が行われている。

電車線からの給電と車上の蓄電装置を併用して、特定の場所で蓄電装置の充電を可能とし、鉄道路線の一部または全部の区間において電車線を使わずに走行可能な電気車のシステム構成が特許文献１、特許文献２、特許文献３などの公報に示されている。

上記システムは、電車線を使わずに電気車を走行させられるため、電車線を省略することができ、電車線の設置や電車線の保守に関わるコストや人手を低減できるだけでなく、景観の向上も期待できるとういう特徴を持つ。

なお、上記のようなシステムは通常運行時には、車両上の蓄電装置の電力を利用し、常用給電設備で充電を行って、列車を運行するものであり、電車線が設置されていない区間を走行する車両が常用給電設備から電力を供給できなくなった場合や、電車線の設置されていない区間を走行中に走行に必要な蓄電電力量が不足した場合等に、ダイヤを乱すことなく鉄道車両を継続走行させることは目的としていない。

また、このシステムは蓄電装置を充電する常用給電設備を駅や折返しを行う留置場、あるいは予め定められた停車場等に設置し、列車停車中に鉄道車両に搭載した蓄電装置へ充電するものである。さらに、蓄電装置の容量は、蓄電装置の充電が出来る複数の場所の間、すなわち電車線または給電設備が設置されていない区間を走りきれる蓄電容量が必要である。例えば、平坦区間で駅でのみ充電を行うシステムであるとすると、最も駅間距離の長い区間に合わせて蓄電容量を決定する。

特開２００２−２８１６１０号公報 特開２００５−８６８７６号公報 特開２００８−１７２８５７号公報

ところが、上記のシステムでは、停電などにより駅に設けた給電設備から列車への給電ができなくなった場合、列車の蓄電装置に充電することができないため、先方の駅までの走行に必要な蓄電電力量を確保できず、先方の駅への走行が不可能となり、列車の運行に大きな支障をきたすという問題があった。

これに対応するためには、給電設備の故障時にも運行ダイヤを乱すことなく先方の駅まで走行できるように、健全な常用給電設備まで走行できる分の蓄電装置を余分に列車に搭載すればよい。しかし、この方法では搭載する蓄電装置の容量が大型化し、常用給電設備の故障時等における非常走行のために、搭載する蓄電装置の容量を大型化することになり、重量の増加による電力消費量の増加や、艤装スペースの拡大による乗客スペースの縮小等の問題が発生する。一方、給電設備の設定間隔を、蓄電装置の容量により走行可能な距離より十分に短い間隔とすることも考えられるが、前記同様、非常走行のために多くの給電設備を設置しなければならないという問題が生じる。

上記のような理由により、本発明の課題は、常用給電設備に異常が発生した場合や、列車搭載の蓄電装置充電量が走行に必要な充電量より低下した場合に、列車の運行に支障をきたすことなく運転継続を可能とし、列車搭載に必要な蓄電装置容量と非常用駅間給電設備設置数を必要最小限とする鉄道システムを提供することである。

本発明の鉄道システムは、電源系統から受電し、駅または駅近傍に設置された常用給電用の複数の常用給電設備と、前記複数の常用給電設備から給電されて運行する鉄道車両と、前記鉄道車両に搭載され前記鉄道車両の走行電力を供給可能な蓄電装置と、前記複数の常用給電設備が設置されている軌道区間にあって、前記蓄電装置に充電可能な前記電源系統とは異なる電気系統から受電する複数の非常用駅間給電設備と、を備え、隣接する前記常用給電設備同士及び隣接する前記非常用駅間給電設備同士の間隔は、前記蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の範囲に設定され、前記常用給電設備及び前記非常用駅間給電設備は、前記鉄道車両に搭載された前記蓄電装置への供給電源として使用され、前記鉄道車両は、前記蓄電装置の最大充電量で前記鉄道車両が隣接する前記常用給電設備同士および隣接する前記非常用駅間給電設備同士の間を走行可能であって、隣接する次駅の常用給電設備が異常で給電できない場合に、前記次駅の常用給電設備から送信された常用給電設備故障情報信号により、現在位置から、前方の常用給電設備が正常な駅手前までに設置されたすべての非常用駅間給電設備に併設された表示器に前記鉄道車両の停止を促す継続走行不可の現示を行い、前記鉄道車両を該非常用駅間給電設備に併設された表示器の外方に近接停車させて、前記蓄電装置への充電を可能とすることで、常用給電設備が異常である前記次駅の常用給電設備で充電を行わなくても、異常のある常用給電設備の前後区間を次の非常用駅間給電設備まで走行可能として非常走行を継続し、常用給電設備が正常な前方の駅の地点まで進み、前方の駅以降の常用給電設備が正常な区間で運行を継続することを特徴とする。

