JP6409128B2 - 編成車両 - Google Patents

Description

本発明は、電化区間では架線あるいは第３軌条から得た電力で運行する自走モードと、非電化区間では機関車によって牽引される牽引モードに対応できる編成車両（電車）に関する。

従来、機関車が、乗客が乗車する鉄道車両（電車及び客車を含む鉄道車両を、以下、被牽引車両と称して説明する場合もある。）を牽引する場合に、機関車のブレーキ力と被牽引車両のブレーキ力とを整合させて、ブレーキ制動時に不快な前後方向の衝動が生じたり、ブレーキ力の不整合に伴う制動距離が延伸したりすることを抑制することが望まれていた。

機関車のブレーキ力と被牽引車両のブレーキ力とを整合するために、被牽引車両に機関車からのブレーキ指令を読み替えるブレーキ読み替え装置が搭載される場合がある。具体的に、機関車のブレーキ管圧力（ブレーキ指令）をブレーキ読み替え装置に接続して、機関車のブレーキ力を受信したブレーキ読み替え装置が機関車のブレーキ管圧力を、被牽引車両に整合するブレーキ力に演算（読み替えて）した後、電気信号として被牽引車両のブレーキ制御装置に伝達する装置である。

例えば、特許文献１には、機関車に連結される被牽引車両に搭載されるブレーキ読み替え装置が開示されている。通常、被牽引車両の各車両には、その車両に備えられるブレーキ装置を制御するためのブレーキ制御装置が搭載されており、これらブレーキ制御装置は被牽引車両全体に渡って引き通されるブレーキ指令線に接続している。通常、運転席のブレーキハンドルからのブレーキ指令はこのブレーキ指令線によって各ブレーキ制御装置へ伝達される。

被牽引車両が機関車に牽引されて回送される場合に、機関車が連結される被牽引車両（通常、運転台を備える先頭車両）にブレーキ読み替え装置が積み込まれる。被牽引車両に積み込まれたブレーキ読み替え装置には、機関車のブレーキ指令をブレーキ読み替え装置に入力するブレーキ管（空気管）と、入力された機関車のブレーキ指令を読み替えたブレーキ指令（電気信号）を被牽引車両のブレーキ指令線に出力する伝送線が接続される。

特開２００３−１９９５５号公報

しかし、特許文献１に開示されるブレーキ読み替え装置は、被牽引車両に常設される装置ではないため、車両故障等で機関車に牽引される事態が生じた場合など、ブレーキ読み替え装置を故障した編成車両まで運搬して、故障した編成車両へ積み込む必要があった。このため、故障した車両を他の車両の運行の障害とならない留置線等へ速やかに移送することが難しい等の課題があった。また、機関車によって牽引される場合に、機関車からのブレーキ指令を読み替えて被牽引車両に伝達するブレーキ読み替え装置等を準備することなく、より簡便な構成によって自走モードと牽引モードとを切り替えることができる編成車両が望まれている。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、低コストの簡便な構成によって、機関車のブレーキ指令を被牽引車両のブレーキ制御装置へ伝達する編成車両を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するために本発明においては、編成車両に全体に引き通される第１空気管と、牽引車両のブレーキ指令を伝達する第２空気管と、前記編成車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置と、を備える編成車両において、前記編成車両は、前記第１空気管と、前記第２空気管と、前記ブレーキ制御装置に備えられるとともに空気圧力を電気信号に変換する空電変換器と、を接続する三方弁を備えることを特徴とする、編成車両が提供される。

本発明によれば、低コストの簡便な構成によって、機関車のブレーキ指令を被牽引車両のブレーキ制御装置へ伝達できる編成車両を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る鉄道車両の通常の自走モード時の概略図である。 同実施形態にかかる鉄道車両の通常の自走モード時の空気配管系統図である。 同実施形態にかかる鉄道車両が機関車によって牽引される牽引モード時の概略図である。 同実施形態にかかる鉄道車両が機関車によって牽引される牽引モード時の空気配管系統図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

