JP2000134717A - 電動車両の動力装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電動車両の運動・位置のエネルギの処理方法
と関係機構を改善し、電力消費量を節減且つ高速域の加
・減速度を向上する。 【構成】 車両内に蓄電装置を搭載し、チョッパ、リア
クトル等の制御主要素をを接触器で切り替えて電動加速
の降圧、回生減速の昇圧チョッパ制御及び受電電力の通
流・限流に兼用するよう構成した電子制御回路に、接触
器ブリッジを配して受電給電・充電及び電動・回生電力
の充放電処理を行なうよう電力制御回路を構成し、ま
た、電動機に全電圧連続と倍電圧短時の両定格を持た
せ、並列または全並列にて倍電圧で突入加負荷を伴う加
・減速をし、直列または直並列にて全電圧で軽負荷の高
速定常走行、あるいは、直並列にて全電圧で加・減速し
全直列にて半電圧で中速定常走行もするよう電動機回路
を構成する。
と関係機構を改善し、電力消費量を節減且つ高速域の加
・減速度を向上する。 【構成】 車両内に蓄電装置を搭載し、チョッパ、リア
クトル等の制御主要素をを接触器で切り替えて電動加速
の降圧、回生減速の昇圧チョッパ制御及び受電電力の通
流・限流に兼用するよう構成した電子制御回路に、接触
器ブリッジを配して受電給電・充電及び電動・回生電力
の充放電処理を行なうよう電力制御回路を構成し、ま
た、電動機に全電圧連続と倍電圧短時の両定格を持た
せ、並列または全並列にて倍電圧で突入加負荷を伴う加
・減速をし、直列または直並列にて全電圧で軽負荷の高
速定常走行、あるいは、直並列にて全電圧で加・減速し
全直列にて半電圧で中速定常走行もするよう電動機回路
を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動客車や電気機関車
の如き、電動機で走行する車両（以下、電動車両と呼
ぶ）の動力装置に関するものである。
の如き、電動機で走行する車両（以下、電動車両と呼
ぶ）の動力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、鉄道の車両の運転は、加速・力
行を原動機で、減速・制動を各車輪の摩擦ブレーキ（以
下、車輪ブレーキと呼ぶ）で行なっており、運行時間効
率を向上するため、走行速度を上げるとともに、加速・
減速を速やかに行なうよう、車体の軽量化と原動機の容
量及びブレーキの性能が増強され、電動車両は、その性
能が最も良いので、幹線や市街・近郊の主要線区に使用
されている。
行を原動機で、減速・制動を各車輪の摩擦ブレーキ（以
下、車輪ブレーキと呼ぶ）で行なっており、運行時間効
率を向上するため、走行速度を上げるとともに、加速・
減速を速やかに行なうよう、車体の軽量化と原動機の容
量及びブレーキの性能が増強され、電動車両は、その性
能が最も良いので、幹線や市街・近郊の主要線区に使用
されている。
【０００３】電動車両は、電動機の発電機能を利用した
発電ブレーキで減速・制動及び降坂・抑速が可能であ
り、また、その発電電力を架線・変電所に返流する回生
ブレーキも採用されるに至っている。
発電ブレーキで減速・制動及び降坂・抑速が可能であ
り、また、その発電電力を架線・変電所に返流する回生
ブレーキも採用されるに至っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】鉄道の車両は、走行抵
抗は小さいが慣性抵抗が大きいので、加速に大半の動力
を消費し、その動力で得た車両の運動のエネルギを減速
・制動では、車輪ブレーキの摩擦や発電ブレーキの制御
抵抗器で熱に変えて放散しており、その慣性抵抗による
エネルギ損失は、各駅停車の運転では特に大きく、各駅
間の運転サイクルの消費エネルギの大半に及び、また、
登坂力行では勾配抵抗で大きな動力を要し、その動力で
得た位置のエネルギを降坂抑速で、車輪ブレーキや発電
ブレーキで熱放散しており、そのエネルギ損失は中勾配
区間においても消費エネルギの大半に及ぶ。
抗は小さいが慣性抵抗が大きいので、加速に大半の動力
を消費し、その動力で得た車両の運動のエネルギを減速
・制動では、車輪ブレーキの摩擦や発電ブレーキの制御
抵抗器で熱に変えて放散しており、その慣性抵抗による
エネルギ損失は、各駅停車の運転では特に大きく、各駅
間の運転サイクルの消費エネルギの大半に及び、また、
登坂力行では勾配抵抗で大きな動力を要し、その動力で
得た位置のエネルギを降坂抑速で、車輪ブレーキや発電
ブレーキで熱放散しており、そのエネルギ損失は中勾配
区間においても消費エネルギの大半に及ぶ。
【０００５】発進・加速時の突入過負荷電流では、架線
の導体抵抗及び変電所の機器での電圧降下が大きく、特
に高密度運行の区間では定格電圧の２０％以上に及ぶこ
とがあり、それが架線の電力損失として上記のエネルギ
損失に加わるとともに、車両の運転特性に影響し、回生
ブレーキにおいても同様に電力損失となるので、上述の
消費エネルギの大半を占める運動・位置のエネルギを効
率よく回収するに至っておらず、また、回生ブレーキの
返流電力の処理には、変電所に逆変換装置の併設が必要
である。
の導体抵抗及び変電所の機器での電圧降下が大きく、特
に高密度運行の区間では定格電圧の２０％以上に及ぶこ
とがあり、それが架線の電力損失として上記のエネルギ
損失に加わるとともに、車両の運転特性に影響し、回生
ブレーキにおいても同様に電力損失となるので、上述の
消費エネルギの大半を占める運動・位置のエネルギを効
率よく回収するに至っておらず、また、回生ブレーキの
返流電力の処理には、変電所に逆変換装置の併設が必要
である。
【０００６】強力な定トルク加速は電動機全界磁の中速
（例えば５０km／hr）までで、高速域（例えば８０〜１
２５km／hr）へは界磁を弱めて（例えば６０〜４０％界
磁）加速するが、弱め界磁では電機子反作用による電機
子の過電流耐量の低下のため、加速トルクは速度の２乗
に逆比例の垂下特性となり、速度とともに増加する車両
の走行抵抗での減殺もあって加速度は急に小さくなり、
回生ブレーキによる減速トルクも、走行抵抗が加勢する
他は同様の垂下特性であり、加・減速距離が伸びるの
で、各駅停車の車両では運転速度を上げることができ
ず、その加・減速度を上げるには、電動機のみに留まら
ず架線や変電所の容量増大の必要あるいは損失増加に及
ぶ。
（例えば５０km／hr）までで、高速域（例えば８０〜１
２５km／hr）へは界磁を弱めて（例えば６０〜４０％界
磁）加速するが、弱め界磁では電機子反作用による電機
子の過電流耐量の低下のため、加速トルクは速度の２乗
に逆比例の垂下特性となり、速度とともに増加する車両
の走行抵抗での減殺もあって加速度は急に小さくなり、
回生ブレーキによる減速トルクも、走行抵抗が加勢する
他は同様の垂下特性であり、加・減速距離が伸びるの
で、各駅停車の車両では運転速度を上げることができ
ず、その加・減速度を上げるには、電動機のみに留まら
ず架線や変電所の容量増大の必要あるいは損失増加に及
ぶ。
【０００７】最近開発・採用された可変周波数インバー
タと交流誘導電動機を持つ電動車両においても、電圧・
電流とも可変制御の強力な定トルク加速は、上記と同様
に中速までであり、全電圧・可変周波数制御の高速域で
は、最大トルク即ち過負荷耐量が速度の２乗に逆比例の
垂下特性となり、上記と同様の問題がある。
タと交流誘導電動機を持つ電動車両においても、電圧・
電流とも可変制御の強力な定トルク加速は、上記と同様
に中速までであり、全電圧・可変周波数制御の高速域で
は、最大トルク即ち過負荷耐量が速度の２乗に逆比例の
垂下特性となり、上記と同様の問題がある。
【０００８】最近、電力受給の逼迫や発電所立地の制約
等で国内は勿論、主なエネルギ源を成す石油資源の枯渇
や、排気ガスによる環境汚染・温暖化及び原子力発電で
燃料使用後の処理等、地球規模の問題として電力消費の
低減が切実に求められ、その電力需要にかなりの割合を
占めている車両分野も同様である。
等で国内は勿論、主なエネルギ源を成す石油資源の枯渇
や、排気ガスによる環境汚染・温暖化及び原子力発電で
燃料使用後の処理等、地球規模の問題として電力消費の
低減が切実に求められ、その電力需要にかなりの割合を
占めている車両分野も同様である。
【０００９】一般に車両は、各駅間で、発進−加速−力
行−惰行−減速−停止または発進−加速−定常走行−減
速−停止の運転サイクルを、運行区間の登・降坂を伴っ
て繰り返すが、車両運転に伴う主な抵抗は、車輪の転が
り抵抗と車体の空気抵抗を合わせた走行抵抗Ｆv （な
お、曲線路では車輪のフランジとレールとの摩擦による
曲線抵抗が加わる）、加速・減速に伴う慣性抵抗Ｆi 及
び登・降坂に伴う勾配抵抗Ｆs であり、走行抵抗Ｆv は
常に正（＋）の値を取るが、慣性抵抗Ｆi 及び勾配抵抗
Ｆs は加速時や登坂時に正（＋）、減速時や降坂時に負
（−）の値を取り、走行距離Ｓにおいて、駅間の運転サ
イクル毎の慣性仕事量Ｗi ＝Σ（Ｆi ＊ΔＳ）は運動の
エネルギとして、運行区間の往復サイクル毎の登・降坂
仕事量Ｗs＝Σ（Ｆs ＊ΔＳ）は位置のエネルギとし
て、それぞれ相殺されてゼロになる無効動力（交流電力
の無効成分に比喩）の如く働き、走行抵抗分の仕事量Ｗ
v ＝Σ（Ｆv ＊ΔＳ）が、車両の運転に最低限必須の実
効動力（交流電力の有効成分に比喩）として働くことに
なる。
行−惰行−減速−停止または発進−加速−定常走行−減
速−停止の運転サイクルを、運行区間の登・降坂を伴っ
て繰り返すが、車両運転に伴う主な抵抗は、車輪の転が
り抵抗と車体の空気抵抗を合わせた走行抵抗Ｆv （な
お、曲線路では車輪のフランジとレールとの摩擦による
曲線抵抗が加わる）、加速・減速に伴う慣性抵抗Ｆi 及
び登・降坂に伴う勾配抵抗Ｆs であり、走行抵抗Ｆv は
常に正（＋）の値を取るが、慣性抵抗Ｆi 及び勾配抵抗
Ｆs は加速時や登坂時に正（＋）、減速時や降坂時に負
（−）の値を取り、走行距離Ｓにおいて、駅間の運転サ
イクル毎の慣性仕事量Ｗi ＝Σ（Ｆi ＊ΔＳ）は運動の
エネルギとして、運行区間の往復サイクル毎の登・降坂
仕事量Ｗs＝Σ（Ｆs ＊ΔＳ）は位置のエネルギとし
て、それぞれ相殺されてゼロになる無効動力（交流電力
の無効成分に比喩）の如く働き、走行抵抗分の仕事量Ｗ
v ＝Σ（Ｆv ＊ΔＳ）が、車両の運転に最低限必須の実
効動力（交流電力の有効成分に比喩）として働くことに
なる。
【００１０】なお登・降坂を伴う運行区間において、途
中駅の乗降客や通勤・通学者の朝・夕の一方向移動があ
り、往復サイクル毎の登・降坂仕事量Ｗs は、載荷重の
不等分として正（＋）あるいは負（−）の値が残るが、
その値は、車両の自重分に比べ遥かに小さく、全日サイ
クル（日毎の複数の往復サイクル）では、両方向移動と
して正・負相殺されると考えてよい。
中駅の乗降客や通勤・通学者の朝・夕の一方向移動があ
り、往復サイクル毎の登・降坂仕事量Ｗs は、載荷重の
不等分として正（＋）あるいは負（−）の値が残るが、
その値は、車両の自重分に比べ遥かに小さく、全日サイ
クル（日毎の複数の往復サイクル）では、両方向移動と
して正・負相殺されると考えてよい。
【００１１】上記の如き無効動力の正（＋）側は、実効
動力とともに電動機の電動機能による牽引力Ｆd ＝Ｆi
＋Ｆv で与えられ、負（−）側は、実効動力を差し引い
て電動機の発電機能による制動力Ｆb ＝Ｆi −Ｆv の回
生ブレーキで回収されるが、電動機や制御装置を含む車
両の電力回路及び架線や変電所の導体抵抗による電力損
失即ち銅損が、平地定常走行の実効動力に比し遥かに大
きな加・減速や登・降坂の無効動力において、電力回収
効率を損ずる主要因となる。
動力とともに電動機の電動機能による牽引力Ｆd ＝Ｆi
＋Ｆv で与えられ、負（−）側は、実効動力を差し引い
て電動機の発電機能による制動力Ｆb ＝Ｆi −Ｆv の回
生ブレーキで回収されるが、電動機や制御装置を含む車
両の電力回路及び架線や変電所の導体抵抗による電力損
失即ち銅損が、平地定常走行の実効動力に比し遥かに大
きな加・減速や登・降坂の無効動力において、電力回収
効率を損ずる主要因となる。
【００１２】なお、運転サイクルの大半あるいは大部分
の時間を占める定常走行で、平坦路や緩勾配路では、電
動機や変電所は半負荷や４半負荷の如き著しい軽負荷の
ため銅損は小さいが、鉄損や励磁電力等の無負荷損失の
ため、電力効率はかなり低い。
の時間を占める定常走行で、平坦路や緩勾配路では、電
動機や変電所は半負荷や４半負荷の如き著しい軽負荷の
ため銅損は小さいが、鉄損や励磁電力等の無負荷損失の
ため、電力効率はかなり低い。
【００１３】本発明は、上述の問題に鑑み、電動車両の
動力装置の改善で以て、車両、架線及び変電所の総合効
率を向上し電力消費を低減するとともに、車両の運転性
能を向上するものである。
動力装置の改善で以て、車両、架線及び変電所の総合効
率を向上し電力消費を低減するとともに、車両の運転性
能を向上するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の電動車両の動力装置においては、車両内
に蓄電装置を配し、受電回路に逆流出阻止用ダイオード
を挿入して、発進・加速の過負荷には主に蓄電電力を、
加速終期及び力行の定常負荷は主に架線電力を当て、減
速・制動及び降坂抑速では回生ブレーキで、全回生電力
を蓄電装置に充電・回収するとともに、電動機に倍電圧
短時定格を付加して、定トルク域を高速側に倍増する機
構を提供する。
めに、本発明の電動車両の動力装置においては、車両内
に蓄電装置を配し、受電回路に逆流出阻止用ダイオード
を挿入して、発進・加速の過負荷には主に蓄電電力を、
加速終期及び力行の定常負荷は主に架線電力を当て、減
速・制動及び降坂抑速では回生ブレーキで、全回生電力
を蓄電装置に充電・回収するとともに、電動機に倍電圧
短時定格を付加して、定トルク域を高速側に倍増する機
構を提供する。
【００１５】上記の機構を実現するために、車両内の動
力単位毎に、まず、チョッパ及びそれを挟んで２個のリ
アクトルを制御主要素として配し、入力リアクトルとチ
ョッパとの接続点と負極線（接地線）との間に還流ダイ
オードと平滑コンデンサの直列回路を、出力リアクトル
の入力側と負極線との間に還流ダイオードを、それぞれ
配し、また、入力リアクトル用還流ダイオードに並列及
びチョッパと出力リアクトルとの間に、共通のアクチュ
エータ（Actuator）を持つ接触器（以下、主制御接触器
と呼ぶ）を、チョッパの出力側と負極線との間及び入力
リアクトル用還流ダイオードと平滑コンデンサとの接続
点と出力リアクトルの入力側との間に、共通のアクチュ
エータを持つ接触器（以下、副制御接触器と呼ぶ）を、
それぞれ配して電子制御回路を構成する。
力単位毎に、まず、チョッパ及びそれを挟んで２個のリ
アクトルを制御主要素として配し、入力リアクトルとチ
ョッパとの接続点と負極線（接地線）との間に還流ダイ
オードと平滑コンデンサの直列回路を、出力リアクトル
の入力側と負極線との間に還流ダイオードを、それぞれ
配し、また、入力リアクトル用還流ダイオードに並列及
びチョッパと出力リアクトルとの間に、共通のアクチュ
エータ（Actuator）を持つ接触器（以下、主制御接触器
と呼ぶ）を、チョッパの出力側と負極線との間及び入力
リアクトル用還流ダイオードと平滑コンデンサとの接続
点と出力リアクトルの入力側との間に、共通のアクチュ
エータを持つ接触器（以下、副制御接触器と呼ぶ）を、
それぞれ配して電子制御回路を構成する。
【００１６】なお、主・副制御接触器を増やし、出力リ
アクトル用還流ダイオードの負極線側と、負極線との間
にに主制御接触器を挿入及び入力リアクトルの出力側と
の間に副制御接触器を配して成る切り替え回路で、上記
２個の高電力仕様の還流ダイオードを共通１個としても
よく、その場合は、後述の両リアクトルの過渡サージエ
ネルギ容量のダイオードを上記の還流ダイオードと同じ
結線で配し、主・副制御接触器の開閉時に過渡サージ消
去回路保持を要する。
アクトル用還流ダイオードの負極線側と、負極線との間
にに主制御接触器を挿入及び入力リアクトルの出力側と
の間に副制御接触器を配して成る切り替え回路で、上記
２個の高電力仕様の還流ダイオードを共通１個としても
よく、その場合は、後述の両リアクトルの過渡サージエ
ネルギ容量のダイオードを上記の還流ダイオードと同じ
結線で配し、主・副制御接触器の開閉時に過渡サージ消
去回路保持を要する。
【００１７】チョッパは、高周波数作動において転流損
失が極めて小さい制御素子で構成し、入・出力両リアク
トルは、突入過負荷電流においても昇・降圧チョッパ制
御に充分なリアクタンスを持ち且つ銅損及び鉄損が極め
て小さいものとし、なお、電子制御回路の入力側及び出
力側と負極線との間に、バリスタの如き過渡サージ電圧
吸収素子をそれぞれを配する。
失が極めて小さい制御素子で構成し、入・出力両リアク
トルは、突入過負荷電流においても昇・降圧チョッパ制
御に充分なリアクタンスを持ち且つ銅損及び鉄損が極め
て小さいものとし、なお、電子制御回路の入力側及び出
力側と負極線との間に、バリスタの如き過渡サージ電圧
吸収素子をそれぞれを配する。
【００１８】次に、電子制御回路の入力側を接触器及び
ダイオード（以下、それぞれ受電接触器及び受電ダイオ
ードと呼ぶ）を介して架線電力の受電回路に接続し、ま
た、該電子制御回路の入力側及び出力側に各々２個の接
触器を配してブリッジ回路を形成し、各対角点（入力・
出力側両接触器の接続点）に蓄電回路及び電動機回路を
それぞれ高速回路遮断器を介して接続し（以下、それぞ
れ１対の両接触器を蓄電側・電機側接触器と呼ぶ）、電
力制御回路を構成する。
ダイオード（以下、それぞれ受電接触器及び受電ダイオ
ードと呼ぶ）を介して架線電力の受電回路に接続し、ま
た、該電子制御回路の入力側及び出力側に各々２個の接
触器を配してブリッジ回路を形成し、各対角点（入力・
出力側両接触器の接続点）に蓄電回路及び電動機回路を
それぞれ高速回路遮断器を介して接続し（以下、それぞ
れ１対の両接触器を蓄電側・電機側接触器と呼ぶ）、電
力制御回路を構成する。
【００１９】動力単位は、電動機の個数や接触器・チョ
ッパ・ダイオード・リアクトル等の回路要素の単機容量
を考慮して構成し、電動客車では、動力車１両を１動力
単位とし、電気機関車では、車両毎あるいは特に大出力
の場合は台車毎等のように複数の動力単位に分割しても
よい。
ッパ・ダイオード・リアクトル等の回路要素の単機容量
を考慮して構成し、電動客車では、動力車１両を１動力
単位とし、電気機関車では、車両毎あるいは特に大出力
の場合は台車毎等のように複数の動力単位に分割しても
よい。
【００２０】蓄電装置は、突入・重負荷で急速且つ高頻
度の充・放電においても、電力損失が極めて小さく劣化
しない大容量蓄電器の採用が望ましく、各々蓄電要素に
ヒューズ付き断路器を配してその複数組を並列接続し、
それに断路器を付して１蓄電単位を構成し、回路遮断器
を介して１動力単位に給電、なお、単位列車編成の全車
両に均圧線と断路器を配して、隣接動力単位の蓄電単位
と連結接続する。
度の充・放電においても、電力損失が極めて小さく劣化
しない大容量蓄電器の採用が望ましく、各々蓄電要素に
ヒューズ付き断路器を配してその複数組を並列接続し、
それに断路器を付して１蓄電単位を構成し、回路遮断器
を介して１動力単位に給電、なお、単位列車編成の全車
両に均圧線と断路器を配して、隣接動力単位の蓄電単位
と連結接続する。
【００２１】電動機は、電動・発電とも同一の電圧極性
で作動し且つ励磁制御の容易な直流分巻整流子電動機が
望ましく、短時倍電圧定格を有し、電機子の直・並列接
続の切り替え並びに界磁の励磁制御及び正逆転切り替え
回路を配して電動機回路を構成する。
で作動し且つ励磁制御の容易な直流分巻整流子電動機が
望ましく、短時倍電圧定格を有し、電機子の直・並列接
続の切り替え並びに界磁の励磁制御及び正逆転切り替え
回路を配して電動機回路を構成する。
【００２２】電動客車では、電動機４台の電機子の全直
列、直並列（２台直列の２群並列）及び全並列の接触器
群を配し、また、大出力の電気機関車では、電動機６台
の場合は直並列は３台直列と２台直列ができるが、台車
毎に２台の電機子の直列及び並列の接触器群を配するが
よく、いずれも電動機は、直並列や直列での全電圧連続
定格（基本定格）に、全並列や並列で倍電圧短時定格
（付属定格）を加える。
列、直並列（２台直列の２群並列）及び全並列の接触器
群を配し、また、大出力の電気機関車では、電動機６台
の場合は直並列は３台直列と２台直列ができるが、台車
毎に２台の電機子の直列及び並列の接触器群を配するが
よく、いずれも電動機は、直並列や直列での全電圧連続
定格（基本定格）に、全並列や並列で倍電圧短時定格
（付属定格）を加える。
【００２３】三相同期機とサイリスタを組み合わせた直
流無整流子電動機を使用する場合は、サイリスタ組の直
流側での直・並列接続及び電機子巻線のＹ・Δ接続の切
り替えを組み合わせた、Ｙ直列（Ｙ接続２台直列の２群
並列）、Ｙ並列（Ｙ接続全並列）及びΔ並列（Δ接続全
並列）の接触器群を配し、電動機はＹ並列で全電圧連続
定格（基本定格）、Δ並列で1.732 （３の平方根）倍電
圧短時定格（付属定格）とし、また、電気機関車のよう
に車輪の粘着性能が重要な電動機では、Ｙ・Δ接続切り
替えのみあるいは電機子に２組の三相巻線を電気角３０
度の位相差で施し、各々巻線組にサイリスタを組み合わ
せ、単機毎にＹ直列、Ｙ並列及びΔ並列の接触器群を配
するのがよい。
流無整流子電動機を使用する場合は、サイリスタ組の直
流側での直・並列接続及び電機子巻線のＹ・Δ接続の切
り替えを組み合わせた、Ｙ直列（Ｙ接続２台直列の２群
並列）、Ｙ並列（Ｙ接続全並列）及びΔ並列（Δ接続全
並列）の接触器群を配し、電動機はＹ並列で全電圧連続
定格（基本定格）、Δ並列で1.732 （３の平方根）倍電
圧短時定格（付属定格）とし、また、電気機関車のよう
に車輪の粘着性能が重要な電動機では、Ｙ・Δ接続切り
替えのみあるいは電機子に２組の三相巻線を電気角３０
度の位相差で施し、各々巻線組にサイリスタを組み合わ
せ、単機毎にＹ直列、Ｙ並列及びΔ並列の接触器群を配
するのがよい。
【００２４】三相誘導機と可変周波数のインバータを組
み合わせた直流無整流子電動機を使用する場合は、上記
と同様に直流側での直・並列接続および電機子巻線のＹ
・Δ接続の切り替えを組み合わせた接触器群を配し、電
動機はＹ並列で全電圧連続定格（基本定格）、Δ並列で
1.732 倍電圧定格（付属定格）とし、電気機関車では上
記と同様にＹ・Δ切り替えのみあるいは電機子に２組の
三相巻線を電気角３０度の位相差で施し、各々巻線組に
インバータを組み合わせ単機毎にＹ直列、Ｙ並列及びΔ
並列とするのがよく、なお、１組のインバータで複数の
電動機を一括制御するよう構成してもよい。
み合わせた直流無整流子電動機を使用する場合は、上記
と同様に直流側での直・並列接続および電機子巻線のＹ
