JP2645822B2 - 列車推進電力供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、列車推進電力供給装置、とくに軌道を自走
する列車に、推進電力として３相交流電力を供給する装
置に関する。

〔従来の技術〕

地上機器によって制御された電力を出力し、列車に供
給する手段をもつ技術として、たとえば、特開昭59−23
736号や特開昭60−71368号に開示されたものがある。こ
れら公知の技術は、第２、３図に示したように、いずれ
も駅部のみの短い給電区間II、IVを進行前方の給電区間
Ｉか、後方の給電区間IIIに接続し、駅部の列車に給電
が行なわれるもので、列車の駅停車中に、後方の駅間給
電区間Ｉから前方の駅間給電区間IIIに接続換えする。
また、駅間を１給電区間ＩあるいはIIIとし、１給電区
間毎に制御つきの電力供給装置をもつ構成である。とこ
ろで、列車を軽量にするためには、地上機器によって制
御された電力を列車に供給するように構成することが望
ましいが、この場合の制御は、一列車を対象として行う
ことになるので一つの電力供給装置で同時に複数列車に
給電することはできないといった条件をもつ。

前記した公知例のうち、特開昭59−23736号のもの
は、運転手の操作指令によって給電の切換および走行制
御をするもので、一般鉄道と同様な列車の追突防止等の
保安装置を別途設ける必要がある。また、特開昭60−71
368号では、走行制御も装置によって自動的に行うよう
にしているが、駅間が一給電区間であるため、一駅間に
２列車が入るよう制御できない。また、前方の駅に列車
が停止しているとき後続列車が駅を出発できるようにす
るには、別に追突しないようにするための保安装置を要
する等の欠点がある。

従来技術として確立しているものではないが、給電が
区間によって区分されていることを保安に利用し、一駅
間の給電区間の給電を停止しておくことで、追突するこ
とのない保安効果をうることは可能である。この場合、
２駅のうちの前方の駅へ先行列車が到着しないと後続列
車を出発させることができないので、列車の運転間隔が
長く輸送効率が低くなる欠点をもつこととなる。

近来、列車推進用のモータに直流のモータのように整
流子がなく構造が簡単で保守上有利であること、その他
の理由で３相交流モータが用いられる傾向にあり、この
ような３相交流のモータに入力する電力を地上から給電
する場合、交流電力には周波数・位相・電圧の可変要素
があるので、２つの電力供給機器の制御によりそれらの
値を一致させ一列車へ並列給電することは非常に困難で
ある。また列車が走行中に一つの電力供給機器から他の
電力供給機器への切換も非常に困難である。したがっ
て、一つの電力供給機器が一列車に対応しその起動から
停止までの走行を分担するようにせざるを得ないがその
技術確立はされていない。

また、地上機器によって制御された電力を出力し列車
に供給するようになった輸送装置では、地上機器の故障
で全体の運転が停止してしまう欠点がある。この問題に
ついて、特開昭59−23736号および特開昭60−71368号で
は構造的な対応はなく、機器自体の信頼性向上がなされ
ねばならない。さらに、地上機器の故障に対処するため
の公知手段として、各機器を待機２重系とし、故障時に
自動的に系を切換え運転を続行させる方式、あるいは故
障個所へは隣接する区間の機器から延長給電をする方式
などがある。しかし、前者は２倍の地上機器を必要と
し、後者は一機器を延長給電に耐えるような大きい容量
とすることになり、何れも投資が大きくなる。

〔発明が解決しようとしている問題点〕

地上機器によって制御された電力を出力し、列車に供
給する手段では、車上機器を大幅に少くし車両を軽量且
つ小型になしうるので建設、運用維持上有利な面が多い
が、既に提案されている特開昭59−23736号や特開昭60
−71368号では、給電の装置のほかに、一般鉄道と同様
の信号区間を設ける等の保安装置を設けないと列車の運
転間隔をつめることができない。また、列車の推進用に
３相交流モータを用い、列車に地上で制御された電力を
給電するには、前述のとおり一つの電力供給装置が一列
車に対応してその起動から停止までの少なくとも一駅間
の運転を分担するようにせざるを得ない。

