JP2014193067A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の屋根上に作業者が登ることなく、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルとを分離することができることは勿論、この分離に特別な作業を必要とせず自動的に行える鉄道車両を提供する。
【解決手段】鉄道車両は、電力供給線からパンタグラフを介して給電が行われると共に、電源ユニットを構成する主要電源機器を分散して複数の車両に搭載して形成され、それぞれの車両が連結されている複数の車両ユニットと、該各車両ユニットの前記電源ユニットを接続するために、車両を引き通して配置されたケーブル８Ｂ，８Ｃと、ケーブル８Ｂ，８Ｃの途中に設置され、車両ユニット間を電気的に切り離す断路器１２Ａとを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は鉄道車両に係り、特に、電源ユニットを構成する主用電源機器が分散して搭載される複数の車両ユニットが、連結して編成されるものに好適な鉄道車両に関する。

複数の車両が連結して編成される鉄道車両では、編成をなす複数の車両にパンタグラフ、主変圧器、主変換装置等の主要電源機器から構成される電源ユニット及び補助電源装置、空気圧縮機等の補助機器を搭載する車両ユニット方式が採用されている。

例えば、４両の車両に前記主要電源機器を分散して搭載し、この４両の１つの車両ユニットとし、この車両ユニットを複数連結して鉄道車両を構成している。

各車両ユニットを連結して鉄道車両とした場合、鉄道車両は車両ユニットと同数のパンタグラフを備えることになるが、パンタグラフは騒音源になりやすいので、その数は少ない方が好ましい。

そこで、鉄道車両の屋根上に高電圧ケーブルを設置し、この高電圧ケーブルで各電源ユニットを接続することにより、パンタグラフの数を少なくしている。例えば、１０両編成の新幹線電車においては、４つの電源ユニットを備えている場合、高電圧ケーブルにて４つの電源ユニットを接続しているので、パンタグラフは２箇所で良い。

また、車両ユニット内の車両間の高電圧ケーブルは、高電圧ジョイントを介して接続され、各車両ユニットの間の高電圧ケーブルは、高電圧ジョイント又は高電圧碍子を介して接続されている。

ところで、高電圧ケーブルに地絡等の不具合が生じた場合に、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルを分離（電気的に遮断）して、不具合が他へ波及しないようにする必要がある。

従来、各車両ユニットの電源ユニットを接続する高電圧ケーブルで、電気的に分離する場合には、車両の屋根上に作業者が登り、一方の高電圧碍子と他方の高電圧碍子を接続する接続線を、作業員が工具を用いて分離していた。この分離作業は、高所作業となるため、安全に十分に配慮しなければならない。

このような複数の電源ユニットを高電圧ケーブルで接続した鉄道車両において、複数の電源ユニット間を、車両の屋根上に登ることなく分離できる技術が特許文献１で提案されている。

即ち、特許文献１には、電源ユニットへの給電を遮断する真空遮断器と、該真空遮断器に接続され、複数の電源ユニット間を遮断する機械式遮断器とから構成される高電圧遮断器が、機器箱に収納され、この機器箱が開閉可能に構成されると共に、車両の床下に設置されることが開示され、車両の床下に設置されている機器箱を開けた後、機械的遮断器の一方の高電圧碍子と他方の高電圧碍子を接続する接続線を、作業員が工具を用いて分離することで、車両の屋根上に作業者が登ることなく、床下の作業のみで、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルを分離することが記載されている。

特開２００９−１３６１４２号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、車両の屋根上に作業者が登ることなく、床下の作業のみで、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルを分離することはできるが、車両の床下での分離作業は、機械的遮断器の一方の高電圧碍子と他方の高電圧碍子を接続する接続線を、作業員が工具を用いて行うものであることから、作業性を改善する点において解決する課題があった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、車両の屋根上に作業者が登ることなく、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルとを分離することができることは勿論、この分離に特別な作業を必要とせず自動的に行える鉄道車両を提供することにある。

本発明の鉄道車両は、上記目的を達成するために、電力供給線からパンタグラフを介して給電が行われると共に、電源ユニットを構成する主要電源機器を分散して複数の車両に搭載して形成され、それぞれの車両が連結されている複数の車両ユニットと、該各車両ユニットの前記電源ユニットを接続するために、前記車両を引き通して配置されたケーブルと、前記ケーブルの途中に設置され、前記車両ユニット間を電気的に切り離す断路器とを備えていることを特徴とする。

