JPH09261803A - 交直両用電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気車の高出力化に対応した集電器の電車線
への良好な追従性を確保する事を目的とする。 【解決手段】 電気車が交流き電区間を走行中は、交流
電力を供給する交流電車線にパンタグラフ１を接触させ
て遮断器３ａを閉成すると共に、交流電車線からパンタ
グラフ２を離間させて遮断器３ｂを開放し、電気車が直
流き電区間を走行中は、直流電力を供給する直流電車線
にパンタグラフ２を接触させて冒進保護用交流遮断器３
ｂを閉成すると共に、直流電車線からパンタグラフ１を
離間させて遮断器３ａを開放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交直両用電気車の
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】国内における従来の交直両用電気車の制
御装置は、図７に示す構成である。交流き電区間では交
直切換器12により電車線と主変圧器５とを接続すること
で、交流電力と主変圧器５の２次側に接続された車両走
行用の主整流器６で直流電力に変換し、この直流電力を
主制御装置８で交流電力に変換して車両走行用の主電動
機９を駆動し走行していた。また直流き電区間では、交
直切換器12により電車線と主制御装置８とを接続するこ
とで電車線からの直流電力を主制御装置８で交流電力に
変換して車両走行用の主電動機９を駆動し走行してい
た。

【０００３】国内の在来線は、交流のき電区間と直流の
き電区間が存在し、各地に交流き電区間と直流き電区間
の接続点がある。このため、１本の電車線に必要により
交流でも直流でも送電できるようにしておき、交流電気
機関車と直流電気機関車とを付け替えて客車列車あるい
は貨物列車を直流運転させる方法、一旦電車のパンタグ
ラフを下げ、電車の交直切換及び電車線の交直切換を行
い、双方の交直切換が正しく行われたことを確認した
後、電車のパンタグラフを上げて交直流電車を直通運転
させる方法、あるいは、交直両用電気機関車で同じ手順
により交直両用電気機関車を直通運転させる方法などが
あるが、いずれも安全確認のための手間と時間が必要で
あり、また一般には停車することが前提となるため、次
のようなデッドセクションを使用した車上切換方式が採
られていることが多い。

【０００４】このデッドセクションを使用した車上切換
方式は、交流き電の電車線と直流き電の電車線との間に
デッドセクションと呼ばれる無加圧の電車線を用意し、
電車線は電車又は機関車（以下、電気車という）の走行
により交流と直流が切換わるようにする。一方、電気車
側では、運転者のスイッチ操作などにより、デッドセク
ションの手前でカ行オフ（主制御装置８の動作停止）、
遮断器３を開放した後交直切換器12の切換を行い、だ行
のままデッドセクションを通過し、再び交流あるいは直
流の電車線に達した後、遮断器３を閉成し主制御装置８
の動作を再開する。

【０００５】この車上切換方式は、ある程度の速度制限
があるにせよ、電気車を停止させずにそのまま直流運転
ができること、電車線そのものの交流切換がないため地
上側での安全確認が不要になるメリットがあるが、電気
車側では確実に交直切換を行う必要性がある。

【０００６】しかしながら現実には、様々な要因により
交直切換が行われない可能性があるため、この冒進に対
して保護装置をもたせる必要性があった。電気車が交流
き電区間に対する回路を構成したまま直流き電区間に入
った場合は、図７における交直切換器12と主変圧器５の
間の回路上にある主ヒューズ４が溶断し、反対に電気車
が直流き電区間に対する回路を構成したまま交流き電区
間に入った場合は、遮断器３により開路し車気車を保護
する。