本発明はこれらの点に着目してなされたもので、推進
電力供給用の給電区間の境界の設定によって、一般鉄道
に設けられるような信号区間を設けることを省略し、な
おかつ列車の追突を防止する等の保安を確保し、一駅間
に複数列車の走行をも可能とし列車の運転間隔が短く、
高い輸送効率をうるとともに、一つの電力供給機器が一
列車に対応して一駅間あるいは複数駅間の運転を分担す
る構造を成立させ、制御された３相交流電力の給電を可
能とした列車推進電力供給装置を提供することを目的と
している。

さらに、この形式の電力供給装置では、地上機器の故
障によって全体の運転が停止してしまうことを防止せね
ばならないといった重大問題をもっており、本発明は、
このような問題を解決することを他の目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題を解決するため、軌道および３相
交流電力で自走する列車を有し、軌道には３相交流を給
電する給電線と列車を検知するセンサとが連続的に布設
され、列車には推進のための機器としてモータと回路保
護器と前記給電線より列車推進電力を受電する集電器と
が設けられた輸送装置において、集電器は少なくとも２
個が電気的に並列接続されて、列車の長手方向に間隔を
もって列車に搭載され、給電線は駅で定位置に停止した
列車の複数の集電器が配置されている範囲内に給電区間
の境界を有し、駅間にも保安上の列車間隔に合わせた給
電区間の境界を有する構成とする。そして、少なくとも
一駅間の給電を分担し、一列車を対象に給電する電力供
給機器の複数を駅に設ける。電力供給機器は、給電すべ
き給電区間を選択するスイッチと、出力する３相交流電
力の電圧および周波数のうち少なくとも周波数を列車走
行条件に合致するよう可変に制御する制御器と、センサ
の情報と期待される列車の運転内容に関する外部からの
指令とに基づいて論理判断する機能を最小限の機能とし
て備えた論理装置をもつ構成とする。論理装置は、制御
器に制御を指令し、かつ、電力供給機器一個の故障時に
は他の電力供給機器によって運転を継続する論理をも
つ。また、論理装置は、スイッチの開閉を指令する論理
を有するとともに、列車の駅停止に際しては該駅に設け
た給電区間の境界より前方の給電区間を無給電とし、列
車の駅出発に際しては該駅に設けた給電区間の境界より
後方の給電区間を無給電とし前方の給電区間の給電のみ
を行う指令を発生するよう構成され、対象列車の切り換
えを列車の停止中に給電区間を選択する前記スイッチに
よって行う。

〔実施例および作用〕

本発明の実施例について、まず第１図に従って説明す
る。作用説明に先立って、第１図の構成を説明する。

３相交流電力で自走する列車T₁〜T₅があり、起動に沿
って設けられた３相交流を列車T₁〜T₅に給電する給電線
１と、連続的に布設された列車を検知するセンサS₁〜S₇
が各駅毎に設けられる。列車には推進のための機器（図
示せず）とモータ（図示せず）と回路保護器（図示せ
ず）と給電線１より列車推進の電力を受電する集電器２
をもっている。集電器２は２個を電気的に並列接続し、
列車の長手方向に間隔ｑをもち列車に搭載し、給電線は
駅Ａ〜Ｆ等で定位置に停止した列車の２個の集電器２の
配置範囲ｑ内に給電区間（ａ〜ｍで図に表示）の駅内の
境界３を設け、駅間にも保安上必要な例車間隔すなわち
追突しないためのブレーキ距離より大きい間隔に合わせ
て設定される給電区間の駅間の境界４を設け、１駅間あ
るいは２駅間のすべての給電区間……ａ＋ｂ＋ｃ、ｄ＋
ｅ＋ｆ、ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ、ｋ＋ｌ＋ｍ＋……等を分担
し、一列車を対象として給電する電力供給機器5_Aαと5_A
β、5_Cαと5_Cβ、5_Dαと5_Dβ、5_Fαと5_FβをＡ、Ｃ、
Ｄ、Ｆの各々の駅に備える。なお、この図に示す配置で
は、各電力供給機器は一駅間あるいは２駅間のすべての
給電区間を分担する構成であるが、それ以上の駅間の給
電区間を分担する構成とすることもできる。これらの電
力供給機器には、給電すべき給電区間を選択するスイッ
チ６と出力する電圧および周波数を可変に制御するか、
あるいは列車の負荷の変動が少い簡単な条件の輸送装置
では周波数のみを可変に制御する制御器７と、列車を検
知するセンサの情報と期待される列車の運転内容に関す
る外部からの指令に基づいて論理判断する機能を最小限
の機能として備えた論理装置８とをもち、この論理装置
は前記制御器に制御を指令し、かつ前記スイッチの開閉
を指令するよう構成している。