具体的には、前記断路器が、前記車両の屋根上に配置された前記ケーブルの途中で、かつ、前記車両の屋根と同一面上に設置されているか、或いは、前記車両の床下に前記ケーブルが引き通されている機器箱が設置され、該機器箱のケーブルの途中に前記断路器が設置されていることを特徴とする。

本発明によれば、車両の屋根上に作業者が登ることなく、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルとを分離することができることは勿論、この分離に特別な作業を必要とせず自動的に行える鉄道車両を得ることができる。

本発明の鉄道車両の実施例１における車両編成の例を示す図である。 本発明の鉄道車両の実施例１に採用される断路器の配置状態を示す断面図である。 図２の側面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の鉄道車両の実施例１に採用される断路器の投入状態を示す断面図である。 本発明の鉄道車両の実施例１に採用される断路器の遮断状態を示す断面図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の鉄道車両を説明する。尚、符号は、同一部品は同符号を使用し、再度の説明は省略する。

図１に、本発明の鉄道車両の実施例１における車両編成の例を示す。

該図に示す如く、本実施例の鉄道車両１は１２両編成で構成され、２両の車両が１つの車両ユニットを構成し、第１車両ユニット２、第２車両ユニット３、第３車両ユニット４、第４車両ユニット５、第５車両ユニット６及び第６車両ユニット７から成っている。

特に図示はしないが、各車両ユニット２乃至７は、主変圧器、主変換装置等の主要電源機器から構成される電源ユニット及び補助電源装置、空気圧縮機等の補助機器を搭載している。

また、各車両ユニット２乃至７を搭載する電源ユニットは、高電圧ジョイント１０及び三分岐高電圧ケーブルヘッド１１を介して接続されている高電圧ケーブル８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが接続され、この高電圧ケーブル８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄには、電力供給線（図示せず）から、車両の屋根に設置されているパンタグラフ９Ａ及び９Ｂを介して給電が行われ、高電圧ケーブル８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄから各車両ユニット２乃至７の電源ユニットに電力を供給している。

また、パンタグラフ９Ａは、第２車両ユニット３である３両目の車両の屋根に、パンタグラフ９Ｂは、第４車両ユニット５である７両目の車両の屋根に、それぞれ設置されている。尚、高電圧ケーブル８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、車両間を渡って配置されていることから可撓性を有しており、曲線通過等の変化、曲がりや偏軌を許容するようになっている。

そして、本実施例では、第３車両ユニット４である５両目の車両の屋根上で、かつ、高電圧ケーブル８Ｂと高電圧ケーブル８Ｃの途中及び第４車両ユニット５である７両目の車両の屋根上で、かつ、高電圧ケーブル８Ｃと高電圧ケーブル８Ｄの途中に、各車両ユニット間を電気的に切り離す断路器１２Ａ及び１２Ｂを、車両の屋根と同一面上に設置している。

即ち、５両目の車両の屋根上に断路器１２Ａ及び７両目の車両の屋根上に断路器１２Ｂを、つまり、断路器１２Ａ及び１２Ｂをそれぞれ収納しているケース（後述する）を、碍子等を用いず車両の屋根上に直接ボルト等の固定手段を用いて固定すると共に、断路器１２Ａ及び１２Ｂの開閉方向が水平方向となるように設置している。

次に、上述した断路器１２Ａ及び１２Ｂの配置状態を図２及び図３を用いて説明する。尚、断路器１２Ａ及び１２Ｂは同一構成であるため、図２及び図３には、断路器１２Ａを例にして説明する。

該図に示す如く、断路器１２Ａは、後で詳述する真空遮断器１３で構成されており、この真空遮断器１３の固定側が高電圧ケーブル８Ｂに接続され、可動側が高電圧ケーブル８Ｃに接続されている。真空遮断器１３の可動側は、リンク機構１５を介して電磁操作器１６に接続されており、この電磁操作器１６の操作により、真空遮断器１３の可動電極１７が動作して固定電極１８との開閉（投入、遮断）操作が行われる（図２は、遮断状態を示す）。

尚、電磁操作器１６の他に、エアシリンダを使用した空気操作器で、真空遮断器１３を操作することもできる。

本実施例では、真空遮断器１３と電磁操作器１６は、高電圧ケーブル８Ｃの一部と共にケース１９内に略平行に設置されており、このケース１９を車両の屋根２０上に設置、固定することで、真空遮断器１３と電磁操作器１６が碍子等を用いることなく、車両の屋根２０上に固定される。

この真空遮断器１３と電磁操作器１６を収納したケース１９が、車両の屋根２０上に固定されている状態の詳細を図４に示す。

該図に示す如く、真空遮断器１３と電磁操作器１６を収納したケース１９は、支え板２１で支えられ、この支え板２１を車両の屋根２０に直接埋め込まれている第１のＵ次状金具２２にボルト等で固定することで、車両の屋根２０上に固定される。

