JP6823313B2 - 交流架線式蓄電池車 - Google Patents

Description

本発明は、交流電化区間と非電化区間とに乗り入れることができる交流架線式蓄電池車に関する。

交流架線式蓄電池車は、運転台に設置されるスイッチ類などの運転台機器の操作によって、架線から給電した電力および蓄電池（バッテリ）に蓄電された電力により主電動機を駆動して軌道上を走行する電気車であって、交流電化区間では集電装置を介して架線から取り入れた電力で走行する架線走行モードと非電化区間では蓄電池（バッテリ）に貯蔵された電力で走行する蓄電池走行モードのいずれかを選択できる。

従来、非電化区間には内燃機関を有する気動車が利用されていた。気動車は、変電所や架線等の地上設備を必要としない利点を有する。しかし、その一方、気動車は、燃料および燃料供給設備、そして内燃機関の整備などに加えて、内燃機関から排出される排気ガス等に関する環境対策が必要となり、ランニングコストおよびメンテナンスコストが大きくなりやすい課題を有する。

そこで、比較的短い区間の非電化区間と交流電化区間とを相互に運用できる蓄電池（バッテリ）を搭載した電気車として、主電動機に駆動電力を供給する主変換回路と、主変換回路の直流リンクに接続されて補機に電力を供給する静止形インバータと、主変換回路の直流リンク部に、高速度遮断器および双方向チョッパを介してバッテリが接続されて構成される電源システムを有する電気車が提案されている（特許文献１）。

特開２０１４−６４３９８号公報

非電化区間と交流電化区間とを境界駅を経て相互に乗り入れる交流架線式蓄電池車の運用は、以下に示す（１）から（４）の４パターンが考えられる。
（１）交流電化区間から境界駅を経て非電化区間へ直通運転する。
（２）交流電化区間から境界駅に到着後、交流電化区間へ折り返し運転する。
（３）非電化区間から境界駅を経て交流電化区間へ直通運転する。
（４）非電化区間から境界駅に到着後、非電化区間へ折り返し運転する。

したがって、上述した４パターンの運用に対応するために、乗務員は、従来の気動車または交流電気車の運転では扱うことのなかった運転台機器（スイッチ類）を決められた手順で取り扱うことが要求される。

上述した決められた手順で扱われる運転台機器の操作は、交流電化区間と非電化区間の境界駅で集電装置（パンタグラフ）を上昇したり下降したりすること、主回路システムを架線（交流電化区間）からの給電によって運行する架線走行モードから蓄電池（非電化区間）の電力によって運行する蓄電池走行モードに切り替えたりすること、などである。これらに関わる運転台機器の操作は、煩雑になりやすいため乗務員の負担が大きくなりやすいだけでなく、その操作手順を誤ると、機器が破損する可能性があり安全性が損なわれるおそれがあるなどの課題があった。

本発明の目的は、非電化区間と交流電化区間とに乗り入れる蓄電池を備える交流架線式蓄電池車であって、乗務員による運転台機器の扱いに伴う負担を軽減するとともに安全性を高めることができる交流架線式蓄電池車を提供することである。

上記目的を達成するために、代表的な本発明の交流架線式蓄電池車は、架線から電力を集電する集電装置と、集電装置に接続する真空遮断器と、真空遮断器に接続する主変圧器と、主変圧器に接続する主変換装置と、主変換装置に接続する主回路蓄電池および力行回路制御装置と、を有しており、
交流架線式蓄電池車は、交流電化区間と前記非電化区間の境界駅に前記交流電化区間の側から進入する際に軌道に敷設された第１地上子が発信する非電化線セット信号または境界駅に非電化区間の側から進入する際に起動に敷設された第２地上子が発信する電化セット信号を受信する受信手段と、非電化セット信号または電化セット信号を受信手段が受信後に力行回路を遮断する力行回路制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、非電化区間と交流電化区間とに乗り入れる蓄電池を備える交流架線式蓄電池車であって、乗務員による運転台機器の扱いに伴う負担を軽減するとともに安全性を高めることができる交流架線式蓄電池車を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、交流架線式蓄電池車が交流電化区間と非電化区間との境界に位置する境界駅を跨いで直通する運用と境界駅で折り返す運用を示す模式図である。 図２は、交流架線式蓄電池車に備えられる主回路システムの概略図である。 図３は、運転台に設けられた各種スイッチ類等からなる運転台機器および周辺装置との関連を説明するための概略構成を示すブロック図である。 図４は、交流電化区間から境界駅へ到着した交流架線式蓄電池車が、非電化区間へ直通運転または交流電化区間への折り返し運転を選択するまでの交流架線式蓄電池車の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。 図５は、交流電化区間から境界駅へ到着した交流架線式蓄電池車が、非電化区間への直通運転または交流電化区間への折り返し運転を選択した後の交流架線式蓄電池車の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。 図６は、非電化区間から境界駅へ到着した交流架線式蓄電池車が、交流電化区間への直通運転または非電化区間への折り返し運転を選択するまでの交流架線式蓄電池車の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。 図７は、非電化区間から境界駅へ到着した交流架線式蓄電池車が、交流電化区間への直通運転または非電化区間への折り返し運転を選択した後の交流架線式蓄電池車の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、交流架線式蓄電池車１と交流電化区間ＡＣと非電化区間ＮＥとの境界に位置する境界駅Ｂと当該境界駅の近くの軌道に配置された第１地上子５１と第２地上子５２との位置関係を示し、また、交流架線式蓄電池車１が交流電化区間ＡＣと非電化区間ＮＥとの境界に位置する境界駅Ｂを跨いで直通する運用と境界駅で折り返す運用を示す模式図である。