本発明による鉄道車両１は、自走モード及び牽引モードの２つの走行モードを備える。自走モードは、電化区間において、集電装置４を介して架線２からの電力、または、軌道に沿って併設される第３軌条からの電力によって自力で走行するモードである。また、自走モードは、鉄道車両１に搭載されるジェネレータユニット２４によって発電した電力で走行する場合も含む。一方、牽引モードは、主に非電化区間を、機関車にけん引されて走行するモードである。なお、牽引モードは、主に非電化区間で走行する場合であるが、電化区間において牽引モードとなる場合もある。

図１は、鉄道車両の通常の自走モード時の概略図である。図１に示すように、鉄道車両１は、運転席を備える先頭車両１ａと、両先頭車両１ａとの間に連結される複数の中間車両１ｂからなる。

先頭車両１ａの屋根上には架線２から電力を得るための集電装置４と客室に調和空気を供給する空調装置６が搭載される。先頭車両１ａの床下には、放送設備や空調装置６などのサービス機器へ電力を供給する補助電源装置、架線２から得た電力の電圧を変換する主変圧器１２、空気圧力で動作するドアやブレーキシリンダ７０へ供給する圧縮空気を作る空気圧縮機１６、空気タンク１８（図示せず）、ブレーキ制御装置４０（図示せず）などが備えられる。

中間車両１ｂの屋根上には空調装置６が備えられ、床下には内燃機関の出力で発電機を運転して電力を作るジェネレータユニット２４、架線２またはジェネレータユニット２４で作られた電力の電圧及び周波数を制御して、台車に搭載される主電動機を駆動する主変換装置１４やブレーキ制御装置４１（図示せず）などが備えられる。

図２は、鉄道車両の通常の自走モード時の空気配管系統図である。鉄道車両１を構成する先頭車両１ａ及び中間車両１ｂを含む全車両は、空気管１００を備えている。各車両の空気管１００は、車両と車両の連結部において接続管１０１で接続され、両先頭車両１ａから中間車両１ｂの全車両に空気管１００が引き通される。

空気管１００には、空気圧縮機１６と空気タンク１８とが接続されており、空気管１００には所定の圧力空気が充填される。この空気管１００を満たす圧力空気は、ブレーキシリンダ７０や空気ばね（図示なし）や側引戸（図示なし）等の圧力空気で動作する機器へ供給される。なお、空気管１００は、元ダメ管、メインリザーバー管（ＭＲ管）などと称される場合がある。図示はしていないが、空気管１００には圧力スイッチが接続されている。空気管１００の空気圧力が所定の圧力以下になると、圧力スイッチが空気圧縮機１６を起動して、空気管１００の空気圧力が所定の圧力に維持される。

各車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置４０及びブレーキ制御装置４１が、空気配管を介して空気管１００に接続されている。ブレーキ制御装置４０及びブレーキ制御装置４１には、空気配管を介してブレーキシリンダ７０が接続される。ブレーキ制御装置４０及びブレーキ制御装置４１には、ブレーキ指令を受信する通信部２２０と、通信部２２０に基づきブレーキシリンダ７０のブレーキ力を制御する制御部２３０が備えられる。先頭車両１ａに備えられるブレーキ制御装置４０には、通信部２２０と制御部２３０に加えて、空気圧力をその圧力に比例する電気信号に変換する空電変換器２１０が備えられる。

先頭車両１ａの運転席に設けられるブレーキハンドル（ブレーキ弁）３０と、ブレーキ制御装置４０に内蔵される通信部２２０は、ブレーキハンドル３０からのブレーキ指令を通信部２２０に伝える伝送線３２で接続される。各ブレーキ制御装置４０及びブレーキ制御装置４１の通信部２２０は、鉄道車両１の全長に渡って引き通される伝送線５２によって接続される。

