JP2010000871A - 電気鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 変圧器の容量を大きくすることに適した電気鉄道車両を提供することにある。
【解決手段】 ３つの台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれの台車間の床下に、２つに分割された変圧器４Ａ，４Ｂをそれぞれ設け、変圧器４Ａ，４Ｂはそれぞれ車内に配置された電力変換装置２Ａ，２Ｂに交流電力を供給する電気鉄道車両。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気鉄道車両に関する。

主変圧器は、交流電気機関車又は交直流電気機関車に搭載され、変電所から架空電車線などにより交流の電力供給を受け、車両に搭載した電力変換装置の入力電圧に適した電圧になるよう降圧する。従前は、主変圧器は、機械室内に配置されていた（例えば、特許文献１参照）。近年では、主変圧器は、床下の台車間に配置するのが一般的である。床下の台車間に配置する場合、軸配置は、ＵＩＣ（国際鉄道連合）表示によるＢｏ’Ｂｏ’やＣｏ’Ｃｏ’などの二つの台車で構成し、変圧器を配置する空間を床下に設けている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６２−１３１８６２号公報 国際公開第９３／１４５０７号パンフレット

しかしながら、変圧器は、要求される出力が大きくなり、これに伴い、床下の変圧器は大型で重量のあるものになりつつある。

変圧器は、その方式により、たとえ同じ容量の変圧器であっても、外形も重量も変化する。このため、変圧器は、小型化や軽量化を試みても、許容しがたい寸法や重量になる場合がある。また、コストの面から、小型化や軽量化が実現できる方式を採用できない場合もある。

変圧器の寸法は、レール方向については、この変圧器が二つの台車間にあるため、車体長を著しく長くしなければならないような長さにはできない。高さ方向については、車体の床高さによる制約条件がある。枕木方向については、車体幅や車両限界による制約条件を満たさなければならない。

変圧器は、床下の装置であるため、どんなことがあっても落下させてはならず、高い安全率で床下にボルトなどで吊り下げる必要がある。このため、変圧器の重量が重い場合、ボルトのサイズと本数が非現実的な数でなければ必要な安全率を確保できない場合がある。このような変圧器は、寸法的には成立したとしても、安全上製品化できないことになる。

また、かつて一般的であった方式のように、変圧器を床上の機械室内に配置する方法を採用すると、車体長の制約から他の装置を小型化するか、又は変圧器の代わりに他の装置を床下に移動するなどの必要が生じる。しかし、他の装置の小型化は、機械室に追加となる変圧器の寸法を容易に吸収できるほどではない。また、他の装置を床下に移動した場合、機械室に比較して環境が悪くなるため、不具合の原因となることもある。いずれにしても、変圧器が床下にあることの利点と比較すると、欠点の大きいものばかりである。

さらに、変圧器自体を小型軽量化する手段としては、内鉄形を外鉄形に変更する方法が考えられる。しかし、内鉄形は、構造が単純で製造が容易である。このため、内鉄形は、外鉄形と比較して、納期や価格の面から有利である。このため、変圧器を外鉄形に変更して、床下の台車間に配置できたとしても、納期や価格の面でのデメリットの方が大きい。

一方、鉄道車両は、大きな牽引力を安定して発揮したい場合、駆動軸の数を増やすことがある。このような場合、床下に変圧器を配置するためには、３軸台車によるＣｏ’Ｃｏ'の構成にすることが多い。

ここで、３軸台車は、曲線通過性能に関しては、２軸台車に比べ大きく劣っている。この欠点を補うために、車両は、各軸が曲線に沿った向きに回転することが可能な操舵台車を採用したり、二つの台車間をリンクにより拘束することで曲線通過を容易した台車を採用したりすることがある。

しかし、操舵台車は、特別に設けたリンク機構により、曲線に沿った回転を可能としている。このため、そのリンクに関係する部品点数が多く、保守性が良くない。また、二つの台車間をリンクで接続する場合、このリンクに干渉する範囲には、装置を配置することができなくなる。このことは、台車間に大型の変圧器を配置することを更に困難にするものである。

そこで、本発明の目的は、変圧器の容量を大きくすることに適した電気鉄道車両を提供することにある。

本発明の観点に従った電気鉄道車両は、第１の台車と、前記第１の台車の隣に設けられた第２の台車と、前記第２の台車の隣に設けられた第３の台車と、前記第１の台車と前記第２の台車との間の床下に設けられた第１の変圧器と、前記第１の変圧器の容量との合計の容量が電車線から供給される交流電力の変圧を許容する容量以上を有し、前記第２の台車と前記第３の台車との間の床下に設けられた第２の変圧器と、車内に配置され、前記第１の変圧器及び前記第２の変圧器により変圧された交流電力が供給される電力変換手段とを備えた構成である。