交流架線式蓄電池車１（含車両１０、２０）が運行される路線は、交流電化区間ＡＣと非電化区間ＮＥを有する。非電化区間ＮＥには、駅Ａが配置され、交流電化区間ＡＣには、駅Ｂと駅Ｃが配置される。駅Ｂは、交流電化区間ＡＣと非電化区間ＮＥの境界に位置する境界駅である。なお、交流架線式蓄電池車１が交流電化区間ＡＣから非電化区間ＮＥに向かって進むときは、車両１０が先頭車両となり、その反対向きに進行するときは、車両２０が先頭車両となる。

境界駅Ｂの交流電化区間ＡＣ側の手前の軌道には、第１地上子５１が配置されており、駅Ｂの非電化区間ＮＥ側の手前の軌道には第２地上子５２が配置される。

運転を担当する乗務員（運転士）は、境界駅Ｂにおいて交流電化区間ＡＣと非電化区間ＮＥを跨って直通運転する場合やどちらか一方の区間内に折り返し運転する場合に、それぞれの運転に必要なスイッチ類と交流架線式蓄電池車の加減速を制御するマスターコントローラ（主幹制御器または単にマスコンと称される。以下、マスコンと記す。）運転台機器を扱う。

交流架線式蓄電池車１の先頭車両１０は、その屋根上に架線３から電力を集電する集電装置５を備えるとともに先頭車両２０には、非電化区間ＮＥを走行する際の電力が貯蔵される主回路蓄電池６４（図２参照）を搭載する。
基本的に、交流架線式蓄電池車１は、交流電化区間ＡＣでは集電装置５によって架線３から集電される交流電力で走行し、非電化区間ＮＥでは主回路蓄電池６４に貯蔵される直流電力で走行する。

先頭車両１０、２０は、軌道に敷設される第１地上子５１と第２地上子５２から発信（送信）される情報（非電化セット信号または電化セット信号）を受信し、当該情報を読み取る受信器（車上子）６９４１（図３参照）を備える。

交流架線式蓄電池車１の運用は、上述したように（１）交流電化区間ＡＣから非電化区間ＮＥへ直通運転する運用１００と、（２）交流電化区間から交流電化区間へ折り返し運転する運用１１０と、（３）非電化区間から交流電化区間へ直通運転する運用２００と、（４）非電化区間から非電化区間へ折り返し運転する運用２１０の４種類に大別される。

図２は、交流架線式蓄電池車１に備えられる主回路システムの概略図である。
交流架線式蓄電池車１の先頭車両１０には、架線３から電力を取り入れる集電装置５と、集電装置５に接続する真空遮断器（ＶＣＢ）６０と、真空遮断器６０に接続する主変圧器６１と、主変圧器６１に接続する主変換装置（電気車の速度制御装置）６７と、主変換装置６７に接続する主電動機６８、補助電源装置６５、断流器６６、力行回路制御装置７０、主回路蓄電池（バッテリ）６４、などを有する。

これらは、交流架線式蓄電池車１の主回路システムを構成し、主変換装置６７は力行回路を構成する。真空遮断器（ＶＣＢ：Vacuum Circuit Breaker）６０は、集電装置５と主変圧器６１と間で回路を遮断または接続する機能を有する。
なお、前述の機能を有する遮断器を真空遮断器６０の代替として備えても良い。以下では、真空遮断器６０を備える実施例を説明するため、真空遮断器６０を接続または遮断する真空遮断器投入スイッチ等の記載があるが、これらの記載は真空遮断器６０に代えて遮断器が採用される場合には遮断器投入スイッチ等に読み替える。単に同様に、断流器６６は、主回路蓄電池６４と主変換装置６７との間の回路を遮断また接続する。
運転台６９に備えられるマスコン６９１２は、力行回路制御装置７０を介して主変換装置６７に接続され、力行回路制御装置７０はマスコン６９１２からの加減速指令に基づいて主変換装置６７が主電動機６８を制御して、交流架線式蓄電池車１が走行する。
力行回路制御装置７０には、車上子６９４１は第１地上子５１（第２地上子５２）が受信した信号や、集電装置５の上昇指令または降下指令や、真空遮断器６０の接続指令または遮断指令や、非常時の緊急停止指令や、交流架線式蓄電池車１の速度情報なども入力される。
交流架線式蓄電池車１は、乗務員が扱うマスコン６９１２からの加減速指令を受信した力行回路制御装置７０が主変換装置６７を制御することによって加減速する。力行回路制御装置７０は、車上子６９４１からの信号を受信した場合に、マスコン６９１２からの加減速指令が主変換装置６７に伝達されず主変換装置６７を機能しない状態にできる。この主変換装置６７が機能しない状態を力行回路遮断と呼ぶ。
なお、力行回路（主変換装置６７）を動作しない状態を維持するものであれば、力行回路制御装置７０とは別に、その遮断機能を有する制御手段を設けても良い。