鉄道車両１には、鉄道車両１の力行やブレーキ指令、ジェネレータユニット２４や空調装置６の運転制御、および、車内案内表示装置等を一括で管理する列車情報管理装置５０が搭載されており、これらの各列車情報管理装置５０は伝送線５２で接続される。先頭車両１ａあるいは一部の中間車両１ｂの乗務員室には、伝送線５２に接続されたモニタ装置６０が備えられている。乗務員は、モニタ装置６０の表示画面を介して、上記した各機器の運転状態や空気管１００の圧力等の情報を得ることができる。

先頭車両１ａの空気管１００には、２系統の入力側のいずれか一方を選択して１系統の出力側に出力する三方弁（三方切り替えコック）２００が空気配管を介して接続される。三方弁２００に接続される２系統の入力側の一方は空気管１００であり、２系統の入力側の他方は牽引モード時に機関車５のブレーキ指令を空電変換器２１０へ伝達するブレーキ管１１０ｂである。三方弁２００の出力側は、ブレーキ制御装置４０に内蔵される空電変換器２１０に接続される。

三方弁２００は、選択された入力側の情報を出力する接点を備えている。乗務員は、この接点の出力によって、列車情報管理装置５０を経由して空電変換器２１０が空気管１００あるいはブレーキ管１１０ｂのどちらの空気圧力を変換しているのかを確認することができる。また、自走モード時には、三方弁２００は空気管１００と空電変換器２１０を接続しており、空電変換器２１０の出力（空気管１００の圧力情報）を伝送線５２および列車情報管理装置５０を経由してモニタ装置６０に表示して監視する。

空電変換器２１０は、並列に接続される１対（２台）の変換器を有しており、各変換器の出力（圧力値）を比較参照することによって、空電変換器２１０の故障を相互に検知している。空電変換器２１０の故障が検知された場合、この故障情報は伝送線５２を経て列車情報管理装置５０を介してモニタ装置６０に表示されて乗務員に通知される。

なお、空電変換器２１０は、必ずしもブレーキ制御装置４０の内部に備えられる必要はなく、鉄道車両１を構成する各車両（先頭車両１ａ、中間車両１ｂ）に共通のブレーキ制御装置４１を配置し、先頭車両１ａにのみ空電変換器２１０を備えて、この空電変換器２１０とブレーキ制御装置４１が内蔵する通信部２２０とを電気的に接続しても良い。このような構成とすれば、ブレーキ制御装置４１のみ（１種類）を準備すればよいので、予備品の準備等を含め、ブレーキ制御装置４１に係るコストを低減できる。

図３は、鉄道車両が機関車によって牽引される牽引モード時の概略図である。鉄道車両１は、電化区間から非電化区間へ直通運転する場合や、鉄道車両１が故障した場合など、集電装置４を下げて機関車５にけん引されて走行する。牽引モードの場合、鉄道車両１（被牽引車両）はジェネレータユニット２４を運転して、空調装置６や照明等のサービス電力を得る。

図４は、鉄道車両が機関車によって牽引される牽引モード時の空気配管系統図である。牽引モード時には、機関車５を鉄道車両１（先頭車両１ａ及び被牽引車両１ｂ）に連結するとともに、機関車５に備えられるブレーキ管１１０ａと、先頭車両１ａに備えられるブレーキ管１１０ｂとを接続管１１１で接続する。さらに、機関車５の空気管１００と先頭車両１ａの空気管１００とを接続管１０１で接続する。機関車５のブレーキ管１１０ａには、ブレーキハンドル（ブレーキ弁）８０が接続される。先頭車両１ａのブレーキ管１１０ｂには圧力スイッチ１３０と電磁弁１２０が備えられており、必要に応じてブレーキ管１１０ｂの圧力を開放することができる。

次に、自走モード時と牽引モード時に、ブレーキハンドルからのブレーキ指令がブレーキ制御装置４０へ伝達される作用について説明する。

図１及び図２に示す自走モード時には、三方弁２００の入力側は空気管１００が選択されている。三方弁２００に併設される接点によって、列車情報管理装置５０に三方弁２００に空気管１００の圧力が入力されていることが伝達されるとともに、空電変換器２１０は空気管１００の圧力を監視する。

