JP2007336779A - 電気車駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両システムの信頼性を向上できる電気車駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明の電気車制御装置は、電気車を駆動する主電動機１４と主電動機を駆動するためのＶＶＶＦインバータ１３と車輪１６のブレーキ力を制御するブレーキ制御装置１２とを動力台車９内に備えたものであり、従来のように電気車駆動に関わる機器装置が車体と台車とに分散されることに起因していたぎ装配線の複雑化による車両工期の増大や故障復旧時間の増大といった鉄道車両システムの信頼性の劣化を改善するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気車駆動装置に関する。

電車や機関車などの鉄道車両の電気車駆動装置では、安全性や迅速な納期が求められる。一般に電気車駆動装置は、主にブレーキ制御装置、主電動機、ＶＶＶＦインバータから構成される。そして従来は、図５に示す構成であり、車体１内に車内ＬＡＮ８が設置され、端末装置５と中央処理装置６とがこの車内ＬＡＮ８にて接続され、また、車体１の屋根上にはパンタグラフ２だけが設置され、電気車駆動装置のうちブレーキ制御装置（図示せず）、ＬＣフィルタ回路３、ＶＶＶＦインバータ１３が車体１の床下に装荷され、台車内には車輪１６を駆動するための主電動機１４やそれにブレーキ力を作用させるブレーキシュー１５などが配置されていた。そのため、台車内の主電動機１４から動力線や速度検出器の信号線などが車体１側に渡るなど配線および配管が複雑になっており、車両製作に工数を要する問題点があった。また、上記のように駆動系の機器の設置場所が台車内と車体１側とに分散することで、不具合や故障が生じても、どの装置を交換すべきかが明確でなく、復旧に時間を要する問題点もあった。
特開平０３−２６１３０７号公報 特開平０８−３３６２６１号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、鉄道車両システムの信頼性を向上させることができる電気車駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、電気車を駆動する主電動機と前記主電動機を駆動するためのＶＶＶＦインバータと車輪のブレーキ力を制御するブレーキ制御装置とを装荷した動力台車を備えた電気車駆動装置を特徴とする。

本発明によれば、電気車を駆動する主電動機と主電動機駆動のためのＶＶＶＦインバータとブレーキ制御装置とを動力台車内に備えたことにより、従来のように電気車駆動に関わる機器装置が車体と台車とに分散されることに起因していたぎ装配線の複雑化による車両製造工期の増大や故障復旧時間の増大といった鉄道車両システムの信頼性の劣化を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態の電気車駆動装置を、図１を用いて説明する。直流電車の車体１には、動力台車９と付随台車１０とが接続されている。車体１の屋根上には、パンタグラフ２、ＬＣフィルタ回路３、そして圧縮空気用のコンプレッサ４が設置されている。また、車体１には、中央処理装置６と無線通信機能を有する指令送信装置７とが設置され、両者間は車内ＬＡＮ８にて接続されている。

動力台車９には、動輪となる車輪１６を回転駆動するための主電動機１４と、この主電動機１４を駆動制御するＶＶＶＦインバータ１３と、車輪１６に対するブレーキシュー１５のブレーキ力を制御するブレーキ制御装置１２とが備えられている。一方、付随台車１０には、ブレーキ制御装置１２のみが備えられている。これらの動力台車９内のＶＶＶＦインバータ１３とブレーキ制御装置１２、また付随台車１０内のブレーキ制御装置１２への制御指令やそれらからの応答の一部は、指令送信装置７によって無線信号にて送受信する。

動力台車９と車体１との接続部にはコネクタ１１が設けてあり、電源プラス線、アース線、ブレーキ制御用の圧縮空気配管が配置されている。動力台車９とともに、付随台車１０側にも同一のコネクタ１１が設けてあり、この付随台車１０側のコネクタ１１にも電源プラス線が配線されている。

ＶＶＶＦインバータ１３には、車体１側より直流電源のプラス側が供給される。車輪１６、レール１７がアース兼マイナス側（−）であるので、動力台車９内にてこのマイナス側（−）と接続している。

車体１側の直流電源（＋）は、パンタフラフ２を介して受電し、ＬＣフィルタ回路３を経てコネクタ１１に配電している。また、コンプレッサ４からのブレーキ用の圧縮空気Ａｉｒもそれぞれのコネクタ１１を介して動力台車９と付随台車１１へ供給している。

本実施の形態の電気車駆動装置では、車両の加減速力を生み出し制御する主電動機１４、ＶＶＶＦインバータ１３、ブレーキ制御装置１２のすべてが動力台車９内に収められている。そのため、故障の際には台車単位ごと交換すれば完全に復旧できる。このため、原因を特定する時間が省き、迅速に復旧できるために鉄道車両システムの信頼性の向上に寄与できる。また、車体１側のぎ装配線が簡略化されるため、予め、台車９，１０単位でのぎ装配線を実施しておけば、車両全体を組み合わせてからの作業工数を短縮することができる。また、古くなった車両をリニューアルする際の作業や性能の向上した新たな台車あるいはＶＶＶＦインバータといった機器の交換する作業が容易である。