【０００７】一方、国内の在来線は交流き電は20kV、直
流き電は1500Ｖであり、同じ出力で比較した場合、交流
き電区間では数百アンペアの通電であるものが、直流き
電区間においては数千アンペアの通電となる。従って交
流専用電気車であれば20kVに対する絶縁の確保を中心と
した車両設計であり、通電容量が問題になることはな
い。一方、直流専用電気車であれば、通電容量の確保を
中心とした車両設計であり、絶縁の確保が問題になるこ
とはない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、交直両用電
気車では、絶縁と通電容量の双方を確保する必要があ
り、上述した従来の交直両用電気車の制御装置において
は、以下に述べるような問題点があった。

【０００９】(1) 近年、電気車の高出力化が目ざまし
いが、高出力化により電車線からの集電電流が増加する
ため、集電装置１ａ、遮断器３、交直切換器12の通電容
量を向上させなければいけないという問題がある。

【００１０】(2) 集電装置１ａの通電容量の向上のた
めには、例えばパンタグラフのすり板を大きくすること
になり、集電舟の重量増加を招き、集電舟が重くなるこ
とにより電車線への追従性が悪化する。直流き電区間に
おいては、電圧が交流き電区間に比べ低いため、電流値
が上がるので、従来より電気機関車ではパンタグラフを
２つ使用しており、その結果、パンタグラフの追従性悪
化を補うことができるが、交流き電区間では、各々セク
ション通過時に異なるき電区間を短絡してしまうことが
ないように必ず１つのパンタグラフだけを使用するよう
にしているため、パンタグラフの追従性悪化の問題がそ
のまま車両としての問題になる。

【００１１】(3) 遮断器３の通電容量の向上のために
は、遮断器３の主接点の通電容量の向上が必要となる。
現在、遮断器３には真空遮断器が主として使用されてい
るが、本来の交流に対しての遮断性能と、直流に対して
の通電容量を兼ね備える必要がある一方で、車両の限ら
れたスペースに配置することから小型・軽量化が必要で
ある。地上設備用としては大容量の真空遮断器が実用化
されているにもかかわらず、車両用としては小型・軽量
でかつ大容量の真空遮断器が、実用化されていないた
め、現状においては要求される回路を構成することがで
きないという問題がある。

【００１２】(4) 遮断器３だけでなく、交直切換器1
2、断路器11、交直切換器12についても小型・軽量で大
容量の用品が実用化されていないため、現状においては
要求される回路を構成することができないという問題が
ある。

【００１３】(5) また、各機器、各装置だけでなく、
集電装置１ａから遮断器12までの導体や、貫通ガイシ、
ケーブルヘッドなどについても、直流通電時のためだけ
に通電容量の向上と、それに伴う新規開発が必要であ
る。

【００１４】(6) 一方、保存・点検の面からは、断路
器11、交直切換器12はいずれも接点の保守・点検だけで
なく、動作機構部の構成が複雑であり、又特に重要な部
分であることからも、念入りに保守・点検することが必
要であり、保守軽減ができない。

【００１５】(7) 更に図７のような構成においては、
２組の集電装置１ａを使用して走行するため、交流き電
区間では異なるき電区間を短絡しないよう、断路器11に
より予め選択した集電装置側のみを閉じ、他方の集電装
置側の断路器11を回路から切り離すように構成されてい
る。断路器11は、交直切換器12と連動した遠隔操作によ
り動作するが、必要により手動にても扱えるようになっ
ている。一方、電気機関車の運転において、一方の運転
台から他方の運転台へ移る場合、各機器の動作回数を減
らすため、集電装置１であるパンタグラフを上昇させた
まま、遮断器３を閉じた状態とすることもあるので、誤
扱いにより、加圧中のまま断路器11を扱う可能性があ
り、集電装置１の選択回路、断路器11の選択回路、交直
切換器12の選択回路、及び遮断器３の投入、開放条件と
運転台交換回路、断路器11の誤扱い防止回路が複雑に絡
みあったインターロックを確実に構成しないと、安全を
保つことができない。しかしながら、構成品の数が多
く、更に様々な条件が考えられるためインターロックを
簡素化することができないという問題があった。