ここで、前記地上充電ポストは、電車線と異なる系統から受電した給電設備であり、地上充電ポストの出力には、その出力を列車に接続するためのケーブル及び結栓を有し、近接停止した列車に給電できるようにする。列車は、前記地上充電ポストより受電し、車上の蓄電装置を充電する。

常用給電設備および非常用駅間給電設備は、非常走行を実施する区間において、隣接する常用給電設備同士または隣接する非常用駅間給電設備同士の間隔は、列車搭載の蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の範囲とする。また、常用給電設備あるいは非常用駅間給電設備は、表示器と併設され、前記表示器は表示器前方にある常用給電設備の異常時や、あるいは列車に搭載した蓄電装置の充電量が前方の駅すなわち常用給電設備まで走行するために必要な充電量よりも少なくなった場合に、列車に停止を促す動作をすることで、列車を非常用駅間給電設備近傍に停止させ、列車に搭載された蓄電装置への充電を行わせる。さらに、前方の常用給電設備故障時には、非常用駅間給電設備での充電により、列車に搭載した蓄電装置の充電量が前方の隣接する非常用駅間給電設備まで走行するために必要な充電量以上となったとき、あるいは前方の常用給電設備健全時には、列車に搭載した蓄電装置の充電量が既に前方の駅すなわち隣接する常用給電設備まで走行するために必要な充電量以上であるか、非常用駅間給電設備での充電により列車に搭載した蓄電装置の充電量が前方の駅すなわち隣接する常用給電設備まで走行するために必要な充電量以上となると、列車に表示器内方へ進行してもよいことを促す動作をする機能を持つ。

本発明の鉄道システムは、駅に設置された常用給電用の常用給電設備と、前記常用給電設備から給電されて運行する鉄道車両と、前記鉄道車両に搭載され前記鉄道車両の走行電力を供給可能な蓄電装置と、前記常用給電設備の設置されている軌道区間にあって、前記蓄電装置に充電可能な非常用駅間給電設備と、を備え、前記蓄電装置の最大充電量で前記鉄道車両が隣接する前記常用給電設備同士および隣接する前記非常用駅間給電設備同士の間を走行可能であって、前記蓄電装置の充電量が、電車線の設置されていない区間の隣接する駅間を、前記鉄道車両が走行するために必要な充電量より不足した場合に、前記非常用駅間給電設備に前記鉄道車両を近接停車させ、前記蓄電装置への充電を可能とすることで、前記鉄道車両を前方の駅へ走行可能とすることを特徴とする。

本発明の鉄道システムは、更に、前記非常用駅間給電設備は、前記常用給電設備とは異なる電力系統から電力系統を受けて、前記常用給電設備からの給電に異常が生じた場合にも、前記非常用駅間給電設備に前記鉄道車両を近接停車させ、前記蓄電装置への充電を可能とすることで、鉄道車両を前方へ走行可能とすることを特徴とする。

本発明の鉄道システムは、更に、前記非常用駅間給電設備は駅間走行に要するエネルギを等分する位置に配置し、とくに駅間が平坦な区間においては、前記非常用駅間給電設備は駅間中間地点に設置していることを特徴とする。

本発明の鉄道システムは、更に、前記常用給電設備または前記非常用駅間給電設備は、表示器と併設され、前記表示器の現示動作は、前記常用給電設備または前記非常用駅間給電設備の動作状態、あるいは表示器外方に在る鉄道車両に搭載された前記蓄電装置の充電量状態と連動可能な機能を有することを特徴とする。

本発明の鉄道システムは、更に、前記非常用駅間給電設備と併設された表示器は、表示器内方側前方の前記常用給電設備故障時に、前記鉄道車両に停止を促す現示動作機能をもつことを特徴とする。

