JP3924077B2 - 電力蓄積式電動機、電力蓄積式電動機を用いた電力蓄積方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力蓄積式電動機、この電力蓄積式電動機を用いた電力蓄積方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気機関車や電車等の鉄道車両（以下、「電動鉄道車両」という。）のブレーキ方式として、「電力回生ブレーキ方式」が知られている。この電力回生ブレーキ方式は、電動鉄道車両の駆動用電動機を発電機として用い、駆動車輪の車軸の回転エネルギーにより発電を行うことにより車両の制動を行い、発電により生成された電力（以下、「回生電力」という。）を電動鉄道車両に電力を供給する架空トロリー線に戻す方式である。この電力回生ブレーキ方式によれば、発電される電力を抵抗の熱エネルギーとして消費する方式に比べ、電気エネルギーを有効に活用することができる、という利点があるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の電力回生ブレーキ方式においては、以下のような問題点があった。
【０００４】
▲１▼ 回生電流には高調波成分が多く含まれており、このような回生電流が架空トロリー線に戻されると、周辺の民家等において、電気機器にノイズが混入したり、各種の電磁障害等の原因となるおそれがある。
【０００５】
▲２▼ 回生電力が架空トロリー線に戻された場合、その時点において同じ変電所管内の架空トロリー線区間を他の電動鉄道車両が走行していれば、回生電力は他の電動鉄道車両によって再度利用されるが、そのような条件が満たされない場合には、回生電力は単に架空トロリー線での電気抵抗として一部が消費されるのみで、残りは再利用されず、回生ブレーキの活用が図れず、電気エネルギーの有効活用は図れない。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、回生電力のさらなる有効活用を図るとともに電磁障害等の発生を防止し得る電力蓄積式電動機、及び電力蓄積式電動機を用いた電力蓄積方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の電力蓄積式電動機は、固定子と、前記固定子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２回転子と、前記第２回転子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第１回転子と、前記第２回転子の回転を抑止し又は前記回転の抑止を連続的に解除可能な第２回転子クラッチ手段と、外部から入力される電力を受け入れるとともに、外部へ電力を出力可能な電力入出力手段を備え、前記第１回転子と前記第２回転子が電動機を構成するように前記第１回転子又は前記第２回転子にカゴ形の誘導子、あるいは巻線形誘導子、あるいはコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設するとともに、前記第２回転子と前記固定子が電動機を構成するように前記第２回転子又は前記固定子にコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設し、前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を抑止した状態で、前記電力入出力手段により前記第１回転子と前記第２回転子の間に回転移動磁界を発生させて前記第１回転子を回転させる第１回転状態とし、前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を連続的に解除し、前記第１回転子の回転エネルギーを前記第２回転子に移し前記第１回転子と前記第２回転子の両者を回転させるとともに前記第２回転子をフライホイールとして用い前記回転エネルギーを蓄積する第２回転状態とし、前記第１回転状態又は前記第２回転状態のいずれかの状態における前記第１回転子の回転軸を利用することにより回転駆動源として用い、前記第２回転状態において前記第２回転子と前記固定子を発電機として用い、前記第２回転子に蓄積された回転エネルギーを前記電力入出力手段により電気エネルギーとして取り出すことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の電力蓄積式電動機は、請求項１記載の電力蓄積式電動機において、前記電力入出力手段において外部から入力又は外部へ出力される電力は直流電力であり、前記電力入出力手段は、前記入力された直流電力を交流電力に変換して前記第１回転状態における回転移動磁界を発生させるとともに、前記第２回転状態から取り出される交流の電気エネルギーを直流電力に変換して出力する直流／交流変換手段を有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３記載の電力蓄積式電動機は、請求項１記載の電力蓄積式電動機において、前記電力入出力手段において外部から入力又は外部へ出力される電力は交流電力であり、前記電力入出力手段は、前記入力された交流電力の周波数を変えて任意値の新たな任意交流電力に変換し前記第１回転状態における回転移動磁界を発生させるとともに、前記第２回転状態から取り出される交流の電気エネルギーの周波数を変えて任意値の新たな任意交流電力に変換する交流周波数変換手段を有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の電力蓄積式電動機を用いた電力蓄積方法は、固定子と、前記固定子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２回転子と、前記第２回転子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第１回転子と、前記第２回転子の回転を抑止し又は前記回転の抑止を連続的に解除可能な第２回転子クラッチ手段と、外部から入力される電力を受け入れるとともに、外部へ電力を出力可能な電力入出力手段を設け、前記第１回転子と前記第２回転子が電動機を構成するように前記第１回転子又は前記第２回転子にコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設するとともに、前記第２回転子と前記固定子が電動機を構成するように前記第２回転子又は前記固定子にコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設して電力蓄積式電動機を構成し、前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を抑止した状態で、前記電力入出力手段により前記第１回転子と前記第２回転子の間に回転移動磁界を発生させて前記第１回転子を回転させる第１回転状態とし、前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を連続的に解除し、前記第１回転子の回転エネルギーを前記第２回転子に移し前記第１回転子と前記第２回転子の両者を回転させるとともに前記第２回転子をフライホイールとして用い前記回転エネルギーを蓄積する第２回転状態とし、前記第１回転状態又は前記第２回転状態のいずれかの状態における前記第１回転子の回転軸を利用することにより回転駆動源として用い、前記第２回転状態において前記第２回転子と前記固定子を発電機として用い、前記第２回転子に蓄積された回転エネルギーを前記電力入出力手段により電気エネルギーとして取り出すことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
（１）第１実施形態
図１は、第１実施形態である電気鉄道システムの全体構成を示す概念ブロック図である。また、図２は、図１に示す電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、この電気鉄道システム１は、地上設備１０Ａと、電動鉄道車両２０Ａを備えて構成されている。ここに、電動鉄道車両２０Ａは、電動移動体に相当している。
【００２１】
地上設備１０Ａは、軌道１１と、駅１２と、駅給電施設１３Ａと、変電所１４を有している。ここに、軌道は、支持案内路に相当している。また、駅１２は、停止施設に相当している。また、駅給電施設１３Ａと変電所１４は、外部給電手段を構成している。
【００２２】
軌道１１は、図示してはいないが、コンクリート部材，鋼製部材，土構造物，バラスト道床等からなる支持構造物と、支持構造物の上に設けられるまくらぎ又はスラブマット等のレール支持体と、レール支持体の上に敷設されるレールを有して構成されている。
【００２３】
駅１２は、駅に関連する建築物である駅舎１２ａと、被輸送対象である旅客の乗降用のプラットホーム１２ｂを有している。また、駅給電施設１３Ａは、銅（Ｃｕ），銅合金等の電気良導体で構成された部材であり、駅１２の構内の軌道１１の近傍等に設置される。この駅給電施設１３Ａは、軌道方向に延設されるような線状のものであってもよいし、ある限られた箇所に設置される点的なもののいずれであってもよい。変電所１４は、商用電源等からの交流電力を所定電圧に変圧するとともに直流に変換し、駅給電施設１３Ａに供給する。
【００２４】
また、電動鉄道車両２０Ａは、第１受電部２１と、インバータ部２２と、スイッチＳ１（図２（Ａ）参照）と、蓄電部２３Ａと、コンバータ部２４と、駆動・発電部２５Ａと、制御部２６と、駆動車輪２７ａと、従動車輪２７ｂを有している。ここに、第１受電部２１は、受電手段に相当している。また、蓄電部２３Ａは、移動体内蓄電手段に相当している。また、駆動・発電部２５Ａは、電気的駆動源に相当している。また、制御部２６は、電力制御手段に相当している。
【００２５】
第１受電部２１は、第１受電部材２１ａと、可動部材２１ｂを有している。第１受電部材２１ａは、銅（Ｃｕ），銅合金，あるいはカーボン（Ｃ）等の電気良導体で構成された部材である。また、可動部材２１ｂは、図示しない第１受電駆動源に取り付けられている。この図示していない第１受電駆動源は、バネ伸縮機構，電動モータ，油圧シリンダー，圧縮空気圧シリンダー，油空圧シリンダー，電磁石ソレノイド等により構成されている。
【００２６】
インバータ部２２は、半導体素子等により構成され、入力された直流を３相交流に変換して出力する。出力される３相交流の周波数は調整制御可能となっている。スイッチＳ１は、第１受電部材２１ａと蓄電部２３Ａの中間に配置され、電気的に回路を開閉する。
【００２７】
蓄電部２３Ａは、入力された直流を蓄積電力として蓄積する機能を有している。蓄電部２３Ａは、図示はしていないが、例えば、ニッケル水素電池，リチウムイオン電池等を含む蓄電池（２次電池）により構成することができる。
【００２８】
蓄電部２３Ａの一例としては、「ウルトラキャパシタ」が挙げられる。このウルトラキャパシタとは、図３に２３Ａ′で示すように、コンデンサＣu と抵抗ＲとツェナーダイオードＤz からなる蓄電要素を複数組用い、この蓄電要素を直列接続、又は並列接続、若しくはこれらを適宜組み合わせた直並列接続を行って蓄電回路を構成したものである。
【００２９】