また、本実施の形態によれば、台車９，１０と車体１を渡る配線・配管数を低減できるとともに、それらをコネクタ１１に集約することで迅速な台車交換が可能となる。この点からも、平均復旧時間（ＭＴＴＲ）を短縮し、鉄道車両システムの信頼性を向上することができる。

また、本実施の形態によれば、ＶＶＶＦインバータ１３の直流マイナス側（−）を台車９，１０内のアースへ接続することで不要な配線を減らし、ぎ装配線の容易化、ひいては車体製造工期の短縮化やメンテナンスの簡易化に寄与できる。

また、本実施の形態によれば、車体１側では付随台車１０であろうと動力台車９であろうといずれも接続可能であるように共通のコネクタ１１を備えている。これにより、車両の運用状況に応じて、容易にその車両性能を変更することが可能である。例えば、普通車両は、急行車両に比べて低速で冷却が期待できない上、発熱が大きい加減速を繰り返す。すなわち、急行車両性能と普通車両性能は異なっている。そのため、従来では、いずれか一方の用途用に設計された車両は他方の種別にて用いることができない場合があった。ところが、本実施の形態では、付随台車１０に置き換えて動力台車９を車体１に取り付けるだけでこれが実現可能となる。これにより、本実施の形態によれば、鉄道事業者にとって車両の運行管理を容易にし、車両を種別に応じて余分に持つという不要な設備投資を軽減できる効果がある。

さらに、本実施の形態によれば、動力台車９には１つの主電動機１４とＶＶＶＦインバータ１３を装荷することで台車内の空間にゆとりが生じさせることができる。現状の鉄道車両は、主電動機を有した車軸とそれを持たない車軸との比が１：１程度あることから、１つの台車（台車には２つの車軸がある）には、１つの主電動機を備える点で妥当である。鉄道事業者にとっては、異なる台車を管理するより、同一の台車を管理する方が安全性、コストの面で利点がある。

またさらに、本実施の形態によれば、共通機器であるＬＣフィルタ回路３、コンプレッサ４を車体１の屋根上に配置したことで、車体１の床下スペースを有効に利用することが可能となる。例えば、この床下空間を広く広げることで、２階建て車両の適用が図れる。鉄道事業者にとっては、２階建て車両により、定員の増大による通勤混雑緩和、輸送能力の増大による収益改善などの効果が得られる。

加えて、本実施の形態では、動力台車９、付随台車１０への制御指令やそれらからの応答の一部を指令送信装置７によって無線で通信するようにしている。これにより、取り扱いに注意を要し、ぎ装配線にも手間のかかる弱電線を撤廃することが可能であり、ぎ装配線の簡易化、メンテナンスの低減とともに、台車交換を容易にし、ＭＴＴＲの短縮による信頼性向上、動力台車と付随台車の任意交換の実現などに寄与できる。

（第２の実施の形態）図２を用いて、本発明の第２の実施の形態の電気車駆動装置について説明する。本実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対して、付随台車１０の代わりに動力台車９が備え、車体１に対して２台の動力台車９を備え、また、車体１の屋根上にＤＣ／ＤＣコンバータ１８を追加的に備えたことを特徴とする。尚、図２において、図１の第１の実施の形態と共通する要素については共通の符号を付して示してある。

２台の動力台車９の電源は共通の回路として与えられ、この共通電源回路は、ＬＣフィルタ回路３とＤＣ／ＤＣコンバータ１８にて構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１８はＬＣフィルタ回路３の直流出力を昇圧ないしは降圧するものである。

本実施の形態によれば、複数の動力台車９それぞれの内に装荷されたＶＶＶＦインバータ１３の直流電源入力回路として各台車毎に機器を持つのではなく、台車間をまたがって共通化して使うことで機器集中化が図れ、これにより、車体１側の機器の小型・軽量化が図れ、それに応じて製造コストも低減できる。

（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の電気車駆動装置について、図３を用いて説明する。本実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対して、車体１の床下にエネルギー蓄積装置１９を備えたことを特徴とする。このエネルギー蓄積装置１９は、大容量のエネルギーの充電あるいは放電が可能な装置であり、例えば、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）、２次電池、燃料電池あるいはディーゼルエンジンなどである。尚、図３に示す第３の実施の形態におけるその他の要素については、図１に示した第１の実施の形態と共通する。