本発明によれば、変圧器の容量を大きくすることに適した電気鉄道車両を提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気鉄道車両１の構成を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る電気鉄道車両１の構成を示す上面図である。なお、図面中における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

電気鉄道車両１は、電力変換装置２Ａ，２Ｂと、送風機３Ａ，３Ｂと、変圧器４Ａ，４Ｂと、台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、冷却器６１Ａ，６１Ｂ，６２Ａ，６２Ｂと、車体１０とを備えている。電気鉄道車両１は、交流電気機関車又は交直流電気機関車である。

電気鉄道車両１は、軸配置をＵＩＣ表示によるＢｏ’Ｂｏ’Ｂｏ’又はＢｏ’２Ｂｏ’などの３組の台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃによる構成としている。即ち、電気鉄道車両１は、６対の車軸を有している。ここで、台車５Ａ，５Ｃは、電気鉄道車両１の先頭又は最後尾に位置する台車である。台車５Ｂは、電気鉄道車両１の真ん中に位置する台車である。

台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、電動機により駆動される動軸である。台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、２軸台車である。台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、転向可能な台車である。なお、台車５Ｂは、電動機により駆動されない付随軸でもよい。また、台車５Ｂは、１軸台車でもよい。台車５Ｂを１軸台車にした場合、電気鉄道車両１は、５対の車軸となる。

変圧器４Ａは、台車５Ａと台車５Ｂとの間の床下に設けられている。変圧器４Ａは、変電所から架空電車線などにより交流電力が供給され、電力変換装置２Ａの入力電圧に適した電圧に降圧する。変圧器４Ａは、電力変換装置２Ａと電気的に対をなす機器である。

変圧器４Ｂは、台車５Ｂと台車５Ｃとの間の床下に設けられている。変圧器４Ｂは、変電所から架空電車線などにより交流電力が供給され、電力変換装置２Ｂの入力電圧に適した電圧に降圧する。変圧器４Ｂは、電力変換装置２Ｂと電気的に対をなす機器である。

変圧器４Ａ，４Ｂは、合計の容量が変電所から架空電車線などを介して供給される交流電力を電力変換装置２Ａ，２Ｂの入力電圧に適した電圧に降圧することを許容する容量となっている。

電力変換装置２Ａ，２Ｂは、床上の枕木方向（車体１０の幅方向）の両側にそれぞれ配置されている。これにより、車内の中央に、通路９が確保される。電力変換装置２Ａは、変圧器４Ａの真上に位置するように配置されている。電力変換装置２Ｂは、変圧器４Ｂの真上に位置するように配置されている。電力変換装置２Ａ，２Ｂは、電気鉄道車両１を走行させるための電動機を駆動するために電力を供給する。または、電力変換装置２Ａ，２Ｂは、室内設備などに電力を供給する。

冷却器６１Ａは、電力変換装置２Ａを冷却する冷却器である。冷却器６１Ａと電力変換装置２Ａとは、冷媒が通る配管Ｐ１により接続されている。冷却器６１Ａは、空冷式の冷却器である。冷却器６１Ａは、送風機３Ａにより送り込まれた冷却風により冷却する。

冷却器６２Ａは、変圧器４Ａを冷却する冷却器である。冷却器６２Ａと変圧器４Ａとは、油配管Ｐ２により接続されている。冷却器６２Ａは、空冷式の冷却器である。冷却器６２Ａは、送風機３Ａにより送り込まれた冷却風により冷却する。

送風機３Ａは、冷却器６１Ａ，６２Ａに冷却風を送るための機器である。

冷却器６１Ｂは、電力変換装置２Ｂを冷却する冷却器である。冷却器６１Ｂと電力変換装置２Ｂとは、冷媒が通る配管Ｐ１により接続されている。冷却器６１Ｂは、空冷式の冷却器である。冷却器６１Ｂは、送風機３Ｂにより送り込まれた冷却風により冷却する。

冷却器６２Ｂは、変圧器４Ｂを冷却する冷却器である。冷却器６２Ｂと変圧器４Ｂとは、油配管Ｐ２により接続されている。冷却器６２Ｂは、空冷式の冷却器である。冷却器６２Ｂは、送風機３Ｂにより送り込まれた冷却風により冷却する。

送風機３Ｂは、冷却器６１Ｂ，６２Ｂに冷却風を送るための機器である。

次に、冷却器６１Ｂ，６２Ｂ及び送風機３Ｂの組み合わされた構成について説明する。なお、冷却器６１Ａ，６２Ａ及び送風機３Ａの組み合わされた構成も同様である。

冷却器６２Ｂは、車体の底面側（下側）に配置されている。冷却器６２Ｂの下に位置する床面には、冷却風ＦＬが通り抜ける穴が設けられている。この穴と冷却器６２Ｂとの間は、風道ＡＷで接続されている。冷却器６１Ｂは、冷却器６２Ｂの上に積み重ねるように配置されている。冷却器６１Ｂと冷却器６２Ｂとの間は、風道ＡＷで接続されている。送風機３Ｂは、冷却器６１Ｂの上に積み重ねるように配置されている。送風機３Ｂと冷却器６１Ｂとの間は、風道ＡＷで接続されている。送風機３Ｂの上に位置する屋根には、冷却風ＦＬが通り抜ける穴が設けられている。この穴と送風機３Ｂとの間は、風道ＡＷで接続されている。