上記のコンデンサＣu としては、大容量のものを使用する。また、各蓄電要素には、ツェナーダイオードＤz が接続しており、各コンデンサＣu は、ツェナーダイオードＤz を介して電力入力線に接続されている。ツェナーダイオードＤz は、接点なしに電気的なスイッチング（電気的な回路の開閉）を行うことができる「無接点スイッチ」の機能を果たす。このような構成により、大電力の蓄電、取出しを行うことが可能となる。
【００３０】
したがって、単独の蓄電池、又は数個の蓄電池よりも非常に高い充電・放電性能を発揮させることができる。上記において、無接点スイッチは、電気的回路開閉手段に相当している。
【００３１】
また、上記の各蓄電要素におけるコンデンサＣu のかわりに、ニッケル水素電池，リチウムイオン電池等を含む蓄電池（２次電池）を用いてもよい。
【００３２】
そのほか、上記以外の蓄電手段として、図示はしていないが、圧力容器内に収容された液体（例えば、所定組成の油）に圧力を加えて保持、この圧力によりエネルギーを蓄え、蓄えられた圧力を解放することにより蓄積エネルギーを取り出す構成のもの（アキュミュレータ）を用いてもよい。
【００３３】
また、図示はしていないが、上記の蓄電部２３Ａ内には、抵抗器と、入力を抵抗器側へ切り換えるスイッチが備えられている。
【００３４】
コンバータ部２４は、半導体素子等により構成され、３相交流を直流に変換して出力する装置である。
【００３５】
駆動・発電部２５Ａには、誘導電動機又は同期電動機等の交流電動機（図示せず）と、歯車機構等の動力伝達機構（図示せず）が設けられており、入力された３相交流の周波数に応じた回転速度で交流電動機が回転する。この際、電気鉄道における公知のＰＷＭインバータ、ＰＷＭコンバータ等の制御が行われる。交流電動機の回転は、動力伝達機構により駆動車輪２７ａに伝達される。従動車輪２７ｂは、駆動されず、車両の走行に応じて回転する車輪である。
【００３６】
制御部２６は、主制御部２６ａと、入力・表示部２６ｂを有している。入力・表示部２６ｂは、運転士等からの入力操作を主制御部２６ａに伝達し、車内信号や車両関連情報等を運転士等に表示する。主制御部２６ａは、中央演算処理装置（図示せず）と、情報記憶部（図示せず）等を有するコンピュータであり、電動鉄道車両２０Ａの上記各要素に接続され、これらを統括制御する。
【００３７】
上記した電動鉄道車両２０Ａは、図示しないブレーキ装置を備えている。
【００３８】
次に、上記した第１実施形態の電気鉄道システム１の作用について説明を行う。
【００３９】
まず、図１の上部に示すように、電動鉄道車両２０Ａが駅１２に到着し停止した場合には、主制御部２６ａは情報記憶部（図示せず）内に格納された運行プログラムデータ又は車外からの報知情報若しくは運転士等からの入力操作により、この車両の駅での停止を検知する。これに伴い、主制御部２６ａは、第１受電部２１に受電開始指令信号を出力するとともに、スイッチＳ１に導通指令信号を出力する。
【００４０】
第１受電部２１は、主制御部２６ａからの受電開始指令信号を受け取ると、第１受電駆動源を駆動させて可動部材２１ｂを図の下方へ伸長させ、第１受電部材２１ａを駅給電施設１３Ａに押接させる。これにより、第１受電部材２１ａと駅給電施設１３Ａは電気的に結合する。駅給電施設１３Ａには変電所１４からの直流が通電されているので、この直流電力は、第１受電部材２１ａから車内に取り入れられる。取り込まれた直流電力の一部は、スイッチＳ１を経て蓄電部２３Ａに蓄積される。また、取り込まれた直流電力の一部は、インバータ部２２に送られる。第１受電部材２１ａから車内に取り込まれた電力は、外部電力に相当している。なお、図２（Ｂ）に示すように、インバータ／コンバータ部２２′の前段にさらにスイッチＳ２を設け、主制御部２６ａにより開閉制御するように構成してもよい。
【００４１】
この場合、主制御部２６ａは、蓄電部２３Ａからの情報を監視し、蓄電部２３Ａの電力蓄積量が所定値に達した場合には、第１受電部２１に受電停止指令信号を出力し、第１受電駆動源を上記とは逆方向に駆動させて可動部材２１ｂを図の上方へ縮ませ、第１受電部材２１ａを駅給電施設１３Ａから離すとともに、スイッチＳ１に断路指令信号を出力して第１受電部材２１ａと蓄電部２３Ａとの間を遮断し、それ以上の蓄電を停止させる。
【００４２】
次に、電動鉄道車両２０Ａが駅１２から発車する時刻となった場合には、主制御部２６ａは情報記憶部（図示せず）内に格納された運行プログラムデータ又は車外からの報知情報若しくは運転士等からの入力操作により、この車両の駅からの発車時刻であることを検知する。これに伴い、主制御部２６ａは、第１受電部２１に受電停止指令信号を出力するとともに、スイッチＳ１に断路指令信号を出力する。この際、上記のように、すでに第１受電部２１に受電停止指令信号が出力され、スイッチＳ１に断路指令信号が出力されている場合には、その状態を維持する。
【００４３】
次に、主制御部２６ａは、情報記憶部（図示せず）内に格納された運行プログラムデータ又は車外からの信号情報若しくは運転士等からの始動入力操作により、この車両を始動すべきことを検知する。これに伴い、主制御部２６ａは、インバータ部２２に始動指令信号を出力する。これにより、インバータ部２２において、蓄電部２３Ａからの蓄積電力は３相交流電力に変換され、駆動・発電部２５Ａに送られる。
【００４４】
この際、主制御部２６ａは、情報記憶部（図示せず）内に格納された運行プログラムデータ又は車外からの信号情報若しくは運転士等からの入力操作により、車両を走行させる速度を設定し、この設定車両速度に応じた交流周波数設定指令信号をインバータ部２２に出力し、３相交流の周波数を設定車両速度に応じた所定値に設定させる。
【００４５】
駆動・発電部２５Ａ内の図示しない交流電動機は、３相交流の第２変換電力が供給されると、その第１周波数に応じた回転速度で回転を行う。この回転は、駆動・発電部２５Ａ内の図示しない動力伝達機構により駆動車輪２７ａに伝達され、電動鉄道車両２０Ａは、設定された車両速度に制御されつつ駆動走行を行う。
【００４６】
次に、主制御部２６ａは、情報記憶部（図示せず）内に格納された運行プログラムデータ又は車外からの信号情報若しくは運転士等からの始動入力操作により、この車両を惰行走行又は制動すべきことを検知する。これに伴い、主制御部２６ａは、スイッチ２４ｂに断路指令信号を出力するとともに、スイッチ２２ｃに導通指令信号を出力する。これにより、駆動・発電部２５Ａには駆動用の３相交流電力は送られなくなる。
【００４７】
駆動・発電部２５Ａ内の交流電動機Ｍは、３相交流電力が供給されなくなると、発電機として機能する。このため、回転速度に応じて３相交流の回生電力が発生し、この回生電力は、コンバータ部２４に送られる。コンバータ部２４は、送られてきた回生電力（３相交流）を直流電力に変換した後に、蓄電部２３Ａに送り、蓄積電力として蓄電部２３Ａに蓄積させる。
【００４８】
この場合、主制御部２６ａは、蓄電部２３Ａからの情報を監視し、蓄電部２３Ａの電力蓄積量が所定値に達した場合には、蓄電部２３Ａ内の図示しない抵抗器の側へ入力を切り換え、それ以上の余剰電力は図示しない抵抗器の発熱として消費させ、蓄電部２３Ａへの過充電を防止する。あるいは、図２（Ｃ）に示すように、インバータ部２２とコンバータ部２４のかわりにインバータ／コンバータ部２２Ａを設け、さらにパンタグラフ２８ｂとスイッチＳ３を設けて、蓄電しきれない余剰電力を架空トロリー線に戻すように構成してもよい。
【００４９】
上記のようにして、駅と駅との中間を走行し、上記の回生ブレーキにより制動を行った後、最終的にはブレーキ装置（図示せず）により、次の駅に停止する。その後は、上記と同様の蓄電、駆動走行、惰行走行、制動等の動作を繰り返す。
【００５０】
上記した第１実施形態の電気鉄道システム１は、以下のような利点を有している。
【００５１】
１） 高調波成分が含まれている回生電力は、直流に変換されて蓄電部に蓄電され駆動用電源として再利用され、外部に放出されることがないので、従来のように回生電流が架空トロリー線に戻された場合の周辺民家等の電気機器ノイズや各種電磁障害等のおそれはまったくない。
【００５２】
２） 従来のように所定の条件下でのみ回生電力の再利用が図られる場合とは異なり、回生電力は自己の車両内で再利用されるため、確実に電気エネルギーを有効活用することができる。従って、他の列車の有無に依存しないので、回生失効しない。
【００５３】
３） 車両走行用の電力は、駅部でのみ給電され、駅と駅との中間区間では車内の蓄電部を電源とするため、駅と駅との間の架空トロリー線の設置は不要となり、非電化区間でも少ない投資費用で容易に実現可能である。なお、駅間距離の短い駅が連続するような区間では、駅給電施設を２駅ごと、あるいは３駅ごとに設けてもよい。また、駅間距離が長かったり、急勾配区間等においては、旅客の乗降する駅以外にも信号場のような臨時停車箇所を配置し給電施設を設けてもよい。
【００５４】
４） 車両走行用の電力は、駅部でのみ給電され、駅と駅との中間区間で従来のようにパンタグラフのような受電設備と架空トロリー線との接触摺動集電を行わないので、集電関係部材やトロリー線のような摩耗による消耗部材は不要となり、輸送システムの運営コストを低減させることができる。
【００５５】
（２）第２実施形態
次に、第２実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図４は、第２実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。ここに、電動鉄道車両２０Ｂ，２０Ｂ′は、電動移動体に相当している。基本は、図４（Ａ）に示すように、入力用のインバータ（例えば、コンバータ／インバータ部２２Ｃ）と、出力用のコンバータ（例えば、インバータ／コンバータ部２４Ａ）を必要とする。
【００５６】
第２実施形態が上記した第１実施形態と異なる点は、図４（Ｂ）に示すように、インバータのかわりにサイクロコンバータ２４Ｂを有するとともに、蓄電部２３Ａのかわりに蓄電部２３Ｂを有し、蓄電部２３Ｂをフライホイールとする場合、インバータ部を小容量化できる。
【００５７】
蓄電部２３Ｂは、交流電力を直接蓄積し、かつ交流電力を出力するものである。このような蓄電部２３Ｂの一例としては、サイクロコンバータとフライホイール式蓄電装置の組み合わせが挙げられる。このフライホイール式蓄電装置とは、図５に２３Ｂ′で示すように、交流電動機２３５ａと、交流電動機２３５ａの電動機回転軸２３５ｂに取り付けたフライホイール２３５ｃと、入出力端子２３５ｄ，２３５ｅ，２３５ｆにより構成したものである。
【００５８】
このような構成により、入出力端子２３５ｄ〜２３５ｆに交流電力を入力することによって交流電動機２３５ａを回転駆動させてフライホイール２３５ｃを回転させ、入力された交流の電気エネルギーをフライホイール２３５ｃの回転運動エネルギーとして蓄えることができる。
【００５９】
また、交流電動機２３５ａは、逆に用いれば交流発電機として機能するから、フライホイール２３５ｃの回転中に、入出力端子２３５ｄ〜２３５ｆから交流電力を取り出すことができる。このようにして、フライホイール２３５ｃを用いて電気エネルギーを貯蔵し、又は取り出すことができる。このフライホイール式蓄電装置２３Ｂ′の場合は、交流電力をそのまま蓄積し、かつ交流電力として出力できるため、交流を直流に変換するインバータ機能（例えば、第１実施形態におけるインバータ部２２）は補充用のみの小容量のものですむ。