図示の状態では、列車T₁はＦ駅に停止する寸前で、電
力供給機器5_Fαから給電区間ｌへの給電を受けてブレー
キが作用し、減速している。給電区間ｍでは電力供給機
器5_Fβからの給電は行なわれていないが列車T₁内の集電
器を結ぶ接続線13を通じ加圧されている。このような加
圧状態は太点線で、給電されている区間は太実線で示し
ている。

列車T₂はＥ駅に近づきブレーキをかけはじめた所で、
電力供給機器5_Dβから給電区間ｊへの給電を受けてい
る。列車T₃はＤ駅を出発、加速がほぼ完了した所で電力
供給機器5_Dαから給電区間ｇへの給電を受けている。

列車T₄はＣ駅を出発するため起動した所で電力供給機
器5_Cβから給電区間ｅへの給電を受けている。後方の給
電区間ｄは列車T₄内の接続線13を通じて加圧されてい
る。

列車T₅はＡ駅を出発し加速中で電力供給機器5_Aβから
給電区間ｂへの給電を受けている。

これらの給電区間の選択は各駅毎に設けたセンサS₁〜
S₆によって列車位置の情報を電力供給機器５の論理装置
８に入力しその論理判断によってスイッチ６を作動させ
列車の存在する個所にあるいは予定される前方給電区間
に給電するようしている。スイッチ６の作動は常に負荷
のない状態で行なわれるので接点の損傷はなく長い寿命
が保たれる。

論理装置は、その装置内にもった駅間走行速度パター
ン等のローカルプログラムと列車位置の情報と本発明の
列車推進電力供給装置の外部である運転指令所からのプ
ログラムの修正等の指令を処理判断し、列車の運転が好
ましい状態となるよう列車へ供給する推進電力を制御す
る制御器へ指令する。

運転指令所９は、通常運転ダイヤでの運転やダイヤ修
正等を含め運転全体を管理し各電力供給機器5_A〜5_E等へ
指令線10を通じ指令を発する役割をもつ。受電変電所11
は、幹線電路から受電し各電力供給機器へ配電する電源
線12へ給電するものである。

次に複数列車の移動と給電区間の切換状況を第４図に
示す。〜は時間経過の各瞬間を表わすもので順次に
起る変化を示している。列車が存在し給電されている給
電区間の後方には、１〜２の無給電の区間をもち、万一
前方の列車がそのまま停止してしまっても、後続の列車
は無給電区間に入り緊急ブレーキによってその給電区間
内に停止するので追突をさけることができる。

列車が走行しながら駅間に設けられた給電区間の境界
を通過するについては、例えばにおいてもｅ、ｆの両
給電区間に給電されており、列車の２個の集電器が別の
給電区間から並列に受電する状態を作り、あたかも境界
がないが如く通過するようにしている。なお、境界渡り
に入る前に、前方の列車の進行を見て、境界前方の区間
にも予じめ給電するようスイッチを制御する。その状態
を′に示している。

列車の駅停止は駅中央より前方の給電区間を無給電と
し、最終停止制御時は列車の後方の集電器のみで受電状
態となる。列車の駅出発は停止の逆で、駅中央より後方
の給電区間は無給電で列車前方の集電器のみで受電し起
動して、しばらくして全集電器が受電作用する。駅部で
は、列車は低速度で離線による受電欠除の心配がないの
で、作動する集電器が半分になっても支障がない。この
効果を利用して駅中央に給電区間の境界を設け、これを
本発明の構成要素の一つとしたものである。