交流架線式蓄電池車１の運転台６９には、後述する運転機器（スイッチ類）が配置されている。

力行回路制御装置７０は、力行回路（主変換装置６７）の動作制御を司る。このため、力行回路制御装置７０には、集電装置５の操作指令、真空遮断器６０を動作指令、主回路蓄電池６４の急速充電指令、緊急停止などの指令が入力される。

力行回路を構成する主変換装置６７は、主変圧器６１の２次巻き線６１２，６１３に接続するとともに単相交流を直流に整流するコンバータ６２と、コンバータ６２に接続するとともに直流を三相交流に変換するインバータ６３を有する。
インバータ６３は、主電動機６８を駆動する三相交流を出力する。これらの出力は、力行回路制御装置７０を介して、運転台のマスコン６９１２によって制御される。

補助電源装置６５および断流器６６は、主変換装置６７のコンバータ６２とインバータ６３との接続点の直流ステージに接続される。また、主変換装置６７は、断流器６６を介して主回路蓄電池（バッテリ）６４に接続される。断流器６６は、主回路蓄電池６４と主変換装置（主変換装置６７）とを接続したり遮断したりする。
主回路蓄電池６４は、先頭車両２０に配置されており、その他は、先頭車両１０に配置されている。

架線３からの電力で走行する架線走行モードは、基本的に集電装置５が上昇し、集電装置５が架線３に接触するとともに真空遮断器６０が閉じた（投入された）状態で走行するモードである。

交流架線式蓄電池車１が架線走行モードで運用される場合であって主回路蓄電池（バッテリ）６４が健全な場合には、主回路蓄電池６４が断流器６６（閉じた状態）によって主変換装置６７に接続される。そして、走行中に主変換装置６７からの電力を受け、所定の充電率に達するまで小電流で充電される。

図３は、運転台６９に設けられた各種スイッチ類等からなる運転台機器および周辺装置との関連を説明するための概略構成を示すブロック図である。

運転台６９は、運転台交換スイッチ６９１１、マスコン６９１２、蓄電池走行モードを起動するＢＲＳｔスイッチ（蓄電池走行モード起動スイッチ）６９１、集電装置５が上昇するように制御するＰａｎＵスイッチ（集電装置上昇スイッチ）６９１４、真空遮断器６０が閉じる（接続する）ように制御する真空遮断器投入スイッチ（ＶＣＢＳ１）６９１５、などのスイッチ類や、運転モードや警告メッセージなどを表示する運転台モニタ６９２を備える。

主回路蓄電池６４に蓄電された電力で走行する蓄電池走行モードのときは、集電装置５が降下して集電装置５が架線３から離れるとともに、真空遮断器６０が開いた（遮断された）状態で走行するモードである。蓄電池走行モードで走行中にブレーキが扱われた時は、ブレーキ力によって生じる回生エネルギが主回路蓄電池６４に充電される。
なお、図１および図２に示す交流架線式蓄電池車１は、先頭車両１０と編成車両２０からなる２両編成を例示しているが、中間車両を有する３両編成等であっても良い。

図４は、交流電化区間ＡＣから境界駅Ｂへ到着した交流架線式蓄電池車１が、非電化区間ＮＥへの直通運転または交流電化区間ＡＣへの折り返し運転を選択するまでの交流架線式蓄電池車１の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。

同図において、交流電化区間ＡＣの架線３から集電装置５を介して集電した電力で走行中の交流架線式蓄電池車１は、先頭車両１０を先頭に境界駅Ｂに進入する（Ｓ１０、図１参照）。

先頭車両１０の受信器（車上子）６９４１は、境界駅Ｂの手前に備えられた第１地上子５１を通過する際に、非電化区間ＮＥへ進行する予告として第１地上子５１から発信される「非電化セット信号」を受信する（Ｓ２０）。