ケース１９は、その底面を除く周囲が保護カバー２３で覆われており、この保護カバー２３も車両の屋根２０に直接埋め込まれている第１のＵ次状金具２２より高い第２のＵ次状金具２４にボルト等で固定されている。

このように構成することで、真空遮断器１３と電磁操作器１６を収納したケース１９を、車両の屋根２０に直接固定することができる。

次に、図５及び図６を用いて真空遮断器１３及び電磁操作器１６の詳細構造を説明する。尚、図５は、真空遮断器１３の投入状態を、図６は、真空遮断器１３の遮断状態をそれぞれ示すものである。

該図に示す如く、真空遮断器１３は、真空バルブ２５と、この真空バルブ２５の内部に相対向して配置された可動電極１７及び固定電極１８と、一端に固定電極１８が固定され、他端に高電圧ケーブル８Ｂが接続される固定導体２６、一端に可動電極１７が固定され、他端に絶縁ロッド２７を介してリンク機構１５が固定される可動導体２８と、一端が可動導体２８に接続され、他端が高電圧ケーブル８Ｃと接続され、両者を電気的に接続する渡り導体２９とから概略構成されている。

渡り導体２９と可動導体２８の接触部には、電磁操作器１６による可動導体２８との接触が可能となるように、摺動接触子として働くばねコンタクト３０が配置されている。

また、固定導体２６と高電圧ケーブル８Ｂの接続部には集電子３１が設けられ、その周囲は第１の筒状容器３２で覆われ、一方、可動導体２８と接続されている絶縁ロッド２７の周囲は第２の筒状容器３３で覆われており、第１の筒状容器３２、真空バルブ２５、第２の筒状容器３３、渡り導体２９、高電圧ケーブル８Ｃの一部の各々の周囲は、エポキシ樹脂３４でモールドされ、エポキシ樹脂３４の表面は導電接地されている。

また、絶縁ロッド２７の動きに追従して伸縮するゴムベローズ１４が、絶縁ロッド２７の下方の支え板３６に一端が支持され、他端が第２の筒状容器３３の下方に位置するベース３５に支持されている。絶縁ロッド２７と、その下方の支え板３６との間には、ワイプばね３７が装着されている。

一方、電磁操作器１６は、コイル３８、コイルボビン３９、可動鉄心４０、固定鉄心４１、第１の駆動ロッド４２、２枚の可動平板４３、４４、永久磁石４５、筒状に形成された鉄製のカバー４６、４７、鉄製の支持板４８、４９、５０、５１、固定ロッド５２などから構成されている。

コイル３８は、支持板４９と支持板５０との間に配置されたコイルボビン３９内に収納され、固定ロッド５２はケースの底部側にボルト、ナットでベース３５と共に固定されている。

第１の駆動ロッド４２は、コイル３８の中央部に鉛直方向に沿って配置され、その上部側が可動平板４３、４４の貫通孔（図示せず）内に挿入され、下部側が支持板５０、５１の貫通孔（図示せず）内に挿入され、昇降及び摺動自在となっている。更に、第１の駆動ロッド４２の外周面には、可動鉄心４０、可動平板４３、４４がナットで固定され、第１の駆動ロッド４２の下部側には、ピン５３を介して第２の駆動ロッド５４が連結されている。

第１の駆動ロッド４２の下部側には、支持板５５が連結されており、支持板５５とベース３５との間には、第１の駆動ロッド４２の軸心を中心として円を描くリング状の遮断ばね５６が装着されている。遮断ばね５６は、支持板５５を介して可動鉄心４０を固定鉄心４１から離れさせるための弾性力を第１の駆動ロッド４２に付与するものである。可動鉄心４０の周囲には、永久磁石４５が配置されており、永久磁石４５は、支持板４８上に固定されている。

固定鉄心４１は、支持板５０上にボルトで固定されているが、磁気抵抗を減らすために、可動鉄心４０と固定鉄心４１とを純鉄やケイ素鋼にしても良い。また、動作時間を短くするために、可動鉄心４０と固定鉄心４１にスリットを形成しても良い。

第２の駆動ロッド５４の下部側は、ピン５７を介して一対のレバー５８に連結されており、レバー５８は、電磁操作器１６から発生する電磁力による駆動力の伝達方向を変換するリンク機構１５の一要素であり、レバー５８は、シャフト５９を介してレバー６０に連結されている。レバー６０は、ピン６１を介して操作ロッド６２に連結され、この操作ロッド６２が絶縁ロッド２７に連結されているものである。