本発明のように地上に制御機能を有する電力供給装置
をもつ輸送装置の元来の目的は、列車上の制御装置等を
できるだけ少くし、地上へ移し列車の簡単・軽量化を計
るものであり、そのためには列車検知の装置もできるだ
け列車積載部分を少くすることが望まれる。そのために
は、列車上に情報伝送の送受信機のようなものを要しな
い共振コイル、永久磁石、金属片等を設け、軌道側ルー
プ線等の誘導反応を利用するような方式が望まれる。そ
の一つである列車上に共振コイルをもち、軌道に撚架ル
ープ線をもった例について第５図によって説明する。Ｎ
は撚架ループ線の実体を示し、その構造は従来からよく
知られた一定のピッチＰ毎にワイヤを撚架したものであ
る。これに例えば第１図に８で示した論理装置に送受信
部を付帯して設け、これからF₁の周波数の交流電気を送
る。列車が存在すると、共振周波数F₂をもつ共振コイル
Ｌが撚架ループ線に作用し交流電気がF₂に引きつけられ
変動する。しかし、共振コイルＬが撚架ループの撚架点
上にあると共振コイルＬの結合が無効となり、引きつけ
られた周波数変動はもとにもどる。このことによって、
第５図Ｈに示したように各撚架点毎のパルスを得ること
ができる。図において横軸は距離を示しており、パルス
数のカウントによって撚架ループのどの位置に列車が存
在するかを知ることができ、パルス発生の時間間隔から
速度を得ることができ、これが列車の運転制御のための
情報として用いることができる。この方式で一駅間に２
列車を走行させるには、撚架ループ線を２つに分割する
などの手段をとる必要がある。

さらに、本発明は、駅に２基の機器をおくことを基本
とし、配置する駅を特定のとき以外一駅とばしとするも
のである。ここに云う特定のときとは一駅間に２列車を
走行させるときのことで、第１図では、Ｄ−Ｅの駅間が
それに該当する。具体的にはＣ駅におかれた電力供給機
器5_Cαと5_Cβは何れもＢ−Ｃ駅のｄ給電区間とＣ−Ｄ駅
間のｅ、ｆ給電区間を分担し、この２駅間に２列車が走
行することができるよう、各々が１列車を分担する。す
なわち、先にＢ−Ｃ駅間に入った列車を5_Cαが分担し、
次にＢ−Ｃ駅間に入った列車を5_Cβが分担するなど一定
のルールに従い作動させる。Ａ駅の機器、Ｆ駅の機器も
Ｃ駅の機器と全く同様に用いられる。第１図の例では、
一基の電力供給機器が故障した場合、例えば5_Cαが故障
した場合、健全な5_Cβのみを用いＢ−Ｃ−Ｄ間の運転を
行うことができる。ただし、Ｂ−Ｃ−Ｄ間には１列車の
みしか走行させることができないので、列車の運転間隔
は、5_Cαが健全なときより長く輸送効率は低下する。こ
のように、輸送効率は低下するが、機器１基の故障でも
運転を続行させることができる。

本発明においては、一つおきの駅に３基ずつの電力供
給機器を配置してもよい。このばあい、常用は２基で１
基が予備となるので、１基の故障時も輸送効率をおとす
ことなく運転を続行させることができる。このように機
器の予備をもつことによってその所要量は1.5倍とな
り、経済的には不利である。運転効率の低下を許容する
か否かの運用上の条件で何れをとるかが比較採択される
べきものである。

第６、７図に本発明における電力供給機器の駅での設
置の具体的な実施例を示す。第６図は駅の平面図で乗降
場20の長手方向中央部の軌道直下に電力供給機器の設置
場所21があり、この設置場所には２個の電力供給機器22
a、22b、22c、22dが設置されており、余備設置スペース
23a、23bが設けられている。電力供給機器が故障のと
き、あるいは定期的保守のため別の予備機器と交換する
場合について説明する。保守基地から機器交換専用車24
に予備機器22eを積載して該当の駅に運搬し、第７図の
駅部横断図に示すよう予備機器22eを機器交換専用車24
から電力供給機器の設置場所に降ろす。この降ろす場所
は既に電力供給機器22a、22bの設置されていない予備設
備場所23aである。その設置が完了すると、保守基地へ
持ち帰るべき電力供給機器22aまたは22bを機器交換専用
車24aに積み込み保守基地へ搬送する。別の機器交換専
用車24bには別の予備機器22fを積載し、当該駅を通過す
る状態にあり、当該駅には電力供給機器22c、22dが設置
されておりその上方を通過することになる。乗降場20は
駅構造物25に支持され、乗降場20の下方にはコンコース
26があり地上へは階段27で通じている。この鉄道は懸垂
式であって逆Ｔ形の軌道28に車輪29を介し車両が支持さ
れるもので、機器交換専用車24と同じ構造である。30は
自動車道、31は歩道である。