【００１６】(8) 又図８のような構成においては、遮
断器３と交直切換器12を並列に使用することで、直流き
電区間における通電容量を確保することができるが、部
品点数が増え、保守点検が増加するだけでなく、電気車
の限られたスペースと重量に収められないという問題が
ある。

【００１７】そこで本発明は上述した問題点を解決する
ためになされたもので、電気車の高出力化に対応した集
電装置の電車線への良好な追従性を確保することを第１
の目的とする。

【００１８】又、本発明は遮断器の通電容量を向上させ
るために特に従来の部品構成を変更せず、保守・点検の
軽減化、制御装置の小形・軽量化を図ることを第２の目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１に記載の発明は、主変圧器を介して供
給される交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換
器と、この第１の電力変換器の出力側に接続され、直流
電力を電気車駆動用の電動機に供給する電力に変換する
第２の電力変換器と、主変圧器の１次巻線に第１の遮断
器を介して接続される第１の集電器と、第２の電力変換
器の入力側に第２の遮断器を介して接続される第２の集
電器と、電気車が交流き電区間を走行中は、交流電力を
供給する交流電車線に第１の集電器を接触させて第１の
遮断器を閉成すると共に、交流電車線から第２の集電器
を離間させて第２の遮断器を開放し、電気車が直流き電
区間を走行中は、直流電力を供給する直流電車線に第２
の集電器を接触させて第２の遮断器を閉成すると共に、
直流電車線から第１の集電器を離間させて第１の遮断器
を開放する制御手段とを有してなる。

【００２０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、制御手段は、電気車が交流き電
区間から直流き電区間へと移行する際は、交流電車線と
直流電車線との間に設けられた無加圧電車線の手前で、
第２の集電器を交流電車線に接触させると共に第１の遮
断器を開放し、電気車が無加圧電車線を介して直流電車
線に入ると、第２の遮断器を閉成して第１の集電器を直
流電車線から離間させることを特徴とする。

【００２１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の発明において、制御手段は、電
気車が直流き電区間から交流き電区間へと移行する際
は、交流電車線と直流電車線との間に設けられた無加圧
電車線の手前で、第１の集電器を直流電車線に接触させ
ると共に第２の遮断器を開放し、電気車が無加圧電車線
を介して交流電車線に入ると、第１の遮断器を閉成して
第２の集電器を交流電車線から離間させることを特徴と
する。

【００２２】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載の発明において、電気車が直流き電区間からの交
流き電区間へと移行した時に、第２の集電器が交流電車
線から離間せず第２の遮断器が開放しなかったことを検
知する検知手段を備え、この検知手段が検知したときに
第２の遮断器を開放することを特徴とする。

【００２３】また、請求項５に記載の発明は、主変圧器
を介して供給される交流電力を直流電力に変換する第１
の電力変換器と、この第１の電力変換器の出力側に接続
され、直流電力を電気車駆動用の電動機に供給する電力
に変換する第２の電力変換器と、主変圧器に第１の遮断
器を介して接続される第１の集電器と、第２の電力変換
器の入力側に第２の遮断器を介して接続される第２の集
電器と、主変圧器と第１の遮断器との間及び第１の遮断
器と第２の電力変換器の入力側との間に設けられ、第１
の遮断器を主変圧器または第２の電力変換器の入力側の
どちらか一方に接続する切換器と、電気車が交流き電区
間を走行中は、切換器により第１の遮断器と主変圧器と
を接続させ、交流電力を供給する交流電車線に第１の集
電器を接触させて第１の遮断器を閉成すると共に、交流
電車線から第２の集電器を離間させて第２の遮断器を開
放し、電気車が直流き電区間を走行中は、切換器により
第１の遮断器と第２の電力変換器の入力側とを接続さ
せ、直流電力を供給する直流電車線に第１及び第２の集
電器を接触させて第１及び第２の遮断器を閉成する制御
手段とを有してなる。