「非電化セット信号」を受信した先頭車両１０、２０の運転台に備えられる運転台モニタ６９２は、交流架線式蓄電池車１の非電化区間ＮＥへの進行に備えて、「充電状況確認」、「蓄電池残量確認」、「走行区間および集電装置操作の確認」等の警告を表示して、乗務員に注意を喚起する（Ｓ３０、Ｓ４０）。

この時、先頭車両２０は、境界駅Ｂから交流電化区間ＡＣへの折り返し運転に備えて「電化セット」の設定を準備する（Ｓ５０）。「電化セット」とは、交流架線式蓄電池車１が交流電化区間ＡＣを走行するための準備（乗務員への注意喚起を含む）をすることであり、「非電化セット」とは、非電化区間ＮＥを走行するための準備（乗務員への注意喚起を含む）することである。

交流架線式蓄電池車１が境界駅Ｂの構内に進入した後、乗務員は通常のブレーキ扱いで交流架線式蓄電池車１を減速してホームの所定の停止位置に停車する。

このとき、交流架線式蓄電池車１の速度が、所定の速度（例えば、５ｋｍ／ｈ）以下になると、力行回路制御装置７０が、マスコン６９１２からの主変換装置６７への指令を自動的に遮断（力行回路遮断）する（Ｓ６０）。

この力行回路遮断（Ｓ６０）は、集電装置５を降下しない限り解除されず、境界駅Ｂに停車した交流架線式蓄電池車１が、集電装置５を上昇させたままで非電化区間ＮＥへ進行しないための保安措置である。

乗務員は、従来の交流電車の運転機器の扱いと全く同じ運転機器扱いで、交流電化区間ＡＣを走行して境界駅Ｂに進入する交流架線式蓄電池車１を境界駅Ｂに停車させることができる。

交流架線式蓄電池車１が境界駅Ｂの所定位置に停車（Ｓ７０）した後、乗務員は交流架線式蓄電池車１が非電化区間ＮＥへ直通運転するのか、あるいは、進行方向を変えて交流電化区間ＡＣへ折り返し運転するのか、上述した運用に基づいて交流架線式蓄電池車１の進行方向を確認する（Ｓ８０）。
ここで、直通運転の場合には、図５のＡへ進み、折り返し運転の場合には、図５のＢへ進む。

図５は、交流電化区間ＡＣから境界駅Ｂへ到着した交流架線式蓄電池車１が、非電化区間ＮＥへの直通運転または交流電化区間ＡＣへの折り返し運転を選択した後の交流架線式蓄電池車１の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。

＜交流電化区間ＡＣから非電化区間ＮＥへ直通する運用１００の場合＞
境界駅Ｂに停車した交流架線式蓄電池車１が非電化区間ＮＥへ進行すること（図４および図５のＡ）を確認した乗務員は、先頭車両１０の運転台６９のＢＲＳｔスイッチ（蓄電池走行モード起動スイッチ）６９１３を押下げる（Ｓ９０）。

このＢＲＳｔスイッチ６９１３の押し下げる（Ｓ９０）と、真空遮断器６０が開放（ＶＣＢ開放）される（Ｓ１００）とともに、集電装置５が降下する（Ｓ１１０）。

続いて、運転台モニタ６９２に表示された警告表示（運転者に注意を促す表示）「Ｓ４０」が消されて、乗務員への警告表示を停止する（Ｓ１２０）。

「Ｓ６０」で、力行回路制御装置７０が遮断していたマスコン６９１２から力行回路制御装置７０を介して主変換装置６７を接続する回路が再構成（Ｓ１３０）される。再構成とは、力行回路制御装置７０が遮断したマスコン６９１２と主変換装置６７との間の回路を再接続してし、乗務員が操作するマスコン６９１２による加減速指示が力行回路制御装置７０に伝達されて、主変換装置６７を制御できる状態に復位することである。

力行回路制御装置７０は、主回路蓄電池６４に接続する断流器６６を閉じて、主回路蓄電池６４からインバータ６３を経て主電動機６８に電力が供給される蓄電池走行モードを起動（Ｓ１４０）する。

乗務員は、真空遮断器６０のＶＣＢ開放（Ｓ１００）から蓄電池走行モード起動（Ｓ１４０）に至る一連の動作をＢＲＳｔスイッチ６９１３（Ｓ９０）のみで完了することができる。
このため、乗務員は非電化区間ＮＥへ進行する際に、煩雑な機器扱いから解放されて、前方や乗客等の安全に気を配ることができる。

ＢＲＳｔスイッチ６９１３（Ｓ９０）の操作による集電装置５の降下（Ｓ１１０）によって、境界駅Ｂに停車する直前に遮断されたマスコン６９１２と力行回路制御装置７０とを接続する力行回路遮断（Ｓ６０）が再接続（Ｓ１３０）されるので、マスコン６９１２からの加減速指令が力行回路制御装置７０に伝達されて交流架線式蓄電池車１は所定の運行を継続できる。
これにより、乗務員による集電装置５を下げる動作の失念を抑制するとともに、非電化区間ＮＥに集電装置５を上昇させたままで進行して、集電装置５あるいは沿線の設備が破損することを抑制できる。