【００６０】
なお、上記したような電動鉄道車両２０Ｂに搭載するフライホイール式蓄電装置としては、電動機回転軸２３５ｂの中心線の方向が電動鉄道車両２０Ｂの車輪の輪軸の中心線と平行な方向（以下、「ｘ軸方向」という。）となる場合と、電動機回転軸２３５ｂの中心線の方向が電動鉄道車両２０Ｂの進行方向と平行な方向（以下、「ｙ軸方向」という。）となる場合と、電動機回転軸２３５ｂの中心線の方向がｘ軸とｙ軸とがなす平面に垂直な方向（以下、「ｚ軸方向」という。）となる場合がある。
【００６１】
これらの場合のうち、電動機回転軸２３５ｂの中心線の方向がｘ軸方向となる場合は、フライホイール式蓄電装置２３Ｂ′の個数は１個でもよいし、２個以上でもよい。また、フライホイール２３５ｃの回転方向がいずれであっても特に問題はない。
【００６２】
しかし、電動機回転軸２３５ｂの中心線の方向がｙ軸方向となる場合には、フライホイール２３５ｃの回転力の反力（以下、「回転反力」という。）が電動鉄道車両２０Ｂに作用するため、互いに逆方向に回転する２個のフライホイール式蓄電装置を、車両の中心線上に配置し、それぞれの回転反力をキャンセルする必要がある。２個以上設ける場合は、互いに逆方向に回転する２個のものを１組とし、組単位で車両に搭載する必要がある。
【００６３】
また、電動機回転軸２３５ｂの中心線の方向がｚ軸方向となる場合も、フライホイール２３５ｃの回転反力が電動鉄道車両２０Ｂに作用するため、互いに逆方向に回転する２個のフライホイール式蓄電装置を、車両の中心線上で、かつ車両の中心点に対して対称な前後位置となるように配置し、それぞれの回転反力をキャンセルする必要がある。２個以上設ける場合は、互いに逆方向に回転する２個のものを１組とし、組単位で車両に搭載する必要がある。
【００６４】
また、このｚ軸方向フライホイールの場合には、電動機回転軸２３５ｂが鉛直線（地球の中心に向かう方向の直線）から傾くと、元の鉛直線に復元しようとする復元力が車両の走行に悪影響を及ぼすため、「ジンバル機構」と呼ばれる機構によりフライホイール式蓄電装置全体を支持する必要がある。ジンバル機構とは、互いに直交する２つ又は３つの回転軸を有し、互いに直交する２方向又は３方向への角運動を付与可能な機構であり、ジャイロコンパス等に用いられている公知の機構である。
【００６５】
なお、フライホイールの回転速度が減少すると、蓄積されている回転運動エネルギーも減少する。このため、蓄積エネルギーの減少を防ぐため、フライホイールの回転速度の減少を最小限に抑える必要がある。フライホイール回転速度を減少させる原因としては、フライホイール軸の軸受の摩擦、空気抵抗等がある。したがって、フライホイール軸の軸受に摩擦の少ないものを使用したり、空気抵抗を抑えるために、フライホイール全体を密閉室の内部に配置し、密閉室の内部の空気を抜いて略真空状態とする、という対策を行うと効果的である。
【００６６】
（３）第３実施形態
次に、第３実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図６は、第３実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【００６７】
図６に示すように、第３実施形態の電気鉄道システム３は、地上設備１０Ｂと、電動鉄道車両２０Ｃを備えて構成されている。ここに、電動鉄道車両２０Ｃは、電動移動体に相当している。
【００６８】
地上設備１０Ｂは、上記した地上設備１０Ａとまったく同様の構成要素に加え、さらに、駅どうしの中間区間を含んで連続して配置される架空トロリー線１５を有している。他の構成要素は、地上設備１０Ａの構成要素と同一の構成及び作用を有しているため、その説明は省略する。
【００６９】
架空トロリー線１５は、銅（Ｃｕ），銅合金等の電気良導体で構成された線状の部材であり、駅と駅の中間の軌道上方位置に張設される。この架空トロリー線１５には、変電所（図６には図示せず。図１の１４を参照。）が、商用電源等からの交流電力を所定電圧に変圧して供給するように構成されている。ここに、架空トロリー線１５は、駅給電施設（図６には図示せず。図１の１３Ａを参照。）及び変電所とともに、外部給電手段を構成している。また、架空トロリー線１５と変電所は、連続給電手段を構成している。
【００７０】
また、電動鉄道車両２０Ｃは、スイッチＳ９とインバータ／コンバータ部２２Ｅを除き、上記した電動鉄道車両２０Ａとまったく同様の構成要素に加え、さらにパンタグラフ２８ｂを有している。他の構成要素は、電動鉄道車両２０Ａの構成要素と同一の構成及び作用を有しているため、その説明は省略する。ここに、パンタグラフ２８ｂは、第１受電部２１とともに受電手段に相当している。
【００７１】
パンタグラフ２８ｂの受電部は、銅（Ｃｕ），銅合金，あるいはカーボン（Ｃ）等の電気良導体で構成された部材である。また、パンタグラフ２８ｂは、図示しない第２受電駆動源に取り付けられている。この図示していない第２受電駆動源は、バネ伸縮機構，電動モータ，油圧シリンダー，圧縮空気圧シリンダー，油空圧シリンダー，電磁石ソレノイド等により構成されている。スイッチＳ９は、パンタグラフ２８ｂと蓄電部２３Ａの中間、及びパンタグラフ２８ｂとインバータ／コンバータ部２２Ｅの中間に配置され、２つの電気的回路のうちのいずれかを選択するように切り換える。
【００７２】
次に、この第３実施形態の電気鉄道システム３の作用について説明を行う。
【００７３】
第３実施形態の電気鉄道システム３は、第１実施形態の電気鉄道システム１とほぼ同様な作用を有する。第３実施形態の電気鉄道システム３が、第１実施形態の電気鉄道システム１と作用の上で異なる点は、駅の中間区間において、蓄電部２３Ａの蓄積電力量が、次の駅まで走行するために必要な所要電力量を下回った場合の対処方法である。
【００７４】
第３実施形態の電気鉄道システム３の場合は、駅間に架空トロリー線１５が設置されている。このため、上記のように駅間で蓄積電力量が不足した場合には、主制御部２６ａは、蓄電部２３Ａからの報知情報若しくは運転士等からの入力操作により、蓄電部２３Ａにおける蓄積電力量の不足を検知する。これに伴い、主制御部２６ａは、図示しない第２受電駆動源に受電開始指令信号を出力するとともに、スイッチＳ９を切り換える切換指令信号を出力する。
【００７５】
図示しない第２受電駆動源は、主制御部２６ａからの受電開始指令信号を受け取ると、パンタグラフ２８ｂを図の上方へ変形させるように駆動し、パンタグラフ２８ｂを架空トロリー線１５に押接させる。これにより、パンタグラフ２８ｂと架空トロリー線１５は電気的に結合する。都市鉄道の場合、架空トロリー線１５には一般に直流１５００Ｖが変電所（図６には図示せず。図１の１４を参照。）から通電されている。この直流電力は、パンタグラフ２８ｂから車内に取り入れられ、スイッチＳ９を経て送られる。パンタグラフ２８ｂから車内に取り込まれた電力は、外部電力に相当している。交流区間の場合には、パンタグラフから取り込まれ、変圧器で降圧され、コンバータで交流から直流に変換される。
【００７６】
この場合、主制御部２６ａは、蓄電部２３Ａからの情報を監視し、蓄電部２３Ａの電力蓄積量が所定値に達した場合には、第２受電部２８に受電停止指令信号を出力し、第２受電駆動源を上記とは逆方向に駆動させてパンタグラフ２８ｂを図の上方へ変形させ、パンタグラフ２８ｂを架空トロリー線１５から離すとともに、スイッチＳ９に断路指令信号を出力してパンタグラフ２８ｂと蓄電部２３Ａとの間を遮断し、それ以上の蓄電を停止させる。また、これらの制御をしなくとも、都市内においては、外部の電圧変動にバランスしてある程度、蓄電器への授受が行われる。
【００７７】
また、電動機を発電機として機能させ、電力を回生させる場合は、図６（Ｂ）に示すような構成となる。
【００７８】
上記した第３実施形態の電気鉄道システム３は、第１実施形態における１），２），４）と同様な利点に加え、さらに以下のような利点を有している。
【００７９】
５） 車両走行用の電力は、駅間でも給電可能であるため、蓄電部の蓄積電力量不足のため、駅間で立往生するようなことが防止され、また、駅間距離が長かったり、急勾配区間等の所要電力量が多く必要な区間においても、追加の給電施設を設ける必要はなくなる。
【００８０】
６） 周辺に民家等が存在しないような区間では、回生電力の高調波による電気機器ノイズや各種電磁障害等のおそれはないため、このような区間においては、図６におけるスイッチＳ１０を第２受電部２８の方へ切り換え、回生電力を架空トロリー線１５に戻し他の列車へ帰すことが可能となる。このため、蓄電部の過充電を防止する場合に、単に抵抗器の発熱で消費するよりもエネルギーの有効活用を図ることが可能となる。
【００８１】
（４）第４実施形態
次に、第４実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図７は、第４実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【００８２】
図７に示すように、第４実施形態の電気鉄道システム４は、地上設備（図示せず）と、電動鉄道車両２０Ｄを備えて構成されている。ここに、電動鉄道車両２０Ｄは、電動移動体に相当している。
【００８３】
この第４実施形態が上記した実施形態と異なる点は、異なる地上設備と、異なる電動鉄道車両２０Ｄを有している点である。地上設備は、全体構成は図示してはいないが、上記した地上設備１０Ａとまったく同様の軌道１１と、駅１２（図示せず。図１参照。）と、上記した地上設備の場合とは異なる駅給電施設１３Ｂを有している。駅給電施設１３Ｂは、上記した駅給電施設１３Ａと同様の材質と形状を有する部材であり、駅１２の構内の軌道１１の近傍等に設置される。この駅給電施設１３Ｂには、直流電力供給施設（図示せず）から直流電力が供給されている。直流電力供給施設（図示せず）は、商用電源等からの交流電力を所定電圧に変圧するとともに、整流装置（図示せず）等により直流に変換し駅給電施設１３Ｂに供給する。ここに、駅給電施設１３Ｂと、図示しない直流電力供給施設は、外部給電手段を構成している。
【００８４】
一方、第４実施形態の電動鉄道車両２０Ｄが上記実施形態の電動鉄道車両と異なる点は、蓄電部２３Ａ，２３Ｂ、駆動・発電部２５Ａのかわりにこれらの機能を兼ね備えた蓄電・駆動部２５Ｃと、スイッチＳ１２を有する点である。他の構成要素は、上記した実施形態の電動鉄道車両の構成要素と同一の構成及び作用を有しているため、その説明は省略する。
【００８５】
次に、第４実施形態の電動鉄道車両２０Ｄにおける蓄電・駆動部２５Ｃの構成と作用について、図８を参照しつつ詳細に説明する。
【００８６】
図８に示すように、この蓄電・駆動部２５Ｃは、スイッチＳ１３と、インバータ／コンバータ部２５２Ａ１と、コンバータ／インバータ部２５２Ａ２と、電力蓄積式交流電動機２５４Ａと、第２回転子クラッチ機構２５５と、蓄電池２５６を有している。ここに、インバータ／コンバータ部２５２Ａ１は、直流／交流変換手段に相当し、第２回転子クラッチ機構２５５は、第２回転子クラッチ手段に相当している。
【００８７】
また、インバータ／コンバータ部２５２Ａ１は、サイリスタ（図９のＴ１〜Ｔ６を参照。）等の半導体素子を有して構成され、一方の方向から入力された直流を降圧し交流に変換して出力するとともに、逆の方向から入力された交流を直流に昇圧整流して出力する装置であり、前者としてのみ用いる場合にはＰＷＭインバータと呼ばれ、後者としてのみ用いる場合にはＰＷＭコンバータと呼ばれる。