本発明の鉄道システムは、更に、前記非常用駅間給電設備と併設された表示器は、前記鉄道車両に搭載された前記蓄電装置の充電量が所定値以下のときに、前記鉄道車両に停止を促す現示動作機能をもつことを特徴とする。

本発明の鉄道システムは、更に、前記非常用駅間給電設備と併設された表示器は、前記蓄電装置の充電量が所定の充電量まで充電されているか、あるいは充電されると、前記鉄道車両に表示器内方へ進行してもよいことを促す現示動作機能をもつことを特徴とする。

本発明によれば、駅間において車上に搭載した蓄電装置の充電量低下に因って走行不能となる状態を回避するとともに、常用給電設備に異常が発生した場合に運行ダイヤを乱すことなく継続走行を可能とし、かつ列車に搭載された蓄電装置の容量と非常用駅間給電設備を必要最小限としたシステムを提供できる。

図１は本発明の非常用駅間給電設備の設置構成の一実施形態の例を示す図である。 図２は本発明の非常用駅間給電設備の設置構成と動作の第一の実施形態の例を示す図である。 図３は本発明の非常用駅間給電設備の設置構成と動作の第二の実施形態の例を示す図である。 図４は本発明の非常用駅間給電設備の表示器動作の第一の実施形態の例を示す図である。 図５は本発明の非常用駅間給電設備の表示器動作の第二の実施形態の例を示す図である。 図６は本発明の電気車の制御装置と地上充電ポストによる第一の実施形態の例を示す図である。 図７は本発明の電気車の制御装置と地上充電ポストによる第二の実施形態の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明していく。

図１は、本発明の非常用駅間給電設備の設置構成の概略形態の例を示す図である。非常用駅間給電設備１ｂは、駅２近傍の常用給電設備１ａと異なる電源系統から受電し、駅２と駅２の間に設置する。

ここで、電車線が設置されていない路線を走行する架線ハイブリッド鉄道車両の非常走行を実施する区間においては、隣接する常用給電設備１ａ同士および隣接する非常用駅間給電設備１ｂ同士の間隔は、列車３に搭載の蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の範囲に設置する。

これにより、列車３に搭載する蓄電装置の容量を必要最小限としながら、常用給電設備の異常時等における非常走行が可能となる。蓄電装置の容量を必要最小限とすることで、車両に搭載する蓄電装置のコストを低減することができ、さらに車両の重量を低減することにともなう省エネルギ運転も可能となる。

図２は、本発明の非常用駅間給電設備の設置構成の第一の実施形態の例を示す図である。
常用給電設備１５ａの電車線６ａは駅近傍に設置される。電車線６ａの電源は列車８に搭載された蓄電装置５への供給電源として使用され、列車８は蓄電装置５に蓄えられた電力を駆動用電力として走行するか、あるいは、電車線６ａの電源を直接駆動用電力源として走行する。駅９ａと駅９ｂの間に非常用駅間給電設備１０ａ，１０ｂをそれぞれ地点Ｂ，地点Ｄに設置する場合を示す。

ここで、Ｌ１は駅９ａの地点Ａと非常用駅間給電設備１０ａの地点Ｂ間の距離、Ｌ２は地点Ｂと駅９ｂの地点Ｃ間の距離、Ｌ３は地点Ａと地点Ｃ間の距離、Ｌ４は地点Ｂと非常用駅間給電設備１０ｂの地点Ｄ間の距離である。Ｌ３，Ｌ４の各々は列車８に搭載された蓄電装置５によって駆動電力を供給した場合の最大走行距離よりも小さく設定される。

非常用駅間給電設備１０ａ，１０ｂには、地上充電ポスト１１ａ，１１ｂを設けており、地上充電ポスト１１ａ，１１ｂは、電車線６ａ，６ｂ，６ｃが受電している電源供給設備７ａ，７ｃ，７ｅとは異なる電源系統である電源供給設備７ｂ，７ｄより受電する。この非常用駅間給電設備１０ａ，１０ｂにて列車８に搭載した蓄電装置５を充電する。これにより、列車８に搭載する蓄電装置の容量を必要最小限としながら、常用給電設備の異常時等における非常走行が可能となる。