交流架線式蓄電池車１が非電化区間ＮＥを主回路蓄電池６４に蓄電された電力で走行する時、真空遮断器６０を開放（ＶＣＢ開放）しておかないと、主回路蓄電池６４からコンバータ６２、主変圧器６１、真空遮断器６０を経て降下（折り畳まれた）された集電装置５まで電気が流れて加圧される（図２参照）。
このため、交流架線式蓄電池車１が非電化区間ＮＥを走行するときには、真空遮断器６０が開放された状態を維持する。一般に、交流電気車が主回路を保護するために備える真空遮断器６０を非電化区間ＮＥ走行時に主回路蓄電池６４から集電装置５への電力供給を遮断する遮断器として用いれば、あらたな遮断器を追設する必要が無く都合が良い。

非電化区間ＮＥの建築限界は電化区間の建築限界より小さい。このため、集電装置５に高電圧が加圧された状態の交流架線式蓄電池車１がトンネル等へ進入すると、集電装置５からトンネル内壁や軌道に沿って敷設される信号設備（ケーブル）等へ放電して、これら信号設備が破損するおそれがある。
しかしながら、ＢＲＳｔスイッチ６９１３（Ｓ９０）が担う一連の動作に、真空遮断器６０を遮断する動作が含まれているため、乗務員の真空遮断器６０を開放する動作の失念を抑制するとともに、集電装置５からトンネル内壁または沿線の設備への放電を抑制して安全性を高めることができる。

先頭車両１０に乗務する乗務員は、Ａ駅を向かう出発信号機の進行現示と側引戸「閉」を確認した後、マスコン６９１２を操作（Ｓ３００）して非電化区間ＮＥに乗り入れる。

境界駅Ｂから交流電化区間ＡＣへの折り返し運用に備えて先頭車両２０に準備されていた電化セット準備「Ｓ５０」が解除（Ｓ３１０）されて、交流架線式蓄電池車１は先頭車両１０を先頭に非電化区間ＮＥの区間を走行（Ｓ３２０）し、駅Ａにおいて非電化区間ＮＥの運転を終了する（Ｓ３３０）。

＜交流電化区間から交流電化区間へ折り返す運用１１０の場合＞
境界駅Ｂに停車した交流架線式蓄電池車１が交流電化区間ＡＣへ折り返すこと（図４および図５の折り返しＢ）を確認した乗務員は、運転台６９に備えられる運転台交換スイッチ６９１１を取り扱うことによって、先頭車両１０から先頭車両２０に運転台を交換する（Ｓ９７）。

運転台交換スイッチ６９１１によって、先頭車両１０、２０に交流電化区間ＡＣへの乗り入れる「電化セット」が準備（Ｓ１５０）され、先頭車両１０、２０の運転台モニタ６９２に表示された警告表示「Ｓ４０」が消される（Ｓ１６０）。

先頭車両１０には、今後の非電化区間ＮＥへの折り返し運転に備えて「非電化セット」が準備され（Ｓ１７０）、「Ｓ６０」で遮断されていた力行回路が力行回路制御装置７０によって再構成される（Ｓ１８０）。

先頭車両２０に乗務する乗務員は、Ｃ駅を向かう出発信号機の進行現示と側引戸「閉」を確認した後、マスコン６９１２を操作（Ｓ３００）して交流電化区間ＡＣに交流架線式蓄電池車１を乗り入れる。

境界駅Ｂから交流電化区間ＡＣへの折り返し運用に備えて先頭車両２０に準備されていた電化セット準備「Ｓ５０」が解除（Ｓ３１２）されて、交流架線式蓄電池車１は先頭車両１０を先頭に交流電化区間ＡＣを走行（Ｓ３２２）し、駅Ｃにおいて交流電化区間ＡＣの運転を終了する（Ｓ３３２）。

乗務員は、境界駅Ｂで、従来の交流電車の運転台交換時の運転台選択スイッチのみの操作で、交流架線式蓄電池車１の運転台を変更（交換）できる。

図６は、非電化区間ＮＥから境界駅Ｂへ到着した交流架線式蓄電池車１が、交流電化区間ＡＣへの直通運転または非電化区間への折り返し運転を選択するまでの交流架線式蓄電池車１の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。

同図において、非電化区間ＮＥを主回路蓄電池６４に蓄電した電力で走行中の交流架線式蓄電池車１は、先頭車両２０を先頭に境界駅Ｂに進入する（Ｓ１２）。

境界駅Ｂの手前には第２地上子５２が備えられており、先頭車両２０は第２地上子５２を通過する際に、交流電化区間ＡＣへ進行する予告として第２地上子５２から送信される「電化セット信号」を受信器（車上子）６９４１が受信する（Ｓ２２）。