【００８８】
図９は、ＰＷＭインバータで構成したインバータ／コンバータの構成を示す回路図である。図９に示すように、サイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６は、負荷の電圧ｅ１，ｅ２，ｅ３の位相に同期して電気角１２０度ずつ通電する。このようにして、直流をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相を有する３相交流に昇圧変換することができる。一方、逆に用いることにより、３相交流を直流に降圧、整流することができる。
【００８９】
電力蓄積式交流電動機２５４Ａは、固定子２５４０Ａと、第１回転子２５４１Ａと、第２回転子２５４２Ａとスリップリング２５４６Ａ（図１０参照）を有している。また、固定子２５４０Ａの内部には、固定子コイル部材２５４３Ａ（図１０参照）が設けられている。また、第１回転子２５４１Ａの外部には、第１回転子コイル部材２５４４Ａ（図１０参照）が設けられている。この電力蓄積式交流電動機の詳細な構成については後述する。
【００９０】
第２回転子クラッチ機構２５５は、クラッチ駆動源２５５ａとクラッチディスク２５５ｂを有している。クラッチ駆動源２５５ａは、油圧シリンダ，圧縮空気圧シリンダ，電磁ソレノイド，クランク機構やピニオン・ラック機構等の円運動を直線運動に変換する機構を電動モータ等の回転駆動源に取り付けた装置等からなり、主制御部２６ａに接続されて主制御部２６ａの制御を受け、略円盤状のクラッチディスク２５５ｂを、電力蓄積式交流電動機２５４Ａの第２回転子２５４２Ａに押し付けたり、あるいは離すことができる。
【００９１】
また、クラッチディスク２５５ｂの盤面には、電磁石（図示せず）が配設されており、通電により、クラッチディスク２２５ｂが第２回転子２５４２Ａの端部に磁気吸着し、第２回転子２５４２Ａの回転を抑止したり、又は第２回転子２５４２Ａの回転の抑止を連続的に解除することができる。また、固定子に通電することで、第２回転子をロックできるので、クラッチを省略することができる。
【００９２】
蓄電池２５６は、ニッケル水素電池，リチウムイオン電池等を含む２次電池であり、直流電力を蓄積する。
【００９３】
次に、上記した電力蓄積式交流電動機２５４Ａの構成と作用について、図８ないし図１２を参照しつつ、詳細に説明を行う。図１０は、図８に示す電力蓄積式交流電動機の構成を示す図であり、図１０（Ａ）は分解斜視図を、図１０（Ｂ）は横断面図を、それぞれ示している。
【００９４】
図８及び図１０に示すように、固定子２５４０Ａは、電動鉄道車両２０Ｄに固定された部材であり、内部に略円柱状の空洞を有している。この空洞の内壁面には、複数の固定子コイル部材２５４３Ａが配置され、各固定子コイル部材２５４３Ａは、後述する結線方式によって互いに結線されている。
【００９５】
上記した固定子２５４０Ａの内部の空洞には、第２回転子２５４２Ａが収容されている。第２回転子２５４２Ａは、非磁性体のカゴ形誘導子、又は巻線形誘導子、又は軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、中央に略円柱状の空洞が形成された円柱状、又は厚肉円筒状に形成されている。この第２回転子２５４２Ａの外径は、固定子２５４０Ａの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第２回転子２５４２Ａの両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第２回転子２５４２Ａの外側面が固定子２５４０Ａの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【００９６】
上記した第２回転子２５４２Ａの内部の空洞には、第１回転子２５４１Ａが収容されている。第１回転子２５４１Ａは、略円柱状に形成されている。この第１回転子２５４１Ａの外径は、第２回転子２５４２Ａの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第１回転子２５４１Ａの両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第１回転子２５４１Ａの外側面が第２回転子２５４２Ａの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【００９７】
また、第１回転子２５４１Ａの外側面には、複数の第１回転子コイル部材２５４４Ａが配置され、各第１回転子コイル部材２５４４Ａは、後述する結線方式によって互いに結線されている。また、各第１回転子コイル部材２５４４Ａには、スリップリング２５４６Ａによって外部から３相交流が供給可能な構成となっている。スリップリングとは、直流電動機における整流子のような機能を有し、ブラシ等との摺動により固定側と回転側との間で３相交流の電流の授受を連続的に行うための公知の機構である。
【００９８】
また、第２回転子２５４２Ａの一端部には、第２回転子クラッチ機構２５５が、接離自在な構造で配置されている。
【００９９】
次に、第１回転子２５４１Ａのさらに詳細な構成について説明する。図１１は、図８，図１０に示す電力蓄積式交流電動機の第１回転子のさらに詳細な構成を示す図であり、図１１（Ａ）は横断面図を、図１１（Ｂ）はコイルスロットの横断面図を、それぞれ示している。また、図１２は、図８，図１０に示す電力蓄積式交流電動機の第１回転子のさらに詳細な構成を示す図であり、図１２（Ａ）は３相交流のうちＵ相が通電された場合に発生する磁極を、図１２（Ｂ）はを、３相交流のうちＵ相が通電されるＵ相コイルの結線状態を、それぞれ示している。
【０１００】
図１１に示すように、第１回転子２５４１Ａは、略円盤状のケイ素鋼板を積み重ねるなどして構成した略円柱状の鉄心２５４８ａの表面に形成された例えば２４個の溝状のコイルスロット２５４８ｃ（図１１（Ｂ）を参照。）内に第１回転子コイル部材２５４４Ａが配置されて構成されている。また、鉄心２５４８ａは、円盤の外周の一部が３スロットごとに３スロット分が切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部２５４８ｂを形成し、鉄心全体としては例えば４極巻線の場合は略「十」字状になっている。すなわち、第１回転子２５４１Ａと第２回転子２５４２Ａは、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１０１】
第１回転子コイル部材２５４４Ａは、３相交流のうちの一成分であるＵ相が通電されるＵ相コイル２５４７ａ（図１１において白丸印で図示。）と、３相交流のうちの一成分であるＶ相が通電されるＶ相コイル２５４７ｂ（図１１において二重丸印で図示。）と、３相交流のうちの一成分であるＷ相が通電されるＷ相コイル２５４７ｃ（図１１において黒丸印で図示。）を有している。
【０１０２】
Ｕ相コイル２５４７ａと、Ｖ相コイル２５４７ｂと、Ｗ相コイル２５４７ｃは、図１１（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、相互に結線されている。この結線方式は、「４極巻線」といい、図１２（Ａ）に示すように、通電により４個の磁極Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓが発生する。このような３組のコイルの結線の方式には、「デルタ（Δ）結線方式」と「スター（Ｙ）結線方式」とがあり、いずれの結線方式でもよい。なお、巻線は、４極巻線だけでなく、８極巻線等も可能である。
【０１０３】
また、図示はしていないが、固定子２５４０Ａの空洞の内壁面に配置された固定子コイル部材２５４３Ａについても、第１回転子コイル部材２５４４Ａと同様のＵ相コイル（図示せず）と、Ｖ相コイル（図示せず）と、Ｗ相コイル（図示せず）を有しており、３組のコイルは、第１回転子２５４１Ａの場合と同様な４極巻線となるように、デルタ（Δ）結線方式、又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線されている。
【０１０４】
また、軟鋼等からなる塊状の強磁性体部材である第２回転子２５４２Ａは、例えば４極巻線の場合は図１０（Ｂ）に示すように、外周の一部が４箇所切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、全体としては断面の輪郭形状が略「十」字状になっている。すなわち、第２回転子２５４２Ａと固定子２５４０Ａも、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１０５】
３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相は、位相が１２０度ずつずれているから、３相交流を第１回転子２５４１ＡのＵ相コイル２５４７ａと、Ｖ相コイル２５４７ｂと、Ｗ相コイル２５４７ｃに給電すれば、第１回転子２５４１Ａの外周面上をＮ又はＳの磁極が回転移動するような磁界（以下、「回転移動磁界」という。）が発生する。
【０１０６】
以下に、上記した蓄電・駆動部２５Ｃを電動鉄道車両２０Ｄの駆動源として使用する場合の動作について説明する。
【０１０７】
まず、図８において、主制御部２６ａが抑止指令信号を第２回転子クラッチ機構２５５に送り、クラッチディスク２５５ｂを第２回転子２５４２Ａの端部に磁気吸着させれば、第２回転子２５４２Ａは回転ができないように一時的に固定（抑止）される。したがって、この場合には、第２回転子２５４２Ａは、第１回転子２５４１Ａに対しては固定子の機能を果たす。また、固定子に通電することによっても、クラッチ無しで同様の機能を実現することが可能である。
【０１０８】
このような状態（以下、「第２回転子抑止状態」という。）で、主制御部２６ａが導通指令信号をスイッチＳ１２に送ってスイッチＳ１２を導通させると、第１受電部材２１ａが受電した直流電力がインバータ／コンバータ部２５２Ａ１に入力される。
【０１０９】
インバータ／コンバータ２５２Ａ１で３相交流に変換された電力は第１回転子２５４１Ａへ入力される。これにより、スリップリング２５４６Ａを介して第１回転子２５４１Ａの第１回転子コイル部材２５４４Ａ（Ｕ相コイル２５４７ａ及びＶ相コイル２５４７ｂ及びＷ相コイル２５４７ｃ）に３相交流が通電され、第１回転子２５４１Ａの外周面上に回転移動磁界が発生し、この回転移動磁界と固定状態の第２回転子２５４２Ａ（カゴ形の誘導子、あるいは巻線形誘導子、あるいは軟鋼等からなる塊状強磁性体部材）との間で磁気力が作用し、第１回転子２５４１Ａは回転を始める。
【０１１０】
この場合、第１回転子２５４１Ａは、鉄心の外周の一部が４箇所切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、全体としては略「十」字状になっている。第１回転子２５４１Ａの鉄心のうち切り欠かれた部分では、第１回転子２５４１Ａと第２回転子２５４２Ａとの間のギャップ間隔が離れ、両者の距離が長くなっているため、磁束が通りにくくなっており、磁気抵抗が高い。逆に、第１回転子２５４１Ａの鉄心のうち突出している部分では、第１回転子２５４１Ａと第２回転子２５４２Ａとの間のギャップ間隔が近く、両者の距離が短くなっているため、磁束が通りやすくなっており、磁気抵抗が低い。