〔発明の効果〕

特開59−23736号や特開60−71368号に見られるような
地上に配置した機器によって制御された電力を出力し列
車に供給することは列車の構造を簡単化しかつ軽量化し
低コストで高い効率をもつ輸送装置をうることにある。
本発明は、上記公知例にない手段構成をもって上記目的
を完全に実現させうるものである。すなわち、具体的に
は、推進電力供給用の給電区間の境界の設定によって、
一般鉄道に設けられるような信号を設けることを省略
し、簡単化し、そのうえで列車の追突を防止する等の保
安を確保し、電力供給機器を所要数設けることで一駅間
に複数列車の走行も可能としその結果列車の運転間隔が
短くでき高い輸送効率をうるとともに一般の在来鉄道車
両において車載される制御器に相当する機器である電力
供給機器を駅に備えることで制御された３相交流電力の
給電を可能とし、このことによって制御器を車載せず列
車が軽量簡単にでき、推進モータが交流式でブラシのな
い簡単な構造のものとすることができる。さらに、本発
明においては、冗長系機器を増設することなく、地上の
電力供給機器一個の故障時にも、通常の最大投入列車数
を少なくして、輸送効率の低下を条件に運転を続行する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電力供給装置を原理的に示す概
略図、第２図および第３図は従来の装置の例を示す系統
図、第４図は本発明の装置の作用を示す説明図、第５図
は軌道に撚架ループを設けた例を示す概略図、第６図は
本発明の実施例の細部を示す平面図、第７図は第６図の
実施例の断面図である。 １……給電線、２……集電器、 ３、４……境界、ａ……給電区間、 S₁、S₂、S₃、S₄……センサ、 ６……スイッチ、７……制御器、 ８……論理装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軌道および３相交流電力で自走する列車を
   有し、 軌道には３相交流を給電する給電線と列車を検知するセ
   ンサとが連続的に布設され、 列車には推進のための機器としてモータと回路保護器と
   前記給電線より列車推進電力を受電する集電器とが設け
   られた輸送装置において、 前記集電器は少なくとも２個が電気的に並列接続され
   て、列車の長手方向に間隔をもって列車に搭載され、 前記給電線は駅で定位置に停止した列車の複数の集電器
   が配置されている範囲内に給電区間の境界を有し、駅間
   にも保安上の列車間隔に合わせた給電区間の境界を有
   し、 少なくとも一駅間の給電を分担し、一列車を対象に給電
   する電力供給機器の複数を駅に備え、 該電力供給機器は、給電すべき給電区間を選択するスイ
   ッチと、出力する３相交流電力の電圧および周波数のう
   ち少なくとも周波数を列車走行条件に合致するよう可変
   に制御する制御器と、前記センサの情報と期待される列
   車の運転内容に関する外部からの指令とに基づいて論理
   判断する機能を最小限の機能として備えた論理装置をも
   ち、 該論理装置は、前記制御器に制御を指令し、かつ、電力
   供給機器一個の故障時に他の電力供給機器によって運転
   を継続する論理をもち、前記スイッチの開閉を指令する
   とともに、列車の駅停止に際しては該駅に設けた給電区
   間の境界より前方の給電区間を無給電とし、列車の駅出
   発に際しては該駅に設けた給電区間の境界より後方の給
   電区間を無給電とし前方の給電区間の給電のみを行う指
   令を発生するよう構成され、対象列車の切り換えを列車
   の停止中に給電区間を選択する前記スイッチによって行
   うことを特徴とする列車推進電力供給装置。