本実施の形態によれば、従来は車体１の床下に配置されていたＶＶＶＦインバータ１３、ブレーキ制御装置１３を主電動機１４とともに動力台車９内に備えることで、車体１の床下に大きなスペースが生まれる。エネルギー蓄積装置１９の搭載車両は、省エネルギーや車両の自律走行というメリットから様々提案されているが、従来は現実的に搭載できるスペースがなかった。ところが、本実施の形態によれば、開放された床下空間を利用し、大容量なエネルギー蓄積装置１９が搭載できるようになり、その結果、第１の実施の形態の効果とともに、省エネルギーや車両の自律走行という効果も奏する。

（第４の実施の形態）図４を用いて、本発明の第４の実施の形態の電気車駆動装置について説明する。本実施の形態は、図３に示した第３の実施の形態に対して車体１と動力台車９との位置関係が異なる。本実施の形態で採用している台車は連接台車といわれるもので、車体１と車体１９の中間に動力台車９が配置され、また付随台車１０は車体１と車体２０の中間に配置されている。尚、電気系統の配線、コンプレッサ４からの圧縮空気Ａｉｒの配管は第３の実施の形態と同様である。そして、本実施の形態の特徴は、第３の実施の形態と同様に、車体１の床下の空きスペースにエネルギー蓄積装置１９を設置したことにある。

本実施の形態のように、元来車体１の床下に備わるＶＶＶＦインバータ１３やブレーキ制御装置１２などを動力台車９内に収めることで車体１の床下の空きスペースを拡大することができる上、さらに連接台車方式を採用することでより車体１の床下に一層広い空きスペースを開放することができる。そこで、この車体１の床下の広い空きスペースを利用してエネルギー蓄積装置１９を設置することで、第３の実施の形態のものよりも大容量のものの搭載が可能になる。

尚、本実施の形態において、車体１の床下の空きスペースが広くできることから、２階建て電車に仕上げれば定員を広げる効果を享受できる。また、床下空間に新たな装置を積むのではなく、低床にしてバリアフリー化することで、高齢化社会に向けて人に優しい鉄道システムが構築できる。さらに、低床式にして地下鉄に適用すれば車両断面積を低減し、大幅な土木の削減効果が期待できる。

本発明の第１の実施形態の鉄道車両の制御装置を示す構成図 本発明の第２の実施形態の鉄道車両の制御装置を示す構成図 本発明の第３の実施形態の鉄道車両の制御装置を示す構成図 本発明の第４の実施形態の鉄道車両の制御装置を示す構成図 従来の鉄道車両の制御装置を示す構成図

符号の説明

１…車体
２…パンタグラフ
３…フィルタ回路
４…コンプレッサ
６…中央処理装置
７…指令送信装置
８…車内ＬＡＮ
９…動力台車
１０…付随台車
１１…コネクタ
１２…ブレーキ制御装置
１３…ＶＶＶＦインバータ
１４…主電動機
１５…ブレーキシュー
１６…車輪
１７…レール
１８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１９…エネルギー蓄積装置
２０，２１…車体

Claims (14)

1. 電気車を駆動する主電動機と前記主電動機を駆動するためのＶＶＶＦインバータと車輪のブレーキ力を制御するブレーキ制御装置とを装荷した動力台車を備えたことを特徴とする電気車駆動装置。
2. 少なくとも前記主電動機を装荷しない付随台車を備え、編成としての出力を前記動力台車および付随台車の数で調整可能としたことを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
3. 前記付随台車の取り付け部には、前記動力台車の取り付けを可能にしたことを特徴とする請求項２に記載の電気車駆動装置。
4. 前記動力台車と車体との接続部には、直流電源、アース、ブレーキ用の配管を一体化したコネクタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
5. １つの動力台車には１つの主電動機のみを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
6. 前記ＶＶＶＦインバータへの直流側電源を供給するための共通電源装置が車体側に装荷され、当該共通電源装置を複数の動力台車それぞれに装荷されたＶＶＶＦインバータで共通して用いることを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
7. 前記共通電源装置を、車両の屋根上に配置したことを特徴とする請求項６に記載の電気車駆動装置。
8. 前記主電動機、ＶＶＶＦインバータおよびブレーキ制御装置のメンテナンスないしは故障時の復旧を、動力台車単位で実施可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
9. 前記動力台車に装荷されたＶＶＶＦインバータあるいはブレーキ制御装置への指令を無線送信する指令送信装置を車体側に設置したことを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
10. 前記ＶＶＶＦインバータの直流側マイナス側を、前記動力台車内でアース電位点に接続したことを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
11. 前記車体の床下にエネルギー蓄積装置を設置したことを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
12. 前記車体は、２階建てあることを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
13. 前記車体は、低床仕様であることを特徴とする請求項１に記載の電気車駆動装置。
14. 前記動力台車は、複数の車体の連接部の直下に設置された連接台車であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の電気車駆動装置。
    
    

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