・Δ接続の切り替えを組み合わせた接触器群を配し、電
動機はＹ並列で全電圧連続定格（基本定格）、Δ並列で
1.732 倍電圧定格（付属定格）とし、電気機関車では上
記と同様にＹ・Δ切り替えのみあるいは電機子に２組の
三相巻線を電気角３０度の位相差で施し、各々巻線組に
インバータを組み合わせ単機毎にＹ直列、Ｙ並列及びΔ
並列とするのがよく、なお、１組のインバータで複数の
電動機を一括制御するよう構成してもよい。
【００２５】なお、Ｙ−ΔあるいはＹ直列、Ｙ並列及び
Δ並列並びに1.732 倍電圧短時定格は、以下の説明にお
いては特記の他、それぞれ上述の整流子電動機の直列・
並列あるいは全直列、直並列及び全並列並びに倍電圧短
時定格に同様の機能とする。
Δ並列並びに1.732 倍電圧短時定格は、以下の説明にお
いては特記の他、それぞれ上述の整流子電動機の直列・
並列あるいは全直列、直並列及び全並列並びに倍電圧短
時定格に同様の機能とする。
【００２６】電力制御回路の蓄電回路側から回路遮断器
で分岐して、チョッパ及び還流ダイオードを配し、電動
機界磁の励磁制御を行ない、また、該チョッパには、加
・減速時の垂下トルクの直巻特性及び定常走行時の定速
制御の分巻特性の界磁制御機能を付加する（誘導機方式
の場合はインバータ可変周波数制御で両者の特性を持
つ）。
で分岐して、チョッパ及び還流ダイオードを配し、電動
機界磁の励磁制御を行ない、また、該チョッパには、加
・減速時の垂下トルクの直巻特性及び定常走行時の定速
制御の分巻特性の界磁制御機能を付加する（誘導機方式
の場合はインバータ可変周波数制御で両者の特性を持
つ）。
【００２７】運転室に配した、主幹制御器は、操作レバ
ーを横に０、１、２、３の操作ノッチを有し、０ノッチ
は「切」、１ノッチは低速運転、２ノッチは中速運転、
３ノッチは高速運転に使用、１、２、３各速段ノッチと
も前に押して加速、後に引いて減速、中立で定常走行の
制御機能を、なお、該レバー頭部のボタンに高速短時倍
出力機能を、キーレバーは、「前進」、「切」、「後
進」の操作ノッチを、それぞれ持ち、また、車輪ブレー
キ操作用空気弁は、「制動」、「保持」、「解除」の操
作位置を持つ。
ーを横に０、１、２、３の操作ノッチを有し、０ノッチ
は「切」、１ノッチは低速運転、２ノッチは中速運転、
３ノッチは高速運転に使用、１、２、３各速段ノッチと
も前に押して加速、後に引いて減速、中立で定常走行の
制御機能を、なお、該レバー頭部のボタンに高速短時倍
出力機能を、キーレバーは、「前進」、「切」、「後
進」の操作ノッチを、それぞれ持ち、また、車輪ブレー
キ操作用空気弁は、「制動」、「保持」、「解除」の操
作位置を持つ。
【００２８】電動機２台の動力単位で直・並列の場合
は、操作レバーは０、１、２として上記の０、２、３の
操作段に替え、１段は低・中速運転、２段は高速運転に
使用の他、上記と同様とする。
は、操作レバーは０、１、２として上記の０、２、３の
操作段に替え、１段は低・中速運転、２段は高速運転に
使用の他、上記と同様とする。
【００２９】蓄電回路から、永久連結の単位列車編成毎
に、回路遮断器で分岐してインバータ及び変圧器を配
し、補機・照明用低圧交流、更に整流器及び蓄電池を配
して前照・信号灯、制御及び非常用低圧直流の車内電源
に供する。
に、回路遮断器で分岐してインバータ及び変圧器を配
し、補機・照明用低圧交流、更に整流器及び蓄電池を配
して前照・信号灯、制御及び非常用低圧直流の車内電源
に供する。
【００３０】受電、蓄電、電動機（電機子及び界磁）の
各回路に電圧・電流センサを、車軸に速度センサを、そ
れぞれ制御及び表示用として配する。
各回路に電圧・電流センサを、車軸に速度センサを、そ
れぞれ制御及び表示用として配する。
【００３１】高落差の急勾配区間に運行の車両には、電
動機回路と受電回路との間に、回生送出用接触器とダイ
オードを配することができる。
動機回路と受電回路との間に、回生送出用接触器とダイ
オードを配することができる。
【００３２】交流または交・直流両用電動車両では、受
電回路に配した変圧整流器の直流側を、上述の受電接触
器を介して電力制御回路に接続する。
電回路に配した変圧整流器の直流側を、上述の受電接触
器を介して電力制御回路に接続する。
【００３３】動力車に永久連結の付随車の床下や機関車
の車室内等に、ディーゼルエンジンやガスタービン等で
駆動される発電機（上述の２巻線の無整流子電動機と同
様な構成が望ましい）等の電源設備を搭載して受電回路
に接続し、非電化区間あるいは電化・非電化両区間を運
行の、気電動客車や気電動機関車の動力装置を構成する
こともできる。
の車室内等に、ディーゼルエンジンやガスタービン等で
駆動される発電機（上述の２巻線の無整流子電動機と同
様な構成が望ましい）等の電源設備を搭載して受電回路
に接続し、非電化区間あるいは電化・非電化両区間を運
行の、気電動客車や気電動機関車の動力装置を構成する
こともできる。
【００３４】
【作用】以上に述べたように構成した本発明の車両の動
力装置の作用につき、下記に説明する。
力装置の作用につき、下記に説明する。
【００３５】架線電力は、受電回路及び電力制御回路の
電子制御回路を経て蓄電回路及び電動機回路に給電され
るが、蓄電電力及び回生電力は、受電用ダイオードの逆
流阻止で架線に逆送出されないので、蓄電電圧は、架線
電圧変動あっても高めに充電・保持される。
電子制御回路を経て蓄電回路及び電動機回路に給電され
るが、蓄電電力及び回生電力は、受電用ダイオードの逆
流阻止で架線に逆送出されないので、蓄電電圧は、架線
電圧変動あっても高めに充電・保持される。
【００３６】蓄電電力は、電力制御回路の接触器ブリッ
ジの出力側隣辺接触器を経て直接に、受電電力とともに
対辺接触器と電子制御回路を経て、電動機回路に給電さ
れ電動機回路が電動作動して車両を牽引し、また、電動
機回路の発電作動で発生の回生電力は、同様に接触器ブ
リッジを経て、直接及び電子制御回路を経て蓄電回路に
充電され車両を制動する。
ジの出力側隣辺接触器を経て直接に、受電電力とともに
対辺接触器と電子制御回路を経て、電動機回路に給電さ
れ電動機回路が電動作動して車両を牽引し、また、電動
機回路の発電作動で発生の回生電力は、同様に接触器ブ
リッジを経て、直接及び電子制御回路を経て蓄電回路に
充電され車両を制動する。
【００３７】電子制御回路の降圧・昇圧チョッパ制御と
界磁の全励磁（以下、全界磁と呼ぶ）で、車両の緩発進
及び定トルク加速・減速を行ない、全電圧直接の給電・
充電と電動機の界磁制御で、垂下トルク加速・減速及び
定速定常走行を行なう。
界磁の全励磁（以下、全界磁と呼ぶ）で、車両の緩発進
及び定トルク加速・減速を行ない、全電圧直接の給電・
充電と電動機の界磁制御で、垂下トルク加速・減速及び
定速定常走行を行なう。
【００３８】電子制御回路の主制御接触器が閉じて、入
力リアクトル、チョッパ及び出力リアクトルの直列回路
を形成し、降圧チョッパ制御により全界磁の電動機の電
機子電流を緩発進及び加速度に見合う値に制御（以下、
電動の電機子制御と呼ぶ）し、また、副制御接触器が閉
じて、チョッパの出力側を負極線に落とし、入力リアク
トル、還流ダイオード及び出力リアクトルの直列回路を
形成し、昇圧チョッパ制御して蓄電回路に充電し、全界
磁の電動機の電機子電流を減速度に見合う値に制御（以
下、回生の電機子制御と呼ぶ）する。
力リアクトル、チョッパ及び出力リアクトルの直列回路
を形成し、降圧チョッパ制御により全界磁の電動機の電
機子電流を緩発進及び加速度に見合う値に制御（以下、
電動の電機子制御と呼ぶ）し、また、副制御接触器が閉
じて、チョッパの出力側を負極線に落とし、入力リアク
トル、還流ダイオード及び出力リアクトルの直列回路を
形成し、昇圧チョッパ制御して蓄電回路に充電し、全界
磁の電動機の電機子電流を減速度に見合う値に制御（以
下、回生の電機子制御と呼ぶ）する。
【００３９】なお、上記の昇圧チョッパ制御作動に先立
ち受電接触器を開き、減速に伴い電圧低下する電動機回
路及び電子制御回路に受電電力の流入を阻止し、また、
電動機回路電圧が電機子を含む主回路の導体抵抗降下値
まで低下すると回生ブレーキから発電ブレーキに移行
し、停止寸前の微速まで制動し、車輪ブレーキで所定位
置に停車する。
ち受電接触器を開き、減速に伴い電圧低下する電動機回
路及び電子制御回路に受電電力の流入を阻止し、また、
電動機回路電圧が電機子を含む主回路の導体抵抗降下値
まで低下すると回生ブレーキから発電ブレーキに移行
し、停止寸前の微速まで制動し、車輪ブレーキで所定位
置に停車する。
【００４０】上述の全電圧界磁制御運転（垂下トルク加
・減速及び定常走行）において、副制御用接触器を閉じ
昇圧チョッパ不作動即ち全電圧の受電電力を電動給電及
び蓄電充電するが、架線電圧の急昇あれば直ちに主制御
接触器に切り替わり、限流チョッパ作動で蓄電回路の過
大な突入充電を避ける。
・減速及び定常走行）において、副制御用接触器を閉じ
昇圧チョッパ不作動即ち全電圧の受電電力を電動給電及
び蓄電充電するが、架線電圧の急昇あれば直ちに主制御
接触器に切り替わり、限流チョッパ作動で蓄電回路の過
大な突入充電を避ける。
【００４１】電子制御回路の主制御または副制御接触器
で、降圧または昇圧チョッパ制御の回路を形成して給電
・充電調整し、架線電圧変動あっても蓄電電圧を定格値
に保持、あるいは勾配路の状況に応じて蓄電電圧を予め
低めまたは高めに調整することができる。
で、降圧または昇圧チョッパ制御の回路を形成して給電
・充電調整し、架線電圧変動あっても蓄電電圧を定格値
に保持、あるいは勾配路の状況に応じて蓄電電圧を予め
低めまたは高めに調整することができる。
【００４２】蓄電装置設置時及び故障蓄電要素の新替え
に伴う初期充電や、夜間休止の自己漏洩放電の回復充電
においては、電機側接触器で電動機回路を切り離し、主
制御接触器を閉じて降圧チョッパ制御で受電充電の突入
電流を抑え、蓄電電圧が受電電圧近くに回復した時、副
制御接触器に替え全電圧充電に戻す。
に伴う初期充電や、夜間休止の自己漏洩放電の回復充電
においては、電機側接触器で電動機回路を切り離し、主
制御接触器を閉じて降圧チョッパ制御で受電充電の突入
電流を抑え、蓄電電圧が受電電圧近くに回復した時、副
制御接触器に替え全電圧充電に戻す。
【００４３】上述の各項において主・副制御接触器のい
ずれの場合でも、チョッパの制御作動で断続電流を発生
するが、両リアクトルと平滑コンデンサ及び還流ダイオ
ードで受電、蓄電及び電動機の各回路の電流を平滑に
し、低波形率の断続電流による各回路の銅損増加を避け
るとともに、架線の併接通信線への誘導障害を防ぐ。
ずれの場合でも、チョッパの制御作動で断続電流を発生
するが、両リアクトルと平滑コンデンサ及び還流ダイオ
ードで受電、蓄電及び電動機の各回路の電流を平滑に
し、低波形率の断続電流による各回路の銅損増加を避け
るとともに、架線の併接通信線への誘導障害を防ぐ。
【００４４】なお、加速及び定常走行時には、受電電力
は電子制御回路を通るので、電動機の整流子（無整流子
電動機ではサイリスタ組）から発生のノイズ（Noise）
電流は上記の回路でろ波（Filt）され、減速時に は、
受電接触器や受電ダイオードで遮断されるので、通信線
への誘導障害は出ない。
は電子制御回路を通るので、電動機の整流子（無整流子
電動機ではサイリスタ組）から発生のノイズ（Noise）
電流は上記の回路でろ波（Filt）され、減速時に は、
受電接触器や受電ダイオードで遮断されるので、通信線
への誘導障害は出ない。
【００４５】車両の運転に伴う各接触器や回路故障に伴
う各回路遮断器の遮断時に、両リアクトルから発生及び
架線や電動機回路から来る高電圧の過渡サージエネルギ
は、それぞれリアクトルに接続のコンデンサ、ダイオー
ド及びバリスタが成す閉回路で吸収され、チョッパやダ
イオードを保護する。
う各回路遮断器の遮断時に、両リアクトルから発生及び
架線や電動機回路から来る高電圧の過渡サージエネルギ
は、それぞれリアクトルに接続のコンデンサ、ダイオー
ド及びバリスタが成す閉回路で吸収され、チョッパやダ
イオードを保護する。
【００４６】通常の運転サイクルにおいては、前サイク
ルの減速制動における回生電力での充電で、蓄電電圧が
架線電圧より高くなっているので、発進・加速初期には
蓄電電力が給電され、放電で蓄電電圧が架線電圧まで下
がると受電電力に移行し始めるが、蓄電回路の抵抗が架
線回路より著しく低いので、加速時の電動機の突入過負
荷は蓄電電力に大きく偏り、加速後期に達し受電電力で
の給電に緩やかに移行し、定常走行中に蓄電電圧が元の
架線電圧に復昇するまで補充電を続ける。
ルの減速制動における回生電力での充電で、蓄電電圧が
架線電圧より高くなっているので、発進・加速初期には
蓄電電力が給電され、放電で蓄電電圧が架線電圧まで下
がると受電電力に移行し始めるが、蓄電回路の抵抗が架
線回路より著しく低いので、加速時の電動機の突入過負
荷は蓄電電力に大きく偏り、加速後期に達し受電電力で
の給電に緩やかに移行し、定常走行中に蓄電電圧が元の
架線電圧に復昇するまで補充電を続ける。
【００４７】受電電力は、加速後期から定常走行への移
行時に最大であるが、電動機の突入過負荷により遥かに
軽負荷であり、補充電進行に従い減少し補充電終期に定
常走行負荷のみとなる。
行時に最大であるが、電動機の突入過負荷により遥かに
軽負荷であり、補充電進行に従い減少し補充電終期に定
常走行負荷のみとなる。
【００４８】車両の減速制動においては、界磁電流を増
し電動機回路電圧が蓄電・架線電圧より高くなって回生
ブレーキが働き、受電ダイオードで逆流を阻止されて架
線は無負荷になり、続いて前述の全界磁と昇圧チョッパ
制御で、回生電力を蓄電回路に返流して蓄電装置に充電
回収し、蓄電電圧は架線電圧よりも高くなる。
し電動機回路電圧が蓄電・架線電圧より高くなって回生
ブレーキが働き、受電ダイオードで逆流を阻止されて架
線は無負荷になり、続いて前述の全界磁と昇圧チョッパ
制御で、回生電力を蓄電回路に返流して蓄電装置に充電
回収し、蓄電電圧は架線電圧よりも高くなる。
【００４９】勾配路の登坂では勾配抵抗が加わり、定常
走行でも架線負荷は大きくなるが、定常走行負荷は勾配
に応じた速度のため電動機の全電圧定格以下であり、そ
れに上述のように加速時の蓄電電力消費の補充電を加え
たものが架線負荷となるが、加速時の突入過負荷より遥
かに軽い。
走行でも架線負荷は大きくなるが、定常走行負荷は勾配
に応じた速度のため電動機の全電圧定格以下であり、そ
れに上述のように加速時の蓄電電力消費の補充電を加え
たものが架線負荷となるが、加速時の突入過負荷より遥
かに軽い。
【００５０】降坂では勾配抵抗は負（−）のため、加速
終期に回生ブレーキに移行し、続いて補充電で蓄電電圧
回復し、受電ダイオードで逆送出を阻止されて架線が無
負荷になり、定常走行中は回生電力での充電を続けるの
で、蓄電電圧は架線電圧よりも高くなり、続く平坦路や
登坂路では蓄電電力だけで走行し、架線電圧に戻ると受
電電力に移行する。
終期に回生ブレーキに移行し、続いて補充電で蓄電電圧
回復し、受電ダイオードで逆送出を阻止されて架線が無
負荷になり、定常走行中は回生電力での充電を続けるの
で、蓄電電圧は架線電圧よりも高くなり、続く平坦路や
登坂路では蓄電電力だけで走行し、架線電圧に戻ると受
電電力に移行する。
【００５１】登坂力行中は、受電電力を上記の降圧チョ
ッパ制御で絞り、勾配抵抗に応じた蓄電電力を引き出し
て受電電力に加え、上記の架線負荷を該登坂の半勾配の
定常走行抵抗近くまで低減・平準化するとともに蓄電電
圧を暫降し、帰途の降坂抑速の回生充電での蓄電電圧上
昇を相殺、あるいは、降坂手前の平坦・登坂路で受電接
触器を開き、蓄電電力だけの運転で蓄電電圧を予め下
げ、高落差急勾配路の降坂終期の過昇圧（過充電）を避
けることができる。
ッパ制御で絞り、勾配抵抗に応じた蓄電電力を引き出し
て受電電力に加え、上記の架線負荷を該登坂の半勾配の
定常走行抵抗近くまで低減・平準化するとともに蓄電電
圧を暫降し、帰途の降坂抑速の回生充電での蓄電電圧上
昇を相殺、あるいは、降坂手前の平坦・登坂路で受電接
触器を開き、蓄電電力だけの運転で蓄電電圧を予め下
げ、高落差急勾配路の降坂終期の過昇圧（過充電）を避
けることができる。
【００５２】なお、上述の運転サイクルの定常走行時の
補充電あるいは夏季・冬季の冷・暖房負荷で、降坂抑速
の回生電力を幾らか消費するので、上記の如き充電調整
なく、通常の落差の勾配路に対応することができる。
補充電あるいは夏季・冬季の冷・暖房負荷で、降坂抑速
の回生電力を幾らか消費するので、上記の如き充電調整
なく、通常の落差の勾配路に対応することができる。
【００５３】蓄電装置を構成する大容量蓄電器は、架線
電圧変動に拘らず有効な浮動充放電機能を持ち、車両の
加・減速における突入過負荷や急勾配の登・降坂におけ
る重負荷での急速放・充電にも、電圧昇降（充・放電電
圧差）やタイムラグ（Time Lag）なく即応し、電力損失
は極めて小さく、高頻度の繰り返しにも劣化しない。
電圧変動に拘らず有効な浮動充放電機能を持ち、車両の
加・減速における突入過負荷や急勾配の登・降坂におけ
る重負荷での急速放・充電にも、電圧昇降（充・放電電
圧差）やタイムラグ（Time Lag）なく即応し、電力損失
は極めて小さく、高頻度の繰り返しにも劣化しない。
【００５４】蓄電要素の万一の絶縁破壊で内部短絡した
とき、瞬時短絡電流でヒューズが確実に熔断して故障蓄
電要素を速やかに切り離し、短絡エネルギを局限してそ
の破裂・出火を抑え、隣接動力単位の蓄電回路と共働で
そのまま運転を再開・継続し、運転休止中に該動力単位
の断路器及び該ヒューズ付き断路器を開いて故障蓄電要
素及び熔断ヒューズを取り替え、回復充電の上、該ヒュ
ーズ付き断路器を閉じて復旧することができる。
とき、瞬時短絡電流でヒューズが確実に熔断して故障蓄
電要素を速やかに切り離し、短絡エネルギを局限してそ
の破裂・出火を抑え、隣接動力単位の蓄電回路と共働で
そのまま運転を再開・継続し、運転休止中に該動力単位
の断路器及び該ヒューズ付き断路器を開いて故障蓄電要
素及び熔断ヒューズを取り替え、回復充電の上、該ヒュ
ーズ付き断路器を閉じて復旧することができる。
【００５５】電子制御回路のチョッパは、１０００Ｈｚ
の如き高周波数での作動においても損失は微小であり、
リアクトルは、そのような高周波において、小インダク
タンスでも高リアクタンスが得られるため、小形軽量且
つその巻線抵抗は極めて小さく、その電力損失（銅損＋
鉄損）は、電動機のものに比べ遥かに小さくできる。
の如き高周波数での作動においても損失は微小であり、
リアクトルは、そのような高周波において、小インダク
タンスでも高リアクタンスが得られるため、小形軽量且
つその巻線抵抗は極めて小さく、その電力損失（銅損＋
鉄損）は、電動機のものに比べ遥かに小さくできる。
【００５６】電動機の全界磁と降圧チョッパ制御によ
り、全直列で緩発進し、直並列、全並列に順次切り替え
て定トルク加速し、その上限速度で倍電圧界磁制御の垂
下トルク加速に移行し、所定の運転速度に達した時に直
並列に戻して全電圧界磁制御の定常走行に移行、また、
全並列で倍電圧界磁制御の垂下トルク減速し、その下限
速度で全界磁・昇圧チョッパ制御に移行し、直並列、全
直列に順次に切り替えて定トルク減速を行なう。
り、全直列で緩発進し、直並列、全並列に順次切り替え
て定トルク加速し、その上限速度で倍電圧界磁制御の垂
下トルク加速に移行し、所定の運転速度に達した時に直
並列に戻して全電圧界磁制御の定常走行に移行、また、
全並列で倍電圧界磁制御の垂下トルク減速し、その下限
速度で全界磁・昇圧チョッパ制御に移行し、直並列、全
直列に順次に切り替えて定トルク減速を行なう。
【００５７】なお、低・中速走行では、運転速度に応
じ、全直列あるいは直並列までの加速・減速とし、全直
列のままあるいは全直列に戻して定常走行する。
じ、全直列あるいは直並列までの加速・減速とし、全直
列のままあるいは全直列に戻して定常走行する。
【００５８】主幹制御器の操作レバーを０ノッチから
１、２、３のいずれかの速段ノッチに進めると全直列で
微速発進、前に押すと加速し操作ノッチの終段（１ノッ
チでは全直列のまま、２ノッチでは直並列、３ノッチで
は全並列）まで速度に従い自動的に進段し、あるいは、
後に引くと減速し速度に従い自動的に戻段し、所定の速
度に達したとき該操作レバーを中立（走行）に戻すとそ
の速度を制御装置が記憶し、速度に見合う制御段（低・
中速では全直列、高速では直並列）に戻り、その記憶速
度に定速制御して定常走行、０ノッチに戻せば電動機回
路が切り離され惰行、再び速段ノッチに進めるとその時
の速度に定速制御する。
１、２、３のいずれかの速段ノッチに進めると全直列で
微速発進、前に押すと加速し操作ノッチの終段（１ノッ
チでは全直列のまま、２ノッチでは直並列、３ノッチで
は全並列）まで速度に従い自動的に進段し、あるいは、
後に引くと減速し速度に従い自動的に戻段し、所定の速
度に達したとき該操作レバーを中立（走行）に戻すとそ
の速度を制御装置が記憶し、速度に見合う制御段（低・
中速では全直列、高速では直並列）に戻り、その記憶速
度に定速制御して定常走行、０ノッチに戻せば電動機回
路が切り離され惰行、再び速段ノッチに進めるとその時
の速度に定速制御する。
【００５９】操作レバーを引き続けると、全直列まで自
動的に戻段しながら減速を続け回生ブレーキから発電ブ
レーキに移行して停止寸前の微速に至り、中立に戻し微
速走行、所定位置で該操作レバーを０ノッチに戻し制動
空気弁を操作して車輪ブレーキで停車、なお、定常走行
中（低・中・高速）は、軌道勾配に応じ電動力行または
回生抑速に自動的に移行する。
動的に戻段しながら減速を続け回生ブレーキから発電ブ
レーキに移行して停止寸前の微速に至り、中立に戻し微
速走行、所定位置で該操作レバーを０ノッチに戻し制動
空気弁を操作して車輪ブレーキで停車、なお、定常走行
中（低・中・高速）は、軌道勾配に応じ電動力行または
回生抑速に自動的に移行する。
【００６０】全並列では、高速域で、全直列及び直並列
の低・中速域と同様の電機子電流で、強力な定トルク加
・減速を行ない、弱め界磁４０％の全電圧連続定格の最
高運転速度でも界磁は８０％（Δ並列では７０％）で電
動機トルクは強力であり、高速域での加速度を銅損増加
なく強化して、高速運転での加・減速時間・距離を著し
く短縮する。
の低・中速域と同様の電機子電流で、強力な定トルク加
・減速を行ない、弱め界磁４０％の全電圧連続定格の最
高運転速度でも界磁は８０％（Δ並列では７０％）で電
動機トルクは強力であり、高速域での加速度を銅損増加
なく強化して、高速運転での加・減速時間・距離を著し
く短縮する。
【００６１】全並列の倍電圧加・減速では、その上限速
度域で、蓄電回路の放・充電突入電流は直並列での２倍
（Δ並列ではＹ並列の1.732 倍）に達するが、蓄電器の
即応性と配線を含む極めて小さい導体抵抗により、大き