図中、６３は制御基板、６４はコンデンサであり、制御基板６３は、電力の供給を受けると共に、デジタル継電器又はアナログ継電器などから投入指令（開局指令）による信号を受け、電磁操作器１６の励磁を制御するための論理演算を行う制御ロジック部、コンデンサ６４を充放電するための充放電回路、コイル３８の通電方向を制御するためのリレーやリレー接点、更に、コンデンサ６４の充電が完了したことを示す発光ダイオードなどが実装されている。

次に、本実施例における真空遮断器１３の投入及び遮断動作について説明する。

先ず、制御基板６３に電車の運転室から投入指令が入力されると、制御基板６３からの信号によってコイル３８が通電され、コイル３８の周囲には、可動鉄心４０→固定鉄心４１→支持板５０、５１→カバー４６→支持板４８、４９→可動鉄心４０を結ぶ経路で磁界が形成され、可動鉄心４０の底部側端面には下向きの吸引力が働き、可動鉄心４０が固定鉄心４１側に移動し、可動鉄心４０が固定鉄心４１に吸着される。

このとき永久磁石４５によって形成される磁界の向きもコイル３８の励磁に伴って発生する磁界の向きと同じになるので、吸引力が高められた状態で可動鉄心４０が固定鉄心４１側に移動する。

電磁操作器１６による投入動作（吸引動作）がなされると、第１の駆動ロッド４２が遮断ばね５６の弾性力に抗して下方に移動し、電磁操作器１６から発生する電磁力による駆動力がレバー５８に伝達される。この駆動力は、シャフト５９、レバー６０を介して操作ロッド６２に伝達されるので、これにより、絶縁ロッド２７、可動導体２８が水平方向（図中上側）に移動し、真空遮断器１３の可動電極１７が固定電極１８と接触し、真空遮断器１３の投入動作が完了する。この状態を示すのが図５である。

この真空遮断器１３の投入動作において、ワイプばね３７は、可動電極１７と固定電極１８とが接触するまでは圧縮されない。可動電極１７と固定電極１８とが接触すると圧縮され、その後、投入動作が完了するまで圧縮し続ける。一方、遮断ばね５６は、真空遮断器１３の投入動作中、常に圧縮され続けている。

次に、鉄道車両に何らかの不具合が発生すると、制御基板６３に電車の運転室から遮断指令（開局指令）が入力され、制御基板６３からコイル３８に遮断指令に伴う信号が入力されると、コイル３８には投入時とは逆方向の電流が流れ、コイル３８の周囲には、投入時とは逆方向の磁界が形成される。この場合、コイル３８から発生する磁束と永久磁石４５から発生する磁束とが互いに打ち消し合い、軸方向端面（図中下面）における吸引力は、遮断ばね５６及びワイプばね３７から発生する弾性力よりも弱くなるので、可動鉄心４０が固定鉄心４１から離れて図中上側に移動する。

可動鉄心４０の移動に伴って第１の駆動ロッド４２が図中上側に移動すると、レバー５８の上方移動に連動して、操作ロッド６２が図中下方に移動し、真空遮断器１３の可動電極１７が固定電極１８から離れ、可動電極１７と固定電極１８の接触が解かれ、真空遮断器１３の遮断指令（開局指令）が完了する。この状態を示すのが図６である。

この場合、電磁操作器１６の投入状態の保持が解除されると、先ず、圧縮されていたワイプばね３７が伸長し、真空遮断器１３の可動電極１７と固定電極１８の接触が解かれ、真空遮断器１３の遮断動作と電磁操作器１６の遮断（開放）動作が同時になされることになる。

このような本実施例によれば、高電圧ケーブルに地絡等の不具合が生じた場合でも、運転室からの遮断指令に基づき、真空遮断器１３の可動電極１７と固定電極１８の接触を開放することで、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルを自動的に分離することができるため、車両の屋根上に作業者が登る必要はなくなり、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルとの分離が、特別な作業を全く必要とせず自動的に行えると言う効果がある。

また、本実施例の断路器１２Ａ、１２Ｂは、車両の屋根と同一面上に固定、つまり、真空遮断器１３と電磁操作器１６が、１つのケース１９内に収納され、このケース１９が車両の屋根に直接固定されていることから、碍子等を用いて固定するものに比較して高さ方向が高くならずに済むので有利である。