【００２４】また、請求項６に記載の発明は、請求項５
に記載の発明において、制御手段は、電気車が交流き電
区間から直流き電区間へと移行する際は、交流電車線と
直流電車線との間に設けられた無加圧電車線の手前で、
第２の集電器を交流電車線に接触させると共に第１の遮
断器を開放して切換器により第１の遮断器と第２の電力
変換器の入力側とを接続させ、電気車が無加圧電車線を
介して直流電車線に入ると、第１及び第２の遮断器を閉
成させることを特徴とする。

【００２５】また、請求項７に記載の発明は、請求項４
または請求項５に記載の発明において、制御手段は、電
気車が直流き電区間から交流き電区間へと移行する際
は、交流電車線と直流電車線との間に設けられた無加圧
電車線の手前で、第１及び第２の遮断器を開放して切換
器により第１の遮断器と第２の電力変換器の入力側とを
接続させ、電気車が無加圧電車線を介して交流電車線に
入ると、第１のシャ段器を閉成して第２の集電器を交流
電車線から離間させることを特徴とする。

【００２６】また、請求項８に記載の発明は、請求項７
に記載の発明において、電気車が直流き電区間から交流
き電区間へと移行した時に、第２の集電器が交流電車線
から離間せず第２の遮断器が開放しなかったことを検知
する検知手段を備え、この検知手段が検知したときに第
１及び第２の遮断器を開放することを特徴とする。

【００２７】以上説明した本発明によれば、電気車の高
出力化に対応した集電器の電車線への良好な追従性を確
保することができる。また遮断器の通電容量を向上させ
るために特に従来の部品構成を変更せず、保守・点検の
軽減化、制御装置の小形・軽量化を図る事ができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１
の実施の形態を示す交直両用電気車の制御装置の構成図
である。交流き電区間用集電装置１と直流き電区間用集
電装置２は、一般的には電気車の屋上に配置されるパン
タグラフで、電車線が交流か、直流かにより選択して上
昇させることができる。また遮断器３ａと冒進保護用交
流遮断器３ｂにより、パンタグラフ１，２が上昇してい
る場合でも電車線が交流か直流かにより集電回路を選択
することができる。

【００２９】まず、交流き電区間における回路構成につ
いて説明する。交流き電区間では、パンタグラフ１を上
昇させ、パンタグラフ２を降下させておく。また、遮断
器３ａを閉じ、冒進保護用交流遮断器３ｂを開いてお
く。この状態では、主ヒューズ４を介して主変圧器５が
き電区間の電車線と接続され、主変圧器５の２次側と主
整流器６が接続されているので、主制御装置８へ供給す
るための直流電力が得られる。この主整流器６の出力端
の（＋）側には、直流遮断器７が接続されていて、この
直流遮断器７を閉じることにより主制御装置８に直流電
力が供給される。そして主制御装置８では直流電力を交
流電力に変換することにより主電動機９を駆動し電気車
を走行させる。

【００３０】一方、直流き電区間では、パンタグラフ１
を降下させておき、パンタグラフ２を上昇させる。ま
た、遮断器３ａを開いておき、冒進保護用交流遮断器３
ｂを閉じる。更に直流遮断器７を閉じることで直流き電
の電車線と主制御装置８が接続される。そして主制御装
置８により直流電力が交流電力に変換されて主電動機９
が駆動し、車両が走行する。

【００３１】次に電気車が交流き電区間から直流き電区
間へ入るときの車上切換、及び直流き電区間から交流き
電区間へ入るときの車上切換について説明する。電気車
が交流き電区間から直流き電区間へ入る場合、デッドセ
クションの手前で冒進保護用交流遮断器３ｂを開いたま
まパンタグラフ２を２組とも上昇させておく。この状態
ではパンタグラフ２と冒進保護用交流遮断器３ｂまでは
交流が加圧されているが、冒進保護用交流遮断器３ｂが
開いているので直流遮断器７や主制御装置８には交流が
加圧されることはない。この状態で電気車をだ行運転さ
せ、遮断器３ａを開く。そして電気車がだ行運転のまま
デッドセクションを通過し、直流き電区間に入った後、
冒進保護用交流遮断器３ｂを２組とも閉じ、直流遮断器
７を閉じることで再びカ行運転が可能となる。遮断器３
ａはこの後も開いておき、必要によりパンタグラフ１を
降下させる。