な架線負荷増加なく車両内で効率よく運動のエネルギを
処理する。
度域で、蓄電回路の放・充電突入電流は直並列での２倍
（Δ並列ではＹ並列の1.732 倍）に達するが、蓄電器の
即応性と配線を含む極めて小さい導体抵抗により、大き
な架線負荷増加なく車両内で効率よく運動のエネルギを
処理する。
【００６２】電機子電圧は速度に比例し鉄損はその２乗
に比例するので、全並列の定トルク上限速度では倍電圧
（Δ並列では1.732 倍電圧）で鉄損は４倍（Δ並列では
３倍）達するが、その平均値は、加速中の突入電流によ
る銅損よりかなり小さく、全損失の増加率は小さく、短
時作動（１分以下）のため電機子の昇温はあまりない。
に比例するので、全並列の定トルク上限速度では倍電圧
（Δ並列では1.732 倍電圧）で鉄損は４倍（Δ並列では
３倍）達するが、その平均値は、加速中の突入電流によ
る銅損よりかなり小さく、全損失の増加率は小さく、短
時作動（１分以下）のため電機子の昇温はあまりない。
【００６３】定常走行は、高速域では直並列の電機子全
電圧で、低・中速域では全直列の電機子半電圧で、界磁
制御の定速運転を行ない、無負荷損失を成す鉄損及び励
磁電力を軽減して軽負荷（平坦・緩勾配路での高速運転
で略々半負荷、中速運転で略々４半負荷）の銅損との損
失協調で電動機の効率を稼ぐ。
電圧で、低・中速域では全直列の電機子半電圧で、界磁
制御の定速運転を行ない、無負荷損失を成す鉄損及び励
磁電力を軽減して軽負荷（平坦・緩勾配路での高速運転
で略々半負荷、中速運転で略々４半負荷）の銅損との損
失協調で電動機の効率を稼ぐ。
【００６４】走行速度に応じ電動機の直・並列切り替え
で、発進及び減速終期を除き定トルク加・減速中のチョ
ッパ作動の降・昇圧制御率ε＝Ｖm ／Ｖc （Ｖm は電動
機回路電圧、Ｖc は蓄電回路電圧）を０．５〜１以内に
抑え、電子制御回路の電力損失を即ち制御損失を局限
し、また、垂下トルク加・減速及び定常走行時には受電
電力の通流のみとなり、接触器ブリッジで電動・回生電
力を直接授受ととなる。
で、発進及び減速終期を除き定トルク加・減速中のチョ
ッパ作動の降・昇圧制御率ε＝Ｖm ／Ｖc （Ｖm は電動
機回路電圧、Ｖc は蓄電回路電圧）を０．５〜１以内に
抑え、電子制御回路の電力損失を即ち制御損失を局限
し、また、垂下トルク加・減速及び定常走行時には受電
電力の通流のみとなり、接触器ブリッジで電動・回生電
力を直接授受ととなる。
【００６５】全並列の定トルク上限近くおよび垂下トル
ク域では、上述の如く電機子鉄損が増大し電動機は超鉄
機械状態になるが、全負荷電流では電機子全損失はあま
り増加しないため数分程度の短時運転は可能であり、操
作レバー頭部のボタンを押し全並列で数ｋｍ程度の急勾
配路も高速走行のまま一気に走り抜けることもできる。
ク域では、上述の如く電機子鉄損が増大し電動機は超鉄
機械状態になるが、全負荷電流では電機子全損失はあま
り増加しないため数分程度の短時運転は可能であり、操
作レバー頭部のボタンを押し全並列で数ｋｍ程度の急勾
配路も高速走行のまま一気に走り抜けることもできる。
【００６６】電機子の対地、電動機主回路及び電力制御
回路を倍電圧定格に設計すれば、減速制動は、界磁制御
の垂下トルク域及び全界磁の定トルク域で直並列続いて
全直列の過電圧回生電力を発生させ、制御Ｃ１モード降
圧チョッパ制御し、電動機回路電圧が蓄電電圧まで下が
った時、制御Ｃ２モードに替え昇圧チョッパ制御に移行
の作動ができる。
回路を倍電圧定格に設計すれば、減速制動は、界磁制御
の垂下トルク域及び全界磁の定トルク域で直並列続いて
全直列の過電圧回生電力を発生させ、制御Ｃ１モード降
圧チョッパ制御し、電動機回路電圧が蓄電電圧まで下が
った時、制御Ｃ２モードに替え昇圧チョッパ制御に移行
の作動ができる。
【００６７】誘導機とインバータを組み合わせた無整流
子電動機は、全電圧定格の定トルク域の１０％強の周波
数で緩発進、インバータで電圧・周波数とも速度に比例
して上げながらΔあるいはΔ並列まで進めて電機子電流
一定の電動定トルク加速、その上限にて電圧一定で速度
に比例した周波数で電動垂下トルク加速（過負荷トルク
耐量は速度の２乗に反比例）し、所定の運転速度にてＹ
あるいはＹ並列に戻して励磁電力及び鉄損を下げ、周波
数制御で定速定常走行、ΔあるいはΔ並列に進め電圧一
定のまま周波数を下げながら回生垂下トルクで減速、そ
の下限にて電圧・周波数とも下げながら１０％の周波数
近くまで回生定トルク減速、電機子起電力が主回路抵抗
による電圧降下にまで下がったとき発電ブレーキに移行
し、１０％近くの微速まで減速する。
子電動機は、全電圧定格の定トルク域の１０％強の周波
数で緩発進、インバータで電圧・周波数とも速度に比例
して上げながらΔあるいはΔ並列まで進めて電機子電流
一定の電動定トルク加速、その上限にて電圧一定で速度
に比例した周波数で電動垂下トルク加速（過負荷トルク
耐量は速度の２乗に反比例）し、所定の運転速度にてＹ
あるいはＹ並列に戻して励磁電力及び鉄損を下げ、周波
数制御で定速定常走行、ΔあるいはΔ並列に進め電圧一
定のまま周波数を下げながら回生垂下トルクで減速、そ
の下限にて電圧・周波数とも下げながら１０％の周波数
近くまで回生定トルク減速、電機子起電力が主回路抵抗
による電圧降下にまで下がったとき発電ブレーキに移行
し、１０％近くの微速まで減速する。
【００６８】なお、中速運転では、Ｙ並列まで進めて強
力な電動・回生トルクで加・減速を行ない、Ｙ直列に戻
し電機子半電圧で励磁電力及び鉄損をなお下げて定常走
行することもでき、上記とともに、界磁制御が周波数制
御に代わる他は、前述の直流整流子電動機や同期機とサ
イリスタとを組み合わせた無整流子電動機の場合と同様
である。
力な電動・回生トルクで加・減速を行ない、Ｙ直列に戻
し電機子半電圧で励磁電力及び鉄損をなお下げて定常走
行することもでき、上記とともに、界磁制御が周波数制
御に代わる他は、前述の直流整流子電動機や同期機とサ
イリスタとを組み合わせた無整流子電動機の場合と同様
である。
【００６９】蓄電容量を超える位置のエネルギを持つ特
別高落差の急勾配路に、逆電力処理機能を有する降坂で
は、定常走行で電機側接触器を開いて電力制御回路を切
り離し、回生送出接触器を閉じて抑速回生電力を架線に
直接送出できる。
別高落差の急勾配路に、逆電力処理機能を有する降坂で
は、定常走行で電機側接触器を開いて電力制御回路を切
り離し、回生送出接触器を閉じて抑速回生電力を架線に
直接送出できる。
【００７０】交流または交・直流両用の電動車両の受電
回路の変圧整流器は、定常走行負荷と補充電が主とな
り、加速時の突入加負荷は大部分を、減速及び降坂抑速
負荷は全電力を蓄電回路で処理するため、前述の架線回
路と同様に軽負荷且つ軽債務であり、また、変圧器タッ
プを切り替えを加えて出力電圧を変え、蓄電電圧を定格
値に保持あるいは勾配路状況に応じ予め高めまたは低め
に調整することもできる。
回路の変圧整流器は、定常走行負荷と補充電が主とな
り、加速時の突入加負荷は大部分を、減速及び降坂抑速
負荷は全電力を蓄電回路で処理するため、前述の架線回
路と同様に軽負荷且つ軽債務であり、また、変圧器タッ
プを切り替えを加えて出力電圧を変え、蓄電電圧を定格
値に保持あるいは勾配路状況に応じ予め高めまたは低め
に調整することもできる。
【００７１】気電動車両では、上記と同様に発電整流器
は軽負荷・軽債務であり負荷に応じて電機子接続とエン
ジン回転数を変え、負荷全域に亘りエンジン・発電機と
も効率を稼ぎ、また、界磁制御で発電電圧を変えて、上
記と同様に蓄電電圧の保持あるいは調整することもでき
る。
は軽負荷・軽債務であり負荷に応じて電機子接続とエン
ジン回転数を変え、負荷全域に亘りエンジン・発電機と
も効率を稼ぎ、また、界磁制御で発電電圧を変えて、上
記と同様に蓄電電圧の保持あるいは調整することもでき
る。
【００７２】
【実施例】実施例として、電動機４台で全４軸駆動の電
動車を１動力単位とする電動客車を挙げ、図面を参照し
て説明する。
動車を１動力単位とする電動客車を挙げ、図面を参照し
て説明する。
【００７３】［受電回路］ 図１において、架線１の電
力は、集電器２、車間給電線３及び高速遮断器４より成
る受電回路５と、ダイオード６（前欄の受電ダイオー
ド）及び接触器７（前欄の受電接触器）を経て、下記の
リアクトル８（前欄の入力リアクトル）に至る。
力は、集電器２、車間給電線３及び高速遮断器４より成
る受電回路５と、ダイオード６（前欄の受電ダイオー
ド）及び接触器７（前欄の受電接触器）を経て、下記の
リアクトル８（前欄の入力リアクトル）に至る。
【００７４】［電子制御回路］ チョッパ９を挟んで２
個のリアクトル８、１０（前欄の入力及び出力リアクト
ル）を配して制御主要素とし、リアクトル８の出力側と
負極線１１との間に、ダイオード１２（前欄の入力リア
クトル用還流ダイオード）とコンデンサ１３（前欄の平
滑コンデンサ）の直列回路を、リアクトル１０の入力側
と負極線１１との間に逆極性にダイオード１４（前欄の
出力リアクトル用還流ダイオード）をそれぞれ配し、ま
た、ダイオード１２に並列及びチョッパ９とリアクトル
１０との間に、共通のアクチュエータを持つ接触器１５
（前欄の主制御接触器）を、チョッパ９の出力側と負極
線１１との間及びダイオード１２とコンデンサ１３との
接続点とリアクトル１０の入力側との間に共通のアクチ
ュエータを持つ接触器１６（前欄の副制御接触器）を、
それぞれ配して、電子制御回路１７を構成する。
個のリアクトル８、１０（前欄の入力及び出力リアクト
ル）を配して制御主要素とし、リアクトル８の出力側と
負極線１１との間に、ダイオード１２（前欄の入力リア
クトル用還流ダイオード）とコンデンサ１３（前欄の平
滑コンデンサ）の直列回路を、リアクトル１０の入力側
と負極線１１との間に逆極性にダイオード１４（前欄の
出力リアクトル用還流ダイオード）をそれぞれ配し、ま
た、ダイオード１２に並列及びチョッパ９とリアクトル
１０との間に、共通のアクチュエータを持つ接触器１５
（前欄の主制御接触器）を、チョッパ９の出力側と負極
線１１との間及びダイオード１２とコンデンサ１３との
接続点とリアクトル１０の入力側との間に共通のアクチ
ュエータを持つ接触器１６（前欄の副制御接触器）を、
それぞれ配して、電子制御回路１７を構成する。
【００７５】なお、電子制御回路１７の入力側及び出力
側と負極線１１との間に、それぞれ該回路電圧では漏洩
電流が微小且つ充分な過渡サージエネルギ吸収容量を持
つバリスタ１８、１９を配する。
側と負極線１１との間に、それぞれ該回路電圧では漏洩
電流が微小且つ充分な過渡サージエネルギ吸収容量を持
つバリスタ１８、１９を配する。
【００７６】［負極回路］ 負極線１１は車軸集電子２
０及び車輪２１を介して、軌道２２に接続・接地する。
０及び車輪２１を介して、軌道２２に接続・接地する。
【００７７】［電力制御回路］ 電子制御回路１７の入
力側及び出力側に各々２個の接触器２３、２４及び２
５、２６をブリッジ形に付加して電力制御回路２７を構
成し、その接触器ブリッジの対角点即ちそれぞれ入力側
と出力側の接触器対２３・２５（前欄の蓄電側接触器）
及び接触器対２４・２６（前欄の電機側接触器）の各接
続点に、高速回路遮断器２８、３０を介して蓄電回路２
９及び電動機回路３１を接続する。
力側及び出力側に各々２個の接触器２３、２４及び２
５、２６をブリッジ形に付加して電力制御回路２７を構
成し、その接触器ブリッジの対角点即ちそれぞれ入力側
と出力側の接触器対２３・２５（前欄の蓄電側接触器）
及び接触器対２４・２６（前欄の電機側接触器）の各接
続点に、高速回路遮断器２８、３０を介して蓄電回路２
９及び電動機回路３１を接続する。
【００７８】［蓄電回路］ 蓄電回路２９は、断路器３
２及び蓄電単位３３より成り、図２において、蓄電要素
３４にヒューズ付き断路器３５を直列に配し、その複数
組を並列接続して蓄電単位３３を構成し、なお、単位列
車編成の各車両に均圧線３６とその両端の断路器３７及
び車両間のジャンパ線３８、３９を配し、各蓄電単位３
３を隣接のもの（点線図示）と接続する。
２及び蓄電単位３３より成り、図２において、蓄電要素
３４にヒューズ付き断路器３５を直列に配し、その複数
組を並列接続して蓄電単位３３を構成し、なお、単位列
車編成の各車両に均圧線３６とその両端の断路器３７及
び車両間のジャンパ線３８、３９を配し、各蓄電単位３
３を隣接のもの（点線図示）と接続する。
【００７９】［電動機回路］ 図３において、４台の電
動機の電機子４１（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）は分巻界
磁４２（Ｆ）及び補極４３（ＡＰ）を持ち、電機子４１
は、接触器４４、４５を閉じて全直列（４台直列）、接
触器４５、４６を閉じて直並列（２台直列の２組を並
列）、接触器４６、４７を閉じて全並列（４台並列）の
３段の接続切り替えを行ない、界磁４２は全直列接続さ
れ、接触器４８、４９で正・逆転切り替えし、チョッパ
５０で励磁制御（他励）され、ダイオード５１は還流ダ
イオードとして、界磁巻線４２のリアクタンスと共働し
界磁電流Ｉf を平滑にする。
動機の電機子４１（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）は分巻界
磁４２（Ｆ）及び補極４３（ＡＰ）を持ち、電機子４１
は、接触器４４、４５を閉じて全直列（４台直列）、接
触器４５、４６を閉じて直並列（２台直列の２組を並
列）、接触器４６、４７を閉じて全並列（４台並列）の
３段の接続切り替えを行ない、界磁４２は全直列接続さ
れ、接触器４８、４９で正・逆転切り替えし、チョッパ
５０で励磁制御（他励）され、ダイオード５１は還流ダ
イオードとして、界磁巻線４２のリアクタンスと共働し
界磁電流Ｉf を平滑にする。
【００８０】［界磁制御特性］ チョッパ５０に、加・
減速用直巻特性（電機子電流Ｉa に比例）及び定常走行
用分巻特性（定速制御）の励磁制御機能を付加する。
減速用直巻特性（電機子電流Ｉa に比例）及び定常走行
用分巻特性（定速制御）の励磁制御機能を付加する。
【００８１】［操作機構］ 図４において、車両の運転
室に配した主幹制御器５２の運転操作レバー５３は、左
右・前後に交叉機構を有し、左から０、１、２、３のノ
ッチで「切」、「低速」、「中速」、「高速」の速段に
対応し、各速段ノッチで前に押して「加速」、後に引い
て「減速」、中立で「定速」及び該操作レバー５３の頭
部にボタン５４「倍力」の制御機能を持ち、なお、前押
し（加速）は自力戻り（Spring-Return ）、後引き（減
速）は手戻し（Hand-Return ）の機構を持たせる。
室に配した主幹制御器５２の運転操作レバー５３は、左
右・前後に交叉機構を有し、左から０、１、２、３のノ
ッチで「切」、「低速」、「中速」、「高速」の速段に
対応し、各速段ノッチで前に押して「加速」、後に引い
て「減速」、中立で「定速」及び該操作レバー５３の頭
部にボタン５４「倍力」の制御機能を持ち、なお、前押
し（加速）は自力戻り（Spring-Return ）、後引き（減
速）は手戻し（Hand-Return ）の機構を持たせる。
【００８２】キーレバー５５は、「前進」、「切」、
「後進」のノッチを、制動空気弁５６は「制動」、「保
持」、「解放」のレバー位置をそれぞれ有し、なお、速
度計５７、受電・蓄電電圧計５８（２針表示）、受電・
蓄電電流計５９（２針表示）、電動機電流計６０及び制
動空気圧力計６１を配する。
「後進」のノッチを、制動空気弁５６は「制動」、「保
持」、「解放」のレバー位置をそれぞれ有し、なお、速
度計５７、受電・蓄電電圧計５８（２針表示）、受電・
蓄電電流計５９（２針表示）、電動機電流計６０及び制
動空気圧力計６１を配する。
【００８３】［車内低圧電源］ 再び図１において、蓄
電回路２９より分岐し、インバータ６２で３相交流に変
換・降圧して車内補機・照明設備に給電するとともに、
整流器６３で蓄電池６４を充電して前照灯・信号灯、非
常用・制御用低圧直流電源とする。
電回路２９より分岐し、インバータ６２で３相交流に変
換・降圧して車内補機・照明設備に給電するとともに、
整流器６３で蓄電池６４を充電して前照灯・信号灯、非
常用・制御用低圧直流電源とする。
【００８４】［諸量センサ］ 主要な各回路に制御・表
示用として、電圧センサ６５（受電Ｖt ）、６６（蓄電
Ｖc ）、６７（電機子群Ｖm ）、電流センサ６８（受電
Ｉt）、６９（蓄電Ｉc ）、７０（電機子群Ｉm ）、７
１（界磁Ｉf ）、７２（低圧電源Ｉax）及び車軸２１に
速度センサ７３（走行速度ｖ）を配する。
示用として、電圧センサ６５（受電Ｖt ）、６６（蓄電
Ｖc ）、６７（電機子群Ｖm ）、電流センサ６８（受電
Ｉt）、６９（蓄電Ｉc ）、７０（電機子群Ｉm ）、７
１（界磁Ｉf ）、７２（低圧電源Ｉax）及び車軸２１に
速度センサ７３（走行速度ｖ）を配する。
【００８５】［回生送出回路］ 架線回路１に逆電力処
理機能（図示省略）または蓄電機能（例えば点線図示の
如き蓄電装置７４を複数分散配置）を持つ特別高落差急
勾配区間を運行の車両では、電力制御回路２７の電機側
に、点線図示のように、接触器７５及びダイオード７６
（前欄の回生送出接触器・ダイオード）を追設でき、そ
の場合は、電動機の整流子（無整流子電動機では、サイ
リスタ組）から発生のノイズ電流消去用リアクトル７７
及びコンデンサ７８が必要である。
理機能（図示省略）または蓄電機能（例えば点線図示の
如き蓄電装置７４を複数分散配置）を持つ特別高落差急
勾配区間を運行の車両では、電力制御回路２７の電機側
に、点線図示のように、接触器７５及びダイオード７６
（前欄の回生送出接触器・ダイオード）を追設でき、そ
の場合は、電動機の整流子（無整流子電動機では、サイ
リスタ組）から発生のノイズ電流消去用リアクトル７７
及びコンデンサ７８が必要である。
【００８６】［作動及び特性］ 以上の如き構成の実施
例において、その作動及び諸特性を、概括した表１を図
面とともに参照して説明するに当たり、四則演算（加、
減、乗、除）記号は「＋、−、＊、／」を使用、平方及
び平方根はＥ＾2 及び３＾1/2 の如く表わす。
例において、その作動及び諸特性を、概括した表１を図
面とともに参照して説明するに当たり、四則演算（加、
減、乗、除）記号は「＋、−、＊、／」を使用、平方及
び平方根はＥ＾2 及び３＾1/2 の如く表わす。
【００８７】
【表１】
【００８８】［チョッパ制御作動］ 図１において、接
触器１５が閉じてダイオード１２を側路及びリアクトル
８−チョッパ９−リアクトル１０の直列回路に、各接続
点と負極線１１との間にコンデンサ１３とダイオード１
４が入ったπ形回路を形成し（以下、これを制御Ｃ１モ
ードと呼ぶ）、チョッパ９の全通全電圧及び降圧制御
（以下、降圧チョッパ制御と呼ぶ）または限流制御（以
下、限流チョッパ制御と呼ぶ）、あるいは、接触器１６
が閉じてリアクトル８−ダイオード１２−リアクトル１
０の直列回路に、各接続点と負極線１１との間にチョッ
パ９とダイオード１４が入ったπ形回路を形成し（以
下、これを制御Ｃ２モードと呼ぶ）、チョッパ９の遮断
全電圧及び昇圧制御（以下、昇圧チョッパ制御と呼ぶ）
を行なう。
触器１５が閉じてダイオード１２を側路及びリアクトル
８−チョッパ９−リアクトル１０の直列回路に、各接続
点と負極線１１との間にコンデンサ１３とダイオード１
４が入ったπ形回路を形成し（以下、これを制御Ｃ１モ
ードと呼ぶ）、チョッパ９の全通全電圧及び降圧制御
（以下、降圧チョッパ制御と呼ぶ）または限流制御（以
下、限流チョッパ制御と呼ぶ）、あるいは、接触器１６
が閉じてリアクトル８−ダイオード１２−リアクトル１
０の直列回路に、各接続点と負極線１１との間にチョッ
パ９とダイオード１４が入ったπ形回路を形成し（以
下、これを制御Ｃ２モードと呼ぶ）、チョッパ９の遮断
全電圧及び昇圧制御（以下、昇圧チョッパ制御と呼ぶ）
を行なう。
【００８９】［受電・充電］ 受電電力Ｐt は、常に電
子制御回路１７を通り、通常は制御Ｃ２モードでチョッ
パ遮断全電圧で充電するが、ダイオード６の逆流阻止に
より蓄電電圧Ｖc は架線電圧変動の高めに保持され、ま
た、架線電圧が急昇のときは直ちに制御Ｃ１モードに切
り替わり、限流チョッパ制御で過大な突入充電を避け
る。
子制御回路１７を通り、通常は制御Ｃ２モードでチョッ
パ遮断全電圧で充電するが、ダイオード６の逆流阻止に
より蓄電電圧Ｖc は架線電圧変動の高めに保持され、ま
た、架線電圧が急昇のときは直ちに制御Ｃ１モードに切
り替わり、限流チョッパ制御で過大な突入充電を避け
る。
【００９０】［電動牽引］ 接触器ブリッジの対辺の接
触器２３、２６が閉じ（以下、運転Ａモードと呼ぶ）、
制御Ｃ１モードで蓄電電力Ｐc 及び受電電力Ｐt を共に
降圧チョッパ制御し、続いて出力側の隣辺の接触器２
５、２６が代わって閉じ（以下、運転Ｍモードと呼ぶ）
直接全電圧の蓄電電力Ｐc に、制御Ｃ２モードのチョッ
パ遮断全電圧の受電電力Ｐt を重累して、電動機回路３
１に給電し、電動作動で車両を牽引する。
触器２３、２６が閉じ（以下、運転Ａモードと呼ぶ）、
制御Ｃ１モードで蓄電電力Ｐc 及び受電電力Ｐt を共に
降圧チョッパ制御し、続いて出力側の隣辺の接触器２
５、２６が代わって閉じ（以下、運転Ｍモードと呼ぶ）
直接全電圧の蓄電電力Ｐc に、制御Ｃ２モードのチョッ
パ遮断全電圧の受電電力Ｐt を重累して、電動機回路３
１に給電し、電動作動で車両を牽引する。
【００９１】［回生制動］ 上記のＭモードで定常走行
中に、界磁を強めて電動機回路３１の電機子群電圧Ｖm
を上げ直接全電圧で、続いて接触器ブリッジの対辺の接
触器２４、２５が閉じ（以下、運転Ｂモードと呼ぶ）、
制御Ｃ２モードで、減速に伴い低下する電機子群電圧Ｖ
m を昇圧チョッパ制御で上げ、電動機回路３１が発電作
動して回生ブレーキが働き、回生電力Ｐm を蓄電回路２
９に返流・充電し車両を制動する。
中に、界磁を強めて電動機回路３１の電機子群電圧Ｖm
を上げ直接全電圧で、続いて接触器ブリッジの対辺の接
触器２４、２５が閉じ（以下、運転Ｂモードと呼ぶ）、
制御Ｃ２モードで、減速に伴い低下する電機子群電圧Ｖ
m を昇圧チョッパ制御で上げ、電動機回路３１が発電作
動して回生ブレーキが働き、回生電力Ｐm を蓄電回路２
９に返流・充電し車両を制動する。
【００９２】なお、運転Ｂモードに替わる時に接触器７
を開き受電回路５を、減速に伴い回路電圧Ｖm が低下す
る電動機回路２９及び電子制御回路１７から切り離し、
また、減速終期に電動機回路電圧Ｖm が入力リアクトル
８を含む主回路導体の抵抗降下まで下がると発電ブレー
キに移行し、停止寸前の微速まで減速する。
を開き受電回路５を、減速に伴い回路電圧Ｖm が低下す
る電動機回路２９及び電子制御回路１７から切り離し、
また、減速終期に電動機回路電圧Ｖm が入力リアクトル
８を含む主回路導体の抵抗降下まで下がると発電ブレー
キに移行し、停止寸前の微速まで減速する。