「電化セット信号」を受信した先頭車両２０、１０の運転台モニタ６９２には、交流電化区間ＡＣへの進行に備えて、「充電状況確認」、「蓄電池残量確認」、「走行区間および集電装置操作の確認」等の警告が表示され、乗務員に注意を喚起する（Ｓ３２、Ｓ４２）。
この時、先頭車両１０は、境界駅Ｂから非電化区間ＮＥへの折り返し運転に備えて「非電化セット」の設定を準備する（Ｓ５２）。

境界駅Ｂの構内に進入した後、乗務員は通常のブレーキ扱いで交流架線式蓄電池車１を減速してホームの所定の停止位置に停車させる。そして、交流架線式蓄電池車１の速度が、所定の速度（例えば、５ｋｍ／ｈ）以下になると、力行回路制御装置７０によって主変換装置６７の出力電力が自動的に遮断される（Ｓ６２）。

この力行回路（主変換装置６７）の遮断（Ｓ６２、マスコン６９１２からの指令が力行回路制御装置へ伝達されない状態）は、境界駅Ｂに停車した交流架線式蓄電池車１が、集電装置５を上昇しない限り解除されず、集電装置５を上昇させないで交流電化区間ＡＣへ進行しないための保安措置である。

乗務員は、従来の交流電車の運転機器扱いと同じ操作で、非電化区間ＮＥを走行して境界駅Ｂに進行する交流架線式蓄電池車１を停車させることができる。

境界駅Ｂの所定位置に停車（Ｓ７２）した後、乗務員は交流架線式蓄電池車１が交流電化区間ＡＣへ直通運転するのか、あるいは、進行方向を変えて非電化区間ＮＥへ折り返し運転するのか、運用に基づいて交流架線式蓄電池車１の進行方向を確認する（Ｓ８２）。

図７は、非電化区間ＮＥから境界駅Ｂへ到着した交流架線式蓄電池車１が、交流電化区間ＡＣへの直通運転または非電化区間への折り返し運転を選択した後の交流架線式蓄電池車１の動作と地上子情報と乗務員の操作を纏めたフローチャートである。

＜非電化区間から交流電化区間へ直通する運用２００の場合＞
境界駅Ｂの所定の場所に停車した交流架線式蓄電池車１が交流電化区間ＡＣへ進行すること（図６および図７のＣ）を確認した乗務員は、先頭車両２０の運転台のＰａｎＵスイッチ（集電装置上昇スイッチ）６９１４を押下げる（Ｓ９２）。

このスイッチの操作（Ｓ９２）によって、集電装置５が上昇（Ｓ１１５）して架線３からの給電が開始されるとともに、運転台モニタ６９２に表示された警告表示「Ｓ４２」が消されて（Ｓ１２５）、遮断された力行回路「Ｓ６２」（マスコン６９１２からの指令が力行回路制御装置へ伝達されない状態）が力行回路制御装置７０によって再構成される（Ｓ１３５）。

乗務員が運転台に備えられる真空遮断器投入スイッチ６９１５（ＶＣＢＳ１）（Ｓ２０５）を押下げると、真空遮断器６０が閉じて（Ｓ２１５）、架線３から集電装置５、真空遮断器６０、主変圧器６１、主変換装置６７、主電動機６８に至る架線走行モードが起動（Ｓ２２５、図２参照）する。

乗務員は、真空遮断器投入（Ｓ２１５）から架線走行モード起動（Ｓ２２５）に至る一連の動作を集電装置上昇スイッチ６９１４の押下げ操作（Ｓ９２）と真空遮断器投入スイッチ６９１５（Ｓ２０５）の操作のみで完了することができる。
このため、乗務員は、通常の交流電車の起動と同じ運転機器（スイッチ）扱いで、非電化区間ＮＥから交流電化区間ＡＣへ進行できるため、煩雑な機器扱いから解放されて、前方注視や乗客等の安全に気を配ることができる。
さらに、交流電化区間ＡＣを主回路蓄電池６４に蓄電された電力で走行して、主回路蓄電池６４に蓄電された電力の不要な消費を回避することができる。

先頭車両２０に乗務する乗務員は、Ｃ駅を向かう出発信号機の進行現示と側引戸「閉」を確認した後、マスコン６９１２のノッチを投入（Ｓ３０５）して交流電化区間ＡＣに乗り入れる。

境界駅Ｂから非電化区間ＮＥへの折り返し運用に備えて先頭車両１０に準備されていた非電化セット準備「Ｓ５２」が解除（Ｓ３１５）されて、交流架線式蓄電池車１は先頭車両２０を先頭に交流電化区間ＡＣを走行（Ｓ３２５）して、駅Ｃにおいて交流電化区間ＡＣの運転を終了する（Ｓ３３５）。