ここで、非常用駅間給電設備１０ａは駅間走行に要するエネルギを等分する位置に配置するのが良く、とくに平坦な路線区間である場合、非常用駅間給電設備１０ａはＬ１とＬ２が同じ距離になる位置に設置するのが良い。これにより、地点Ａから地点Ｃに向かう方向と、地点Ｃから地点Ａに向かう方向とで、隣接する非常用駅間給電設備同士の区間を走るために必要な蓄電装置５の容量を同じにすることができる。

また、非常用駅間給電設備は図３に示すように電車線であってもよい。この場合、非常用駅間給電設備１０ｃ，１０ｄは、電車線６ｅ，６ｇを設けており、電車線６ｅ，６ｇは、電車線６ａ，６ｂ，６ｃが受電している電源供給設備７ａ，７ｃ，７ｅとは異なる電源系統である電源供給設備７ｆ，７ｇより受電する。これにより、非常用駅間給電設備１０ａ，１０ｂにて列車８に搭載した蓄電装置５の充電を可能とする。これにより、列車８に搭載する蓄電装置の容量を必要最小限としながら、常用給電設備の異常時等における非常走行が可能となる。

以下に非常用駅間給電設備が図２に示すような充電ポストである場合の動作例を示す。
地点Ａと地点Ｂの間を列車８が走行中、常用給電設備１５ｂが異常により列車８に搭載された蓄電装置５に給電できなくなったとき、非常用駅間給電設備１０ａにて充電を行い、常用給電設備１５ｂにて充電を行わなくても非常用駅間給電設備１０ｂまでの走行を可能とし、非常用駅間給電設備１０ｂにて次の充電を行い先方へ走行可能とする非常走行を行う。

地点Ａと地点Ｂの間を列車８が走行中、常用給電設備１５ｂが異常により列車８に搭載された蓄電装置５に給電できなくなったとき、常用給電設備１５ｂは情報伝達手段１３ｂに常用給電設備故障情報信号１４ａを送信する。表示器１２ｂは、常用給電設備故障情報信号１４ａを受信して、列車を停止させることを促す現示をする。

ここで、表示器の現示内容は、例えば色灯式信号機の場合、通常の閉塞区間におけるＡＴＳ機能としての「停止」信号を意味する現示動作と区別するため、図２に示すような赤色点滅（ＲＦ）の現示動作としても良く、このときの赤色点滅の現示動作状態を「継続走行不可」現示とする。

列車８は地点Ｂまで到達すると、表示器１２ｂの現示が「継続走行不可」となっていることにより、表示器１２ｂの外方で停止する。このとき列車８は、非常用駅間給電設備１０ａに設置されている地上充電ポスト１１ａより、列車８に搭載された蓄電装置５への充電を行う。これにより、列車８は常用給電設備の異常時に、前もって非常用駅間給電設備で充電を行うことができる。

蓄電装置５の充電量が、この充電によって地点Ｄまで走行可能な充電量となると、図４に示すように、列車８より蓄電容量満足信号１６ａを情報伝達手段１３ａに送信し、表示器１２ｂは蓄電容量満足信号１５ａを受信して、現示動作を列車が表示器の内方へ進行しても良いことを示す現示をする。

ここで、表示器の現示内容は、例えば色灯式信号機の場合、通常の閉塞区間におけるＡＴＳ装置としての「進行」信号を意味する現示動作と区別するため、図４に示すような青色点滅（ＧＦ）の現示動作としても良く、このときの青色点滅の現示動作状態を「非常走行可能」現示とする。これにより、蓄電装置５の充電量によって非常走行が可能であるかを判断することができる。

表示器１２ｂの現示が「非常走行可能」現示となると、列車８は表示器１２ｂの内方へ進入しその後、常用給電設備１５ｂのある地点Ｃにて充電を行わなくても非常用駅間給電設備１０ｂのある地点Ｄまでの走行をする。さらに、非常用駅間給電設備１０ｂにて次の充電を行い先方へ走行可能とする非常走行を行う。