上述した実施例１では、断路器１２Ａが、車両の屋根上に配置されたケーブル８Ｂと８Ｃの途中で、かつ、車両の屋根と同一面上、つまり、車両の屋根に直接固定した構成について説明したが、車両の床下に、例えばケーブル８Ｂ、８Ｃが引き通されている特許文献１に記載のような機器箱を設置し、この機器箱内のケーブル８Ｂと８Ｃの途中に、実施例１で説明した構成の断路器１２Ａを設置しても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

なお、鉄道車両の屋根上に機器を設置する際には、騒音源にならないように工夫を施す必要があるが、例えば、電磁操作器１６を高圧ケーブル８ｂに直列に接続すると共に、高圧ケーブル８ｃの長手方向に沿うように配置することで、ケース１９の幅方向（枕木方向）の寸法を小さくでき、鉄道車両の屋根上に、上記した機器を設置しても騒音源になりにくい利点がある。更に、上記構成とすることにより、投影断面積を小さくすることができるため、低空気抵抗、低騒音に対して有利になる。

また、上述した実施例では、電車の運転室から遮断指令を発する例につて説明したが、遮断器を搭載している車両の配電盤への操作スイッチを設ければ、この操作スイッチを操作して遮断指令を発することもできる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…鉄道車両、２…第１車両ユニット、３…第２車両ユニット、４…第３車両ユニット、５…第４車両ユニット、６…第５車両ユニット、７…第６車両ユニット、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ…高電圧ケーブル、９Ａ、９Ｂ…パンタグラフ、１０…高電圧ジョイント、１１…三分岐高電圧ケーブルヘッド、１２Ａ、１２Ｂ…断路器、１３…真空遮断器、１４…ゴムベローズ、１５…リンク機構、１６…電磁操作器、１７…可動電極、１８…固定電極、１９…ケース、２０…車両の屋根、２１…支え板、２２…第１のＵ次状金具、２３…保護カバー、２４…第２のＵ次状金具、２５…真空バルブ、２６…固定導体、２７…絶縁ロッド、２８…可動導体、２９…渡り導体、３０…ばねコンタクト、３１…集電子、３２…第１の筒状容器、３３…第２の筒状容器、３４…エポキシ樹脂、３５…ベース、３６…支え板、３７…ワイプばね、３８…コイル、３９…コイルボビン、４０…可動鉄心、４１…固定鉄心、４２…第１の駆動ロッド、４３、４４…可動平板、４５…永久磁石、４６、４７…カバー、４８、４９、５０、５１、５５…支持板、５２…固定ロッド、５３、５７、６１…ピン、５４…第２の駆動ロッド、５６…遮断ばね、５８、６０…レバー、５９…シャフト、６２…操作ロッド、６３…制御基板、６４…コンデンサ

Claims (8)

1. 電力供給線からパンタグラフを介して給電が行われると共に、電源ユニットを構成する主要電源機器を分散して複数の車両に搭載して形成され、それぞれの車両が連結されている複数の車両ユニットと、該各車両ユニットの前記電源ユニットを接続するために、前記車両を引き通して配置されたケーブルと、前記ケーブルの途中に設置され、前記車両ユニット間を電気的に切り離す断路器とを備えていることを特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載の鉄道車両において、
   前記断路器は、前記車両の屋根上に配置された前記ケーブルの途中で、かつ、前記車両の屋根と同一面上に設置されていることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１又は２に記載の鉄道車両において、
   前記断路器は、その開閉方向が水平方向となるように設置されていることを特徴とする鉄道車両。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両において、
   前記断路器は、電磁操作式若しくは空気操作式の真空遮断器であることを特徴とする鉄道車両。
5. 請求項４に記載の鉄道車両において、
   前記真空遮断器と前記電磁操作器若しくは空気操作器は１つのケース内に収納され、該ケースが前記車両の屋根に直接固定されていることを特徴とする鉄道車両。
6. 請求項５に記載の鉄道車両において、
   前記ケースは支え板で支えられ、該支え板を前記車両の屋根に直接埋め込まれている第１のＵ次状金具にボルトで固定することで、前記車両の屋根上に固定されるものであることを特徴とする鉄道車両。
7. 請求項５又は６に記載の鉄道車両において、
   前記ケースは、その底面を除く周囲が保護カバーで覆われており、該保護カバーが前記車両の屋根に直接埋め込まれている第２のＵ次状金具にボルトで固定されていることを特徴とする鉄道車両。
8. 請求項１に記載の鉄道車両において、
   前記車両の床下に前記ケーブルが引き通されている機器箱が設置され、該機器箱のケーブルの途中に前記断路器が設置されていることを特徴とする鉄道車両。

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