先頭車両１ａの乗務員室に備えられるブレーキハンドル３０が扱われると、ブレーキハンドル３０のブレーキ指令が伝送線３２を経由して、ブレーキ制御装置４０内の通信部２２０に伝達される。通信部２２０に伝達されたブレーキ指令は、伝送線５２（列車情報管理装置５０）を経て、中間車両１ｂのブレーキ制御装置４１内の通信部２２０に伝達される。通信部２２０からブレーキ指令が伝達された制御部２３０は、ブレーキ指令に応じた圧力空気を空気管１００からブレーキシリンダ７０へ供給して、鉄道車両１全体が整合したブレーキ力を得ることができる。

一方、図３及び図４に示す牽引モード時には、三方弁２００の入力側はブレーキ管１１０ｂが選択されている。三方弁２００に併設される接点によって、列車情報管理装置５０に三方弁２００にブレーキ管１１０ｂの圧力が入力されていることが伝達される。

機関車５のブレーキハンドル８０が扱われると、ブレーキ管１１０ａの圧力変化でブレーキ指令が発信される。このブレーキ指令は、接続管１１１を経由してブレーキ管１１０ｂへ伝わる。図示はしないが、機関車５のブレーキ管１１０ａは機関車５に搭載されるブレーキ制御装置へ接続されており、機関車５はブレーキ指令に応じたブレーキ力を得る。

ブレーキ管１１０ａから接続管１１１を経て三方弁２００に伝達されるブレーキ指令は、空電変換器２１０へと伝達され、空電変換器２１０はブレーキ管１１０ｂの圧力変化によるブレーキ指令を電気信号に変換して通信部２２０へ伝達する。

電気信号に変換されたブレーキ指令を受信した通信部２２０は、ブレーキ指令を先頭車両１ａの制御部２３０に伝達するとともに、伝送線５２（列車情報管理装置５０）を経て中間車両１ｂの通信部２２０へも伝達する。通信部２２０からブレーキ指令が伝達された制御部２３０は、ブレーキ指令に応じた圧力空気を空気管１００からブレーキシリンダ７０へ供給して、鉄道車両１全体が整合したブレーキ力を得ることができる。つまり、ブレーキハンドル８０の操作によって、機関車５と鉄道車両１は整合したブレーキ力を得ることができる。

以上の構成によって、本実施の形態では、先頭車両１ａに新たに牽引モード時に機関車５のブレーキ指令を鉄道車両１へ伝達する牽引制御装置（牽引装置モジュール）を搭載する必要がないため、コストが小さい簡便な構成によって、機関車のブレーキ指令を被牽引車両のブレーキ制御装置へ伝達できる鉄道車両を提供することができる。

さらに、鉄道車両１は、機関車５のブレーキ指令に応じたブレーキ力を得ることができるため、機関車５に鉄道車両１が牽引される場合であっても、機関車５と鉄道車両１からなる編成全体で整合したブレーキ力を得られる。これにより、ブレーキ操作に伴う前後衝動を抑制して快適な乗り心地を得ることができる。

一方、特許文献１に記載されるブレーキ読み替え装置は、ブレーキ読み替え装置を構成する部品を２組備えることによって、いずれか一方の組みが故障した時には他方の組みを用いてブレーキ読み替えを実施できるように、冗長性（健全性）を高めている。

本発明による編成車両は、三方弁２００と空電変換器２１０とを接続しているため、空電変換器２１０は、自走モードおよび牽引モードの双方のモードにおいて常に稼働状態が監視されるので、空電変換器２１０の健全性を常に確認することができる。

本発明によれば、例えば、自走モード時に空電変換器が故障した場合に、この空電変換器２１０の故障に気づくことなく牽引モードへ移行して機関車のブレーキ指令が被牽引車両のブレーキ装置へ正常に伝達されない状態を、より少ない部品構成で回避することができる。

また、空電変換器２１０は並列に接続された一対（２台）の変換器から構成されるため、双方のモードにおいて、変換器が相互検証（クロスチェック）される。これにより、空電変換器２１０の健全性を常時監視する事ができ、信頼性と安全性を向上させることができる。