＜非電化区間から非電化区間へ折り返す運用２１０の場合＞
境界駅Ｂに停車した交流架線式蓄電池車１が非電化区間ＮＥへ折り返すこと（図６および図７のＤ）を確認した乗務員は、先頭車両２０の運転台へ乗り込んだ後、運転台交換スイッチ６９１１を扱って、先頭車両１０の運転台から先頭車両２０の運転台に交換する（Ｓ９７）。

運転台交換スイッチの取り扱いに伴い、先頭車両１０、２０に非電化区間ＮＥへの乗り入れる「非電化セット」が準備（Ｓ１５５）され、先頭車両１０、２０の運転台モニタ６９２に表示された警告表示「Ｓ４２」が消される（Ｓ１６５）。

先頭車両２０には、今後の交流電化区間ＡＣへの直通運転に備えて「電化セット」が準備され（Ｓ１７５）、遮断された力行回路「Ｓ６２」（マスコン６９１２からの指令が力行回路制御装置へ伝達されない状態）が力行回路制御装置７０によって再構成される（Ｓ１８５）。

先頭車両１０に乗務する乗務員は、Ａ駅を向かう出発信号機の進行現示と側引戸「閉」を確認した後、マスコン６９１２のノッチを投入（Ｓ３０５）して非電化区間ＮＥに交流架線式蓄電池車１を乗り入れる。

境界駅Ｂから交流電化区間ＡＣへの直通運用に備えて先頭車両２０に準備されていた電化セット準備「Ｓ５２」が解除（Ｓ３１７）されて、交流架線式蓄電池車１は先頭車両１０を先頭に非電化区間ＮＥを走行（Ｓ３２７）して、駅Ａにおいて非電化区間ＮＥの運転を終了する（Ｓ３３７）。

以上述べたように、本実施例によれば、蓄電池走行モードにおいて、乗務員は、蓄電池走行モードスイッチ６９１３を扱うことによって、真空遮断器６０の開放と、集電装置５の降下と、力行回路の再構成と、蓄電池走行モードの起動と、の一連の動作を簡単に実施できる。また、架線走行モードにおいて、乗務員は、集電装置上昇スイッチ（ＰａｎＵ）６９１４によって、集電装置５の上昇と、力行回路の再構成と、を簡単に実施できるとともに、真空遮断器投入スイッチ（ＶＣＢＳ１）６９１５を扱うことによって、真空遮断器６０の投入（閉じる）と、架線走行モード起動の２つの動作を容易に実施できる。

なお、本発明は上述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、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。例えば、交流電化区間と非電化区間を走行する交流架線式蓄電池車の実施例を説明したが、直流電化区間と非電化区間を乗り入れる蓄電池車であってもよいし、直流電化区間を第３軌条から集電して走行する蓄電池式電気車であってもよい。この場合、集電装置は集電靴に読み替える。
また、ある構成の一部を他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構成を加えることも可能である。また、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。
また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

Ａ…非電化区間の駅
Ｂ…交流電化区間と非電化区間の境界駅
Ｃ…交流電化区間の駅
ＡＣ…交流電化区間 ＮＥ…非電化区間
１００…交流電化区間から非電化区間へ直通運転する運用
１１０…交流電化区間から交流電化区間へ折り返し運転する運用
２００…非電化区間から交流電化区間へ直通運転する運用
２１０…非電化区間から非電化区間へ折り返し運転する運用
１…交流架線式蓄電池車 ３…架線
５…集電装置 １０、２０…先頭車両
５１…第１地上子 ５２…第２地上子
６０…真空遮断器（ＶＣＢ） ６１…主変圧器
６２…コンバータ ６３…インバータ
６４…主回路蓄電池 ６５…補助電源装置
６６…断流器 ６７…主変換装置
６８…主電動機 ６９…運転台
７０…力行回路制御装置
Ｓ１０〜Ｓ３３７…動作ステップ
６９１３…蓄電池走行モード起動スイッチ（ＢＲＳｔ）
６９１４…集電装置上昇スイッチ（ＰａｎＵ）
６９１５…真空遮断器投入スイッチ（ＶＣＢＳ１）
６９２…運転台モニタ
６９４１…受信器（車上子）

Claims (2)