送風機３Ｂは、屋根に空いた穴から空気を取り込み、下側に位置する穴に向けて、冷却風ＦＬを送り込む。冷却風ＦＬは、屋根から入り込み、送風機３Ｂ及び冷却器６１Ｂ，６２Ｂを順次に介して、床下から抜け出る。即ち、送風機３Ｂ及び冷却器６１Ｂ，６２Ｂは、送風機３Ｂによる冷却風ＦＬが直列的に通り抜けるように構成されている。このようにして、冷却器６１Ｂ，６２Ｂ及び送風機３Ｂは、一体形成されている。

本実施形態によれば、軸配置を３組の台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃとしている。また、変圧器は、電気鉄道車両１に必要な容量を２つに分配した変圧器４Ａ，４Ｂにより許容する構成としている。さらに、２つの変圧器４Ａ，４Ｂは、３組の台車５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれの間の床下に設けられている。

１つの変圧器で構成すれば、大型になり、床下に配置できない寸法の変圧器になる場合であっても、２つの変圧器４Ａ，４Ｂにより構成することで、電気鉄道車両１の床下に設けることの寸法とすることができる。

また、１つの変圧器で構成すれば、重量が大きくなる場合であっても、２つの変圧器４Ａ，４Ｂに重量を分散させることができる。これにより、変圧器を安全に吊ることができる。また、電気鉄道車両１の車体の台枠への集中加重を避けることができ、加重負荷を低減することができる。さらに、線路への加重負荷を軽減することができる。さらに、重量が分散することで、２軸台車を採用することができ、３軸台車と比較して、曲線通過性能を向上させることができる。

さらに、２つの変圧器４Ａ，４Ｂに分割することで、冷却効率を高めることができる。また、２つの変圧器４Ａ，４Ｂのそれぞれに対応する電力変換装置２Ａ，２Ｂを併せて冷却する構成とすることで、全体の構成を小型化することができる。

また、２つの変圧器４Ａ，４Ｂに分割することで、巻線間の干渉を低減することができる。

さらに、２つの変圧器４Ａ，４Ｂのそれぞれの冷却器６２Ａ，６２Ｂを床上に配置することで、床下をコンパクトにすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電気鉄道車両１Ａの構成を示す側面図である。

電気鉄道車両１Ａは、図１及び図２に示す第１の実施形態に係る電気鉄道車両１において、冷却器６２Ａ，６２Ｂを床下に設けた構成である。その他の点は、電気鉄道車両１と同様の構成である。

冷却器６２Ｂは、変圧器４Ｂに近接して設けられている。同様にして、冷却器６２Ａは、変圧器４Ａに近接して設けられている。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

冷却器６２Ａ，６２Ｂを床下に設けることで、それぞれ変圧器４Ａ，４Ｂに近接して設けることができる。これにより、冷却器６２Ａ，６２Ｂと変圧器４Ａ，４Ｂとを接続する油配管Ｐ２Ａは、第１の実施形態に係る油配管Ｐ２と比較して短くすることができる。これにより、冷却器６２Ａ，６２Ｂ及び変圧器４Ａ，４Ｂの艤装を容易にすることができる。

なお、冷却器６２Ｂと変圧器４Ｂは、一体形成にしてもよい。これにより、油配管Ｐ２Ａは、不要となる。さらに、冷却器６２Ｂ及び変圧器４Ｂの艤装を容易にすることができる。同様に、冷却器６２Ａ及び変圧器４Ａを一体形成してもよい。

また、冷却器６１Ｂ及び送風機３Ｂは、電力変換装置２Ｂの箱内部に内蔵してもよい。これにより、機器類をコンパクトにすることができる。同様に、冷却器６１Ａ及び送風機３Ａを電力変換装置２Ａの箱内部に内蔵してもよい。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る電気鉄道車両１Ｂの構成を示す側面図である。図５は、本実施形態に係る電気鉄道車両１Ｂの構成を示す上面図である。

電気鉄道車両１Ｂは、図３に示す第２の実施形態に係る電気鉄道車両１Ａにおいて、電力変換装置２Ａ，２Ｂを一つにまとめた電力変換装置２を設けた構成である。その他の点は、第２の実施形態に係る電気鉄道車両１Ａと同様の構成である。