【００９３】［運転特性］ 運転Ａ・Ｂモードでは、降
・昇圧チョッパ制御による電機子制御とチョッパ５０に
よる全励磁の界磁即ち全界磁で定トルク加・減速を行な
い、運転Ｍモードでは、電機子全電圧とチョッパ５０に
よる励磁制御即ち界磁制御で直巻特性の垂下トルク加・
減速及び分巻特性の定速定常走行を行なう。
・昇圧チョッパ制御による電機子制御とチョッパ５０に
よる全励磁の界磁即ち全界磁で定トルク加・減速を行な
い、運転Ｍモードでは、電機子全電圧とチョッパ５０に
よる励磁制御即ち界磁制御で直巻特性の垂下トルク加・
減速及び分巻特性の定速定常走行を行なう。
【００９４】［平滑・ろ波］ 制御Ｃ１・Ｃ２モードと
もチョッパ９の制御作動による断続電流は、リアクトル
８とコンデンサ１３のろ波（Filting ）作用及びリアク
トル１０とダイオード１４の還流（Freewheeling）作用
により、受電、蓄電及び電動機の各回路５、２９及び３
１の電流Ｉt 、Ｉc 、Ｉm を平滑にして、波形率が小さ
い断続流による銅損増加を抑えるとともに、架線１に併
行の通信線への誘導障害を防ぐ。
もチョッパ９の制御作動による断続電流は、リアクトル
８とコンデンサ１３のろ波（Filting ）作用及びリアク
トル１０とダイオード１４の還流（Freewheeling）作用
により、受電、蓄電及び電動機の各回路５、２９及び３
１の電流Ｉt 、Ｉc 、Ｉm を平滑にして、波形率が小さ
い断続流による銅損増加を抑えるとともに、架線１に併
行の通信線への誘導障害を防ぐ。
【００９５】なお、受電電力Ｐt は運転Ａ、Ｍモードと
も電子制御回路１７を通るが、電動機４７の整流子（無
整流子電動機ではサイリスタ）から発生のノイズ（Nois
e ）電流に対し、上記と同様にろ波作用が働き、運転モ
ードＢでは接触器７で受電回路５を切り離すので、架線
１にはノイズ電流は出ない。
も電子制御回路１７を通るが、電動機４７の整流子（無
整流子電動機ではサイリスタ）から発生のノイズ（Nois
e ）電流に対し、上記と同様にろ波作用が働き、運転モ
ードＢでは接触器７で受電回路５を切り離すので、架線
１にはノイズ電流は出ない。
【００９６】［制御素子の保護］ 運転モード、制御モ
ード及び後述の電機子接続の切り替えにおける接触器の
開路並びに短絡等での回路遮断器の作動に伴うリアクト
ル８、１０の過渡サージエネルギは、それぞれに接続の
コンデンサ１３、ダイオード１２、１４及びバリスタ１
８、１９が成す閉回路で、架線回路１及び電動機回路３
１からの外来サージエネルギはバリスタ１８、１９で、
それぞれ吸収し電子制御回路１７の制御素子を保護す
る。
ード及び後述の電機子接続の切り替えにおける接触器の
開路並びに短絡等での回路遮断器の作動に伴うリアクト
ル８、１０の過渡サージエネルギは、それぞれに接続の
コンデンサ１３、ダイオード１２、１４及びバリスタ１
８、１９が成す閉回路で、架線回路１及び電動機回路３
１からの外来サージエネルギはバリスタ１８、１９で、
それぞれ吸収し電子制御回路１７の制御素子を保護す
る。
【００９７】［等価回路］ 図５において、図１の要部
を等価回路に示せば、変電所７９には電源電圧Ｅs を持
つ変圧整流器のリアクタンスｘs 及び巻線抵抗ｒsがあ
り、架線１には変電所７９からの距離に応じて架 線抵
抗ｒt があって、架線負荷電流Ｉt に対しそれぞれ電圧
降下ｅs 及びｅt を生じ、車両の受電点（集電子２）の
架線電圧Ｖt ＝Ｅs −（ｅs ＋ｅt ）で給電され、給電
効率はηt ＝Ｖt ／Ｅs である。
を等価回路に示せば、変電所７９には電源電圧Ｅs を持
つ変圧整流器のリアクタンスｘs 及び巻線抵抗ｒsがあ
り、架線１には変電所７９からの距離に応じて架 線抵
抗ｒt があって、架線負荷電流Ｉt に対しそれぞれ電圧
降下ｅs 及びｅt を生じ、車両の受電点（集電子２）の
架線電圧Ｖt ＝Ｅs −（ｅs ＋ｅt ）で給電され、給電
効率はηt ＝Ｖt ／Ｅs である。
【００９８】架線１からの受電電流Ｉt は、運転制御回
路２７の電子制御回路１７の回路抵抗ｒL （主にリアク
トル８、１０の導体抵抗）を通って電圧降下ｅL を生
じ、電圧Ｖc またはＶm で、接触器ブリッジの負荷側隣
辺の接触器２４、２６（Ｍモード）を経て蓄電回路２９
に充電及び電動機回路３１に給電され、該接触器２４、
２６で直接接続された蓄電回路２９と電動機回路３１
は、走行負荷に応じ受電電流Ｉt を重累した充・放電電
流Ｉc 及び電機子群電流Ｉm で以て電力の授受を行な
い、それぞれ蓄電電圧Ｅc 及び導体抵抗ｒc による電圧
降下ｅc 、電機子群起電力Ｅm 及び電機子群抵抗ｒm に
よる電圧降下ｅm を持つ。
路２７の電子制御回路１７の回路抵抗ｒL （主にリアク
トル８、１０の導体抵抗）を通って電圧降下ｅL を生
じ、電圧Ｖc またはＶm で、接触器ブリッジの負荷側隣
辺の接触器２４、２６（Ｍモード）を経て蓄電回路２９
に充電及び電動機回路３１に給電され、該接触器２４、
２６で直接接続された蓄電回路２９と電動機回路３１
は、走行負荷に応じ受電電流Ｉt を重累した充・放電電
流Ｉc 及び電機子群電流Ｉm で以て電力の授受を行な
い、それぞれ蓄電電圧Ｅc 及び導体抵抗ｒc による電圧
降下ｅc 、電機子群起電力Ｅm 及び電機子群抵抗ｒm に
よる電圧降下ｅm を持つ。
【００９９】定トルク加・減速時には、運転Ａモードま
たはＢモードで、電子制御回路１７の抵抗ｒL を通り、
加速時（Ａモード）では、 蓄電回路電圧Ｖc ＝Ｅc −ｅc ＝Ｖt ＝Ｖm ＋ｅL 電子制御回路電圧降下ｅL ＝（Ｉc ＋Ｉt ）＊ｒL （放
電・受電） 電動機回路電圧Ｖm ＝Ｅm ＋ｅm （電動） 減速時（Ｂモード）では、 蓄電回路電圧Ｖc ＝Ｅc ＋ｅc ＝Ｖm −ｅL 電子制御回路電圧降下ｅL ＝Ｉc ＊ｒL （充電） 電動機回路電圧Ｖm ＝Ｅm −ｅm （回生） の如き電圧勘定となり、車両内電力効率ηp は電動では
ηp ＝Ｅm ／Ｅc 、回生ではηp ＝Ｅc ／Ｅm であり、
突入過負荷を伴う加・減速時の電動・回生電力の処理に
おいて、車両内の電力制御回路２７、蓄電回路２９及び
電動機回路３１のそれぞれの電圧降下ｅL 、ｅc 及びｅ
m が車両内の総合電力効率ηp の要因であり（車両内配
線は短く導体抵抗は著しく小さいので無視してよい）且
つそれらの電圧降下が電動・回生における電力の往復と
も存在するため、電力回収効率はηp＾2となる。
たはＢモードで、電子制御回路１７の抵抗ｒL を通り、
加速時（Ａモード）では、 蓄電回路電圧Ｖc ＝Ｅc −ｅc ＝Ｖt ＝Ｖm ＋ｅL 電子制御回路電圧降下ｅL ＝（Ｉc ＋Ｉt ）＊ｒL （放
電・受電） 電動機回路電圧Ｖm ＝Ｅm ＋ｅm （電動） 減速時（Ｂモード）では、 蓄電回路電圧Ｖc ＝Ｅc ＋ｅc ＝Ｖm −ｅL 電子制御回路電圧降下ｅL ＝Ｉc ＊ｒL （充電） 電動機回路電圧Ｖm ＝Ｅm −ｅm （回生） の如き電圧勘定となり、車両内電力効率ηp は電動では
ηp ＝Ｅm ／Ｅc 、回生ではηp ＝Ｅc ／Ｅm であり、
突入過負荷を伴う加・減速時の電動・回生電力の処理に
おいて、車両内の電力制御回路２７、蓄電回路２９及び
電動機回路３１のそれぞれの電圧降下ｅL 、ｅc 及びｅ
m が車両内の総合電力効率ηp の要因であり（車両内配
線は短く導体抵抗は著しく小さいので無視してよい）且
つそれらの電圧降下が電動・回生における電力の往復と
も存在するため、電力回収効率はηp＾2となる。
【０１００】なお、加速終期、定常走行及び減速初期に
は、運転Ｍモードで、蓄電回路２９と電動機回路３１と
の間で直接に電力授受が行なわれ、それらの電圧降下ｅ
c 、ｅm は、加・減速では上記と同様であるが、定常走
行では小さく、電子制御回路１７では受電電流Ｉt のみ
でありその電圧降下ｅL も小さいが、電機子４１の鉄損
ｐmi、界磁４２の励磁電力ｐf 等の無負荷損失が、車両
内電力効率ηp 即ち電力回収効率ηp＾2にかなり影響し
且つ定常走行は運転サイクルの大半（小駅通過の急行列
車では大部分）を占 めるので考慮を要する。
は、運転Ｍモードで、蓄電回路２９と電動機回路３１と
の間で直接に電力授受が行なわれ、それらの電圧降下ｅ
c 、ｅm は、加・減速では上記と同様であるが、定常走
行では小さく、電子制御回路１７では受電電流Ｉt のみ
でありその電圧降下ｅL も小さいが、電機子４１の鉄損
ｐmi、界磁４２の励磁電力ｐf 等の無負荷損失が、車両
内電力効率ηp 即ち電力回収効率ηp＾2にかなり影響し
且つ定常走行は運転サイクルの大半（小駅通過の急行列
車では大部分）を占 めるので考慮を要する。
【０１０１】［蓄電回路の特性］ 図６において、静電
容量Ｃを持つ蓄電回路２９の蓄電電気量Ｑ（横軸）は蓄
電電圧Ｅc （縦軸）に比例即ちＱ＝Ｃ＊Ｅc 、蓄電電力
量Ｗ（横軸）は蓄電電圧Ｅc の２乗に比例即ちＷ＝Ｃ＊
Ｅc＾2の関係があり、定格電圧Ｅoの蓄電電力量Ｗo、蓄
電電圧昇降±δＥに対し充放電電力量δＷ＝Ｗo ＊（２
＊δＥ±δＥ＾2 ）（絶対値）が利用でき、その平均値
は、定格電圧Ｅo より少し（δＥ＾2 ／２）高い蓄電電
圧Ｅcoを中央値としたＷc ＝２＊δＥ＊Ｗo （絶対値）
である。
容量Ｃを持つ蓄電回路２９の蓄電電気量Ｑ（横軸）は蓄
電電圧Ｅc （縦軸）に比例即ちＱ＝Ｃ＊Ｅc 、蓄電電力
量Ｗ（横軸）は蓄電電圧Ｅc の２乗に比例即ちＷ＝Ｃ＊
Ｅc＾2の関係があり、定格電圧Ｅoの蓄電電力量Ｗo、蓄
電電圧昇降±δＥに対し充放電電力量δＷ＝Ｗo ＊（２
＊δＥ±δＥ＾2 ）（絶対値）が利用でき、その平均値
は、定格電圧Ｅo より少し（δＥ＾2 ／２）高い蓄電電
圧Ｅcoを中央値としたＷc ＝２＊δＥ＊Ｗo （絶対値）
である。
【０１０２】なお、蓄電要素３４は、その蓄電原理が静
電的であるので加・減速時の突入過負荷に即応し且つそ
の対向及び引出し導体を含む回路抵抗ｒc は極めて小さ
いので、充・放電電流Ｉc に対し電圧降下ｅc 及び電力
損失ｗc は微小である。
電的であるので加・減速時の突入過負荷に即応し且つそ
の対向及び引出し導体を含む回路抵抗ｒc は極めて小さ
いので、充・放電電流Ｉc に対し電圧降下ｅc 及び電力
損失ｗc は微小である。
【０１０３】［運転サイクルでの機械的挙動］ 図７
（ａ）において、発車点で電機子制御により牽引力Ｆ
a を発生し、慣性力Ｆia＝牽引力Ｆa −走行抵抗Ｆv で
加速度αc の略々直線的に即ち定トルクで加速し、その
上限速度ｖacに達した時に界磁制御に替わり、曲線α
d の垂下トルク加速、運転速度ｖに達した時d で走行
抵抗Ｆv の定常走行に切り替える。
（ａ）において、発車点で電機子制御により牽引力Ｆ
a を発生し、慣性力Ｆia＝牽引力Ｆa −走行抵抗Ｆv で
加速度αc の略々直線的に即ち定トルクで加速し、その
上限速度ｖacに達した時に界磁制御に替わり、曲線α
d の垂下トルク加速、運転速度ｖに達した時d で走行
抵抗Ｆv の定常走行に切り替える。
【０１０４】減速開始点d で界磁制御による制動力Ｆ
b を発生し、慣性力Ｆib＝制動力Ｆb ＋走行抵抗Ｆv
で、減速度βd の垂下トルク減速、界磁制御下限速度Ｖ
bcに達した時に電機子制御に替わり減速度βc の定ト
ルク減速、微速ｖw に達した時に車輪ブレーキに切り
替え停車点で停止する。
b を発生し、慣性力Ｆib＝制動力Ｆb ＋走行抵抗Ｆv
で、減速度βd の垂下トルク減速、界磁制御下限速度Ｖ
bcに達した時に電機子制御に替わり減速度βc の定ト
ルク減速、微速ｖw に達した時に車輪ブレーキに切り
替え停車点で停止する。
【０１０５】走行抵抗Ｆv は、車両の車輪の転がり抵抗
（略々一定）及び電動機を含む回転部の機械抵抗（速度
ｖに略々比例）と、空気抵抗（速度ｖの２乗に比例）よ
り成り、低・中速では軽少であるが高速ではかなり増加
する特性を持つ。
（略々一定）及び電動機を含む回転部の機械抵抗（速度
ｖに略々比例）と、空気抵抗（速度ｖの２乗に比例）よ
り成り、低・中速では軽少であるが高速ではかなり増加
する特性を持つ。
【０１０６】［エネルギ勘定］ 運転サイクルにおい
て、Ｆa 、Ｆv 及びＦb のそれぞれ距離Ｓa 、Ｓv 及び
Ｓb について積分値Ｗa 、Ｗvv及びＷb は加速、定常走
行及び減速の仕事量即ちエネルギであり、その内慣性力
Ｆia及びＦibのそれぞれ距離Ｓa 及びＳb についての積
分値Ｗia＝Ｗib＝Ｗi が運動のエネルギ（前欄の無効動
力）であり、Ｗv ＝Ｗva＋Ｗv ＋Ｗvbが走行抵抗Ｆv に
消費する抵抗エネルギ（前欄の有効動力）であり、加速
・牽引での消費エネルギＷa ＋Ｗvvに対する減速・制動
エネルギＷb の割合即ち制動エネルギ率εbi＝Ｗb ／
（Ｗa ＋Ｗvv）が、エネルギ回収の目標値となる。
て、Ｆa 、Ｆv 及びＦb のそれぞれ距離Ｓa 、Ｓv 及び
Ｓb について積分値Ｗa 、Ｗvv及びＷb は加速、定常走
行及び減速の仕事量即ちエネルギであり、その内慣性力
Ｆia及びＦibのそれぞれ距離Ｓa 及びＳb についての積
分値Ｗia＝Ｗib＝Ｗi が運動のエネルギ（前欄の無効動
力）であり、Ｗv ＝Ｗva＋Ｗv ＋Ｗvbが走行抵抗Ｆv に
消費する抵抗エネルギ（前欄の有効動力）であり、加速
・牽引での消費エネルギＷa ＋Ｗvvに対する減速・制動
エネルギＷb の割合即ち制動エネルギ率εbi＝Ｗb ／
（Ｗa ＋Ｗvv）が、エネルギ回収の目標値となる。
【０１０７】なお、停止寸前の微速ｖw まで回生ブレー
キが作動するので、車輪ブレーキの制動エネルギはＷi
＊（ｖw ／ｖ）＾2 となって微小であり、なお、加・減
速において、電動機４１の特性上、牽引力Ｆa ＝Ｆia＋
Ｆv と制動力Ｆb ＝Ｆib−Ｆv とを等しくとるのが普通
であり、慣性力はＦib＝Ｆia＋２＊Ｆv 即ち減速の方が
大きいので、減速距離Ｓb は加速距離Ｓa より小さい。
キが作動するので、車輪ブレーキの制動エネルギはＷi
＊（ｖw ／ｖ）＾2 となって微小であり、なお、加・減
速において、電動機４１の特性上、牽引力Ｆa ＝Ｆia＋
Ｆv と制動力Ｆb ＝Ｆib−Ｆv とを等しくとるのが普通
であり、慣性力はＦib＝Ｆia＋２＊Ｆv 即ち減速の方が
大きいので、減速距離Ｓb は加速距離Ｓa より小さい。
【０１０８】［運転サイクルでの電気的挙動］ 図７
（ｂ）において、蓄電回路電圧Ｖc は、前サイクルの減
速・制動の回生電力を充電して架線電圧Ｖt よりδＶだ
け高くなっているので、発進及び加速前期では電動負荷
Ｐma＝放電電力Ｐc であり、放電で蓄電回路電圧Ｖc が
架線電圧Ｖt まで下がった時t 架線電力Ｐt に移行開
始し、加速後期では放電電力Ｐc ＝Ｐma−Ｐt は破線図
示のように下がり、定常走行に至って（時点d ）電動
負荷Ｐmvが軽小になり、架線電力Ｐt は、破線図示の充
電電力Ｐc ＝Ｐt −Ｐmvを蓄電回路２９に返流しながら
電動負荷Ｐmv（＝走行抵抗負荷Ｐv ／ηp ）を受持ち、
蓄電回路電圧Ｖc が架線電圧Ｖt に回復すると電動負荷
Ｐmvだけになる。
（ｂ）において、蓄電回路電圧Ｖc は、前サイクルの減
速・制動の回生電力を充電して架線電圧Ｖt よりδＶだ
け高くなっているので、発進及び加速前期では電動負荷
Ｐma＝放電電力Ｐc であり、放電で蓄電回路電圧Ｖc が
架線電圧Ｖt まで下がった時t 架線電力Ｐt に移行開
始し、加速後期では放電電力Ｐc ＝Ｐma−Ｐt は破線図
示のように下がり、定常走行に至って（時点d ）電動
負荷Ｐmvが軽小になり、架線電力Ｐt は、破線図示の充
電電力Ｐc ＝Ｐt −Ｐmvを蓄電回路２９に返流しながら
電動負荷Ｐmv（＝走行抵抗負荷Ｐv ／ηp ）を受持ち、
蓄電回路電圧Ｖc が架線電圧Ｖt に回復すると電動負荷
Ｐmvだけになる。
【０１０９】減速では、全回生電力Ｐmbを蓄電回路２９
に返流・充電（即ちＰc ＝Ｐmb）ので、蓄電回路電圧Ｖ
m は架線電圧Ｖt より上がり、減速終期にはδＶだけ高
くなる。
に返流・充電（即ちＰc ＝Ｐmb）ので、蓄電回路電圧Ｖ
m は架線電圧Ｖt より上がり、減速終期にはδＶだけ高
くなる。
【０１１０】［電力量勘定］ 加速電動負荷Ｐma、放電
電力Ｐc 、受電電力Ｐt 、定常走行電動負荷Ｐmv、補充
電電力Ｐc 及び回生充電電力Ｐmb＝Ｐc の、それぞれの
作動時間ｔについての積分値が加速電力量Ｗma、放電電
力量Ｗca、受電電力量Ｗt 、定常走行電電力量Ｗmv、補
充電電力量Ｗcv、及び回生充電電力量Ｗmb＝Ｗcbであ
り、電力量勘定は Ｗma＋Ｗmv＝Ｗt ＋Ｗmb及びＷca＝Ｗcv＋Ｗcb となり、前述［エネルギ勘定］から、上式はそれぞれ Ｗa ／ηp ＋Ｗvv／ηp ＝Ｗt ＋Ｗb ＊ηp Ｗi ／ηp ＝Ｗv ／ηp ＋Ｗi ＊ηp となり、電力回収率εriは回生電力量Ｗmbの消費電力量
Ｗma＋Ｗmvに対する割合として εri＝Ｗmb／（Ｗma＋Ｗmv）＝Ｗcb／（Ｗca＋Ｗcv）＝
εbi＊ηp＾2 架線電力率εv は受電電力量Ｗt について同様に εv ＝Ｗt ／（Ｗma＋Ｗmv）＝１−εri Ｗt ＝Ｗmv＋Ｗma−Ｗmb＝Ｗv／ηp＋Ｗi＊（１／ηp−
ηp） となり、実効エネルギを為す抵抗エネルギＷv 及びその
片道処理に伴う損失ｗv＝Ｗv ＊（１−ηp ）と、無効
エネルギを為す慣性エネルギＷi の往復処理に伴う損失
ｗi ＝Ｗi ＊（１／ηp −ηp ）を受電電力量Ｗt で賄
うことを示している。
電力Ｐc 、受電電力Ｐt 、定常走行電動負荷Ｐmv、補充
電電力Ｐc 及び回生充電電力Ｐmb＝Ｐc の、それぞれの
作動時間ｔについての積分値が加速電力量Ｗma、放電電
力量Ｗca、受電電力量Ｗt 、定常走行電電力量Ｗmv、補
充電電力量Ｗcv、及び回生充電電力量Ｗmb＝Ｗcbであ
り、電力量勘定は Ｗma＋Ｗmv＝Ｗt ＋Ｗmb及びＷca＝Ｗcv＋Ｗcb となり、前述［エネルギ勘定］から、上式はそれぞれ Ｗa ／ηp ＋Ｗvv／ηp ＝Ｗt ＋Ｗb ＊ηp Ｗi ／ηp ＝Ｗv ／ηp ＋Ｗi ＊ηp となり、電力回収率εriは回生電力量Ｗmbの消費電力量
Ｗma＋Ｗmvに対する割合として εri＝Ｗmb／（Ｗma＋Ｗmv）＝Ｗcb／（Ｗca＋Ｗcv）＝
εbi＊ηp＾2 架線電力率εv は受電電力量Ｗt について同様に εv ＝Ｗt ／（Ｗma＋Ｗmv）＝１−εri Ｗt ＝Ｗmv＋Ｗma−Ｗmb＝Ｗv／ηp＋Ｗi＊（１／ηp−
ηp） となり、実効エネルギを為す抵抗エネルギＷv 及びその
片道処理に伴う損失ｗv＝Ｗv ＊（１−ηp ）と、無効
エネルギを為す慣性エネルギＷi の往復処理に伴う損失
ｗi ＝Ｗi ＊（１／ηp −ηp ）を受電電力量Ｗt で賄
うことを示している。
【０１１１】以上に述べた駅間の運転サイクルにおける
諸量の挙動を、表２に示す如く、標準的な列車編成に本
発明の動力方式を応用した電動客車について、表３に計
算値で示す。
諸量の挙動を、表２に示す如く、標準的な列車編成に本
発明の動力方式を応用した電動客車について、表３に計
算値で示す。
【０１１２】
【表２】
【０１１３】
【表３】
【０１１４】各駅停車及び小駅通過（急行）の車両の走
行速度域５０〜１２０km/hにおいて、［エネルギ勘定］
における制動エネルギ率εbiは約８０〜５７％、消費エ
ネルギの大部分から大半を占め、電力回収率は［電力量
勘定］における慣性エネルギの往復処理損失ｗi を減じ
即ちηp＾2＝0.802＾2＝0.643を乗じた値で約５０〜３
６％となり、それだけ電力消費量を節減できるが、εbi
とεriとの間にはかなりの落差、即ち電動機４１の突入
過負荷を伴う慣性エネルギＷi が往復する電動機、電力
制御及び蓄電の各回路３１、２７及び２９の電力損失ｗ
i があり、それぞれの回路３１、２７及び２９の効率η
m 、ηL 及びηc の積で成る総合効率（突入）ηp が重
要なことを示している。
行速度域５０〜１２０km/hにおいて、［エネルギ勘定］
における制動エネルギ率εbiは約８０〜５７％、消費エ
ネルギの大部分から大半を占め、電力回収率は［電力量
勘定］における慣性エネルギの往復処理損失ｗi を減じ
即ちηp＾2＝0.802＾2＝0.643を乗じた値で約５０〜３
６％となり、それだけ電力消費量を節減できるが、εbi
とεriとの間にはかなりの落差、即ち電動機４１の突入
過負荷を伴う慣性エネルギＷi が往復する電動機、電力
制御及び蓄電の各回路３１、２７及び２９の電力損失ｗ
i があり、それぞれの回路３１、２７及び２９の効率η
m 、ηL 及びηc の積で成る総合効率（突入）ηp が重
要なことを示している。
【０１１５】加速後期（t 以後）から定常走行終期
d までのｔt 秒間に架線電力Ｐt を受電し、加速終期
d に最大値（１８０〜６６０ＫＷ）となり、補充電終期
には定常走行負荷３５〜３３２ＫＷとなるが、電動機の
突入過負荷（軸負荷Ｐa ＝１２００〜２１６６〜１５４
７ＫＷ）より遥かに軽く、架線負荷の著しい軽減・平準
化を示している。
d までのｔt 秒間に架線電力Ｐt を受電し、加速終期
d に最大値（１８０〜６６０ＫＷ）となり、補充電終期
には定常走行負荷３５〜３３２ＫＷとなるが、電動機の
突入過負荷（軸負荷Ｐa ＝１２００〜２１６６〜１５４
７ＫＷ）より遥かに軽く、架線負荷の著しい軽減・平準
化を示している。
【０１１６】なお、定常走行では、その時間ｔv が運転
サイクルの走行時間ｔの略々６５〜８０％を占め、電動
機負荷はＰv ＝３２〜３００ＫＷ（軸負荷）、著しく〜
かなり軽負荷であることを示しており、鉄損ｐmiや励磁
電力等の無負荷損失の総合効率ηp への影響が無視でき
ない。
サイクルの走行時間ｔの略々６５〜８０％を占め、電動
機負荷はＰv ＝３２〜３００ＫＷ（軸負荷）、著しく〜
かなり軽負荷であることを示しており、鉄損ｐmiや励磁
電力等の無負荷損失の総合効率ηp への影響が無視でき
ない。
【０１１７】［勾配路運行］ 図８（ａ）のように、重
量Ｗの車両８０が平坦路８１から勾配ｓ（o/oo）の登坂
路８２及び降坂路８３を通り再び平坦路８４を走行する
場合（実線図示）あるいはその逆方向で降坂路８５及び
登坂路８６を走行するの場合（点線図示）において、図
８（ｂ）のように、車両８０の牽引力Ｆd は、平坦路８
１、８４では走行抵抗Ｆv のみ、登・降坂路８２、８３
では勾配抵抗Ｆs ＝ｓ＊Ｗが加わってＦd ＝Ｆv ±Ｆs
となり、勾配ｓが大きい即ちＦs ＞Ｆv では、降坂路８
３ではＦd が負（−）の値即ち制動力Ｆb ＝Ｆs −Ｆv
（絶対値）となり、走行速度ｖで同一勾配ｓの登・降坂
路８２、８３を走行した場合の牽引力行負荷をＰd ＝Ｆ
d ＊ｖ、抑速制動負荷をＰb ＝Ｆ＊ｖとすれば、その比
εbs＝Ｐb ／Ｐd は、勾配ｓにおける抑速動力率とな
る。
量Ｗの車両８０が平坦路８１から勾配ｓ（o/oo）の登坂
路８２及び降坂路８３を通り再び平坦路８４を走行する
場合（実線図示）あるいはその逆方向で降坂路８５及び
登坂路８６を走行するの場合（点線図示）において、図
８（ｂ）のように、車両８０の牽引力Ｆd は、平坦路８