【０１１１】
このような理由から、磁束は、つねに突極部２５４８ｂ（図１１（Ａ）を参照。）の箇所のギャップを通って第１回転子２５４１Ａから第２回転子２５４２Ａへ、あるいは第２回転子２５４２Ａから第１回転子２５４１Ａへ流れる。このため、上記の回転移動磁界に沿って磁束が回転すると、第１回転子２５４１Ａは、回転移動磁界の回転速度と同一の回転速度で（同期して）回転することになる。このように、第２回転子２５４２Ａが固定された状態で第１回転子２５４１Ａが回転する状態を、以下「第１回転状態」という。
【０１１２】
次に、主制御部２６ａが抑止解除指令信号を第２回転子クラッチ機構２５５に送り、クラッチディスク２５５ｂの第２回転子２５４２Ａの端部への磁気吸着（回転の抑止）を解除させ、インバータをコンバータとして制動を加えると、第２回転子２５４２Ａは徐々に回転可能な状態となり、第１回転子２５４１Ａの制動エネルギーの回転の反動によって第２回転子２５４２Ａは、第１回転子２５４１Ａと同じ回転方向に徐々に回転を始める。この動作により、第１回転子２５４１Ａの回転運動エネルギーは、徐々に第２回転子２５４２Ａに移される。その後、十分な時間が経過すると、第２回転子２５４２Ａは、走行中の第１回転子２５４１Ａと同じ方向に回転している。
【０１１３】
これにより、第１回転子２５４１Ａと第２回転子２５４２Ａの両者が互いに逆方向に回転することになる。この場合、第２回転子２５４２Ａは、フライホイールの機能を果たし、入力された電気エネルギーを回転エネルギーとして蓄積することになる。この状態を、以下「第２回転状態」という。
【０１１４】
上記した第１回転状態、又は第２回転状態のいずれかの状態では、第１回転子２５４１Ａは回転駆動力を有しているから、これを回転駆動源として用い、第１回転子回転軸２５４９を動力伝達機構（図示せず）を介して駆動車輪２７ａに接続することにより、駆動車輪２７ａを駆動し、電動鉄道車両２０Ｄを走行させることができる。
【０１１５】
次に、上記した蓄電・駆動部２５Ｃを電動鉄道車両２０Ｄの蓄電手段として使用する場合の動作について説明する。
【０１１６】
上記したように、第２回転子２５４２Ａと固定子２５４０Ａも、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成しているから、第２回転子２５４２Ａが回転中は、第２回転子２５４２Ａと固定子２５４０Ａが構成する交流同期電動機を交流発電機として用い、固定子コイル部材２５４３Ａから交流電力を取り出すことができる。
【０１１７】
取り出した交流電力は、コンバータ／インバータ部２５２Ａ２に送られ、直流に変換される。ここで、主制御部２６ａから切換指令信号をスイッチＳ１３に送り、通電方向を蓄電池２５６に送る方向に切り換えれば、コンバータ／インバータ部２５２Ａ２によって変換された直流電力は、蓄電池２５６に蓄積される。この蓄電池２５６に蓄積された直流電力は、適宜取り出され、上記と同様にして第１回転子２５４１Ａを駆動するための電源となる。
【０１１８】
すなわち、第２回転子２５４２Ａをフライホイールとして、このフライホイールに蓄積された回転運動エネルギーを交流電力に変換し、これを直流として電力を授受し、さらに交流電源として第１回転子２５４１Ａを駆動することができる。したがって、この場合は、第２回転子２５４２Ａ内の回転エネルギーが所定値以下となるまでは、電動鉄道車両２０Ｄの外部から電力の供給を受けなくても車両を走行させることができる
。
【０１１９】
なお、上記したフライホイール式蓄電装置２３Ｂ′の場合と同様に、フライホイールである第２回転子２５４２Ａの軸受に摩擦の少ないものを使用したり、空気抵抗を抑えるために、交流電動機２５４Ａ全体を密閉室の内部に配置し、密閉室の内部の空気を抜いて略真空状態とする、という対策を行うと、第２回転子２５４２Ａの蓄積回転エネルギーの減少を最小限に抑えるのに効果的である。
【０１２０】
上記した第４実施形態の電力蓄積式交流電動機は、他の構成によっても実現可能である。例えば、図１３（Ａ）に示す第１変化例のように、内部に略円柱状の凹部を有する第１回転子２５４１Ａ１の凹部の内壁面に複数の第１回転子コイル部材２５４４Ａ１を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線し、第１回転子２５４１Ａ１の内部の凹部内に第２回転子２５４２Ａ１が収容され、第２回転子２５４２Ａ１の内部にも同様の略円柱状の凹部が設けられ、この第２回転子２５４２Ａ１の凹部内に固定子２５４０Ａ１の突出部が収容されるとともにこの突出部の外周面に複数の固定子コイル部材２５４３Ａ１を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線するようにしてもよい。このように構成しても、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。ここに、２５７ａ，２５７ｂは歯車である。
【０１２１】
また、図１３（Ｂ）に示す第２変化例のように、一方の側に略円柱状の凹部を有するとともに他方の側にリング溝状の凹部が設けられた第２回転子２５４２Ａ２の一方の凹部内に第１回転子２５４１Ａ２を収容し、第１回転子２５４１Ａ２の外周面に複数の第１回転子コイル部材２５４４Ａ２を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線し、第２回転子２５４２Ａ２の他方のリング溝状凹部の内部にリング凸部状の固定子２５４０Ａ２が収容され、この固定子２５４０Ａ２の凸部表面に複数の固定子コイル部材２５４３Ａ２を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線するようにしてもよい。このように構成しても、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。また、この第２変化例の場合には、フライホイールである第２回転子２５４２Ａ２の径を大きくできるため、回転慣性モーメントを大きくすることができ、蓄積し得る回転運動エネルギーを増大させることができる、という利点がある。ここに、２５７ｃ，２５７ｄは歯車である。
【０１２２】
上記の第４実施形態の第１変化例、第２変化例に示すように、第２回転子は、必ずしも固定子の内部に収容されるように配設される必要はなく、固定子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されればよい。また、第１回転子は、必ずしも第２回転子の内部に収容されるように配設される必要はなく、第２回転子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されればよい。
【０１２３】
上記した第４実施形態の電気鉄道システム４は、第１〜３実施形態における１）〜６）と同様な利点に加え、さらに以下のような利点を有している。
【０１２４】
７） 蓄電部と駆動部を兼用することができ、電動鉄道車両に用いれば、車両の小型化、軽量化、蓄電部の保守の簡素化等に寄与する点が大である。
【０１２５】
８） 電動鉄道車両の個々の輪軸ごとに設置することができ、動力の分散、全体としての駆動力の増強、蓄電能力の向上等を図ることができる。
【０１２６】
９） 原理的に、時速８０〜１００キロメートル／時程度の電動鉄道車両まで適用可能であり、非常な高速走行は行わないが、省エネルギー性が重視される都市内交通、あるいは大都市近郊線区の鉄道に好適である。
【０１２７】
（５）第５実施形態
次に、第５実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１４は、第５実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機２５４Ｂの構成を示す横断面図である。電力蓄積式交流電動機２５４Ｂ以外の他の要素の構成及び作用は上記した第４実施形態の場合とまったく同様であるので、その説明は省略する。
【０１２８】
図１４に示すように、この電力蓄積式交流電動機２５４Ｂは、固定子２５４０Ａと、第１回転子２５４１Ｂと、第２回転子２５４２Ｂと、スリップリング２５４６Ｂを有している。
【０１２９】
固定子２５４０Ａは、電動鉄道車両に固定された部材であり、内部に略円柱状の空洞を有している。この空洞の内壁面には、複数の固定子コイル部材２５４３Ａが配置され、各固定子コイル部材２５４３Ａは、上記したデルタ（Δ）結線方式、又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線されている。
【０１３０】
上記した固定子２５４０Ａの内部の空洞には、第２回転子２５４２Ｂが収容されている。第２回転子２５４２Ｂは、軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、中央に略円柱状の空洞が形成された円柱状、又は厚肉円筒状に形成されている。また、第２回転子２５４２Ｂの空洞の内壁面には、複数の第２回転子コイル部材２５４５Ａが配置され、各第２回転子コイル部材２５４５Ａは、上記したデルタ（Δ）結線方式、又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線されている。また、各第２回転子コイル部材２５４５Ａには、スリップリング２５４６Ｂによって外部から交流が供給可能な構成となっている。また、この第２回転子２５４２Ｂの外径は、固定子２５４０Ａの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第２回転子２５４２Ｂの両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第２回転子２５４２Ｂの外側面が固定子２５４０Ａの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【０１３１】
上記した第２回転子２５４２Ｂの内部の空洞には、第１回転子２５４１Ｂが収容されている。第１回転子２５４１Ｂは、軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、略円柱状に形成されている。この第１回転子２５４１Ｂの外径は、第２回転子２５４２Ｂの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第１回転子２５４１Ｂの両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第１回転子２５４１Ｂの外側面が第２回転子２５４２Ｂの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【０１３２】
また、第１回転子２５４１Ｂは、外周の一部が切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、第１回転子全体の断面形状としては略「十」字状になっている。すなわち、第１回転子２５４１Ｂと第２回転子２５４２Ｂの第２回転子コイル部材２５４５Ａは、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１３３】