【００３２】一方電気車が直流き電区間から交流き電区
間へ入る場合も、デッドセクションの手前で遮断器３ａ
を開いたまま、パンタグラフ１を上昇させる。この状態
では、パンタグラフ１と遮断器３ａには直流が加圧され
ているが、遮断器３ａが開いているので主ヒューズ４や
主変圧器５に直流が加圧されることはない。この状態で
電気車をだ行運転させ、冒進保護用交流遮断器３ｂの２
組及び直流遮断器７を開く。そして電気車がだ行運転の
ままデッドセクションを通過し、交流き電区間に入った
後、遮断器３ａを閉じ直流遮断器７を閉じることで、再
びカ行運転が可能となる。冒進保護用交流遮断器３ｂ
は、２組共この後も開いておき、必要によりパンタグラ
フ２を２組とも降下させる。

【００３３】又交流電圧の検知及び直流電圧の検知方法
について以下説明をする。電気車がデッドセクション通
過後、交流き電区間であれば交流電圧検知器16により電
車線から交流が加圧されたことを検知して遮断器３ａを
閉じる。また、デッドセクション通過後、直流き電区間
であれば、直流電圧検知器17により電車線から直流が加
圧されたことを検知して冒進保護用交流遮断器３ｂを閉
じる。

【００３４】次に交流から直流、直流から交流への車上
切換が行われないままデッドセクションを通過した場合
の冒進保護について説明する。まず、直流き電区間から
交流き電区間へ冒進した場合、直流電圧検知器17により
デッドセクション内において電車線電圧がないことを検
知して冒進保護用交流遮断器３ｂを開く。そして、その
ままだ行運転で交流き電区間に入っても、直流遮断器７
や主制御装置８に交流が加圧されることはない。また、
直流電圧検知器17の検知によって冒進保護用交流遮断器
３ｂの開放ができなかった場合には、交流き電区間に入
ったときに、直流避雷器14に交流が加圧されたことを交
流冒進検出器15により検出し、冒進保護用交流遮断器３
ｂを２組共開くので、それ以後は直流遮断器７や主制御
装置８に交流が加圧されることはない。

【００３５】交流き電区間から直流き電区間へ冒進した
場合は、直流き電区間に入ったときに主ヒューズ４が溶
断するので、それ以降は主変圧器５に直流が加圧される
ことはない。

【００３６】なお、遮断器３と冒進保護用交流遮断器３
ｂの間には、インターロックが設けられていて、一方が
閉じている場合には、他方は必ず閉じることができない
ようになっていることは言うまでもない。

【００３７】以上説明した本発明の第１の実施の形態に
ついて従来の技術と対比する。第１に、従来の技術であ
る図７において、集電装置１ａは、交流き電区間と直流
き電区間共用である。従って集電装置１ａを直流通電時
に２組使用するにしても車両の大出力化に伴い通電量が
増大するので集電舟が重くなり、交流き電区間において
断路器11により一方の集電装置１ａを開放して一組の集
電装置１ａで走行する場合に、集電装置の追従性の悪化
が問題になるが、本発明の第１の実施の形態である図１
では、交流き電区間用のパンタグラフ１と直流き電区間
用のパンタグラフ２とを分けているため、電圧が高く通
電電流の小さい交流き電区間用のパンタグラフ１の集電
舟を軽くすることができ、交流き電区間における電車線
への追従性の悪化の問題を解決することができる。