１、８４では走行抵抗Ｆv のみ、登・降坂路８２、８３
では勾配抵抗Ｆs ＝ｓ＊Ｗが加わってＦd ＝Ｆv ±Ｆs
となり、勾配ｓが大きい即ちＦs ＞Ｆv では、降坂路８
３ではＦd が負（−）の値即ち制動力Ｆb ＝Ｆs −Ｆv
（絶対値）となり、走行速度ｖで同一勾配ｓの登・降坂
路８２、８３を走行した場合の牽引力行負荷をＰd ＝Ｆ
d ＊ｖ、抑速制動負荷をＰb ＝Ｆ＊ｖとすれば、その比
εbs＝Ｐb ／Ｐd は、勾配ｓにおける抑速動力率とな
る。
【０１１８】［電力回収率］ 図８（ｃ）において、平
坦路８１、８４では、電動機負荷Ｐm は走行抵抗負荷Ｐ
v に電動機損失ｐv が加わってＰmv＝Ｐv ＋ｐv 、登坂
路８０では勾配抵抗負荷Ｐs 及び電動機損失ｐd ＝ｐv
（走行抵抗分）＋ｐs （勾配抵抗分）が加わってＰmd＝
Ｐd ＋ｐd で力行し、降坂路８３では電動機損失ｐb＝
ｐs −ｐv を差し引いて回生電力Ｐmb＝Ｐb −ｐb （絶
対値）で抑速し、また、登坂路８２ではＰmd＝Ｐd ／η
p 、降坂路８３ではＰmb＝Ｐb ＊ηp であり、電力回収
率εrs＝Ｐmb／Ｐmd＝Ｐb ／Ｐd ＊ηp＾2＝εbs＊ηp
＾2となる。
坦路８１、８４では、電動機負荷Ｐm は走行抵抗負荷Ｐ
v に電動機損失ｐv が加わってＰmv＝Ｐv ＋ｐv 、登坂
路８０では勾配抵抗負荷Ｐs 及び電動機損失ｐd ＝ｐv
（走行抵抗分）＋ｐs （勾配抵抗分）が加わってＰmd＝
Ｐd ＋ｐd で力行し、降坂路８３では電動機損失ｐb＝
ｐs −ｐv を差し引いて回生電力Ｐmb＝Ｐb −ｐb （絶
対値）で抑速し、また、登坂路８２ではＰmd＝Ｐd ／η
p 、降坂路８３ではＰmb＝Ｐb ＊ηp であり、電力回収
率εrs＝Ｐmb／Ｐmd＝Ｐb ／Ｐd ＊ηp＾2＝εbs＊ηp
＾2となる。
【０１１９】以上に述べた勾配路運行における諸量の挙
動を、前述の表３と同様に、表４に計算値で示す。
動を、前述の表３と同様に、表４に計算値で示す。
【０１２０】
【表４】
【０１２１】［勾配路運行］における抑速動力率εbs
は、各速度ｖ（５０〜１００km/h）での直並列の電動機
全負荷限度の勾配ｓ（o/oo）（太線下線）で約８６〜２
８％、電力回収率εrsは約７０〜２２％、緩勾配（ｓ＝
１０o/oo）でもεbsは約５７〜２８％、εrsは約４２〜
２２％であり、それだけ電力消費量を節減できるが、電
動機４１の連続全負荷を伴う登・降坂で、位置のエネル
ギＷs の往復処理において、εbsとεrsとの間にかなり
の落差即ち電力損失ｐb があり、前述の慣性抵抗のもの
と同様に、総合効率（定常）ηp が重要であることを示
している。
は、各速度ｖ（５０〜１００km/h）での直並列の電動機
全負荷限度の勾配ｓ（o/oo）（太線下線）で約８６〜２
８％、電力回収率εrsは約７０〜２２％、緩勾配（ｓ＝
１０o/oo）でもεbsは約５７〜２８％、εrsは約４２〜
２２％であり、それだけ電力消費量を節減できるが、電
動機４１の連続全負荷を伴う登・降坂で、位置のエネル
ギＷs の往復処理において、εbsとεrsとの間にかなり
の落差即ち電力損失ｐb があり、前述の慣性抵抗のもの
と同様に、総合効率（定常）ηp が重要であることを示
している。
【０１２２】［充放電］ 図８（ｄ）、（ｅ）におい
て、平坦路８１及び登坂路８２の走行では、電動負荷Ｐ
mdは受電電力Ｐt で賄うので蓄電電圧Ｖc ＝Ｖt は不変
であるが、降坂路８３で回生電力Ｐmb＝Ｐc で充電する
ので蓄電電圧Ｖc はＶt ＋δＶに上昇、平坦路８４に入
り放電電力Ｐc だけ（Ｐt ＝０）で距離Ｓc ＝Ｓ＊Ｐmb
／Ｐmvを走行し、δＶ＝０（Ｖc ＝Ｖt ）に戻って受電
電力Ｐt に移行、また、点線図示のように、平坦路８４
から降坂路８５に入ったときは、上記と同様に回生電力
Ｐmbで充電し蓄電電圧Ｖc ＝Ｖt ＋δＶに上昇、登坂路
８６ではＶc ＝Ｖt に戻るまで放電電力Ｐc で走行して
受電電力Ｖt に移行し、登坂路８２を走行の場合と同
様、Ｖc ＝Ｖt で走行する。
て、平坦路８１及び登坂路８２の走行では、電動負荷Ｐ
mdは受電電力Ｐt で賄うので蓄電電圧Ｖc ＝Ｖt は不変
であるが、降坂路８３で回生電力Ｐmb＝Ｐc で充電する
ので蓄電電圧Ｖc はＶt ＋δＶに上昇、平坦路８４に入
り放電電力Ｐc だけ（Ｐt ＝０）で距離Ｓc ＝Ｓ＊Ｐmb
／Ｐmvを走行し、δＶ＝０（Ｖc ＝Ｖt ）に戻って受電
電力Ｐt に移行、また、点線図示のように、平坦路８４
から降坂路８５に入ったときは、上記と同様に回生電力
Ｐmbで充電し蓄電電圧Ｖc ＝Ｖt ＋δＶに上昇、登坂路
８６ではＶc ＝Ｖt に戻るまで放電電力Ｐc で走行して
受電電力Ｖt に移行し、登坂路８２を走行の場合と同
様、Ｖc ＝Ｖt で走行する。
【０１２３】［蓄電調整］なお、降坂路８３の落差Ｈが
大きい場合は、δＶが大きく蓄電電圧Ｖc がかなり上昇
するが、降坂路８３の手前で受電接触器７を開路して蓄
電電力Ｐc だけで運転し、破線図示のように、Ｖc を予
め例えばδＶ／２だけ下げておき、降坂終期のＶc の過
昇（過充電）を回避するのが運転操作及び電力制御が簡
単であり、また、受電電力Ｐt を降圧チョッパ制御で絞
り、勾配抵抗負荷Ｐsに見合う放電電力Ｐc を消費し、
鎖線図示の如く蓄電電圧Ｖc をδＶまで下げながら登坂
路８２を力行し、降坂路８３を充電電力Ｐc で抑速走行
し、受電電力Ｐt を平準化してもよい。
大きい場合は、δＶが大きく蓄電電圧Ｖc がかなり上昇
するが、降坂路８３の手前で受電接触器７を開路して蓄
電電力Ｐc だけで運転し、破線図示のように、Ｖc を予
め例えばδＶ／２だけ下げておき、降坂終期のＶc の過
昇（過充電）を回避するのが運転操作及び電力制御が簡
単であり、また、受電電力Ｐt を降圧チョッパ制御で絞
り、勾配抵抗負荷Ｐsに見合う放電電力Ｐc を消費し、
鎖線図示の如く蓄電電圧Ｖc をδＶまで下げながら登坂
路８２を力行し、降坂路８３を充電電力Ｐc で抑速走行
し、受電電力Ｐt を平準化してもよい。
【０１２４】以上述べた［充放電］及び［蓄電調整］に
おける蓄電関係諸量及び運行標高差について、前述の慣
性抵抗関係のものとともに、表５に計算値を示す。
おける蓄電関係諸量及び運行標高差について、前述の慣
性抵抗関係のものとともに、表５に計算値を示す。
【０１２５】
【表５】
【０１２６】駅間運転サイクルの加・減速での充・放電
に伴う蓄電電圧の昇降δＶi が、上述の降坂直前及び降
坂終期での蓄電電圧の昇降δＶs に重なるので、それが
許容値±２０％（電気鉄道基準）以内とするよう蓄電電
圧昇降値δＶs ＝0.2 −δＶi （絶対値）を採り、運行
限度標高差Ｈmax 及びその走破時間即ち充放電時間ｔc
を求めたもので、各速度ｖの限度勾配ｓmax （太線下
線）ではＨmax は約２００〜２７０ｍ、緩勾配ｓ＝１０
o/ooでは約２５０ｍ以上、通常の標高差の勾配線には充
分であるが、その勾配路の走破での充放電時間ｔc は限
度勾配ｓmax では６分前後、倍電圧短時走破ではその半
分の如き極めて苛酷な充放電債務を示している。
に伴う蓄電電圧の昇降δＶi が、上述の降坂直前及び降
坂終期での蓄電電圧の昇降δＶs に重なるので、それが
許容値±２０％（電気鉄道基準）以内とするよう蓄電電
圧昇降値δＶs ＝0.2 −δＶi （絶対値）を採り、運行
限度標高差Ｈmax 及びその走破時間即ち充放電時間ｔc
を求めたもので、各速度ｖの限度勾配ｓmax （太線下
線）ではＨmax は約２００〜２７０ｍ、緩勾配ｓ＝１０
o/ooでは約２５０ｍ以上、通常の標高差の勾配線には充
分であるが、その勾配路の走破での充放電時間ｔc は限
度勾配ｓmax では６分前後、倍電圧短時走破ではその半
分の如き極めて苛酷な充放電債務を示している。
【０１２７】なお、蓄電調整で距離Ｓの降坂路前後の平
坦路での無受電走行の合計距離倍数ΣＳc ／Ｓ＝Ｐb ／
Ｐv ＊ηp＾2はかなりの値であり、前述の電力回収率ε
rsによる電力消費量節減がそれに現われている 訳であ
る。
坦路での無受電走行の合計距離倍数ΣＳc ／Ｓ＝Ｐb ／
Ｐv ＊ηp＾2はかなりの値であり、前述の電力回収率ε
rsによる電力消費量節減がそれに現われている 訳であ
る。
【０１２８】［電動機の特性］ 図９及び図１０におい
て、それぞれ横軸の上側の電動・放電において、電機子
群の全直列、直並列及び全並列ついて、全界磁の電動域
即ち速度、及び以下では、運転Ａモードでそれぞ
れ一定の限度電流Ｉm ＝Ｉa、Ｉm ＝２＊Ｉa 及びＩm
＝４＊Ｉa と一定の限度トルクＴm を持つ定トルク域、
それ以上の速度〜d 、〜d 及び〜d では、
運転Ｍモードで界磁磁束Φc と共に電機子群電流Ｉm も
整流限度のため速度に反比例して低下し、従ってトルク
Ｔd が速度の２乗に反比例する直巻形の垂下トルク域と
なり、また、一定の定格電流Ｉmf（全並列では点線図示
の短時定格、）でのトルクＴf は、全界磁の電動域即ち
速度、及び以下では定トルク、それ以上〜f 、
〜f及び〜f では速度に反比例する定出力トル
クとなる。
て、それぞれ横軸の上側の電動・放電において、電機子
群の全直列、直並列及び全並列ついて、全界磁の電動域
即ち速度、及び以下では、運転Ａモードでそれぞ
れ一定の限度電流Ｉm ＝Ｉa、Ｉm ＝２＊Ｉa 及びＩm
＝４＊Ｉa と一定の限度トルクＴm を持つ定トルク域、
それ以上の速度〜d 、〜d 及び〜d では、
運転Ｍモードで界磁磁束Φc と共に電機子群電流Ｉm も
整流限度のため速度に反比例して低下し、従ってトルク
Ｔd が速度の２乗に反比例する直巻形の垂下トルク域と
なり、また、一定の定格電流Ｉmf（全並列では点線図示
の短時定格、）でのトルクＴf は、全界磁の電動域即ち
速度、及び以下では定トルク、それ以上〜f 、
〜f及び〜f では速度に反比例する定出力トル
クとなる。
【０１２９】これらの電機子群電流Ｉm は、速度、及び
以下では、電子制御回路１７の出力側リアクトル１０に
負荷されるが、入力側リアクトル８には速度ｖに比例す
る電流ＩL （＝放電電流Ｉc またはそれに受電電流Ｉt
が加わる）が流入し、速度〜d 、〜d 及び〜
d では、放電電流Ｉc に電子制御回路１７を通るＩt
を重累して給電され、速度に反比例する電機子群電流Ｉ
m となる。
以下では、電子制御回路１７の出力側リアクトル１０に
負荷されるが、入力側リアクトル８には速度ｖに比例す
る電流ＩL （＝放電電流Ｉc またはそれに受電電流Ｉt
が加わる）が流入し、速度〜d 、〜d 及び〜
d では、放電電流Ｉc に電子制御回路１７を通るＩt
を重累して給電され、速度に反比例する電機子群電流Ｉ
m となる。
【０１３０】それぞれ横軸の下側の回生・充電において
も、上記と同様即ち横軸について略々対称の図表とな
り、速度、及び以下では限度トルクＴm の定トルク域、
それ以上の速度〜d 、〜d 及び〜d では速
度に反比例の電流Ｉm と速度の２乗に反比例のトルクＴ
d の直巻形垂下トルク域、また、定格電流Ｉmfでのトル
クＴf は、速度、及び以下では定トルク、それ以
上〜d 、〜d 及び〜d では定出力トルクと
なり、なお、電機子群電流Ｉm は、速度、及び以
下では、入力側リアクトル８に流入するが、出力側リア
クトル１０には速度ｖに比例する電流ＩL ＝充電電流Ｉ
c が流れ、速度〜d 、〜d 及び〜d では、
上記と同様に速度に反比例する電機子群電流Ｉm とな
る。
も、上記と同様即ち横軸について略々対称の図表とな
り、速度、及び以下では限度トルクＴm の定トルク域、
それ以上の速度〜d 、〜d 及び〜d では速
度に反比例の電流Ｉm と速度の２乗に反比例のトルクＴ
d の直巻形垂下トルク域、また、定格電流Ｉmfでのトル
クＴf は、速度、及び以下では定トルク、それ以
上〜d 、〜d 及び〜d では定出力トルクと
なり、なお、電機子群電流Ｉm は、速度、及び以
下では、入力側リアクトル８に流入するが、出力側リア
クトル１０には速度ｖに比例する電流ＩL ＝充電電流Ｉ
c が流れ、速度〜d 、〜d 及び〜d では、
上記と同様に速度に反比例する電機子群電流Ｉm とな
る。
【０１３１】なお、電機子群抵抗ｒm による電圧降下ｅ
m ＝Ｉm ＊ｒm のため、図９の速度ｖ−電流Ｉ線図及び
図１０の速度ｖ−トルクＴ線図は、電動（横軸の上側）
では低速側にｅm ％（＝ｅm ／Ｖm ）、回生側（横軸の
下側）では高速側にｅm ％（＝ｅm ／Ｅm ）の、それぞ
れ速度変動を持ち、発進時のリアクトル８の電流は、
ＩL ＝Ｉm ＊ｅm ／Ｖm 、回生ブレーキ終点から電機
子電流Ｉm を減じながら発電ブレーキが働く（実際に
は、速度変動ｅm （％）には、電子制御回路１７等関連
回路の電圧降下がそれぞれの負荷に応じて加わるが説明
の都合上省略）。
m ＝Ｉm ＊ｒm のため、図９の速度ｖ−電流Ｉ線図及び
図１０の速度ｖ−トルクＴ線図は、電動（横軸の上側）
では低速側にｅm ％（＝ｅm ／Ｖm ）、回生側（横軸の
下側）では高速側にｅm ％（＝ｅm ／Ｅm ）の、それぞ
れ速度変動を持ち、発進時のリアクトル８の電流は、
ＩL ＝Ｉm ＊ｅm ／Ｖm 、回生ブレーキ終点から電機
子電流Ｉm を減じながら発電ブレーキが働く（実際に
は、速度変動ｅm （％）には、電子制御回路１７等関連
回路の電圧降下がそれぞれの負荷に応じて加わるが説明
の都合上省略）。
【０１３２】［負荷・加速度特性］ 図１０において、
上述の速度ｖ−トルクＴ特性線図に各軌道勾配ｓ（o/o
o）及び平坦路（ｓ＝０）における加・減速度α、βを
重ねて示せば、全電圧連続定格の直並列では、速度
（例えばｖ＝約４５km/h）からf （例えばｖ＝約１２
５km/h）に加速する場合、速度ｖの２乗に反比例して急
に低下する垂下トルクＴd では加速度αが急激に低下す
るが、倍電圧短時定格の全並列で加速すれば、速度の
倍速（ｖ＝約９５km/h）まで強力なトルクＴm で定ト
ルク加速、それ以上は垂下トルクＴd でもf ではＴd
＝０．８＊Ｔm で強力であり、両者のｖ−Ｔ線図と走行
抵抗線図（例えばｓ＝０）が成す面積即ち加速度積分値
を比較すると、前者はＢo ・Ｂ・Ｄf ・Ｄo 、後者はＢ
o ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｄo となり、高速域の平均加速度が著
しい向上（倍増以上）を示しており、また、回生ブレー
キにおいても、平坦路（ｓ＝０）の走行抵抗負荷が制動
側に働く以外は、横軸について略々対称であり、加速度
αと同様な減速度βが得られる。
上述の速度ｖ−トルクＴ特性線図に各軌道勾配ｓ（o/o
o）及び平坦路（ｓ＝０）における加・減速度α、βを
重ねて示せば、全電圧連続定格の直並列では、速度
（例えばｖ＝約４５km/h）からf （例えばｖ＝約１２
５km/h）に加速する場合、速度ｖの２乗に反比例して急
に低下する垂下トルクＴd では加速度αが急激に低下す
るが、倍電圧短時定格の全並列で加速すれば、速度の
倍速（ｖ＝約９５km/h）まで強力なトルクＴm で定ト
ルク加速、それ以上は垂下トルクＴd でもf ではＴd
＝０．８＊Ｔm で強力であり、両者のｖ−Ｔ線図と走行
抵抗線図（例えばｓ＝０）が成す面積即ち加速度積分値
を比較すると、前者はＢo ・Ｂ・Ｄf ・Ｄo 、後者はＢ
o ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｄo となり、高速域の平均加速度が著
しい向上（倍増以上）を示しており、また、回生ブレー
キにおいても、平坦路（ｓ＝０）の走行抵抗負荷が制動
側に働く以外は、横軸について略々対称であり、加速度
αと同様な減速度βが得られる。
【０１３３】上記の高速運転での加速積分値を発進か
らのもので比較すると、直並列までではＡo ・Ａ・Ｂ・
Ｄf ・Ｄo 、全並列までではＡo ・Ａ・Ｃ・Ｄ・Ｄo 、
後者は前者の１．５倍を上回る値になりそれだけ高速運
転での平均加速度が増したことになるので、逆に加・減
速トルク即ち突入過負荷をそれだけ軽減してもよく、電
力制御、蓄電及び電動機の各回路２７、２９及び３１の
損失低減による効率ηpの向上、乗客の加速度感の軽減
及び加・減速度α、βの余裕を急勾配に利用できる。
らのもので比較すると、直並列までではＡo ・Ａ・Ｂ・
Ｄf ・Ｄo 、全並列までではＡo ・Ａ・Ｃ・Ｄ・Ｄo 、
後者は前者の１．５倍を上回る値になりそれだけ高速運
転での平均加速度が増したことになるので、逆に加・減
速トルク即ち突入過負荷をそれだけ軽減してもよく、電
力制御、蓄電及び電動機の各回路２７、２９及び３１の
損失低減による効率ηpの向上、乗客の加速度感の軽減
及び加・減速度α、βの余裕を急勾配に利用できる。
【０１３４】全並列で所定の速度（例えば ｖ＝１２５
km/h）まで加速して直並列に戻せば、界磁は４０％Φ
（＝５０km/h／１２５km/h）となり、平坦路では電動機
４１は略々半負荷で運転し銅損ｐmc＝０．５＾2 ＝２５
％、鉄損ｐmi及び励磁電力Ｐfはそれぞれ全電圧連続定
格の１００％及び０．４＾2 ＝１６％となり、無負荷損
失を負荷損失に協調して低減し軽負荷においても効率η
p を稼ぐ。
km/h）まで加速して直並列に戻せば、界磁は４０％Φ
（＝５０km/h／１２５km/h）となり、平坦路では電動機
４１は略々半負荷で運転し銅損ｐmc＝０．５＾2 ＝２５
％、鉄損ｐmi及び励磁電力Ｐfはそれぞれ全電圧連続定
格の１００％及び０．４＾2 ＝１６％となり、無負荷損
失を負荷損失に協調して低減し軽負荷においても効率η
p を稼ぐ。
【０１３５】中速運転（例えば６０km/h）では、直並列
まで進段して加・減速し全直列に戻し、界磁制御を４０
％Φ（＝２５km/h／６０km/h）にして定常走行すれば、
緩勾配路（ｓ＝５o/oo）でも電動機４１は略々４半負荷
以下、ｐmc＝０．２５＾2 ＝６．３％、ｐmi＝０．５＾
2 ＝２５％及びＰf ＝０．４＾2 ＝１６％となり、無負
荷損失を更に低減して効率ηp を稼ぐ。
まで進段して加・減速し全直列に戻し、界磁制御を４０
％Φ（＝２５km/h／６０km/h）にして定常走行すれば、
緩勾配路（ｓ＝５o/oo）でも電動機４１は略々４半負荷
以下、ｐmc＝０．２５＾2 ＝６．３％、ｐmi＝０．５＾
2 ＝２５％及びＰf ＝０．４＾2 ＝１６％となり、無負
荷損失を更に低減して効率ηp を稼ぐ。
【０１３６】上記の如き中・高速運転では、１段上の電
機子接続（直並列、全並列）で加・減速を行なうため、
その加速終期及び減速初期の垂下トルクＴd は充分大き
いので、定常走行（全直列及び直並列）では余裕トルク
は小さくてもよく、界磁をもっと弱めて（例えば３３
％）それぞれ全界磁の上限速度の３倍速（全直列で７０
〜７５km/h、直並列で１３０〜１５０km/h）まで増速可
能である。
機子接続（直並列、全並列）で加・減速を行なうため、
その加速終期及び減速初期の垂下トルクＴd は充分大き
いので、定常走行（全直列及び直並列）では余裕トルク
は小さくてもよく、界磁をもっと弱めて（例えば３３
％）それぞれ全界磁の上限速度の３倍速（全直列で７０
〜７５km/h、直並列で１３０〜１５０km/h）まで増速可
能である。
【０１３７】なお、急勾配路を走行するときは、負荷に
従い自動的に界磁を強め速度ｖを下げて全負荷電流Ｉmf
でのトルクＴf 以内の負荷で運転するが、後述の操作で
１段上の電機子接続（直並列連続、全並列短時）のＴf
領域を使用し、あるいはその勾配路が短距離であれば、
過負荷トルクＴd 領域で短時運転し速度ｖを下げずに走
り抜けることができる。
従い自動的に界磁を強め速度ｖを下げて全負荷電流Ｉmf
でのトルクＴf 以内の負荷で運転するが、後述の操作で
１段上の電機子接続（直並列連続、全並列短時）のＴf
領域を使用し、あるいはその勾配路が短距離であれば、
過負荷トルクＴd 領域で短時運転し速度ｖを下げずに走
り抜けることができる。
【０１３８】［運転サイクルでの電圧・電流］ 図１１
（ａ）において、運転サイクルでの電機子群及び単電機
子の電圧Ｖm 、Ｖa 、充放電の電圧Ｖc 及び電子制御回
路２７の蓄電回路２９側の電圧ＶL を示せば、運転Ａモ
ードの定トルク加速〜においてＶL ＝Ｖc （一
定）、〜ではＶm ＝４＊Ｖa 、〜ではＶm ＝２
＊Ｖa 、〜ではＶm ＝Ｖa でそれぞれ鋸歯状、運転
Ｍモード〜ではＶc ＝Ｖm （一定）、その垂下トル
ク加速〜d では全並列でＶm ＝Ｖa 、定常走行d
〜d では直並列でＶm ＝２＊Ｖa 、垂下トルク減速域
d 〜及び定トルク減速域の〜では、それぞれ
〜d 及び〜のものと同様であり、また、図１１
（ｂ）において、各々の電流Ｉm 、Ｉa 、Ｉc 及びＩL
は、前述の図９と同様である。
（ａ）において、運転サイクルでの電機子群及び単電機
子の電圧Ｖm 、Ｖa 、充放電の電圧Ｖc 及び電子制御回
路２７の蓄電回路２９側の電圧ＶL を示せば、運転Ａモ
ードの定トルク加速〜においてＶL ＝Ｖc （一
定）、〜ではＶm ＝４＊Ｖa 、〜ではＶm ＝２
＊Ｖa 、〜ではＶm ＝Ｖa でそれぞれ鋸歯状、運転
Ｍモード〜ではＶc ＝Ｖm （一定）、その垂下トル
ク加速〜d では全並列でＶm ＝Ｖa 、定常走行d
〜d では直並列でＶm ＝２＊Ｖa 、垂下トルク減速域
d 〜及び定トルク減速域の〜では、それぞれ
〜d 及び〜のものと同様であり、また、図１１
（ｂ）において、各々の電流Ｉm 、Ｉa 、Ｉc 及びＩL
は、前述の図９と同様である。
【０１３９】単電機子の電圧Ｖa 、電流Ｉa 及び起電力
Ｅa については、鎖線図示（但しＶa ＝Ｖm 及びＩa ＝
Ｉm の領域では実線表示）のように、運転Ａモードの定
トルク加速〜及び運転Ｂモードの定トルク減速〜
ではＶa は速度ｖに比例して昇降し、単電機子の連続
定格電圧をＶao＝Ｖt ／２として、全直列、直並列及び
全並列のそれぞれ上限・、・及び・でＶa
＝Ｖao／２（半電圧）＝Ｖc ／４、Ｖa ＝Ｖao（全電
圧）＝Ｖc ／２及びＶa ＝２＊Ｖao（倍電圧）＝Ｖc と
なり、Ｉa は突入過負荷の一定値をとり、運転Ｍモード
〜では、垂下トルク加速〜d 及び減速d 〜
でＶa ＝２＊Ｖao（倍電圧）の一定値、Ｉa は突入過負
荷から速度ｖに反比例して減少、定常走行d 〜d で
はＶa ＝Ｖao（全電圧）、Ｉa は定常走行負荷Ｐv に見
合う値で軽少な値をとる。
Ｅa については、鎖線図示（但しＶa ＝Ｖm 及びＩa ＝
Ｉm の領域では実線表示）のように、運転Ａモードの定
トルク加速〜及び運転Ｂモードの定トルク減速〜
ではＶa は速度ｖに比例して昇降し、単電機子の連続
定格電圧をＶao＝Ｖt ／２として、全直列、直並列及び
全並列のそれぞれ上限・、・及び・でＶa
＝Ｖao／２（半電圧）＝Ｖc ／４、Ｖa ＝Ｖao（全電
圧）＝Ｖc ／２及びＶa ＝２＊Ｖao（倍電圧）＝Ｖc と
なり、Ｉa は突入過負荷の一定値をとり、運転Ｍモード
〜では、垂下トルク加速〜d 及び減速d 〜
でＶa ＝２＊Ｖao（倍電圧）の一定値、Ｉa は突入過負
荷から速度ｖに反比例して減少、定常走行d 〜d で