列車８に搭載された蓄電装置５の容量は、隣接する非常用駅間給電設備同士の間を走行できる分の容量であるため、Ｌ４の距離を走行すると、その先方へ進む分の蓄電電力が不足することとなる。列車８は地点Ｄまで到達すると、図５に示すように、列車８より充電量不足信号１７ａを情報伝達手段１３ｃへ送信し、表示器１２ｄは情報伝達手段１３ｃより充電量不足信号１７ａを受信して信号の現示を「継続走行不可」現示とする。列車８は地点Ｄまで到達すると、表示器１２ｄの現示が「継続走行不可」となっていることにより、表示器１２ｄの外方で停止する。

このとき列車８は、非常用駅間給電設備１０ｂに設置されている地上充電ポスト１１ｂより、列車８に搭載された蓄電装置５への充電を行う。蓄電装置５の充電量が、充電によって地点Ｅまで走行可能な充電量となると、列車８より充電量満足信号１５ａを情報伝達手段１３ｃに送信し、表示器１２ｄは充電量満足信号１６ａを受信して「非常走行可能」現示とする。

これにより、列車８は異常のある常用給電設備１５ｂの前後区間を非常用駅間給電設備１０ａ，１０ｂで充電を行うことで、常用給電設備の異常時にも、駅９ｃのある地点Ｅまで進むことができ、常用給電設備１５ｃ以降の常用給電設備が正常な区間で運行を継続することができる。

また、図２において、列車８が地点Ｃと地点Ｄの間を走行中、蓄電装置５の部分故障等の容量低下により、地点Ｅまでの走行できる分の充電量が不足した場合にも、地点Ｅまでの走行ができなくなる。このとき列車８は地点Ｄの手前で図５に示すように、列車８より充電量不足信号１７ａを情報伝達手段１３ｃへ送信し、表示器１２ｄは情報伝達手段１３ｃより充電量不足信号１７ａを受信して信号の現示を「継続走行不可」現示とする。列車８は地点Ｄまで到達すると、表示器１２ｄの現示が「継続走行不可」となっていることにより、表示器１２ｄの外方で停止する。

このとき列車８は、非常用駅間給電設備１０ｂに設置されている地上充電ポスト１１ｂより、列車８に搭載された蓄電装置５への充電を行う。列車８は、充電によって地点Ｅまで走行可能な充電量となると、列車８より充電量満足信号１５ａを情報伝達手段１３ｃに送信し、表示器１２ｄは充電量満足信号１６ａを受信して「非常走行可能」現示とする。

これにより、蓄電装置５の部分故障等の容量低下時にも、列車８は異常のある常用給電設備１５ｂの前後区間を非常用駅間給電設備１０ｂで充電を行うことで、駅９ｃのある地点Ｅまで進むことができ、常用給電設備１５ｃ以降の常用給電設備が正常な区間で運行を継続することができる。

この充電量不足信号による表示器の動作は、駅に設置された常用給電設備と併設された表示器においても同様の動作とすることができ、これにより駅間を走行中に充電量が不足することも極力回避できるようになる。

なお、常用給電設備故障信号，充電量不足信号、充電量満足信号の送受信をおこなう情報伝達手段は、例えば軌道回路や専用の信号線，連動装置，無線通信を用いて行う。

図３は、非常用駅間給電設備を電車線で構成した場合を示しているが、図３に示す受電方式においては、常に電車線から受電するため、列車の車上設備に通常走行以外の特別な機器は必要としない。

一方、図２に示す地上充電ポストによる充電方式においては、低圧の商用電源を利用して列車への給電を可能とし、非常用駅間給電設備を簡易にかつ安全に設置することができることや、集電装置４の故障時にも充電可能であるが、列車の車上設備に通常走行では使用しない機器が必要となる。そのため、本発明の電気車の制御装置および図２に示す地上充電ポストによる受電の一実施形態の例を図６を用いて説明する。

車上駆動システムは、蓄電装置１８と昇降圧チョッパ装置１９とインバータ装置２０と交流電動機２１と集電装置２２と車上側結栓装置２３ａを備えている。地上充電ポストは、地上充電ポスト側結栓装置２３ｂと遮断器２５と地上充電ポスト用チョッパ装置２８と保護回路２９と整流器３０と商用電源２７を備えている。

車上駆動システムのインバータ装置２０は、電車線２１から集電装置１７を介して、またはチョッパ装置１９から供給される直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して交流電動機２１へ出力する。交流電動機２１はインバータ装置２０が出力する３相交流電力を入力としてこれを軸トルクに変換し出力する。