【００３８】第２に、従来の技術である図８において
は、遮断器３と交直切換器12を並列に使用して、直流き
電区間における通電容量の問題を解決したものである
が、部品点数が増えるだけでなく、車両の限られたスペ
ースと重量に収める点で問題を残している。

【００３９】これに対して、本発明の実施の形態である
図１の実施例では、交流き電区間用のパンタグラフ１
と、直流き電区間用のパンタグラフ２とに分け、それぞ
れに遮断器３ａと冒進保護用交流遮断器３ｂを組み合わ
せている。遮断器３ａについては、交流き電電圧が20kV
と高いことから現用の真空遮断器でも充分である。又冒
進保護用交流遮断器３ｂは並列に接続されているため、
図７における遮断器３の１／２の通電容量の装置で構成
することが可能となる。更には、遮断器３ａを１組と、
冒進保護用交流遮断器３ｂを２組の合計３組の遮断器だ
けで制御回路を構成することができる。すなわち図８に
おける２組の断路器11と２組の遮断器３と２組の交直切
換器12を、１組の小容量の遮断器３ａと２組の冒進保護
用交流遮断器３ｂだけで全て置き換えることが可能であ
る。特に、遮断器３ａと冒進保護用交流遮断器３ｂを真
空遮断器とすれば大幅なメンテナンス削減を実現する。
制御回路構成用品を減らすことができることは、メンテ
ナンス削減だけでなく、スペースの面、重量の面からも
有利であることは言うまでもない。

【００４０】なお、冒進保護用交流遮断器の通電容量に
余裕がある場合には、図２に示すように冒進保護用交流
遮断器３ｃを２組の直流き電区間用集電装置２に対して
１組とする方法も考えられるが、この場合は必ず断路器
11を併用しなければならない。その理由は、下記の２点
である。

【００４１】（イ）交流き電区間と直流き電区間との接
続点であるデッドセクション直前及び直後は、交流き電
区間用のパンタグラフ１と直流き電区間用のパンタグラ
フ２の両方のパンタグラフを上昇させることになるが、
交流き電区間では異なるき電区間を短絡するおそれがあ
るため、２組の直流き電区間用のパンタグラフ２は必
ず、回路上、切り離す必要がある。

【００４２】（ロ）直流き電区間用のパンタグラフ２の
一方が破損、又は故障した場合、当該パンタグラフを回
路上、切り離す必要がある。図１と図２とを比較する
と、図１では冒進保護用交流遮断器３ｂが２組であった
が、図２では１組の冒進保護用交流遮断器３ｂの他に２
組の断路器11が必要であり、部品点数増加による保守・
点検の増加、スペース及び重量の問題が発生する。従っ
て図１に示す実施の形態の方が好ましく、通電容量の小
さい遮断器を冒進保護用交流遮断器３ｂとして使えるだ
けでなく、従来の断路器の機能も兼ね備えることができ
る。

【００４３】その他、本実施の形態によれば各機器・各
装置だけでなく、各パンタグラフ１，２から各遮断器３
ａ，３ｂまでの導体や、貫通ガイシ、ケーブルヘッドな
どについても、交流20kVに対しての絶縁の確保と直流15
00Ｖに対しての通電容量の確保を両立させる必要はな
く、交流用と直流用、それぞれに見合った構成とするこ
とが可能で、車両の限られたスペース、重量の中で構成
するために有効である。

【００４４】なお、本実施の形態の中で用いる集電装置
１，２とは、一般的には車両の屋上に配置するパンタグ
ラフのことであるが、その他、第３軌条集電器、ビュー
ゲル、トロリーポールなどとしてもよい。また、主整流
器６は電圧・電流を制御する方式でも単純なダイオード
ブリッジなどでもよい。主制御装置８及び主電動機９も
従来から一般的であった抵抗制御式やチョッパ制御式で
直流電動機を駆動する方式であっても、３相の交流電動
機をインバータで駆動する方式などでもよい。