はＶa ＝Ｖao（全電圧）、Ｉa は定常走行負荷Ｐv に見
合う値で軽少な値をとる。
【０１４０】なお、電機子抵抗降下ｅa のため電機子起
電力Ｅa は、図１１（ａ）に２点鎖線図示のように加速
及び力行（定常走行）即ち電動ではＥa ＝Ｖa −ｅa 、
減速及び抑速（降坂走行、図示省略）即ち回生ではＥa
＝Ｖa ＋ｅa となる。
電力Ｅa は、図１１（ａ）に２点鎖線図示のように加速
及び力行（定常走行）即ち電動ではＥa ＝Ｖa −ｅa 、
減速及び抑速（降坂走行、図示省略）即ち回生ではＥa
＝Ｖa ＋ｅa となる。
【０１４１】［運転サイクルでの電動機損失］ 図１１
（ｃ）において無負荷損失を代表する鉄損ｐmiは、主に
界磁強さΦと回転数Ｎm （速度ｖ）との積即ち電機子起
電力Ｅa の２乗に比例するので、全電圧定格の鉄損をｐ
riとすれば、定トルク域〜及び〜において、発
進点及び回生下限ではｐmi＝０、全直列上限及び
では半電圧でｐmi＝ｐri／４、直並列上限及びで
は全電圧でｐmi＝ｐri、全並列上限及びでは倍電圧
でｐmi＝４＊ｐri、垂下トルク域〜d 及び〜d
においては界磁制御でＥa が倍電圧一定でｐmi＝４＊ｐ
ri、定常走行d 〜d では直並列でΦ、ｖとも一定の
全電圧でｐmi＝ｐriとなり、また、負荷損失を代表する
銅損ｐmcは電機子電流Ｉa の２乗に比例するので、全負
荷電流での銅損をｐrc負荷率をλとすればｐmc＝ｐrc＊
λ＾2 、定トルク〜では突入過負荷（例えばλ＝
２．５）でｐmcは大きく（６．２５＊ｐrc）、垂下トル
ク域〜d では速度ｖに反比例のＩa の２乗に反比例
のｐmcとなり、定常走行d〜d ではλは小さく（例
えば半負荷）でｐmcは著しく小さく（ｐmc＝ｐrc／４）
なる。
（ｃ）において無負荷損失を代表する鉄損ｐmiは、主に
界磁強さΦと回転数Ｎm （速度ｖ）との積即ち電機子起
電力Ｅa の２乗に比例するので、全電圧定格の鉄損をｐ
riとすれば、定トルク域〜及び〜において、発
進点及び回生下限ではｐmi＝０、全直列上限及び
では半電圧でｐmi＝ｐri／４、直並列上限及びで
は全電圧でｐmi＝ｐri、全並列上限及びでは倍電圧
でｐmi＝４＊ｐri、垂下トルク域〜d 及び〜d
においては界磁制御でＥa が倍電圧一定でｐmi＝４＊ｐ
ri、定常走行d 〜d では直並列でΦ、ｖとも一定の
全電圧でｐmi＝ｐriとなり、また、負荷損失を代表する
銅損ｐmcは電機子電流Ｉa の２乗に比例するので、全負
荷電流での銅損をｐrc負荷率をλとすればｐmc＝ｐrc＊
λ＾2 、定トルク〜では突入過負荷（例えばλ＝
２．５）でｐmcは大きく（６．２５＊ｐrc）、垂下トル
ク域〜d では速度ｖに反比例のＩa の２乗に反比例
のｐmcとなり、定常走行d〜d ではλは小さく（例
えば半負荷）でｐmcは著しく小さく（ｐmc＝ｐrc／４）
なる。
【０１４２】電機子損失ｐm ＝ｐmi＋ｐmcは、全直列及
び直並列ではｐmi＝＜ｐriのため殆どが銅損ｐmcであ
り、全並列においてｐmi＞ｐri、定トルク加・減速上限
から垂下トルク域〜d 及びd 〜において鉄損ｐ
miは最大値ｐmimax ＝４＊ｐriとなるがその発進から
の平均値は小さく、また、一般に電動機は、鉄芯材質の
向上もあり、過負荷トルクが大きな鉄機械においてもｐ
ri＜ｐrc（例えばｐri＝略々ｐrc／２）であり、倍電圧
で全電圧定格の２倍の短時出力の割には、電機子損失ｐ
m の増加率ε＝ｐm4／ｐm3は小さく（例えば２５０％突
入過負荷の場合ε＝１．２２）、加・減速が短時（１分
程度）で終わるため電機子温度上昇をあまり増加させな
い。
び直並列ではｐmi＝＜ｐriのため殆どが銅損ｐmcであ
り、全並列においてｐmi＞ｐri、定トルク加・減速上限
から垂下トルク域〜d 及びd 〜において鉄損ｐ
miは最大値ｐmimax ＝４＊ｐriとなるがその発進から
の平均値は小さく、また、一般に電動機は、鉄芯材質の
向上もあり、過負荷トルクが大きな鉄機械においてもｐ
ri＜ｐrc（例えばｐri＝略々ｐrc／２）であり、倍電圧
で全電圧定格の２倍の短時出力の割には、電機子損失ｐ
m の増加率ε＝ｐm4／ｐm3は小さく（例えば２５０％突
入過負荷の場合ε＝１．２２）、加・減速が短時（１分
程度）で終わるため電機子温度上昇をあまり増加させな
い。
【０１４３】このように全並列の定トルク上限〜垂下ト
ルク域では、電機子倍電圧のため、鉄損ｐmiは４＊ｐri
に増すが、電機子電流Ｉa を全負荷値にとっても、全損
失ｐms（点線図示）は、ｐri＝ｐrc／２とすれば、定格
ｐr ＝ｐri＋ｐrcの２倍即ち全電圧定格での軸負荷１４
０％（＝２＾1/2 ）相当の熱負荷のため、数分間の運転
継続が可能、図１０に点線図示の負荷トルクＴf （短
時）以内で１０ｋｍ程度の急勾配路を高速のまま走り抜
けることができる。
ルク域では、電機子倍電圧のため、鉄損ｐmiは４＊ｐri
に増すが、電機子電流Ｉa を全負荷値にとっても、全損
失ｐms（点線図示）は、ｐri＝ｐrc／２とすれば、定格
ｐr ＝ｐri＋ｐrcの２倍即ち全電圧定格での軸負荷１４
０％（＝２＾1/2 ）相当の熱負荷のため、数分間の運転
継続が可能、図１０に点線図示の負荷トルクＴf （短
時）以内で１０ｋｍ程度の急勾配路を高速のまま走り抜
けることができる。
【０１４４】［電子制御回路の諸量］ 図１２（ａ）に
おいて、電子制御回路１７の制御Ｃ２モードでの降圧チ
ョッパ制御の主要素の回路を示せば、リアクトル８とコ
ンデンサ１３はＬＣ平滑回路を形成し入力電圧Ｖc 、電
流ＩL を受け、チョッパ９のｏｎ−ｏｆｆ作動で周波数
ｆ、周期ｔ＝１／ｆ、通流幅ε＝ｔon／ｔの断続電流Ｉ
chを、リアクトル１０とダイオード１４で平滑な出力電
圧Ｖm ＝ε＊Ｖc 、電流Ｉm ＝ＩL ／εに変換するが、
リアクトル８、１０はそれぞれインダクタンスＬ1 、Ｌ
2 及び巻線抵抗ｒL1、ｒL2を持ち、電流ＩL 、Ｉm で損
失ｐL1、ｐL2を、ダイオード１４は通流幅（１−ε）の
還流電流Ｉd ＝Ｉm で損失ｐd を、チョッパ９は後述の
損失ｐchを、それぞれ生ずる。
おいて、電子制御回路１７の制御Ｃ２モードでの降圧チ
ョッパ制御の主要素の回路を示せば、リアクトル８とコ
ンデンサ１３はＬＣ平滑回路を形成し入力電圧Ｖc 、電
流ＩL を受け、チョッパ９のｏｎ−ｏｆｆ作動で周波数
ｆ、周期ｔ＝１／ｆ、通流幅ε＝ｔon／ｔの断続電流Ｉ
chを、リアクトル１０とダイオード１４で平滑な出力電
圧Ｖm ＝ε＊Ｖc 、電流Ｉm ＝ＩL ／εに変換するが、
リアクトル８、１０はそれぞれインダクタンスＬ1 、Ｌ
2 及び巻線抵抗ｒL1、ｒL2を持ち、電流ＩL 、Ｉm で損
失ｐL1、ｐL2を、ダイオード１４は通流幅（１−ε）の
還流電流Ｉd ＝Ｉm で損失ｐd を、チョッパ９は後述の
損失ｐchを、それぞれ生ずる。
【０１４５】図１２（ｂ）において、制御Ｃ２モードで
の昇圧チョッパ制御の主要素の回路を示せば、リアクト
ル８は、入力電圧Ｖm 、電流Ｉm を受け、チョッパ９の
ｏｎ−ｏｆｆ作動で上記と同様に１−ε＝ｔon／ｔの断
続電流Ｉchで電圧Ｖc を誘起し、ダイオード１２の還流
及び逆流阻止作用でコンデンサ１３に充電し、リアクト
ル１０を通って平滑な出力電圧Ｖc ＝Ｖm ／ε、電流Ｉ
c に変換するが、リアクトル８、１０はそれぞれ電流Ｉ
m 、Ｉc で損失ｐL1、ｐL2を、ダイオード１２は通流幅
εの還流電流Ｉd ＝Ｉm で損失ｐd を、チョッパ９は下
記の損失ｐchを、それぞれ生ずる。
の昇圧チョッパ制御の主要素の回路を示せば、リアクト
ル８は、入力電圧Ｖm 、電流Ｉm を受け、チョッパ９の
ｏｎ−ｏｆｆ作動で上記と同様に１−ε＝ｔon／ｔの断
続電流Ｉchで電圧Ｖc を誘起し、ダイオード１２の還流
及び逆流阻止作用でコンデンサ１３に充電し、リアクト
ル１０を通って平滑な出力電圧Ｖc ＝Ｖm ／ε、電流Ｉ
c に変換するが、リアクトル８、１０はそれぞれ電流Ｉ
m 、Ｉc で損失ｐL1、ｐL2を、ダイオード１２は通流幅
εの還流電流Ｉd ＝Ｉm で損失ｐd を、チョッパ９は下
記の損失ｐchを、それぞれ生ずる。
【０１４６】図１２（ｃ）において、チョッパ９の電圧
Ｖch、電流Ｉchが上記の周波数ｆ、周期ｔ＝１／ｆ、通
流率ε＝ｔon／ｔでｏｎ−ｏｆｆ作動するとき、まず、
ｏｎ状態では正方向電圧降下ｅon＝約３Ｖ、電動・回生
出力が小さい加速初期及び減速終期を除きε＝０．５〜
１．０、回路電圧Ｖc ＝１５００Ｖとして、通流損失ｐ
onは、 降圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖc ｐon％＝ｅon／Ｖc ＊ε＝０．１〜０．２％ 昇圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖm ＝Ｖc ＊ε ｐon％＝ｅon／Ｖc ＊（１−ε）／ε＝０．２〜０％ 次に、ｏｎ、ｏｆｆ転流時（ｔson 、ｔsoff）にＶch、
Ｉchとも直線的に変化するものと概括すれば、瞬時転流
損失ｐtrはＶch＊Ｉch／（４＊1.57）＝Ｐch／6.28（近
似正弦波であり平均値は波高値の１／1.57）、１周期あ
たりの転流損失ｐtrは、転流時間計ｔs ＝ｔson ＋ｔso
ffとして、 降圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖc 、Ｉch＝ＩL ／ε 昇圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖc ＝Ｖm ／ε、Ｉch＝Ｉ
m いずれもｐtr＝Ｐch／6.28＊ｔs ／ｔ＊１／ε となり、作動周波数ｆ＝１０００Ｈｚとすればｔ＝１ｍ
ｓ、ＧＴＯサイリスタ（Gate Turn-Off Thirister）の
如き高速作動の制御素子では、ｔs ＝５０μｓ程度であ
りいずれもｐtr／Ｐch＝１．５９〜０ ．８０％従って
チョッパ９の全損失ｐch（％）はｐonを加算し 降圧チョッパ制御ではｐch＝１．６９〜１．００％ 昇圧チョッパ制御ではｐch＝１．７９〜０．８０％ となり、かなり高い周波数でも、制御素子の選定次第で
その損失を充分局限できる。
Ｖch、電流Ｉchが上記の周波数ｆ、周期ｔ＝１／ｆ、通
流率ε＝ｔon／ｔでｏｎ−ｏｆｆ作動するとき、まず、
ｏｎ状態では正方向電圧降下ｅon＝約３Ｖ、電動・回生
出力が小さい加速初期及び減速終期を除きε＝０．５〜
１．０、回路電圧Ｖc ＝１５００Ｖとして、通流損失ｐ
onは、 降圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖc ｐon％＝ｅon／Ｖc ＊ε＝０．１〜０．２％ 昇圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖm ＝Ｖc ＊ε ｐon％＝ｅon／Ｖc ＊（１−ε）／ε＝０．２〜０％ 次に、ｏｎ、ｏｆｆ転流時（ｔson 、ｔsoff）にＶch、
Ｉchとも直線的に変化するものと概括すれば、瞬時転流
損失ｐtrはＶch＊Ｉch／（４＊1.57）＝Ｐch／6.28（近
似正弦波であり平均値は波高値の１／1.57）、１周期あ
たりの転流損失ｐtrは、転流時間計ｔs ＝ｔson ＋ｔso
ffとして、 降圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖc 、Ｉch＝ＩL ／ε 昇圧チョッパ制御ではＶch＝Ｖc ＝Ｖm ／ε、Ｉch＝Ｉ
m いずれもｐtr＝Ｐch／6.28＊ｔs ／ｔ＊１／ε となり、作動周波数ｆ＝１０００Ｈｚとすればｔ＝１ｍ
ｓ、ＧＴＯサイリスタ（Gate Turn-Off Thirister）の
如き高速作動の制御素子では、ｔs ＝５０μｓ程度であ
りいずれもｐtr／Ｐch＝１．５９〜０ ．８０％従って
チョッパ９の全損失ｐch（％）はｐonを加算し 降圧チョッパ制御ではｐch＝１．６９〜１．００％ 昇圧チョッパ制御ではｐch＝１．７９〜０．８０％ となり、かなり高い周波数でも、制御素子の選定次第で
その損失を充分局限できる。
【０１４７】ダイオード１２、１４の正方向電圧降下ｅ
onは１．５Ｖ、損失ｐd ％＝ｅon／Ｖc ＝０．１％で無
視して差し支えなく、リアクトル８、１０はｆ＝１００
０Ｈｚの如き高い周波数では、小さいインダクタンスＬ
1 、Ｌ2 で充分なリアクタンスＸL1＝ω＊Ｌ1 、ＸL2＝
ω＊Ｌ2 （ω＝２＊π＊ｆ）が得られ、鉄芯材料を適切
に選べば巻線抵抗ｒL1、ｒL2は極めて小さく製作でるの
で、チョッパ９に使用する制御素子との損失協調を考え
ながら、このような高い作動周波数ｆを選定するのが良
い。
onは１．５Ｖ、損失ｐd ％＝ｅon／Ｖc ＝０．１％で無
視して差し支えなく、リアクトル８、１０はｆ＝１００
０Ｈｚの如き高い周波数では、小さいインダクタンスＬ
1 、Ｌ2 で充分なリアクタンスＸL1＝ω＊Ｌ1 、ＸL2＝
ω＊Ｌ2 （ω＝２＊π＊ｆ）が得られ、鉄芯材料を適切
に選べば巻線抵抗ｒL1、ｒL2は極めて小さく製作でるの
で、チョッパ９に使用する制御素子との損失協調を考え
ながら、このような高い作動周波数ｆを選定するのが良
い。
【０１４８】入力リアクトル８は、昇圧チョッパ制御で
充分な誘起電力効率を得るために、充分なＸL1と極めて
小さいｒL1が重要であるが、出力リアクトル１０は、降
圧チョッパ制御で電機子４１の損失増加を来さない範囲
において、多少の脈動率を許容できるのでＸL2は多少下
げてもよく、それだけｒL2もより小さくできる。
充分な誘起電力効率を得るために、充分なＸL1と極めて
小さいｒL1が重要であるが、出力リアクトル１０は、降
圧チョッパ制御で電機子４１の損失増加を来さない範囲
において、多少の脈動率を許容できるのでＸL2は多少下
げてもよく、それだけｒL2もより小さくできる。
【０１４９】［運転操作］ 再び図４において、主幹制
御器５２の運転操作レバー５３を０ノッチからいずれか
の速段のノッチに進めると、全直列の微速緩発進し、所
定の速段ノッチ（１、２、３）を選択して前に押すとそ
のノッチの終段（１ノッチでは全直列のまま、２ノッチ
では直並列、３ノッチでは全並列）まで自動的に進段加
速し、あるいは、後に引くと自動的に戻段減速、所定の
速度ｖ（km/h）に達したとき、「中立」に戻すと、直並
列（３ノッチ）や全直列（２ノッチ）に自動的に戻り、
その時の速度ｖを制御装置（図示省略）が記憶し、その
記憶速度ｖに合わせ定速制御して定常走行する。
御器５２の運転操作レバー５３を０ノッチからいずれか
の速段のノッチに進めると、全直列の微速緩発進し、所
定の速段ノッチ（１、２、３）を選択して前に押すとそ
のノッチの終段（１ノッチでは全直列のまま、２ノッチ
では直並列、３ノッチでは全並列）まで自動的に進段加
速し、あるいは、後に引くと自動的に戻段減速、所定の
速度ｖ（km/h）に達したとき、「中立」に戻すと、直並
列（３ノッチ）や全直列（２ノッチ）に自動的に戻り、
その時の速度ｖを制御装置（図示省略）が記憶し、その
記憶速度ｖに合わせ定速制御して定常走行する。
【０１５０】走行中に０ノッチに戻すと電動機回路３１
は電機子４１、界磁４２とも無電圧、電気的損失（鉄
損、銅損、励磁）ゼロ状態で惰行し、再び速段ノッチに
進めると上記と同様、その時の速度ｖを記憶しその速度
に定速制御する。
は電機子４１、界磁４２とも無電圧、電気的損失（鉄
損、銅損、励磁）ゼロ状態で惰行し、再び速段ノッチに
進めると上記と同様、その時の速度ｖを記憶しその速度
に定速制御する。
【０１５１】操作レバー５３を引き続けると、全直列ま
で自動的に戻段減速し、回生ブレーキから発電ブレーキ
に移行して停止寸前の微速に至り、所定の位置で該操作
レバーを０ノッチに戻しながら制動空気弁５６を操作し
て車輪ブレーキで停止する。
で自動的に戻段減速し、回生ブレーキから発電ブレーキ
に移行して停止寸前の微速に至り、所定の位置で該操作
レバーを０ノッチに戻しながら制動空気弁５６を操作し
て車輪ブレーキで停止する。
【０１５２】制御装置の速度記憶機能は、微速ｖmin
（例えば５km/h）〜最高運転速度ｖmax とし、停車（ｖ
＝０）から速段ノッチに進めたとき、確実に且つ緩やか
に微速発進させ、定常走行中は、軌道勾配による走行負
荷の変動即ち電機子群電流Ｉmの正（＋）、負（−）に
応じ、定トルク域では運転Ａ、Ｂモード及び制御Ｃ１、
Ｃ２モードを自動的に切り替え、垂下トルク域では運転
Ｍモードで界磁制御の特性的移行で切り替えなく、電動
牽引・回生抑速の定速制御が作動する。
（例えば５km/h）〜最高運転速度ｖmax とし、停車（ｖ
＝０）から速段ノッチに進めたとき、確実に且つ緩やか
に微速発進させ、定常走行中は、軌道勾配による走行負
荷の変動即ち電機子群電流Ｉmの正（＋）、負（−）に
応じ、定トルク域では運転Ａ、Ｂモード及び制御Ｃ１、
Ｃ２モードを自動的に切り替え、垂下トルク域では運転
Ｍモードで界磁制御の特性的移行で切り替えなく、電動
牽引・回生抑速の定速制御が作動する。
【０１５３】なお、数分で走り抜ける距離の急勾配路で
は、操作レバー５３の頭部のボタン５４を押し全並列の
強力な短時全負荷トルクＴf で、高速定常走行できる。
は、操作レバー５３の頭部のボタン５４を押し全並列の
強力な短時全負荷トルクＴf で、高速定常走行できる。
【０１５４】図１０において、定常走行には、垂下トル
ク域即ち全直列で低・中速（２５〜７５km/h）、直並列
で中・高速（５０〜１５０km/h）、全並列で短時高速
（１００〜１５０km/h）を使用し、連結作業等の微速や
危険区域の徐行には、全直列の定トルク域（２５km/h以
下）を使用し、それぞれ垂下トルク域の下限近く（例え
ば全直列で３０km/h、直並列で６０km/h）までの加速や
そこからの減速には、進段しても数秒で戻段となり、加
・減速距離Ｓa 、Ｓb はあまり稼げないので、加速終期
・減速初期に自動進・戻段しない速段（１ノッチや２ノ
ッチ）を選ぶのがよい。
ク域即ち全直列で低・中速（２５〜７５km/h）、直並列
で中・高速（５０〜１５０km/h）、全並列で短時高速
（１００〜１５０km/h）を使用し、連結作業等の微速や
危険区域の徐行には、全直列の定トルク域（２５km/h以
下）を使用し、それぞれ垂下トルク域の下限近く（例え
ば全直列で３０km/h、直並列で６０km/h）までの加速や
そこからの減速には、進段しても数秒で戻段となり、加
・減速距離Ｓa 、Ｓb はあまり稼げないので、加速終期
・減速初期に自動進・戻段しない速段（１ノッチや２ノ
ッチ）を選ぶのがよい。
【０１５５】なお、操作レバー５３の３ノッチでは、２
ノッチの全直列と直並列と同様に、直並列と全並列の２
段の加・減速として制御作動を単純化し、また、２ノッ
チの全直列で定常走行中に軌道勾配による負荷に応じボ
タン５４を押して直並列で走り抜けるよう関連制御回路
を構成してもよい。
ノッチの全直列と直並列と同様に、直並列と全並列の２
段の加・減速として制御作動を単純化し、また、２ノッ
チの全直列で定常走行中に軌道勾配による負荷に応じボ
タン５４を押して直並列で走り抜けるよう関連制御回路
を構成してもよい。
【０１５６】［蓄電回路保護］ 図２において、蓄電要
素３４は、その蓄電原理からタイムラグなく内部抵抗ｒ
c が著しく小さいので、万一絶縁破壊等で内部短絡した
場合、その短絡電流が非常に大きく該要素の破裂・出火
に至るので、適当な単位容量に分割し、ヒューズ付き断
路器３５で瞬時に故障蓄電要素３４を切り離す。
素３４は、その蓄電原理からタイムラグなく内部抵抗ｒ
c が著しく小さいので、万一絶縁破壊等で内部短絡した
場合、その短絡電流が非常に大きく該要素の破裂・出火
に至るので、適当な単位容量に分割し、ヒューズ付き断
路器３５で瞬時に故障蓄電要素３４を切り離す。
【０１５７】［蓄電均圧］ 均圧線３６で断路器３７を
介して隣接の各蓄電単位３３を接続し、蓄電単位３３の
間の容量不同による充・放電及び動力単位間の運転特性
不同を防ぎ、上記の蓄電要素３４の故障あっても、支障
無く運転を継続する
介して隣接の各蓄電単位３３を接続し、蓄電単位３３の
間の容量不同による充・放電及び動力単位間の運転特性
不同を防ぎ、上記の蓄電要素３４の故障あっても、支障
無く運転を継続する
【０１５８】［故障復旧］ 故障蓄電要素３４を持つ蓄
電単位３３において、断路器３２及びヒューズ付き断路
器３５を全て開き、故障蓄電要素３４及び熔断ヒューズ
３５を無電圧にして新替えし、車両基地備え付けの限流
充電器（図示省略）で急速充電し、蓄電回路２９全体の
蓄電電圧Ｖc に達したとき、全ヒューズ付き断路器３５
を閉じ、あるいは、該蓄電単位３３の均圧線３６の断路
器３７を開き、断路器３２及び新替えのヒューズ付き断
路器３５を閉じ、電子制御回路１７の限流チョッパ制御
で充電の上、全断路器３２、３７及びヒューズ付き断路
器３５を閉じる。
電単位３３において、断路器３２及びヒューズ付き断路
器３５を全て開き、故障蓄電要素３４及び熔断ヒューズ
３５を無電圧にして新替えし、車両基地備え付けの限流
充電器（図示省略）で急速充電し、蓄電回路２９全体の
蓄電電圧Ｖc に達したとき、全ヒューズ付き断路器３５
を閉じ、あるいは、該蓄電単位３３の均圧線３６の断路
器３７を開き、断路器３２及び新替えのヒューズ付き断
路器３５を閉じ、電子制御回路１７の限流チョッパ制御
で充電の上、全断路器３２、３７及びヒューズ付き断路
器３５を閉じる。
【０１５９】［補充電］ 夜間休止時の自己放電による
蓄電電圧低下には、電子制御回路１７の制御Ｃ１モード
の限流チョッパ作動で受電し、補充電を行なう。
蓄電電圧低下には、電子制御回路１７の制御Ｃ１モード
の限流チョッパ作動で受電し、補充電を行なう。
【０１６０】［回生送出］ 図１において、特に高落差
の急勾配区間では、定常走行時に電力制御回路２７の接
触器２４、２６を開き点線図示の接触器７５を閉じて
「回生送出」に切り替え、降坂抑速の回生電力Ｐmbを、
ダイオード７６及び受電回路５を経て、架線回路１に送
出でき、その途中の部分的な平坦路で電動牽引に移行し
たときは、ダイオード７６で架線電力Ｐt の直接逆流入
を阻止し、既述のダイオード６、接触器７、電子制御回
路１７を経て受電・給電される。
の急勾配区間では、定常走行時に電力制御回路２７の接
触器２４、２６を開き点線図示の接触器７５を閉じて
「回生送出」に切り替え、降坂抑速の回生電力Ｐmbを、
ダイオード７６及び受電回路５を経て、架線回路１に送
出でき、その途中の部分的な平坦路で電動牽引に移行し
たときは、ダイオード７６で架線電力Ｐt の直接逆流入
を阻止し、既述のダイオード６、接触器７、電子制御回
路１７を経て受電・給電される。
【０１６１】［過電圧回生］ 運転Ｍモードの垂下トル
ク減速（d 〜）で回生直接充電の上、運転Ｂモード
と制御Ｃ１モードで、直並列にて〜を、全直列にて
〜を過電圧回生ブレーキとし、降圧チョッパ制御で
定トルク減速が可能であり、その下限に至って制御Ｃ
１モードに替え前述の昇圧チョッパ制御の定トルク減速
を行なうこともできる。