ここで図示しない制御装置の指令に基づいたトルクを交流電動機２１が出力するように、インバータ装置２０はインバータ装置２０の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。図示しない減速機は、交流電動機２１の軸トルク出力を増幅して出力し、電気車の輪軸を駆動して電気車を加減速する。

昇降圧チョッパ装置１９は、蓄電装置１８と電車線２６を電力的に接続可能とするように配置され蓄電装置１８に接続されている。また、昇降圧チョッパ１９は、蓄電装置１８の電圧を電車線２６の電源電圧に昇圧または、電車線２６の電源電圧を蓄電装置１８の電圧に降圧させる。

蓄電装置１８は、昇降圧チョッパ装置１９からの直流電力出力を入力され、または、昇降圧チョッパ装置１９に対して直流電力を出力できるように昇降圧チョッパ装置１９に接続される。蓄電装置１８と昇降圧チョッパ装置１９間の直流部には、地上充電ポスト２４との接続を可能とする車上側結栓装置２３ａを接続する。

地上充電ポスト２４は商用電源２７の３相交流電力を入力として直流電力に変換し、直流電力を出力する整流器３０を備える。商用電源２７と整流器３０の間には過電流等の異常動作時に回路を遮断する保護用の遮断器２５を接続する。地上充電ポスト用チョッパ装置２８の入力側は、整流器３０の直流出力側と接続され、地上充電ポスト用チョッパ装置２８との間には、異常動作時に回路を遮断する保護回路２９が接続されている。

ここで、地上充電ポスト用チョッパ装置２８の入力側には整流器３０の出力側と並列に地上充電ポスト用蓄電装置３１を接続してもよい。地上充電ポスト用チョッパ装置２８の出力側には車上駆動システムとの接続を可能にする地上充電側結栓装置２３ｂを接続する。車上駆動システムと地上充電ポスト２４は、車上駆動システム側結栓装置２３ａと地上充電側結栓装置２３ｂ間を専用ケーブルにより接続する。

以下に本実施例の動作を説明する。
まず、常用給電設備が正常であり、常用給電設備でのみ充電を行って走行する場合を説明する。

昇降圧チョッパ装置１９が出力する直流電力すなわち、蓄電装置１８の出力する直流電力でインバータ装置２０の入力電力を負担する。これにより電車線の設置されていない区間において、電気車を加速し、駅までの走行を行う。電気車を減速するときは、交流電動機２１がブレーキトルクを出力するようにインバータ装置２０を回生動作させ、インバータ装置２０が出力する回生電力を昇降圧チョッパ装置１９を介して蓄電装置１８で吸収する。

車上側の蓄電装置１８を充電するときは、列車を常用給電設備が設置してある場所にて、電車線２６より集電装置２２により電力を受電し、昇降圧チョッパ装置１９を介して蓄電装置１８を充電する。

次に、常用給電設備や集電装置２２の異常により、非常用駅間給電設備の地上充電ポストで車上側の蓄電装置１８を充電する場合の動作例を説明する。

この際には、列車を地上充電ポスト２４が設置してある場所にて、列車車上駆動システム側の車上側結栓装置２３ａと地上充電ポスト側の結栓装置２３ｂとを専用ケーブルを用いて接続する。蓄電装置１８の入力電力は、商用電源２７により負担する。ここで、蓄電装置１８の入力電力は直流の所定の電圧内である必要があるため、整流器３０が商用電源２７の交流電力を直流電力に変換し、地上充電ポスト用チョッパ装置２８によって電圧変換させ、蓄電装置１８の充電量が一定範囲内になるまで充電する。

さらに、地上充電ポスト用チョッパ装置２８の入力側に地上充電ポスト用蓄電装置３１を接続した場合には、蓄電装置１８の入力電力を地上充電ポスト用蓄電装置３１により負担することも可能である。この場合、列車への給電の機会は非常に低頻度であるため、地上充電ポスト用蓄電装置３１の充電は緊急を要しないので、商用電力からの入力回路は小容量の設備でよいという効果がある。また、商用系の一時的不具合時でも列車への給電は可能であり、非常時の電力源としての効果は高い。