【００４５】更に図３に示すように直流遮断器７ａを集
電回路側に接続しても同様の効果を得ることができる。
次に図４は本発明の第２の実施の形態を示す交直両用電
気車の制御装置の構成図である。

【００４６】本実施の形態が第１の実施の形態と異なる
大きな点としては、交直き電区間共用集電装置10ａと、
直流き電区間専用集電装置10ｂを設けた点にある。これ
らは一般的には屋上に配置されるパンタグラフで、電車
線が交流か直流かにより選択して上昇させることができ
る。また、遮断器３ｄと、冒進保護用交流遮断器３ｅに
より、パンタグラフ10ａ，10ｂが上昇している場合でも
電車線が交流か直流かにより、集電回路を選択すること
ができる。

【００４７】まず、交流き電区間における回路構成につ
いて説明する。交流き電区間では、パンタグラフ10ａを
上昇させ、パンタグラフ10ｂを降下させておく。また、
遮断器３ｄを閉じ、冒進保護用交流遮断器３ｅを開いて
おくと共に、交直切換器12ａを交流側に切換えておく。

【００４８】この状態では、主ヒューズ４を介して主変
圧器５が交流き電の電車線と接続され、主変圧器５の２
次側と主整流器６が接続されているので、主制御装置８
へ供給するための直流電力が得られる。この主整流器６
の出力端の（＋）側には直流遮断器７が接続されてい
て、この直流遮断器７を閉じることにより、主制御装置
８に直流電力が供給される。そして主制御装置８では直
流電力を交流電力に変換することにより、主電動機９を
駆動し、電気車を走行させる。

【００４９】一方、直流き電区間では、パンタグラフ10
ａと、パンタグラフ10ｂの両方を上昇させる。また、遮
断器３ｄと冒進保護用交流遮断器３ｅの両方を閉じると
共に、交直切換器12ａを直流側に切換えておく。更に直
流遮断器７を閉じることで直流き電の電車線と、主制御
装置８が接続される。そして主制御装置８により直流電
力が交流電力に変換されて主電動機９が駆動し車両が走
行する。

【００５０】次に、電気車が交流き電区間から直流き電
区間へ入るときの車上切換、及び直流き電区間から交流
き電区間へ入るときの車上切換について説明する。電気
車が交流き電区間から直流き電区間へ入る場合、デッド
セクションの手前で冒進保護用交流遮断器３ｅを開いた
まま、パンタグラフ10ｂを上昇させる。この状態では、
パンタグラフ10ｂと、冒進保護用交流遮断器３ｅまでは
交流が加圧されているが、冒進保護用交流遮断器３ｅが
開いているので、交直切換器12ａの直流側、直流遮断器
７、主制御装置８には交流が加圧されていることはな
い。この状態で電気車をだ行運転させ、遮断器３ｄを開
くと共に交直切換器12ａを直流側に切換える。そして電
気車がだ行運転のままデッドセクションを通過し、直流
き電区間に入った後、遮断器３ｄと冒進保護用交流遮断
器３ｅを両方共閉じ、直流遮断器７を閉じることで、再
びカ行運転が可能となる。

【００５１】一方電気車が直流き電区間から交流き電区
間へ入る場合、デッドセクションの手前で電気車をだ行
運転させて直流遮断器７を開き、遮断器３ｄと冒進保護
用交流遮断器３ｅを開くと共に、交直切換器12ａを交流
側に切換える。そして電気車をだ行運転させたままデッ
ドセクションを通過し、交流き電区間に入った後、遮断
器３ｄのみを閉じ、又直流遮断器７を閉じることで、再
びカ行運転が可能となる。この状態では冒進保護用交流
遮断器３ｅが開いているので、パンタグラフ10ｂと、冒
進保護用交流遮断器３ｅに交流が加圧されているだけで
ある。パンタグラフ10ｂは、この後、必要により降下さ
せる。