ク減速（d 〜）で回生直接充電の上、運転Ｂモード
と制御Ｃ１モードで、直並列にて〜を、全直列にて
〜を過電圧回生ブレーキとし、降圧チョッパ制御で
定トルク減速が可能であり、その下限に至って制御Ｃ
１モードに替え前述の昇圧チョッパ制御の定トルク減速
を行なうこともできる。
【０１６２】過電圧回生ブレーキにおいては、入力リア
クトル８はコンデンサ１２とともに平滑作用を為すので
そのＸL1はあまり重要でなく、また、出力リアクトル１
０が還流ダイオード１４とともに最大倍電圧からの降圧
変換を司るので脈流電流の平滑度が多少悪くなるが、蓄
電回路２９の回路抵抗ｒc は極めて小さく損失ｐc の増
加は殆どなく、リアクトル１０は半電流、銅損は４半値
となり、制御電力効率ηL が向上する。
クトル８はコンデンサ１２とともに平滑作用を為すので
そのＸL1はあまり重要でなく、また、出力リアクトル１
０が還流ダイオード１４とともに最大倍電圧からの降圧
変換を司るので脈流電流の平滑度が多少悪くなるが、蓄
電回路２９の回路抵抗ｒc は極めて小さく損失ｐc の増
加は殆どなく、リアクトル１０は半電流、銅損は４半値
となり、制御電力効率ηL が向上する。
【０１６３】［電子制御回路別案］ 図１３において主
・副接触器１５、１６を１個づつ増設し、図１のリアク
トル１０の還流ダイオード１４と、負極線１１との間に
接触器１５を、リアクトル８との間に接触器１６をそれ
ぞれ配して制御Ｃ２モードでリアクトル８の還流ダイオ
ード１２を兼用することができ、その場合は、図１のダ
イオード１２、１４と同じ接続でダイオード８７、８８
を配し、バリスタ１８、１９とともに、制御モードＣ
１、Ｃ２切り替え時の接触器１５、１６の開路において
リアクトル８、１０から発生する過渡サージエネルギを
吸収する閉回路を形成する。
・副接触器１５、１６を１個づつ増設し、図１のリアク
トル１０の還流ダイオード１４と、負極線１１との間に
接触器１５を、リアクトル８との間に接触器１６をそれ
ぞれ配して制御Ｃ２モードでリアクトル８の還流ダイオ
ード１２を兼用することができ、その場合は、図１のダ
イオード１２、１４と同じ接続でダイオード８７、８８
を配し、バリスタ１８、１９とともに、制御モードＣ
１、Ｃ２切り替え時の接触器１５、１６の開路において
リアクトル８、１０から発生する過渡サージエネルギを
吸収する閉回路を形成する。
【０１６４】ダイオード８７、８８は、リアクトル８、
１０の過渡サージエネルギ吸収のみを司るので小容量の
ものでよく、還流電流を持つ電力仕様のダイオード１
２、１４を共通１個で済ませるので、動力単位容量が大
きい場合には経済的である。
１０の過渡サージエネルギ吸収のみを司るので小容量の
ものでよく、還流電流を持つ電力仕様のダイオード１
２、１４を共通１個で済ませるので、動力単位容量が大
きい場合には経済的である。
【０１６５】［同期機使用の無整流子電動機］ 図１４
（ａ）において、図１の電動機回路３１に無整流子電動
機を使用した場合について、２組の静止整流子８９をサ
イリスタの３相ブリッジ形インバータ９０、リアクトル
９１及び還流ダイオードの３相ブリッジ９２でそれぞれ
構成し、直・並列切り替え接触器９３、９４を配して他
の２組（図示省略）と並列に接続し、それぞれＹ−Δ切
り替え接触器９５、９６を介して同期電動機９７の電機
子９８に接続、回転界磁９９は図３で説明した如く正・
逆転切り替え接触器４８、４９を介してチョッパ５０で
励磁制御し、軸端に配した分配器１００で電機子９８の
位相を検知し、サイリスタゲート制御装置（図示省略）
を介してインバータ９０にゲートパルスを与え整流子作
用で電動作動し、還流ダイオードブリッジ９２で回生電
力を電動と同一電圧極性で取り出す。
（ａ）において、図１の電動機回路３１に無整流子電動
機を使用した場合について、２組の静止整流子８９をサ
イリスタの３相ブリッジ形インバータ９０、リアクトル
９１及び還流ダイオードの３相ブリッジ９２でそれぞれ
構成し、直・並列切り替え接触器９３、９４を配して他
の２組（図示省略）と並列に接続し、それぞれＹ−Δ切
り替え接触器９５、９６を介して同期電動機９７の電機
子９８に接続、回転界磁９９は図３で説明した如く正・
逆転切り替え接触器４８、４９を介してチョッパ５０で
励磁制御し、軸端に配した分配器１００で電機子９８の
位相を検知し、サイリスタゲート制御装置（図示省略）
を介してインバータ９０にゲートパルスを与え整流子作
用で電動作動し、還流ダイオードブリッジ９２で回生電
力を電動と同一電圧極性で取り出す。
【０１６６】Ｙ直列、Ｙ並列及びΔ並列の３段切り替え
を行ない、Ｙ直列で全電圧連続定格、Δ並列で1.732 倍
電圧短時定格とし、図３に示した直流整流子電動機４台
の全直列、直並列及び全並列と同様な特性と作動で定ト
ルク域を高速側に1.732 倍に拡大して、高速運転での加
・減速距離を著しく短縮し、高速運転ではＹ並列に、中
速運転ではＹ直列に戻し、軽負荷の定常走行において、
効率を稼ぐ。
を行ない、Ｙ直列で全電圧連続定格、Δ並列で1.732 倍
電圧短時定格とし、図３に示した直流整流子電動機４台
の全直列、直並列及び全並列と同様な特性と作動で定ト
ルク域を高速側に1.732 倍に拡大して、高速運転での加
・減速距離を著しく短縮し、高速運転ではＹ並列に、中
速運転ではＹ直列に戻し、軽負荷の定常走行において、
効率を稼ぐ。
【０１６７】なお、Ｙ−Δ切り替えに伴い、電機子９８
の電気的位相がφ＝３０度転移するので、分配器１００
またはゲートパルスの位相を転移し、負荷や界磁強さに
応じ電気子反作用を相殺するようゲートパルスの位相を
自動的に調整する機構を付加する。
の電気的位相がφ＝３０度転移するので、分配器１００
またはゲートパルスの位相を転移し、負荷や界磁強さに
応じ電気子反作用を相殺するようゲートパルスの位相を
自動的に調整する機構を付加する。
【０１６８】図１４（ｂ）において、上記と同様の回路
を、１電機子に位相差ψ＝３０度を持つ２組の巻線９８
に接続し、電動機毎にＹ直列、Ｙ並列及びΔ並列の３段
切り替えを行ない、恰も１２相交流から得た直流の如
く、脈動が極めて小さい軸トルクが得られるので、車輪
の粘着性能を要求される電気機関車に使用するのがよ
い。
を、１電機子に位相差ψ＝３０度を持つ２組の巻線９８
に接続し、電動機毎にＹ直列、Ｙ並列及びΔ並列の３段
切り替えを行ない、恰も１２相交流から得た直流の如
く、脈動が極めて小さい軸トルクが得られるので、車輪
の粘着性能を要求される電気機関車に使用するのがよ
い。
【０１６９】［誘導機使用の無整流子電動機］ 上述と
同様に図１４において、静止整流器８９のインバータ９
０を共通の周波数発生回路（図示省略）で制御して可変
周波数の３相交流に変換し、電動機９７を誘導機に替え
て無整流子電動機（界磁９９及び分配器１００は無し）
とし、Ｙ直列で全電圧連続定格、Δ並列で1.732 倍電圧
短時定格を与え、界磁制御の代わりに周波数制御で上述
と同様なトルク特性が得られ、還流ダイオードブリッジ
９２で回生電力を電動と同一の電圧極性で取り出すこと
ができる。
同様に図１４において、静止整流器８９のインバータ９
０を共通の周波数発生回路（図示省略）で制御して可変
周波数の３相交流に変換し、電動機９７を誘導機に替え
て無整流子電動機（界磁９９及び分配器１００は無し）
とし、Ｙ直列で全電圧連続定格、Δ並列で1.732 倍電圧
短時定格を与え、界磁制御の代わりに周波数制御で上述
と同様なトルク特性が得られ、還流ダイオードブリッジ
９２で回生電力を電動と同一の電圧極性で取り出すこと
ができる。
【０１７０】電動機の各々接続について、電圧Ｖa ・周
波数ｆとも可変の定トルク域とＶa一定でｆ可変の垂下
トルク域を有し、垂下トルク域では、速度ｖに反比例即
ち定出力の全負荷トルクＴf 及び速度ｖの２乗に反比例
の過負荷トルクＴd の特性であり、前述の直流整流子電
動機及び上述の同期機使用の直流無整流子電動機と同様
に扱うことができる。
波数ｆとも可変の定トルク域とＶa一定でｆ可変の垂下
トルク域を有し、垂下トルク域では、速度ｖに反比例即
ち定出力の全負荷トルクＴf 及び速度ｖの２乗に反比例
の過負荷トルクＴd の特性であり、前述の直流整流子電
動機及び上述の同期機使用の直流無整流子電動機と同様
に扱うことができる。
【０１７１】なお、この誘導機方式では、電機子位相は
インバータ位相とは無関係のため、複数の電動機を共通
のインバータと組み合わせてもよく、例えば動力単位毎
に電力制御回路２７とともに１組のインバータを配し、
４台の電動機の各々にＹ−Δ切り替え回路を付して並列
接続するのがよい。
インバータ位相とは無関係のため、複数の電動機を共通
のインバータと組み合わせてもよく、例えば動力単位毎
に電力制御回路２７とともに１組のインバータを配し、
４台の電動機の各々にＹ−Δ切り替え回路を付して並列
接続するのがよい。
【０１７２】［交流または交・直両用車両］ 交流架線
や交・直流両区間を運行の車両は、図１５（ａ）の如
く、変圧整流器１０１を受電回路に配し、整流器１０３
を平滑リアクトル（架線周波数脈流用）１０４を配し
て、直流受電の受電ダイオード６とともに、受電接触器
７を介し運転制御回路２７に接続し、なお、変圧器１０
２にはタップ１０５を配し、勾配路運行における蓄電電
圧Ｐc の昇降に協調し、受電電圧Ｖt （直流側）を調整
でき、なお、前述の如く加・減速時の突入過負荷を蓄電
回路２９が受け持つので、変圧整流器１０１は軽債務の
ものでよい。
や交・直流両区間を運行の車両は、図１５（ａ）の如
く、変圧整流器１０１を受電回路に配し、整流器１０３
を平滑リアクトル（架線周波数脈流用）１０４を配し
て、直流受電の受電ダイオード６とともに、受電接触器
７を介し運転制御回路２７に接続し、なお、変圧器１０
２にはタップ１０５を配し、勾配路運行における蓄電電
圧Ｐc の昇降に協調し、受電電圧Ｖt （直流側）を調整
でき、なお、前述の如く加・減速時の突入過負荷を蓄電
回路２９が受け持つので、変圧整流器１０１は軽債務の
ものでよい。
【０１７３】［気電動車両］ 図１５（ｂ）の如く、付
随車の床下や機関車室内にディーゼルエンジンやガスタ
ービン等１０７を原動機とする発電整流器１０６を配
し、その整流器１０９（３相ブリッジ形）を平滑リアク
トル１１０を上記と同様に受電接触器７を介し運転制御
回路２７に接続し、また、発電機１０８には、電機子巻
線のＹ−Δ切り替えあるいは図１４（ｂ）の如き電機子
２巻線の整流器の直・並列切り替えを併用（Ｙ直列・Ｙ
並列・Δ並列）して、負荷に見合うエンジン回転数と電
機子接続と界磁制御により、低速から高速に至る全回転
数域において発電効率を稼ぎ、勾配負荷で充放電に伴う
蓄電電圧Ｖc の変動に協調して発電・給電し、勾配路運
転においても、発電機負荷を定常走行負荷に近い値によ
り軽減・平準化し、軽債務にすることができる。
随車の床下や機関車室内にディーゼルエンジンやガスタ
ービン等１０７を原動機とする発電整流器１０６を配
し、その整流器１０９（３相ブリッジ形）を平滑リアク
トル１１０を上記と同様に受電接触器７を介し運転制御
回路２７に接続し、また、発電機１０８には、電機子巻
線のＹ−Δ切り替えあるいは図１４（ｂ）の如き電機子
２巻線の整流器の直・並列切り替えを併用（Ｙ直列・Ｙ
並列・Δ並列）して、負荷に見合うエンジン回転数と電
機子接続と界磁制御により、低速から高速に至る全回転
数域において発電効率を稼ぎ、勾配負荷で充放電に伴う
蓄電電圧Ｖc の変動に協調して発電・給電し、勾配路運
転においても、発電機負荷を定常走行負荷に近い値によ
り軽減・平準化し、軽債務にすることができる。
【０１７４】
【発明の効果】一般に車両は、自重ｍが走行抵抗Ｆv よ
り遥かに大きいため（前述の表２及び表３に示す例で
は、ｍ／Ｆv ＝（４６＋４０）／（０．１０７〜０．７
８６）＝８０３〜１０９）、慣性抵抗Ｆi 及び勾配抵抗
Ｆs が牽引・制動力の大部分を占めるので、本発明にお
いては、それ等が為す大きな運動のエネルギＷi と位置
のエネルギＷs を、駅間の加・減速を伴う運転サイクル
や運行区間の登・降坂を伴う往復サイクル毎に正・負相
殺される無効動力（交流回路のリアクタンスｘが為す無
効電力に比喩）と考え、エネルギ可逆性を持つ電動機４
１と充放電機能を持つ蓄電要素３４とで処理し、常に正
（＋）の値をとる走行抵抗Ｆv が為す負荷Ｐv を実効動
力（交流回路の導体抵抗ｒが為す有効電力に比喩）と考
え、無効動力の処理に伴う電動機、蓄電及び制御回路の
電力損失とともに、架線１からの受電電力Ｐt で賄うこ
とにより、従来の車両が車輪ブレーキや発電ブレーキで
熱エネルギに戻して大気中に放散している無効動力の負
（−）の部分を回生電力Ｐm として蓄電要素に充電・回
収し、受電電力Ｐt とともに後続の正（＋）の部分に活
用し、電力消費量を半減することを可能にするととも
に、下記の改善を伴うものである。
り遥かに大きいため（前述の表２及び表３に示す例で
は、ｍ／Ｆv ＝（４６＋４０）／（０．１０７〜０．７
８６）＝８０３〜１０９）、慣性抵抗Ｆi 及び勾配抵抗
Ｆs が牽引・制動力の大部分を占めるので、本発明にお
いては、それ等が為す大きな運動のエネルギＷi と位置
のエネルギＷs を、駅間の加・減速を伴う運転サイクル
や運行区間の登・降坂を伴う往復サイクル毎に正・負相
殺される無効動力（交流回路のリアクタンスｘが為す無
効電力に比喩）と考え、エネルギ可逆性を持つ電動機４
１と充放電機能を持つ蓄電要素３４とで処理し、常に正
（＋）の値をとる走行抵抗Ｆv が為す負荷Ｐv を実効動
力（交流回路の導体抵抗ｒが為す有効電力に比喩）と考
え、無効動力の処理に伴う電動機、蓄電及び制御回路の
電力損失とともに、架線１からの受電電力Ｐt で賄うこ
とにより、従来の車両が車輪ブレーキや発電ブレーキで
熱エネルギに戻して大気中に放散している無効動力の負
（−）の部分を回生電力Ｐm として蓄電要素に充電・回
収し、受電電力Ｐt とともに後続の正（＋）の部分に活
用し、電力消費量を半減することを可能にするととも
に、下記の改善を伴うものである。
【０１７５】電動機負荷Ｐm の大部分を占める慣性抵抗
負荷Ｐi ＝Ｐm ±Ｐv を車両内の蓄電要素３４で処理す
るため、架線回路１の負荷Ｐt は大幅に軽減・平準化さ
れ且つ電力流が一方向となるので、架線回路１の電力損
失ｐt 及び債務が著しく軽減され、変電所７９の給電区
間の拡大や給電線銅量の節減とともに、直流から交流へ
の逆変換機能が不要となり、関連の電力系統へもその好
影響が及ぶ。
負荷Ｐi ＝Ｐm ±Ｐv を車両内の蓄電要素３４で処理す
るため、架線回路１の負荷Ｐt は大幅に軽減・平準化さ
れ且つ電力流が一方向となるので、架線回路１の電力損
失ｐt 及び債務が著しく軽減され、変電所７９の給電区
間の拡大や給電線銅量の節減とともに、直流から交流へ
の逆変換機能が不要となり、関連の電力系統へもその好
影響が及ぶ。
【０１７６】慣性抵抗負荷Ｗi を効率良く車両内処理す
ることにより、高加・減速度運転のための動力強化は、
車両内設備だけで済み、架線１及び変電所７９への影響
が軽微のため、電動機の短時倍電圧（倍出力）定格のよ
うに、大幅なものが可能となる。
ることにより、高加・減速度運転のための動力強化は、
車両内設備だけで済み、架線１及び変電所７９への影響
が軽微のため、電動機の短時倍電圧（倍出力）定格のよ
うに、大幅なものが可能となる。
【０１７７】電動機の倍電圧短時定格の付加は、寸法、
構造及び強度の増大なく、電機子絶縁及び整流子の強化
で済み、発電ブレーキ採用に伴い既に実施されており、
本発明では、それを電機子群の直列接続で基本定格の全
電圧連続定格のものを並列接続で付属定格の倍電圧短時
定格としたもので、全界磁で強力且つ効率の良い定トル
ク域を高速側に倍増（例えば５０km/hから１００km/h
に）し、電動機の機・電両面の設計を変えずに高速域の
加・減速度を著しく向上して低・中速域と同等にし、乗
客の加速度感を増さずに、加・減速距離を著しく短縮し
て駅間の運転速度ｖを高め、運行効率を向上する。
構造及び強度の増大なく、電機子絶縁及び整流子の強化
で済み、発電ブレーキ採用に伴い既に実施されており、
本発明では、それを電機子群の直列接続で基本定格の全
電圧連続定格のものを並列接続で付属定格の倍電圧短時
定格としたもので、全界磁で強力且つ効率の良い定トル
ク域を高速側に倍増（例えば５０km/hから１００km/h
に）し、電動機の機・電両面の設計を変えずに高速域の
加・減速度を著しく向上して低・中速域と同等にし、乗
客の加速度感を増さずに、加・減速距離を著しく短縮し
て駅間の運転速度ｖを高め、運行効率を向上する。
【０１７８】上記の倍電圧短時定格を使用しない場合に
ついて、運転サイクルでの諸量の挙動を表６に計算値を
示し全述の表３と比較すれば、加・減速に倍電圧短時定
格の使用により、定トルク域の加・減速度αc βc を増
さずに、より短い駅間距離で同じ平均速度ｖavを得てお
り、その効果は高速運転で著しい（ｖ＝１００〜１４０
km/hでＳ＝８０〜５０％）ので、車両の運行効率向上に
留まらず各駅停車と急行との運転協調に頗る好都合であ
る。
ついて、運転サイクルでの諸量の挙動を表６に計算値を
示し全述の表３と比較すれば、加・減速に倍電圧短時定
格の使用により、定トルク域の加・減速度αc βc を増
さずに、より短い駅間距離で同じ平均速度ｖavを得てお
り、その効果は高速運転で著しい（ｖ＝１００〜１４０
km/hでＳ＝８０〜５０％）ので、車両の運行効率向上に
留まらず各駅停車と急行との運転協調に頗る好都合であ
る。
【０１７９】
【表６】
【０１８０】全並列倍電圧（高速）あるいは直並列全電
圧（中速）の定トルク域、またはそれを幾らか超える垂
下トルク域の強力なトルクで加・減速し、所定の速度ｖ
で直並列全電圧（高速）あるいは全直列半電圧（中速）
に戻段した定常走行で、鉄損、銅損及び励磁電力を低減
して軽負荷での効率を稼ぎ、また、進段すれば強力なト
ルクで確実な加・減速ができるので、定常走行での余裕
トルクは小さくてもよく、従来の限度（一般に４０％
Φ）を超えた弱め界磁で、定常走行速度域を更に高速側
に拡大（例えば３３％Φで１５０km/h）できる。
圧（中速）の定トルク域、またはそれを幾らか超える垂
下トルク域の強力なトルクで加・減速し、所定の速度ｖ
で直並列全電圧（高速）あるいは全直列半電圧（中速）
に戻段した定常走行で、鉄損、銅損及び励磁電力を低減
して軽負荷での効率を稼ぎ、また、進段すれば強力なト
ルクで確実な加・減速ができるので、定常走行での余裕
トルクは小さくてもよく、従来の限度（一般に４０％
Φ）を超えた弱め界磁で、定常走行速度域を更に高速側
に拡大（例えば３３％Φで１５０km/h）できる。
【０１８１】倍電圧運転では、無負荷損失を為す電機子
鉄損が速度の２乗に比例して増し、その定トルク域上限
では基本定格のものの４倍（無整流子電動機では３倍）
で全負荷銅損をかなり上回る超鉄機械状態になるが、突
入過負荷の銅損に比べると遥かに小さいので、倍出力の
割には全損失はあまり増加せず、短時（垂下トルク域含
み１分以下）のため熱的には問題なく、また、全負荷電
流で数分程度の短時運転も可能のため、通常の標高差の
急勾配路ならば高速のまま走り抜けることができ、運行
効率上頗る好都合である。
鉄損が速度の２乗に比例して増し、その定トルク域上限
では基本定格のものの４倍（無整流子電動機では３倍）
で全負荷銅損をかなり上回る超鉄機械状態になるが、突
入過負荷の銅損に比べると遥かに小さいので、倍出力の
割には全損失はあまり増加せず、短時（垂下トルク域含
み１分以下）のため熱的には問題なく、また、全負荷電
流で数分程度の短時運転も可能のため、通常の標高差の
急勾配路ならば高速のまま走り抜けることができ、運行
効率上頗る好都合である。
【０１８２】架線や変電所等の故障で停電に際しても、
蓄電電力で運転継続できるので、長時間の停電復旧を待
たず現場状況の視認や故障状況を通信確認の上、低・中
速で徐行運転して故障区間を脱出し、健全区間で速やか
に受電・補充電して平常運転を再開でき、運行上頗る好
都合である。
蓄電電力で運転継続できるので、長時間の停電復旧を待
たず現場状況の視認や故障状況を通信確認の上、低・中
速で徐行運転して故障区間を脱出し、健全区間で速やか
に受電・補充電して平常運転を再開でき、運行上頗る好
都合である。
【０１８３】電子制御回路１７の主要素を成す１個のチ
ョッパ９、２個のリアクトル８、１０、コンデンサ１３
及びダイオード１２、１３を接触器で切り替えて降圧・
昇圧チョッパ制御の両方に兼用し、接触器ブリッジで定
トルク加速（運転Ａモード）、減速（運転Ｂモード）及
び垂下トルク加・減速及び定常走行（Ｍモード）の切り
替え、前２者ではチョッパ制御の電機子制御を短時間
（１５〜３０秒）に行ない、後者では蓄電回路２９と電
動機回路３１との間で直接即ち制御損失なく電力の授受
を行ない且つ電子制御回路１７は平準化された受電電力
Ｐt の無制御通流となるので頗る軽債務である。
ョッパ９、２個のリアクトル８、１０、コンデンサ１３
及びダイオード１２、１３を接触器で切り替えて降圧・
昇圧チョッパ制御の両方に兼用し、接触器ブリッジで定
トルク加速（運転Ａモード）、減速（運転Ｂモード）及
び垂下トルク加・減速及び定常走行（Ｍモード）の切り
替え、前２者ではチョッパ制御の電機子制御を短時間
（１５〜３０秒）に行ない、後者では蓄電回路２９と電
動機回路３１との間で直接即ち制御損失なく電力の授受
を行ない且つ電子制御回路１７は平準化された受電電力
Ｐt の無制御通流となるので頗る軽債務である。
【０１８４】電子制御回路１７の入・出力とも電流は平
滑で波形率は１．０であり、架線回路１、蓄電回路２
９、電動機回路３１のいずれにもチョッパ９の断続電流
による損失増加を来さず、また、受電電力Ｐt は常に電
子制御回路１７を通り、そのろ波作用でチョッパ９の断
続電流は勿論、電機子４１の整流子（無整流子電動機で
は静止整流子８９）が発生するノイズ電流も抑えられ、
通信線誘導障害を防ぐ。
滑で波形率は１．０であり、架線回路１、蓄電回路２
９、電動機回路３１のいずれにもチョッパ９の断続電流
による損失増加を来さず、また、受電電力Ｐt は常に電
子制御回路１７を通り、そのろ波作用でチョッパ９の断
続電流は勿論、電機子４１の整流子（無整流子電動機で
は静止整流子８９）が発生するノイズ電流も抑えられ、
通信線誘導障害を防ぐ。
【０１８５】上述の無効動力処理において、電力損失
は、電動機回路３１だけでなく、電力制御及び蓄電の各
回路２７、２９においても不可避であり、それが電動・
回生での往復で生ずるので、その低減は重要であり下記
の如く実現するものである。
は、電動機回路３１だけでなく、電力制御及び蓄電の各
回路２７、２９においても不可避であり、それが電動・
回生での往復で生ずるので、その低減は重要であり下記
の如く実現するものである。
【０１８６】電力制御の要部を成す電子制御回路１７
は、チョッパ９の主要制御素子ののサイリスタ及び還流