電力変換装置２は、床上の枕木方向（車体１０の幅方向）の真ん中に配置されている。これにより、車内の両側に通路９が確保される。

本実施形態によれば、１つの電力変換装置であっても、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、第１の実施形態と同様に、変圧器４Ａ，４Ｂ用の冷却器６２Ａ，６２Ｂを床上に設けた構成としてもよい。これにより、床下をコンパクトにすることができる。

なお、各実施形態において、送風機３Ａ，３Ｂを上部に設けた構成としたが、下部に設ける構成としてもよい。このとき、送風機３Ａ，３Ｂは、床下に設ける構成としてもよい。また、冷却風ＦＬの向きは、下部から上部に吹き上げるように流してもよい。さらに、送風機３Ａ，３Ｂは、逆回転可能なものとし、温度条件などに応じて、冷却風ＦＬの向きを変えられるようにしてもよい。

各実施形態において、変圧器４Ａ，４Ｂ及び電力変換装置２，２Ａ，２Ｂを冷却する冷却器６１Ａ，６１Ｂ，６２Ａ，６２Ｂを空冷式としたが、これに限らない。これらの冷却方式は、水冷式であってもよいし、他の方式による冷却器でもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す側面図。 本発明の第１の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す上面図。 本発明の第２の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す側面図。 本発明の第３の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す側面図。 本発明の第３の実施形態に係る電気鉄道車両の構成を示す上面図。

符号の説明

１…電気鉄道車両、２…電力変換装置、３Ａ，３Ｂ…送風機、４…変圧器、５…台車、１０…車体、１１…車体台枠、６１Ａ，６１Ｂ，６２Ａ，６２Ｂ…冷却器、ＡＷ…風道、ＦＬ…冷却風、Ｐ１…配管、Ｐ２…油配管。

Claims (10)

1. 第１の台車と、
   前記第１の台車の隣に設けられた第２の台車と、
   前記第２の台車の隣に設けられた第３の台車と、
   前記第１の台車と前記第２の台車との間の床下に設けられた第１の変圧器と、
   前記第１の変圧器の容量との合計の容量が電車線から供給される交流電力の変圧を許容する容量以上を有し、前記第２の台車と前記第３の台車との間の床下に設けられた第２の変圧器と、
   車内に配置され、前記第１の変圧器及び前記第２の変圧器により変圧された交流電力が供給される電力変換手段と
   を備えたことを特徴とする電気鉄道車両。
2. 前記第１の変圧器を冷却する第１の冷却手段と、
   前記第１の冷却手段と一体形成され、前記電力変換手段を冷却する第２の冷却手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気鉄道車両。
3. 前記第１の冷却手段は、床下に設けられ、
   前記第２の冷却手段は、床上に設けられたこと
   を特徴とする請求項２に記載の電気鉄道車両。
4. 前記第１の冷却手段及び前記第２の冷却手段は、床上に設けられたこと
   を特徴とする請求項２に記載の電気鉄道車両。
5. 前記第１の冷却手段及び前記第２の冷却手段による冷却のための冷却風を流す送風手段
   を備えたことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電気鉄道車両。
6. 第１の台車と、
   前記第１の台車の隣に設けられた第２の台車と、
   前記第２の台車の隣に設けられた第３の台車と、
   前記第１の台車と前記第２の台車との間の床下に設けられた第１の変圧器と、
   前記第１の変圧器の容量との合計の容量が電車線から供給される交流電力の変圧を許容する容量以上を有し、前記第２の台車と前記第３の台車との間の床下に設けられた第２の変圧器と、
   車内に配置され、前記第１の変圧器により変圧された交流電力が供給される第１の電力変換手段と、
   車内に配置され、前記第２の変圧器により変圧された交流電力が供給される第２の電力変換手段と
   を備えたことを特徴とする電気鉄道車両。
7. 前記第１の変圧器を冷却する第１の冷却手段と、
   前記第１の冷却手段と一体形成され、前記第１の電力変換手段を冷却する第２の冷却手段と、
   前記第２の変圧器を冷却する第３の冷却手段と、
   前記第３の冷却手段と一体形成され、前記第２の電力変換手段を冷却する第４の冷却手段と
   を備えたことを特徴とする請求項６に記載の電気鉄道車両。
8. 前記第１の冷却手段及び第３の冷却手段は、床下に設けられ、
   前記第２の冷却手段及び第４の冷却手段は、床上に設けられたこと
   を特徴とする請求項７に記載の電気鉄道車両。
9. 前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、前記第３の冷却手段、及び前記第４の冷却手段は、床上に設けられたこと
   を特徴とする請求項７に記載の電気鉄道車両。
10. 前記第１の冷却手段、前記第２の冷却手段、前記第３の冷却手段、及び前記第４の冷却手段による冷却のための冷却風を流す送風手段
    を備えたことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電気鉄道車両。

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