また、第２回転子２５４２Ｂは、外周の一部が切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、第２回転子全体の断面の輪郭形状としては略「十」字状になっている。すなわち、第２回転子２５４２Ｂと固定子２５４０Ａの固定子コイル部材２５４３Ａも、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１３４】
この第５実施形態のように構成しても、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
【０１３５】
（６）第６実施形態
次に、第６実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１５は、第６実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機２５４Ｃの構成を示す横断面図である。電力蓄積式交流電動機２５４Ｃ以外の他の要素の構成及び作用は上記した第４実施形態の場合とまったく同様であるので、その説明は省略する。
【０１３６】
図１５に示すように、この電力蓄積式交流電動機２５４Ｃは、固定子２５４０Ｂと、第１回転子２５４１Ｂと、第２回転子２５４２Ｃと、スリップリング２５４６Ｂ及び２５４６Ｃを有している。
【０１３７】
固定子２５４０Ｂは、電動鉄道車両に固定された部材であり、軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、内部に略円柱状の空洞を有している。
【０１３８】
上記した固定子２５４０Ｂの内部の空洞には、第２回転子２５４２Ｃが収容されている。第２回転子２５４２Ｃは、軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、中央に略円柱状の空洞が形成された円柱状、又は厚肉円筒状に形成されている。また、第２回転子２５４２Ｃの空洞の内壁面には、複数の第２回転子コイル部材２５４５Ａが配置され、各第２回転子コイル部材２５４５Ａは、上記したデルタ（Δ）結線方式、又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線されている。また、各第２回転子コイル部材２５４５Ａには、スリップリング２５４６Ｂによって外部から交流が供給可能な構成となっている。
【０１３９】
また、第２回転子２５４２Ｃの外周壁面には、複数の第２回転子コイル部材２５４５Ｂが配置され、各第２回転子コイル部材２５４５Ｂは、上記したデルタ（Δ）結線方式、又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線されている。また、各第２回転子コイル部材２５４５Ｂには、スリップリング２５４６Ｃによって外部から交流が供給可能な構成となっている。
【０１４０】
また、この第２回転子２５４２Ｃの外径は、固定子２５４０Ｂの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第２回転子２５４２Ｃの両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第２回転子２５４２Ｃの外側面が固定子２５４０Ｂの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【０１４１】
上記した第２回転子２５４２Ｃの内部の空洞には、第１回転子２５４１Ｂが収容されている。第１回転子２５４１Ｂは、軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、略円柱状に形成されている。この第１回転子２５４１Ｂの外径は、第２回転子２５４２Ｃの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第１回転子２５４１Ｂの両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第１回転子２５４１Ｂの外側面が第２回転子２５４２Ｃの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【０１４２】
また、第１回転子２５４１Ｂは、外周の一部が切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、第１回転子全体の断面形状としては略「十」字状になっている。すなわち、第１回転子２５４１Ｂと第２回転子２５４２Ｃの第２回転子コイル部材２５４５Ａは、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１４３】
また、固定子２５４０Ｂは、内壁の一部が切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、固定子全体の内壁断面の輪郭形状としては略「十」字状になっている。すなわち、第２回転子２５４２Ｃの第２回転子コイル部材２５４５Ｂと固定子２５４０Ｂも、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１４４】
この第６実施形態のように構成しても、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
【０１４５】
なお、この第６実施形態では、第２回転子２５４２Ｃにおける第２回転子コイル部材２５４５Ａと第２回転子コイル部材２５４５Ｂとの間には、磁気的絶縁部材が配置されてもよい。また、第２回転子２５４２Ｃの厚みを大きくし、磁力線が第２回転子コイル部材２５４５Ａと第２回転子コイル部材２５４５Ｂの両方を貫通しないように構成してもよい。
【０１４６】
上記した第６実施形態の電力蓄積式交流電動機は、他の構成によっても実現可能である。例えば、図１６に示す第１変化例のように、略円柱状の固定子２５４０Ｂ１の周囲を覆うようにして略円筒状の第１回転子２５４１Ｂ１を配置し、第１回転子２５４１Ｂ１の周囲を覆うようにして略円筒状の第２回転子２５４２Ｃ１を配置し、第１回転子２５４１Ｂ１の外壁面に複数の第１回転子コイル部材２５４５Ａ１を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線し、第１回転子２５４１Ｂ１の内壁面に複数の第１回転子コイル部材２５４５Ｂ１を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線して構成してもよい。このように構成しても、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。ここに、２５７ｅ，２５７ｆは歯車である。
【０１４７】
上記した第６実施形態の電力蓄積式交流電動機は、他の構成によっても実現可能である。例えば、図１７に示す第２変化例のように、略円柱状の固定子２５４０Ｂ２の周囲を覆うようにして略円筒状の第１回転子２５４１Ｂ２を配置し、固定子２５４０Ｂ２と第１回転子２５４１Ｂ２の両方の周囲を覆うようにして略円筒状の第２回転子２５４２Ｃ２を配置し、固定子２５４０Ｂ２の外壁面に複数の固定子コイル部材２５４５Ｂ２を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線し、第１回転子２５４１Ｂ２の外壁面に複数の第１回転子コイル部材２５４５Ａ２を配置してデルタ（Δ）結線方式又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線して構成してもよい。このように構成しても、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。ここに、２５７ｇ，２５７ｈは歯車である。
【０１４８】
（７）第７実施形態
次に、第７実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１８は、第７実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機２５４Ｄの構成を示す横断面図である。電力蓄積式交流電動機２５４Ｄ以外の他の要素の構成及び作用は上記した第４実施形態の場合とまったく同様であるので、その説明は省略する。
【０１４９】
図１８に示すように、この電力蓄積式交流電動機２５４Ｄは、固定子２５４０Ｂと、第１回転子２５４１Ａ′と、第２回転子２５４２Ｄと、スリップリング２５４６Ａ及び２５４６Ｃを有している。
【０１５０】
固定子２５４０Ｂは、電動鉄道車両に固定された部材であり、軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、内部に略円柱状の空洞を有している。
【０１５１】
上記した固定子２５４０Ｂの内部の空洞には、第２回転子２５４２Ｄが収容されている。第２回転子２５４２Ｄは、軟鋼やケイ素鋼等の強磁性材料からなる塊状の強磁性体部材であり、中央に略円柱状の空洞が形成された円柱状、又は厚肉円筒状に形成されている。また、第２回転子２５４２Ｄの外周壁面には、複数の第２回転子コイル部材２５４５Ｂが配置され、各第２回転子コイル部材２５４５Ｂは、上記したデルタ（Δ）結線方式、又はスター（Ｙ）結線方式により相互に結線されている。また、各第２回転子コイル部材２５４５Ｂには、スリップリング２５４６Ｃによって外部から交流が供給可能な構成となっている。
【０１５２】
また、この第２回転子２５４２Ｄの外径は、固定子２５４０Ｂの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第２回転子２５４２Ｄの両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第２回転子２５４２Ｄの外側面が固定子２５４０Ｂの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【０１５３】
上記した第２回転子２５４２Ｄの内部の空洞には、第１回転子２５４１Ａ′が収容されている。第１回転子２５４１Ａ′は、略円盤状のケイ素鋼板を積み重ねるなどして構成した略円柱状の鉄心の表面に形成された複数の溝状のコイルスロット（図示せず）内に第１回転子コイル部材２５４４Ａが配置されて構成されている。
【０１５４】
また、この第１回転子２５４１Ａ′の外径は、第２回転子２５４２Ｄの空洞の内径よりも小さい値に設定されている。また、第１回転子２５４１Ａ′の両端部付近は、図示しない軸受で軸支され、第１回転子２５４１Ａ′の外側面が第２回転子２５４２Ｄの空洞の内壁面に接触しないで回転することができるように構成されている。
【０１５５】
また、第２回転子２５４２Ｄは、内壁の一部が切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、第２回転子全体の内壁断面の輪郭形状としては略「十」字状になっている。すなわち、第１回転子２５４１Ａ′の第１回転子コイル部材２５４４Ａと第２回転子２５４２Ｄは、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１５６】