地上充電ポスト用蓄電装置３１を備えることで上述した効果はあるが、地上充電ポスト用蓄電装置３１を備えない構成においても、当然に商用電源２７から蓄電装置１８の充電は可能である。

図７は、本発明の電気車の制御装置と地上充電ポストにおける第二の実施形態の例を示す図である。

インバータ装置２０と交流電動機２１の間には、切替器３２ａを接続し、前記切替器は、インバータ装置２０の出力３相交流電力線を交流電動機２１と車上側結栓装置２３ａとのどちらか一方に接続を切り替え可能な機能を持つ。

地上充電ポスト２４は商用電源２７から供給された電力を車上駆動システムへ出力する部分に、地上充電ポスト側結栓装置２３ｂを備え、地上充電ポスト側結栓装置２３ｂは車上側結栓装置２３ａと接続可能となっている。商用電源２７は電車線２６の電源とは異なる系統から受電し、３相交流を地上充電ポストへ供給できる電源である。地上充電ポスト側結栓装置２３ｂと商用電源２７の間には過電流等の異常動作時に回路を遮断する保護用の遮断器２５を接続する。

以下に本実施例の動作を説明する。
まず、常用給電設備が正常であり、常用給電設備でのみ充電を行って走行する場合を説明する。

電気車を加速するときは、切替器３２ａはインバータ装置２０と交流電動機２１が接続される状態に接続される。昇降圧チョッパ装置１９が出力する直流電力すなわち、蓄電装置１８の出力する直流電力でインバータ装置２０の入力電力を負担する。これにより電車線の設置されていない区間において、電気車を加速し、駅までの走行を行う。電気車を減速するときは、交流電動機２１がブレーキトルクを出力するようにインバータ装置２０を回生動作させ、インバータ装置２０が出力する回生電力を昇降圧チョッパ装置１９を介して蓄電装置１８で吸収する。

車上側の蓄電装置１８を充電するときは、列車を常用給電設備が設置してある場所にて、電車線２６より集電装置２２により電力を受電し、昇降圧チョッパ装置１９を介して蓄電装置１８を充電する。

次に、常用給電設備や集電装置２２の異常により、非常用駅間給電設備の地上充電ポストで車上側の蓄電装置１８を充電する場合の動作例を説明する。
車上側の蓄電装置１８を充電するときは、列車を地上充電ポスト２４が設置してある場所に近接停車させ、車上駆動システム側の車上側結栓装置２３ａと地上充電ポスト側結栓装置２３ｂとを専用ケーブルを用いて接続する。

さらに、切替器３２ａはインバータ装置２０と車上側結栓装置２３ａが接続される状態に接続を切り替える。蓄電装置１８の入力電力は、商用電源２７により負担する。インバータ装置２０は、地上充電ポストからの交流電力を直流電力に変換し、昇降圧チョッパ装置１９は直流電力を降圧し、蓄電装置１８は充電量が一定範囲内になるまで充電される。

本実施例は、商用電源２７からの交流電力を交流のまま車上駆動システムへ供給する構成であるため、図７に示す実施例（つまり、車上側結栓装置２３ａを蓄電装置１８と昇降圧チョッパ装置の間に設け、地上充電ポスト２４で商用電源２７の交流電力を直流電力に変換する構成）に比べ、地上充電ポスト２４側の機器を削減できることを特徴としている。