１ 鉄道車両
１ａ 先頭車両
１ｂ 中間車両
２ 架線
４ 集電装置
５ 機関車
６ 空調装置
１２ 主変圧器
１４ 主変換装置
１６ 空気圧縮機
１８ 空気タンク
２４ ジェネレータユニット
３０ ブレーキハンドル（先頭車両）
３２ 伝送線
４０、４１ ブレーキ制御装置
５０ 列車情報管理装置
５１ 接続線（電線）
５２ 伝送線
６０ モニタ装置
７０ ブレーキシリンダ（台車）
８０ ブレーキハンドル（機関車）
１００ 鉄道車両の空気管（ＭＲＰ）
１０１ 接続管（空気管）
１１０ａ 機関車のブレーキ管
１１０ｂ 鉄道車両のブレーキ管
１１１ 接続管（ブレーキ管）
１２０ 電磁弁（ブレーキ管開放用）
１３０ 圧力スイッチ
２００ 三方弁（三方切り替えコック）
２１０ 空電変換器
２２０ 通信部
２３０ 制御部

Claims (5)

1. 編成車両に全体に引き通される第１空気管と、
   牽引車両のブレーキ指令を伝達する第２空気管と、
   前記編成車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置と、
   を備える編成車両において、
   前記編成車両は、
   前記第１空気管と、前記第２空気管と、前記ブレーキ制御装置に備えられるとともに前記第１空気管および前記第２空気管のうち選択されたいずれか一方の空気圧力を電気信号に変換する空電変換器と、を接続する三方弁を備える
   ことを特徴とする、編成車両。
2. 編成車両に全体に引き通される第１空気管と、
   牽引車両のブレーキ指令を伝達する第２空気管と、
   前記編成車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置と、
   を備える編成車両において、
   前記編成車両は、
   前記第１空気管と、前記第２空気管と、前記ブレーキ制御装置に備えられるとともに空気圧力を電気信号に変換する空電変換器と、を接続する三方弁を備え、
   前記空電変換器は、
   前記編成車両のみで走行する場合、前記第１空気管の空気圧力を電気信号に変換する
   ことを特徴とする、編成車両。
3. 編成車両に全体に引き通される第１空気管と、
   牽引車両のブレーキ指令を伝達する第２空気管と、
   前記編成車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置と、
   を備える編成車両において、
   前記編成車両は、
   前記第１空気管と、前記第２空気管と、前記ブレーキ制御装置に備えられるとともに空気圧力を電気信号に変換する空電変換器と、を接続する三方弁を備え、
   前記空電変換器は、
   前記編成車両が前記牽引車両に牽引される場合、前記第２空気管の空気圧力を電気信号に変換する
   ことを特徴とする、編成車両。
4. 前記編成車両は複数の車両からなり、
   複数の前記車両に前記ブレーキ制御装置が搭載され、
   前記ブレーキ制御装置は、ブレーキ指令を伝達する伝送線で相互に接続されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載の編成車両。
5. 編成車両に全体に引き通される第１空気管と、
   牽引車両のブレーキ指令を伝達する第２空気管と、
   前記編成車両のブレーキを制御するブレーキ制御装置と、
   を備える編成車両において、
   前記編成車両は、
   前記第１空気管と、前記第２空気管と、前記ブレーキ制御装置に備えられるとともに空気圧力を電気信号に変換する空電変換器と、を接続する三方弁を備え、
   前記編成車両は複数の車両からなり、
   複数の前記車両に前記ブレーキ制御装置が搭載され、
   前記ブレーキ制御装置は、ブレーキ指令を伝達する伝送線で相互に接続され、
   前記三方弁は、
   前記第１空気管または前記第２空気管のいずれかが選択されたことを指示する電気接点を備え、
   前記電気接点の信号が前記伝送線に出力されており、
   前記伝送線に出力された前記電気接点の信号が、前記車両に備えられる表示装置に表示される
   ことを特徴とする、編成車両。

Images