ダイオード１２、１４の通流電圧降下は架線電圧に対し
極めて小さく、作動周波数ｆ（Hz）を適切（例えばｆ＝
１０００Ｈｚ）に選べばチョッパ９の転流損失、平滑コ
ンデンサの誘電損失及びリアクトル８、１０の鉄損・銅
損等を含む作動損失を電動機の全損失より遥かに低減且
つ車載用として小形軽量に製作が可能である。
は、チョッパ９の主要制御素子ののサイリスタ及び還流
ダイオード１２、１４の通流電圧降下は架線電圧に対し
極めて小さく、作動周波数ｆ（Hz）を適切（例えばｆ＝
１０００Ｈｚ）に選べばチョッパ９の転流損失、平滑コ
ンデンサの誘電損失及びリアクトル８、１０の鉄損・銅
損等を含む作動損失を電動機の全損失より遥かに低減且
つ車載用として小形軽量に製作が可能である。
【０１８７】蓄電要素３４は、高頻度に繰り返す突入過
負荷電流や数分の急速充放電に対して、即応的且つ損失
が極めて小さく劣化しない静電式の蓄電器が最適であ
り、そのような機能は、短時倍電圧倍出力を含み、基本
定格全負荷の数倍の突入過負荷においても、それを蓄電
回路２９に集中して車両内処理を可能にする、本発明の
実現の鍵となるものである。
負荷電流や数分の急速充放電に対して、即応的且つ損失
が極めて小さく劣化しない静電式の蓄電器が最適であ
り、そのような機能は、短時倍電圧倍出力を含み、基本
定格全負荷の数倍の突入過負荷においても、それを蓄電
回路２９に集中して車両内処理を可能にする、本発明の
実現の鍵となるものである。
【０１８８】そのような即応的且つ低損失の蓄電要素
は、万一の絶縁破壊あると瞬時短絡電流が極めて大きい
ので、出火・破裂の危険防止として、単位容量を局限し
複数の蓄電要素をヒューズ付き断路器を介して並列接続
且つ単位編成の全蓄電単位を均圧線と断路器で接続し、
故障要素の瞬時切り離しで支障無く運転を継続し、新替
え及び充電復旧が簡単且つ安全に実施可能にする。
は、万一の絶縁破壊あると瞬時短絡電流が極めて大きい
ので、出火・破裂の危険防止として、単位容量を局限し
複数の蓄電要素をヒューズ付き断路器を介して並列接続
且つ単位編成の全蓄電単位を均圧線と断路器で接続し、
故障要素の瞬時切り離しで支障無く運転を継続し、新替
え及び充電復旧が簡単且つ安全に実施可能にする。
【０１８９】蓄電単位３３の蓄電容量Ｗc は、架線電圧
Ｖt での浮動充電且つ車両の運動・位置のエネルギを許
容電圧昇・降値δＶの範囲で充・放電処理可能のもの、
例えば前述の表５に示す充放電力量（Ｗci＋Ｗcs）に余
裕を見て充放電容量Ｗcmax＝１８０ＭＪ、これは３３Ａ
Ｈの小形乗用車用１２Ｖ鉛蓄電池の１２５個直列（重量
は合計２ton 程度）に相当のものでよく、蓄電池機関車
や電気自動車の如き充電毎の走行距離や稼動時間に見合
う如き大容量を要しないので、小形・軽量の蓄電要素３
４の実現は充分可能と考える。
Ｖt での浮動充電且つ車両の運動・位置のエネルギを許
容電圧昇・降値δＶの範囲で充・放電処理可能のもの、
例えば前述の表５に示す充放電力量（Ｗci＋Ｗcs）に余
裕を見て充放電容量Ｗcmax＝１８０ＭＪ、これは３３Ａ
Ｈの小形乗用車用１２Ｖ鉛蓄電池の１２５個直列（重量
は合計２ton 程度）に相当のものでよく、蓄電池機関車
や電気自動車の如き充電毎の走行距離や稼動時間に見合
う如き大容量を要しないので、小形・軽量の蓄電要素３
４の実現は充分可能と考える。
【０１９０】なお、超低温の超伝導方式による蓄電装置
も可能であるが、蓄電原理が静電的且つ常温で作動する
静止機器の大容量蓄電器は、上述の如き高効率の急速充
放電及び浮動充電特性を持ち保守容易、車載用として最
適であり、低圧のもの（例えば１２０Ｖ、１００Ｆ級）
は既に実現し、電気自動車等の電源に試用されている
が、本発明が対象とする架線電圧のもの（１５００Ｖ、
蓄電単位に約１００Ｆ）についても原理的には実現可能
であり、本発明の効果に鑑み関連科学技術の進歩を促
し、そのような蓄電要素の速やかな実現を切望する。
も可能であるが、蓄電原理が静電的且つ常温で作動する
静止機器の大容量蓄電器は、上述の如き高効率の急速充
放電及び浮動充電特性を持ち保守容易、車載用として最
適であり、低圧のもの（例えば１２０Ｖ、１００Ｆ級）
は既に実現し、電気自動車等の電源に試用されている
が、本発明が対象とする架線電圧のもの（１５００Ｖ、
蓄電単位に約１００Ｆ）についても原理的には実現可能
であり、本発明の効果に鑑み関連科学技術の進歩を促
し、そのような蓄電要素の速やかな実現を切望する。
【０１９１】運転操作は、左右・前後交叉動の操作レバ
ー５３をいずれかの運転ノッチ（１、２、３）に進める
と微速発進し、前に押せば加速、後に引けば減速、所定
の速度ｖに達した時中立に戻せばその速度ｖで定速の運
転となり、軌道勾配に応じ界磁制御の定速制御機構が働
き特性的自動的に電動・回生に対応し、０ノッチに戻せ
ば惰行、停止前の微速まで全てを操作レバー５３で電気
的に行ない、停車のみ制動空気弁５６を使用すればよ
く、頗る操作簡単である。
ー５３をいずれかの運転ノッチ（１、２、３）に進める
と微速発進し、前に押せば加速、後に引けば減速、所定
の速度ｖに達した時中立に戻せばその速度ｖで定速の運
転となり、軌道勾配に応じ界磁制御の定速制御機構が働
き特性的自動的に電動・回生に対応し、０ノッチに戻せ
ば惰行、停止前の微速まで全てを操作レバー５３で電気
的に行ない、停車のみ制動空気弁５６を使用すればよ
く、頗る操作簡単である。
【０１９２】操作レバー５３は、前押し（加速）では自
力戻り、後引き（減速）では手戻しの機構を有するの
で、運転士の睡魔等で手を離せば加速は進まず、減速は
微速まで続き、また、その操作時間即ち加・減速時間は
前述の表３に示す１５〜５４秒の如き短時間であり、疲
労防止及び安全上誠に好都合である。
力戻り、後引き（減速）では手戻しの機構を有するの
で、運転士の睡魔等で手を離せば加速は進まず、減速は
微速まで続き、また、その操作時間即ち加・減速時間は
前述の表３に示す１５〜５４秒の如き短時間であり、疲
労防止及び安全上誠に好都合である。
【０１９３】微速までの減速も操作レバー５３で電気的
に行なうので、車輪ブレーキの債務及び損耗は極めて軽
少、制動空気弁５５による車輪ブレーキ系統は動力制御
系統とは独立で簡潔である。
に行なうので、車輪ブレーキの債務及び損耗は極めて軽
少、制動空気弁５５による車輪ブレーキ系統は動力制御
系統とは独立で簡潔である。
【１９４】受電回路に変圧整流器を配せば、交流電化区
間や交・直流両区間の運行が、あるいはエンジン駆動の
発電整流器を配せば、非電化区間の運行が、高加・減速
度で以て可能、架線及び変圧整流器あるいは発電整流器
は軽債務であり、鉄道全体のエネルギ効率及び運行効率
を著しく高めることができる。
間や交・直流両区間の運行が、あるいはエンジン駆動の
発電整流器を配せば、非電化区間の運行が、高加・減速
度で以て可能、架線及び変圧整流器あるいは発電整流器
は軽債務であり、鉄道全体のエネルギ効率及び運行効率
を著しく高めることができる。
【１９５】本発明の電動車両の動力装置は、上記のよう
に電化・非電化及び直流・交流架線の別あっても、電動
機、電力制御及び蓄電の各機器は共通にでき、また、電
動機についても整流子電動機、同期機や誘導機と半導体
制御素子と組み合わせた無整流子電動機のいずれも同様
に適用でき、標準化設計で全国的に適用すればかなりの
製造原価低減も期待できる。
に電化・非電化及び直流・交流架線の別あっても、電動
機、電力制御及び蓄電の各機器は共通にでき、また、電
動機についても整流子電動機、同期機や誘導機と半導体
制御素子と組み合わせた無整流子電動機のいずれも同様
に適用でき、標準化設計で全国的に適用すればかなりの
製造原価低減も期待できる。
【図１】実施例について、全体の電力系統を示す電気回
路図である。
路図である。
【図２】実施例について、蓄電回路の電気回路図であ
る。
る。
【図３】実施例について、電動機回路の電気回路図であ
る。
る。
【図４】実施例について、運転操作機器を示す姿図であ
る。
る。
【図５】実施例について、全体の電力系統について等価
回路を示す。
回路を示す。
【図６】蓄電要素の電圧と電気量及び電力量との関係を
示す蓄電特性線図である。
示す蓄電特性線図である。
【図７】実施例について、車両の駅間の運転サイクルに
おいて、横軸に時間及び距離をとって、慣性抵抗に係る
諸量の挙動を示す線図であり、（ａ）は走行速度・抵抗
等の如き機械的諸量を示し、（ｂ）は電圧・電流等の電
気的諸量を示す。
おいて、横軸に時間及び距離をとって、慣性抵抗に係る
諸量の挙動を示す線図であり、（ａ）は走行速度・抵抗
等の如き機械的諸量を示し、（ｂ）は電圧・電流等の電
気的諸量を示す。
【図８】実施例について、車両の勾配路の運行におい
て、勾配抵抗に係る諸量の挙動を示す線図であり、
（ａ）は登・降坂サイクルを、（ｂ）は牽引力・制動力
等の機械的諸量を、（ｃ）は電動・回生、放・充電等の
電気的諸量を、（ｄ）は蓄電電圧を、（ｅ）は受電電力
について、それぞれ示す。
て、勾配抵抗に係る諸量の挙動を示す線図であり、
（ａ）は登・降坂サイクルを、（ｂ）は牽引力・制動力
等の機械的諸量を、（ｃ）は電動・回生、放・充電等の
電気的諸量を、（ｄ）は蓄電電圧を、（ｅ）は受電電力
について、それぞれ示す。
【図９】実施例について、走行速度と電気子電流及び界
磁磁束との関係を示す電動機の特性線図である。
磁磁束との関係を示す電動機の特性線図である。
【図１０】実施例について、走行速度と電動機トルク及
び各勾配の走行抵抗トルクとの関係を示す電動機及び負
荷の特性線図である。
び各勾配の走行抵抗トルクとの関係を示す電動機及び負
荷の特性線図である。
【図１１】実施例について、車両の駅間の運転サイクル
において、電圧・電流及び損失の挙動を示す線図であ
る。
において、電圧・電流及び損失の挙動を示す線図であ
る。
【図１２】実施例について、電子制御回路の主要素及び
制御特性を示し、（ａ）は降圧チョッパ制御の、（ｂ）
は昇圧チョッパ制御の、それぞれ主要素回路図、（ｃ）
はチョッパ作動の１周期において電圧・電流及び損失の
挙動を示す線図である。
制御特性を示し、（ａ）は降圧チョッパ制御の、（ｂ）
は昇圧チョッパ制御の、それぞれ主要素回路図、（ｃ）
はチョッパ作動の１周期において電圧・電流及び損失の
挙動を示す線図である。
【図１３】実施例について、電子制御回路の別案を示す
回路図である。
回路図である。
【図１４】実施例について、電動機回路に無整流子電動
機を使用する場合の電気回路図である。
機を使用する場合の電気回路図である。
【図１５】本発明の、他の電源方式への応用例におい
て、（ａ）は交流架線の場合で変圧整流器を含む受電回
路を示し、（ｂ）は気電動車両の場合で、発電整流器を
含む電源回路を示す電気回路図である。
て、（ａ）は交流架線の場合で変圧整流器を含む受電回
路を示し、（ｂ）は気電動車両の場合で、発電整流器を
含む電源回路を示す電気回路図である。
１ 架線、架線回路 ２ 集電子 ３ 車間給電線 ４ 高速回路遮断器 ５ 受電回路 ６、１２、１４ ダイオード ７、１５、１６、２３、２４、２５、２６ 接触器 ８、１０ リアクトル ９ チョッパ １１ 負極線 １３、７９ コンデンサ １７ 電子制御回路 １８、１９ バリスタ ２０ 車軸集電子 ２１ 車輪、車軸 ２２ 軌道 ２７ 運転制御回路 ２８、３０ 高速回路遮断器 ２９ 蓄電回路 ３１ 電動機回路 ３２、３７ 断路器 ３３ 蓄電単位 ３４ 蓄電要素 ３５ ヒューズ付き断路器 ３６ 均圧線 ３８、３９ ジャンパ線 ４０ 欠番 ４１ 電機子、電動機 ４２ 界磁 ４３ 補極 ４４、４５、４６、４７、４８、４９ 接触器 ５０ チョッパ（励磁制御用） ５１ 還流ダイオード ５２ 主幹制御器 ５３ 操作レバー、運転操作レバー ５４ ボタン ５５ 切り替えレバー ５６ 制動空気弁 ５７ 速度計 ５８ 受電・蓄電電圧計 ５９ 受電・蓄電電流計 ６０ 電動機電流計 ６１ 制動空気圧計 ６２ インバータ ６３ 整流器 ６４ 蓄電池 ６５、６６、６７ 電圧センサ ６８、６９、７０、７１、７２、 電流センサ ７３ 速度センサ ７４ 蓄電装置（架線回路用） ７５ 接触器（回生送出用） ７６ ダイオード（同上用） ７７ リアクトル（ノイズ電流消去用） ７８ コンデンサ（同上用） ７９ 変電所 ８０ 車両 ８１、８４ 平坦路 ８２、８５ 登坂路 ８３、８６ 降坂路 ８７、８８ ダイオード（過渡サージエネルギ吸収用） ８９ 静止整流子 ９０ インバータ ９１ リアクトル ９２ コンバータ ９３、９４、９５、９６ 接触器 ９７ 同期機、誘導機 ９８ 電機子巻線 ９９ 界磁 １００ 分配器 １０１ 変圧整流器 １０２ 変圧器 １０３、１０９ 整流器 １０４、１１０ 平滑リアクトル １０５ タップ １０６ 発電整流器 １０７ エンジン １０８ 発電機 ［動力関係諸量の符号］ Ｖt 架線電圧、受電電圧 Ｖc 蓄電回路電圧、蓄電電圧 Ｖm 電動機回路電圧、電機子群電圧 Ｖa 単電機子電圧 Ｉt 架線電流、受電電流 Ｉc 充・放電電流 Ｉm 電動機回路電流、電機子群電流 Ｉa 単電機子電流 Ｅs 変電所無負荷電圧 Ｅc 蓄電電圧 Ｅm 電機子群起電力 Ｅa 単電機子起電力 ｅz 変電所電圧降下 ｅt 架線電圧降下 ｅL 電子制御回路電圧降下 ｅc 蓄電回路電圧降下 ｅm 電動機回路電圧降下、電機子群電圧降下 ｅa 単電機子電圧降下 ｘs 変電所回路リアクタンス ｒs 変電所回路抵抗 ｒt 架線抵抗 ｒL 電子制御回路抵抗 ｒc 蓄電回路抵抗 ｒm 電動機回路抵抗、電機子群抵抗 ｒa 単電機子抵抗 Ｑ 電気量 Ｗ 電力量 δＥ 蓄電電圧昇降値、蓄電電圧変動値 Ｅo 定格蓄電電圧 Ｅco 蓄電電圧中央値 Ｃ 静電容量 Ｑo 定格電気量 Ｗo 定格電力量 δＷ 充放電電力量 Ｗc 充放電電力量（平均） ｔ 運転サイクル時間 ｔa 加速時間、電動・放電時間 ｔac 定トルク加速時間 ｔad 垂下トルク加速時間 ｔv 定常走行時間、補充電時間 ｔt 架線電力受電時間 ｔb 減速時間、回生・充電時間 ｔbd 垂下トルク減速時間 ｔbc 定トルク減速時間 ｔw 車輪ブレーキ時間 ｔs 停車時間 Ｓ 駅間距離 Ｓa 加速距離 Ｓv 定常走行距離 Ｓb 減速距離 Ｓw 車輪ブレーキ距離 αc 定トルク加速度 αd 垂下トルク加速度 βd 垂下トルク減速度 βc 定トルク減速度 ｖ 走行速度、運転速度 ｖac 定トルク加速上限速度 ｖbc 垂下トルク減速下限速度 ｖw 回生ブレーキ下限速度 Ｆa 牽引力 Ｆia 慣性抵抗（加速） Ｆv 走行抵抗 Ｆb 制動力 Ｆib 慣性抵抗（減速） Ｗi 慣性エネルギ、運動のエネルギ Ｗia 慣性仕事量（加速） Ｗib 慣性仕事量（減速） Ｗa 加速仕事量 Ｗvv 定常走行仕事量 Ｗb 減速仕事量 Ｗw 車輪ブレーキ仕事量 Ｗva 走行抵抗仕事量（加速） Ｗvb 走行抵抗仕事量（減速） Ｗv 実効動力仕事量 Ｖt 架線電圧、受電電圧 Ｖc 蓄電電圧 δＶ 蓄電電圧昇降値 δＶi 蓄電電圧昇降値（慣性抵抗分） δＶs 蓄電電圧昇降値（勾配抵抗分） Ｗci 充放電電力量（慣性抵抗分） Ｗcs 充放電電力量（勾配抵抗分） Ｐm 電動機出力、電動・回生負荷 Ｐma 電動電力（加速、力行） Ｐmv 電動電力（定常走行） Ｐmb 回生電力（減速、抑速） Ｐc 充・放電電力 Ｐt 受電電力 Ｗma 加速電動電力量 Ｗta 加速受電電力量 Ｗca 加速放電電力量 Ｗmv 定常走行電動電力量 Ｗcv 定常走行補充電電力量 Ｗtv 定常走行受電電力 Ｗmb 減速回生電力量 Ｗcb 減速充電電力量 ＩL 入力リアクトル電流（加速）、出力リアクトル電
流（減速） Ｉmf 全負荷電機子群電流 Ｉaf 全負荷単電機子電流 Φf 界磁全磁束 Φc 界磁制御磁束 Ｔ 電動機トルク Ｔm 最大トルク Ｔd 垂下トルク Ｔf 全負荷トルク、定格トルク ｓ 軌道勾配（o/oo） α 加速度 β 減速度 Ｖao 定格電機子電圧 ｐri 定格電機子鉄損 ｐrc 定格電機子銅損 λ 負荷率 ｐmi 電機子鉄損 ｐmc 電機子銅損 ｐm 電機子全損失 ｐm2、ｐm7 電機子全損失（全直列、加・減速） ｐm3、ｐm6 電機子全損失（直並列、加・減速） ｐm4、ｐm4 電機子全損失（全並列、加・減速） ｐm4d 、ｐm5d 電機子全損失（全並列、加速終期・減
速開始） ｐmv 電機子全損失（直並列・定常走行） ｐms 電機子全損失（全並列・短時定常走行） Ｖch チョッパ電圧 Ｉch チョッパ電流 ｆ 作動周波数 ｔ 作動周期 ｔon 通流幅 ｔoff 遮断幅 ε 昇・降圧制御率 ｔs 転流時間 ｔson オン転流時間 ｔsoff オフ転流時間 Ｉd 還流ダイオード電流 ｐtr 転流損失 ｐon 順電力損失 Ｌ1 インダクタンス Ｌ2 インダクタンス ｘ リアクタンス ｒL1 巻線抵抗 ｒL2 巻線抵抗 ｐL1 リアクトル損失 ｐL2 リアクトル損失
流（減速） Ｉmf 全負荷電機子群電流 Ｉaf 全負荷単電機子電流 Φf 界磁全磁束 Φc 界磁制御磁束 Ｔ 電動機トルク Ｔm 最大トルク Ｔd 垂下トルク Ｔf 全負荷トルク、定格トルク ｓ 軌道勾配（o/oo） α 加速度 β 減速度 Ｖao 定格電機子電圧 ｐri 定格電機子鉄損 ｐrc 定格電機子銅損 λ 負荷率 ｐmi 電機子鉄損 ｐmc 電機子銅損 ｐm 電機子全損失 ｐm2、ｐm7 電機子全損失（全直列、加・減速） ｐm3、ｐm6 電機子全損失（直並列、加・減速） ｐm4、ｐm4 電機子全損失（全並列、加・減速） ｐm4d 、ｐm5d 電機子全損失（全並列、加速終期・減
速開始） ｐmv 電機子全損失（直並列・定常走行） ｐms 電機子全損失（全並列・短時定常走行） Ｖch チョッパ電圧 Ｉch チョッパ電流 ｆ 作動周波数 ｔ 作動周期 ｔon 通流幅 ｔoff 遮断幅 ε 昇・降圧制御率 ｔs 転流時間 ｔson オン転流時間 ｔsoff オフ転流時間 Ｉd 還流ダイオード電流 ｐtr 転流損失 ｐon 順電力損失 Ｌ1 インダクタンス Ｌ2 インダクタンス ｘ リアクタンス ｒL1 巻線抵抗 ｒL2 巻線抵抗 ｐL1 リアクトル損失 ｐL2 リアクトル損失
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Claims (8)
- 【請求項１】 車両内に蓄電装置を配し、受電回路に逆
流出阻止用ダイオードを挿入して、車両の加速・減速に
伴う運動のエネルギ及び登坂・降坂に伴う位置のエネル
ギを主に蓄電装置の放電・充電で処理し、加速時に低下
した蓄電電力の補充電と定常走行負荷を主に受電電力で
賄うよう、電力制御回路を構成した電動車両の動力装
置。 - 【請求項２】 チョッパ（９）とそれを挟んだ２個のリ
アクトル（８）（１０）を配し、入力リアクトル（８）
とチョッパ（９）との接続点と負極線（１１）との間に
還流ダイオード（１２）と平滑コンデンサ（１３）の直
列回路を、出力リアクトル（１０）の入力側と負極線
（１１）との間に還流ダイオード（１４）をそれぞれ配
し、還流ダイオード（１２）に並列及びチョッパ（９）
と出力リアクトル（１０）との間に、共通のアクチュエ
ータを持つ接触器（１５）を、チョッパ（９）の出力側
と負極線（１１）との間及び還流ダイオード（１２）と
平滑コンデンサ（１３）との接続点と出力リアクトル
（１０）の入力側との間に、共通のアクチュエータを持
つ接触器（１６）を、それぞれ配して構成した、あるい
は、接触器（１５）（１６）を増設し、出力リアクトル
（１０）に接続の還流ダイオード（１４）と、負極線
（１１）との間に接触器（１６）を挿入及び入力リアク
トル（８）の出力側との間に接触器（１６）配して成る
切り替え回路で、還流ダイオード（１２）（１４）を共
通１個で構成した、電動車両の動力装置の電子制御回路
（１７）。 - 【請求項３】 請求項２の電子制御回路（１７）の入力
側に、接触器（７）及びダイオード（６）を介して架線
電力の受電回路（５）に接続し、該電子制御回路（１
７）の入力側及び出力側に各々２個の接触器（２３）
（２４）と（２５）（２６）を配してブリッジ回路を形
成し、各々入力側接触器（２３）（２４）と出力側接触
器（２５）（２６）とのそれぞれ接続点に、蓄電回路
（２９）及び電動機回路（３１）を接続して構成した、
電動車両の動力装置の電力制御回路。 - 【請求項４】 各々蓄電要素（３４）にヒューズ付き断
路器（３５）を配し、その複数組を並列接続し、断路器
（３２）を付して蓄電単位（３３）を構成し、あるいは
それに加えて、単位列車編成の複数の蓄電単位（３３）
を断路器（３７）を介し均圧線（３６）で並列に接続し
て構成した、電動車両の蓄電装置。 - 【請求項５】 ２台あるいは偶数台の直流整流子電動機
の電機子の直列・並列あるいは全直列・直並列・全並列
の接続切り替え回路を配し、各々電動機に直列あるいは
直並列で全電圧連続定格、並列あるいは全並列で倍電圧
短時定格を持たせ、全界磁と電機子制御による定トルク
加速・減速の速度域を２倍に拡大し、所定の運転速度
で、直列あるいは直並列に戻して電機子全電圧と界磁制
御で高速定常走行するよう、あるいは直並列で加速・減
速し、全直列に戻して電機子半電圧と界磁制御で中速定
常走行も可能に、構成した電動車両の動力装置の電動機
回路。 - 【請求項６】 同期機にサイリスタを組み合わせた直流
無整流子電動機を使用し、Ｙ−ΔあるいはＹ直列・Ｙ並
列・Δ並列の接続切り替え回路を配し、各々電動機にＹ
あるいはＹ並列で全電圧連続定格、ΔあるいはΔ並列で
1.732倍電圧短時定格を持たせ、全界磁と電機子制御に
よる定トルク加速・減速の速度域を 1.732倍に拡大し、
所定の運転速度で、ＹあるいはＹ並列に戻して電機子全
電圧と界磁制御で高速定常走行するよう、あるいはＹ並
列で加速・減速し、Ｙ直列に戻して電機子半電圧と界磁
制御で中速定常走行も可能に、構成した電動車両の動力
装置の電動機回路。 - 【請求項７】 誘導機に可変周波数のインバータを組み
合わせた直流無整流子電動機を使用し、Ｙ−Δあるいは
Ｙ直列・Ｙ並列・Δ並列の接続切り替え回路を配し、各
々電動機にＹあるいはＹ並列で全電圧連続定格、Δある
いはΔ並列で1.732倍電圧短時定格を持たせ、電圧・周
波数とも可変制御の定トルク加速・減速の速度域を 1.7
32倍に拡大し、所定の運転速度で、ＹあるいはＹ並列に
戻して電機子全電圧と可変周波数制御で高速定常走行す
るよう、あるいはＹ並列で加速・減速し、Ｙ直列に戻し
て半電圧と可変周波数制御で中速定常走行も可能に、構
成した電動車両の動力装置の電動機回路。 - 【請求項８】 主幹制御器の操作レバーに「切」と複数
の速段ノッチを配し、「切」ノッチからいずれかの速段
ノッチに進めたとき微速で緩発進し、各段間の操作方向
と直角の各方向に押したとき、その速段の上限速度以内
で加速及び減速作動し、中立に戻したとき、その時の走
行速度に定速制御して定常走行作動するよう構成した、
電動車両の運転操作機構。
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