また、固定子２５４０Ｂは、内壁の一部が切り欠かれており、４つの部分が突出して突極部を形成し、固定子全体の内壁断面の輪郭形状としては略「十」字状になっている。すなわち、第２回転子２５４２Ｄの第２回転子コイル部材２５４５Ｂと固定子２５４０Ｂも、リラクタンスモータ（reluctance motor）型の交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成している。
【０１５７】
この第７実施形態のように構成しても、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
【０１５８】
（８）第８実施形態
次に、第８実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１９は、第８実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の蓄電・駆動部２５Ｄの構成を示す概念ブロック図である。蓄電・駆動部２５Ｄ以外のシステムの他の要素の構成及び作用は上記した第４実施形態の場合とまったく同様であるので、その説明は省略する。
【０１５９】
この第８実施形態が上記した第４〜第７実施形態と異なる点は、インバータ部部２５２Ａ３とサイクロコンバータ部２５２Ｂを備えた点であり、これら以外の蓄電・駆動部の他の要素の構成及び作用は上記した第４実施形態の場合とまったく同様であるので、その説明は省略する。
【０１６０】
サイクロコンバータ部２５２Ｂは、サイリスタ（図示せず）等の半導体素子を有して構成され、入力された交流電力を、任意の周波数の交流電力に変換して出力する装置である。サイクロコンバータ部としては、公知の構成のＣＦ−ＶＦ（constant frequency - variable frequency ）型（商用電源のような一定周波数の電源を入力とし、可変周波数の交流を出力する場合。）あるいはＶＦ−ＶＦ（variable frequency - variable frequency ）型（入力、出力とも周波数が可変の場合）等が使用可能である。このサイクロコンバータ部２５２Ｂは、交流周波数変換手段に相当している。
【０１６１】
この第８実施形態のように構成しても、外部から供給される電力が交流である点が異なるだけであり、交流電力をサイクロコンバータ２５２Ｂで周波数変換させ、第１回転子の駆動に適した周波数の交流として出力すれば、図８，１０〜１２に示した第４実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
上記各実施形態において、スリップリング２５４６Ａ〜２５４６Ｃ等は、回転子電力取出し手段に相当するとともに、回転子電力供給手段に相当している。
【０１６３】
（９）第９実施形態
次に、第９実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図２０は、第９実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の構成を示す概念ブロック図である。
【０１６４】
この第９実施形態は、極めて大きな容量を有するフライホイールである第２回転子２５４２′と、第１回転子２５４１′と、クラッチ２５５′と、インバータ／コンバータ部２５２Ａ４と、電流制限抵抗Ｒと、制御用スイッチＳ１７，Ｓ１８，Ｓ１９を有している。
【０１６５】
この第９実施形態のように構成すれば、１個のインバータで簡素な構成によって、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【０１６６】
（１０）第１０実施形態
次に、第１０実施形態に係る電動移動体を用いた輸送システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図２１は、第１０実施形態である電気鉄道システムにおける第１回転子の構成を示す横断面図である。
【０１６７】
この第１０実施形態は、第５，６実施形態における第１回転子２５４１Ｂのかわりに、各突極部に交互にＮ磁極，Ｓ磁極がくるように構成された永久磁石からなる第１回転子２５４１Ｄを有している。この形式の電動機は、「永久磁石式ＤＣモータ」と呼ばれることがあるが、本発明においては、この形式の電動機も「交流電動機」に含むものとする。
【０１６８】
この第１０実施形態のように構成しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６９】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１７０】
例えば、上記した各実施形態の電気鉄道システムにおいては、支持案内路として軌道（１１）を備えているが、本発明はこれらの例には限定されず、他の構成の支持案内路を備えた電動移動体を用いた輸送システム、例えば、新交通システムのように略「Ｕ」字状断面の走行路構造物内を走行する電動移動体であってもよいし、モノレールのようにビーム（梁）状構造物に跨座又は懸垂して走行する電動移動体であってもよい。さらに、建物内部に設けられるエレベーターを電動移動体とし、その支持案内レール状構造物を支持案内路としてもよい。要は、電動移動体を支持し案内しつつ走行させる支持案内路であればどのようなものであってもよいのである。
【０１７１】
また、上記した各実施形態の電気鉄道システムにおいては、支持案内路として軌道（１１）を備えているが、本発明はこれらの例には限定されず、他の構成の電動移動体を用いた輸送システム、例えば、トロリーバスのように、走行する部分は一般の道路であり、案内等は車両の運転手等が行うような、支持案内路を持たない輸送システムであってもよい。
【０１７２】
また、上記した各実施形態の電気鉄道システムにおいては、外部電力が交流電力の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、他の場合、例えば、外部電力が直流電力の場合であってもよい。外部電力が直流の場合には、変圧・整流部２２ｂは不要となる。
【０１７３】
また、上記した第３実施形態の電気鉄道システムにおいては、連続給電手段として変電所と架空トロリー線を例に挙げて説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、他の構成の連続給電手段、例えば、架空トロリー線のかわりに、レール状又は梁（ビーム状）に形成された部材を用いて駅を含む区間で連続的に給電を行う第３給電軌条を用いる連続給電手段であってもよい。
【０１７４】
また、上記した各実施形態の電気鉄道システムにおいては、輸送の対象となる被輸送対象が旅客（人）の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、他の場合、例えば、被輸送対象が人と貨物、あるいは被輸送対象が貨物専用の場合であってもよい。
【０１７５】
また、上記した第４〜第８実施形態の電力蓄積式交流電動機においては、第２回転子クラッチ手段として、電磁クラッチ式の第２回転子クラッチ機構２５５を例に挙げて説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、他の構成の第２回転子クラッチ手段、例えば、摩擦クラッチ（摩擦力を利用するクラッチ）等であってもよい。あるいは、固定子に通電することでクラッチを省略してもよい。
【０１７６】
また、上記した第４〜第７実施形態の電力蓄積式交流電動機においては、第１回転子と第２回転子、及び第２回転子と固定子が交流同期電動機（シンクロナス・モータ）を構成するものを例に挙げて説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、他の構成の電力蓄積式交流電動機、例えば、１回転子と第２回転子、及び第２回転子と固定子が交流誘導電動機（インダクション・モータ）を構成するものであってもよい。
【０１７７】
また、上記した第４〜第８実施形態の電力蓄積式交流電動機においては、コイルに対向する部分は、強磁性体等からなる塊状強磁性体部材で構成される例について説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、他の構成、例えば、永久磁石部材で構成してもよい。この場合、上記した第４〜第８実施形態のように、コイル側を「４極巻線」で構成するときは、４つの磁極Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓが略十字状になるように配置する必要がある。
【０１７８】
また、上記した第４〜第８実施形態の電力蓄積式交流電動機においては、電動移動体を用いた輸送システム（例えば、電気鉄道システム４等）の電動移動体（例えば、電動鉄道車両２０Ａ〜２０Ｄ）の蓄電・駆動部に用いる例について説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、この電力蓄積式交流電動機は他の用途、例えば、離島等における風力や波動等を用いた蓄電・駆動源等に使用してもよい。
【０１７９】
また、上記した第４〜第８実施形態の電力蓄積式交流電動機においては、第１回転子と第２回転子、又は第２回転子と固定子に切欠部を設けてリラクタンスモータ（reluctance motor）を構成する例について説明したが、本発明はこれらの例には限定されず、切欠部はいずれの側に設けられてもよいし、両方の側に設けられてもよい。
【０１８０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項４記載の発明によれば、固定子と、前記固定子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２回転子と、前記第２回転子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第１回転子と、前記第２回転子の回転を抑止し又は前記回転の抑止を連続的に解除可能な第２回転子クラッチ手段と、外部から入力される電力を受け入れるとともに、外部へ電力を出力可能な電力入出力手段を備え、前記第１回転子と前記第２回転子が電動機を構成するように前記第１回転子又は前記第２回転子にカゴ形の誘導子、あるいは巻線形誘導子、あるいはコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設するとともに、前記第２回転子と前記固定子が電動機を構成するように前記第２回転子又は前記固定子にコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設し、前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を抑止した状態で、前記電力入出力手段により前記第１回転子と前記第２回転子の間に回転移動磁界を発生させて前記第１回転子を回転させる第１回転状態とし、前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を連続的に解除し、前記第１回転子の回転エネルギーを前記第２回転子に移し前記第１回転子と前記第２回転子の両者を回転させるとともに前記第２回転子をフライホイールとして用い前記回転エネルギーを蓄積する第２回転状態とし、前記第１回転状態又は前記第２回転状態のいずれかの状態における前記第１回転子の回転軸を利用することにより回転駆動源として用い、前記第２回転状態において前記第２回転子と前記固定子を発電機として用い、前記第２回転子に蓄積された回転エネルギーを前記電力入出力手段により電気エネルギーとして取り出すように構成したので、電動鉄道車両等の電動移動体に用いれば、小型化、軽量化、蓄電部の保守の簡素化等に寄与し、車両等の個々の輪軸ごとに設置することができ、動力の分散、全体としての駆動力の増強、蓄電能力の向上等を図ることができ、さらに、省エネルギー性が重視される都市内交通、あるいは大都市近郊線区の鉄道に好適である、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態である電気鉄道システムの全体構成を示す概念ブロック図である。