1. 交流電化区間を走行する架線走行モードと、非電化区間を走行する蓄電池走行モードと、を有する交流架線式蓄電池車であって、
   前記交流架線式蓄電池車は、
   前記交流架線式蓄電池車が交流電化区間から非電化区間に向かって走行するとき先頭車両となる第１先頭車両と、
   前記交流架線式蓄電池車が非交流電化区間から電化区間に向かって走行するとき先頭車両となる第２先頭車両と、を含み、
   前記架線走行モードのとき、
   架線から電力を集電する集電装置と、
   電動機を制御する主変換装置からなる力行回路に前記集電装置が集電した電力を接続または遮断する遮断器と、
   前記蓄電池走行モードのとき主回路蓄電池の電力を前記力行回路に接続または遮断する断流器と、
   前記交流電化区間の側から前記交流電化区間と前記非電化区間の境界駅に進入する場合に当該境界駅の交流電化区間側軌道に敷設された第１地上子が発信する非電化セット信号、または、前記非電化区間から前記境界駅に進入する場合に当該境界駅の非電化区間側軌道に敷設された第２地上子が発信する電化セット信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段が前記非電化セット信号または前記電化セット信号を受信後に前記遮断器
   を遮断する力行回路制御装置と、
   を備え、
   前記力行回路制御装置における制御手段は、
   前記架線走行モードにおいて、前記交流架線式蓄電池車が交流電化区間から境界駅に進入したとき、
   前記第１地上子が発信した非電化セット信号を受信し、
   前記第１先頭車両および第２先頭車両を非電化セットし、
   運転台モニタに警告表示し、
   前記第２先頭車両の電化セット準備を行い、
   前記力行回路を遮断状態として列車を境界駅に停止し、
   前記交流架線式蓄電池車が停止したあと、前記電化区間から前記非電化区間へ直進走行させる場合において、
   乗務員が蓄電池走行モード起動スイッチを操作したとき、
   前記遮断器を開放状態として、前記集電装置を降下し、前記運転台モニタにおける警告表示を停止し、
   前記力行回路の遮断を解除、復旧するように力行回路を構成して、前記蓄電池走行モードを起動し、
   当該蓄電池走行モードにおいて、乗務員が前記交流架線式蓄電池車を走行制御するマスコンが扱われたとき、前記第２先頭車両の電化セット準備を解除し、前記交流架線式蓄電池車が非電化区間を走行するように制御し、
   前記交流架線式蓄電池車が前記境界駅に停止したあと、前記電化区間から当該電化区間へ折返し走行させる場合において、
   乗務員が前記第１先頭車両の運転台を前記第２先頭車両の運転台に交換する運転台交換スイッチを扱ったとき、
   前記第１先頭車両および第２先頭車両を電化セットし、
   前記運転台モニタにおける警告表示を停止し、
   前記第１先頭車両を非電化セットに準備し、
   前記力行回路の遮断を解除、復旧するように力行回路を構成して、前記第１先頭車両の非電化セットを解除し、
   係る状態において、乗務員により前記交流架線式蓄電池車を走行制御するマスコンが扱われたとき、
   前記交流架線式蓄電池車が前記電化区間を走行するように制御する
   ことを特徴とする交流架線式蓄電池車。
2. 請求項１に記載された交流架線式蓄電池車において、
   前記力行回路制御装置における制御手段は、
   前記蓄電池走行モードにおいて、前記列車が前記非電化区間から前記境界駅に進入したとき、
   前記集電装置を架線に接触させ、
   前記第１先頭車両および第２先頭車両を電化セットし、
   前記運転台モニタに警告表示するとともに、
   前記第１先頭車両の非電化セット準備を行い、
   前記力行回路を遮断状態として前記列車を前記境界駅に停止し、
   前記列車が前記境界駅に停止したあと、前記非電化区間から前記電化区間へ直進走行させる場合において、
   乗務員が集電装置上昇スイッチを操作したとき、
   前記集電装置を上げて架線から給電可能な状態にし、
   前記運転台モニタにおける警告表示を停止し、
   前記力行回路の遮断を解除、復旧するように力行回路を構成し、
   係る状態において、
   乗務員が前記遮断器を操作する遮断器投入スイッチを押し下げたとき、
   前記遮断器を閉じて、前記架線走行モードを起動し、
   前記交流架線式蓄電池車を走行制御するマスコンを運転者が扱ったとき、前記第１先頭車両の非電化セット準備を解除し、前記交流架線式蓄電池車が電化区間を走行するように制御し、
   前記交流架線式蓄電池車が前記境界駅に停止したあと、前記非電化区間から当該非電化区間へ折返し走行させる場合において、
   乗務員が前記第１先頭車両の運転台を前記第２先頭車両の運転台に交換する運転台交換スイッチを扱ったとき、
   前記第１先頭車両および第２先頭車両を非電化セットし、
   前記運転台モニタにおける警告表示を停止するとともに、
   前記第２先頭車両の電化セットを準備し、
   前記力行回路の遮断を解除、復旧するように力行回路を構成し、
   係る状態において、前記マスコンが扱われたとき、
   前記第２先頭車両の電化セット準備を解除し、
   前記交流架線式蓄電池車が前記非電化区間を走行するように制御する
   ことを特徴とする交流架線式蓄電池車。

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