１ａ 常用給電設備
１ｂ 非常用駅間給電設備
２ 駅
３ 列車
４ 集電装置
５ 蓄電装置
６ａ 電車線
６ｂ 電車線
６ｃ 電車線
６ｄ 電車線
６ｅ 電車線
６ｆ 電車線
６ｇ 電車線
７ａ 電源供給設備
７ｂ 電源供給設備
７ｃ 電源供給設備
７ｄ 電源供給設備
７ｅ 電源供給設備
７ｆ 電源供給設備
７ｇ 電源供給設備
８ 列車
９ａ 駅
９ｂ 駅
９ｃ 駅
１０ａ 非常用駅間給電設備
１０ｂ 非常用駅間給電設備
１０ｃ 非常用駅間給電設備
１０ｄ 非常用駅間給電設備
１１ａ 地上充電ポスト
１１ｂ 地上充電ポスト
１２ａ 表示器
１２ｂ 表示器
１２ｃ 表示器
１２ｄ 表示器
１２ｅ 表示器
１３ 蓄電装置
１３ａ 情報伝達手段
１３ｂ 情報伝達手段
１３ｃ 情報伝達手段
１４ａ 常用給電設備故障情報信号
１５ａ 常用給電設備
１５ｂ 常用給電設備
１５ｃ 常用給電設備
１６ａ 充電量満足信号
１７ａ 充電量不足信号
１８ 蓄電装置
１９ 昇降圧チョッパ装置
２０ インバータ装置
２１ 交流電動機
２２ 集電装置
２３ａ 車上側結栓装置
２３ｂ 地上充電ポスト側結栓装置
２４ 地上充電ポスト
２５ 遮断器
２６ 電車線
２７ 商用電源
２８ 地上充電ポスト用チョッパ装置
２９ 保護回路
３０ 整流器
３１ 地上充電ポスト用蓄電装置
３２ａ 切替器

Claims (5)

1. 電源系統から受電し、駅または駅近傍に設置された常用給電用の複数の常用給電設備と、
   前記複数の常用給電設備から給電されて運行する鉄道車両と、
   前記鉄道車両に搭載され前記鉄道車両の走行電力を供給可能な蓄電装置と、
   前記複数の常用給電設備が設置されている軌道区間にあって、前記蓄電装置に充電可能な前記電源系統とは異なる電気系統から受電する複数の非常用駅間給電設備と、を備え、
   隣接する前記常用給電設備同士及び隣接する前記非常用駅間給電設備同士の間隔は、前記蓄電装置の最大充電量にて走行可能な距離の範囲に設定され、
   前記常用給電設備及び前記非常用駅間給電設備は、前記鉄道車両に搭載された前記蓄電装置への供給電源として使用され、
   前記鉄道車両は、前記蓄電装置の最大充電量で前記鉄道車両が隣接する前記常用給電設備同士および隣接する前記非常用駅間給電設備同士の間を走行可能であって、
   隣接する次駅の常用給電設備が異常で給電できない場合に、
   前記次駅の常用給電設備から送信された常用給電設備故障情報信号により、現在位置から、前方の常用給電設備が正常な駅手前までに設置されたすべての非常用駅間給電設備に併設された表示器に前記鉄道車両の停止を促す継続走行不可の現示を行い、前記鉄道車両を該非常用駅間給電設備に併設された表示器の外方に近接停車させて、前記蓄電装置への充電を可能とすることで、
   常用給電設備が異常である前記次駅の常用給電設備で充電を行わなくても、異常のある常用給電設備の前後区間を次の非常用駅間給電設備まで走行可能として非常走行を継続し、常用給電設備が正常な前方の駅の地点まで進み、前方の駅以降の常用給電設備が正常な区間で運行を継続する
   ことを特徴とする鉄道システム。
2. 請求項１に記載の鉄道システムにおいて、
   前記常用給電設備または前記非常用駅間給電設備は、表示器と併設され、
   前記表示器の現示動作は、前記常用給電設備または前記非常用駅間給電設備の動作状態、あるいは表示器外方に在る鉄道車両に搭載された前記蓄電装置の充電量状態と連動可能な非常走行を示す表示機能を有することを特徴とする鉄道システム。
3. 請求項２に記載の鉄道システムにおいて、
   前記非常用駅間給電設備と併設された表示器は、表示器内方側前方の前記常用給電設備故障時に、前記鉄道車両に給電設備故障による停止を促す現示動作機能をもつことを特徴とする鉄道システム。
4. 請求項２に記載の鉄道システムにおいて、
   前記非常用駅間給電設備と併設された表示器は、前記鉄道車両に搭載された前記蓄電装置の充電量が所定値以下のときに、前記鉄道車両に前記非常走行の停止を促す現示動作機能をもつことを特徴とする鉄道システム。
5. 請求項２に記載の鉄道システムにおいて、
   前記非常用駅間給電設備と併設された表示器は、前記蓄電装置の充電量が所定の充電量まで充電されているか、あるいは充電されると、前記鉄道車両に表示器内方へ進行してもよいことを促す非常走行可能の現示動作機能をもつことを特徴とする鉄道システム。

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