【図２】 図１に示す電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【図３】 図１，２に示す電動鉄道車両の蓄電部の一例であるウルトラキャパシタの構成を示す回路図である。
【図４】 第２実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【図５】 図４に示す電動鉄道車両の蓄電部の一例であるフライホイール式蓄電装置の構成を示す斜視図である。
【図６】 第３実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【図７】 第４実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【図８】 図７に示す電動鉄道車両の蓄電・駆動部のさらに詳細な構成を示す概念ブロック図である。
【図９】 図８に示すインバータ／コンバータ部の構成例を示す回路図である。
【図１０】 図８に示す電力蓄積式交流電動機の構成を示す図であり、図１０（Ａ）は分解斜視図を、図１０（Ｂ）は横断面図を、それぞれ示している。
【図１１】 図８，図１０に示す電力蓄積式交流電動機の第１回転子のさらに詳細な構成を示す図であり、図１１（Ａ）は横断面図を、図１１（Ｂ）はコイルスロットの横断面図を、それぞれ示している。
【図１２】 図８，図１０，図１１に示す電力蓄積式交流電動機の第１回転子のさらに詳細な構成を示す図であり、図１２（Ａ）は３相交流のうちＵ相が通電された場合に発生する磁極を、図１２（Ｂ）はを、３相交流のうちＵ相が通電されるＵ相コイルの結線状態を、それぞれ示している。
【図１３】 第４実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機の変化例の構成を示す図であり、図１３（Ａ）は第１変化例の縦断面図を、図１３（Ｂ）は第２変化例の縦断面図を、それぞれ示している。
【図１４】 第５実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機の構成を示す横断面図である。
【図１５】 第６実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機の構成を示す横断面図である。
【図１６】 第６実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機の第１変化例の構成を示す縦断面図である。
【図１７】 第６実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機の第２変化例の構成を示す縦断面図である。
【図１８】 第７実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の電力蓄積式交流電動機の構成を示す横断面図である。
【図１９】 第８実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の蓄電・駆動部の構成を示す概念ブロック図である。
【図２０】 第９実施形態である電気鉄道システムにおける電動鉄道車両の蓄電・駆動部の構成を示す概念ブロック図である。
【図２１】 第１０実施形態である電気鉄道システムにおける第１回転子の構成を示す横断面図である。
【符号の説明】
１〜４ 電気鉄道システム
１０Ａ，１０Ｂ 地上設備
１１ 軌道
１２ 駅
１２ａ 駅舎
１２ｂ プラットホーム
１３Ａ，１３Ｂ 駅給電施設
１４ 変電所
１５ 架空トロリー線
２０Ａ〜２０Ｄ 電動鉄道車両
２１ 第１受電部
２１ａ 第１受電部材
２１ｂ 可動部材
２２ インバータ部
２２′，２２Ａ インバータ／コンバータ部
２２Ｂ 変圧部
２２Ｃ コンバータ／インバータ部
２２Ｄ インバータ部
２２Ｅ インバータ／コンバータ部
２３Ａ 蓄電部
２３Ａ′ ウルトラキャパシタ
２３Ｂ 蓄電部
２３Ｂ′ フライホイール式蓄電装置
２４ コンバータ部
２４Ａ インバータ／コンバータ部
２４Ｂ サイクロコンバータ部
２４Ｃ コンバータ／インバータ部
２５Ａ 駆動・発電部
２５Ｃ，２５Ｄ 駆動・蓄電部
２６ 制御部
２６ａ 主制御部
２６ｂ 入力・表示部
２７ａ 駆動車輪
２７ｂ 従動車輪
２８ｂ パンタグラフ
２３５ａ 交流電動機
２３５ｂ 電動機回転軸
２３５ｃ フライホイール
２３５ｄ〜２３５ｆ 入出力端子
２５２Ａ１ インバータ／コンバータ部
２５２Ａ２ コンバータ／インバータ部
２５２Ａ３ インバータ部
２５２Ｂ サイクロコンバータ部
２５４Ａ〜２５４Ｄ 電力蓄積式交流電動機
２５５ 第２回転子クラッチ機構
２５５ａ クラッチ駆動源
２５５ｂ クラッチディスク
２５６ 蓄電池
２５７ａ〜２５７ｈ 歯車
２５４０Ａ，２５４０Ｂ 固定子
２５４１Ａ，２５４１Ａ′，２５４１Ｂ 第１回転子
２５４２Ａ〜２５４２Ｄ 第２回転子
２５４３Ａ 固定子コイル部材
２５４４Ａ 第１回転子コイル部材
２５４５Ａ，２５４５Ｂ 第２回転子コイル部材
２５４６Ａ〜２５４６Ｃ スリップリング
２５４７ａ Ｕ相コイル
２５４７ｂ Ｖ相コイル
２５４７ｃ Ｗ相コイル
２５４８ａ 鉄心
２５４８ｂ 突極部
２５４８ｃ コイルスロット
２５４９ 第１回転子回転軸
Ｃu コンデンサ
Ｄz ツェナーダイオード
Ｒ 抵抗
Ｓ１〜Ｓ１６ スイッチ
Ｔ１〜Ｔ６ サイリスタ

Claims (4)

1. 固定子と、
   前記固定子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２回転子と、
   前記第２回転子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第１回転子と、
   前記第２回転子の回転を抑止し又は前記回転の抑止を連続的に解除可能な第２回転子クラッチ手段と、
   外部から入力される電力を受け入れるとともに、外部へ電力を出力可能な電力入出力手段を備え、
   前記第１回転子と前記第２回転子が電動機を構成するように前記第１回転子又は前記第２回転子にカゴ形の誘導子、あるいは巻線形誘導子、あるいはコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設するとともに、前記第２回転子と前記固定子が電動機を構成するように前記第２回転子又は前記固定子にコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設し、
   前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を抑止した状態で、前記電力入出力手段により前記第１回転子と前記第２回転子の間に回転移動磁界を発生させて前記第１回転子を回転させる第１回転状態とし、
   前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を連続的に解除し、前記第１回転子の回転エネルギーを前記第２回転子に移し前記第１回転子と前記第２回転子の両者を回転させるとともに前記第２回転子をフライホイールとして用い前記回転エネルギーを蓄積する第２回転状態とし、
   前記第１回転状態又は前記第２回転状態のいずれかの状態における前記第１回転子の回転軸を利用することにより回転駆動源として用い、
   前記第２回転状態において前記第２回転子と前記固定子を発電機として用い、前記第２回転子に蓄積された回転エネルギーを前記電力入出力手段により電気エネルギーとして取り出すことを特徴とする電力蓄積式電動機。
2. 請求項１記載の電力蓄積式電動機において、
   前記電力入出力手段において外部から入力又は外部へ出力される電力は直流電力であり、
   前記電力入出力手段は、
   前記入力された直流電力を交流電力に変換して前記第１回転状態における回転移動磁界を発生させるとともに、前記第２回転状態から取り出される交流の電気エネルギーを直流電力に変換して出力する直流／交流変換手段を有することを特徴とする電力蓄積式電動機。
3. 請求項１記載の電力蓄積式電動機において、
   前記電力入出力手段において外部から入力又は外部へ出力される電力は交流電力であり、
   前記電力入出力手段は、
   前記入力された交流電力の周波数を変えて任意値の新たな任意交流電力に変換し前記第１回転状態における回転移動磁界を発生させるとともに、前記第２回転状態から取り出される交流の電気エネルギーの周波数を変えて任意値の新たな任意交流電力に変換する交流周波数変換手段を有することを特徴とする電力蓄積式電動機。
4. 固定子と、
   前記固定子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２回転子と、
   前記第２回転子に対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第１回転子と、
   前記第２回転子の回転を抑止し又は前記回転の抑止を連続的に解除可能な第２回転子クラッチ手段と、
   外部から入力される電力を受け入れるとともに、外部へ電力を出力可能な電力入出力手段を設け、
   前記第１回転子と前記第２回転子が電動機を構成するように前記第１回転子又は前記第２回転子にコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設するとともに、前記第２回転子と前記固定子が電動機を構成するように前記第２回転子又は前記固定子にコイル部材又は永久磁石部材若しくは強磁性体部材あるいはこれらの適宜の組み合わせを配設して電力蓄積式電動機を構成し、
   前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を抑止した状態で、前記電力入出力手段により前記第１回転子と前記第２回転子の間に回転移動磁界を発生させて前記第１回転子を回転させる第１回転状態とし、
   前記第２回転子クラッチ手段により前記第２回転子の回転を連続的に解除し、前記第１回転子の回転エネルギーを前記第２回転子に移し前記第１回転子と前記第２回転子の両者を回転させるとともに前記第２回転子をフライホイールとして用い前記回転エネルギーを蓄積する第２回転状態とし、
   前記第１回転状態又は前記第２回転状態のいずれかの状態における前記第１回転子の回転軸を利用することにより回転駆動源として用い、
   前記第２回転状態において前記第２回転子と前記固定子を発電機として用い、前記第２回転子に蓄積された回転エネルギーを前記電力入出力手段により電気エネルギーとして取り出すことを特徴とする電力蓄積式電動機を用いた電力蓄積方法。

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