【００５２】又、電気車がデッドセクション通過後、交
流き電区間であれば交流電圧検知器16により電車線から
交流が加圧されたことを検知して、遮断器３ｄを閉じ、
直流き電区間であれば直流電圧検知器17により電車線か
ら直流が加圧されたことを検知して、遮断器３ｄと冒進
保護用交流遮断器３ｅを閉じる。

【００５３】次に交流から直流、直流から交流への車上
切換が行われないままデッドセクションを通過した場合
の冒進保護について説明する。まず、直流き電区間から
交流き電区間へ冒進した場合、直流電圧検知器17により
デッドセクション内において電車線電圧がないことを検
知して、遮断器３ｄ及び冒進保護用交流遮断器３ｅを開
くので、そのままだ行運転で交流き電区間に入っても交
直切換器12ａの直流側、直流遮断器７、主制御装置８に
は交流が加圧されることはない。

【００５４】また、直流電圧検知器17の検知による冒進
保護用交流遮断器３ｅの開放ができなかった場合には、
交流き電区間に入ったときに、直流避雷器14に交流が加
圧されたことを交流冒進検出器15により検出し、交流遮
断器３ｄ及び冒進保護用交流遮断器３ｅを開くので、そ
れ以降は交直切換器12の直流側、直流遮断器７、主制御
装置８には、交流が加圧されることはない。

【００５５】交流き電区間から直流き電区間へ冒進した
場合は、直流き電区間に入ったときに主ヒューズ４が溶
断するので、それ以降は主変圧器５に直流が加圧される
ことない。

【００５６】次に図５は、本発明の第３の実施の形態を
示す交直両用電気車の制御装置の構成図で、図４に示し
た第２の実施の形態に補助断路器18を加えたものであ
る。この補助断路器18は常時開いておき、緊急時にのみ
応急処置として使用するものである。

【００５７】交流き電区間では、パンタグラフ10ａのみ
を使用するように構成しているため、異なるき電区間を
短絡させてしまうことはないが、補助断路器18が閉じら
れていると、パンタグラフ10ａとパンタグラフ10ｂの両
方を上昇させているときに、異なるき電区間を短絡させ
ることになる。従って、この補助断路器18は緊急時の応
急処置として使用する時でなければ絶対に投入できない
ようなインターロックが必要である。

【００５８】必要なインターロックをとった上でパンタ
グラフ10ｂを上昇できるようにすると、パンタグラフ10
ａが故障などにより使用できない場合にでも、補助断路
器18を閉じることにより交流き電区間での走行が可能と
なる。

【００５９】以上説明した本発明の第２、第３の実施の
形態について従来の技術と対比する。第１に、従来の技
術である図７において、断路器11、遮断器３、交直切換
器12は、交流き電区間、直流き電区間共用であり、車両
の高出力比により、電圧が低く、通電電流の大きな直流
通電時のために、各機器の通電容量を確保する必要があ
る。その解決方法として図８に示されるように、遮断器
３と交直切換器12とを並列に使用して、直流き電区間に
おける通電容量の問題を解決したものであるが、部品点
数が増えるだけでなく、メンテナンス増加の問題や車両
の限られたスペースと重量に収める点で問題を残してい
る。

【００６０】これに対して、本発明の第２の実施の形態
である図４では、従来２組であった集電装置のうちの１
組を直流き電区間専用とし、冒進保護用交流遮断器３ｅ
を組込むことで、遮断器３ｄと交直切換器12ａに通電さ
れる電流を１／２とすることができる。従って図８の従
来技術において使用した遮断器３を使って、図４に示さ
れるように回路を構成すれば、図８では２組必要であっ
た交直切換器12を１組とすることができるだけでなく、
図７及び図８のどちらの場合でも必要だった断路器11を
２組とも不要とすることができる。これによりメンテナ
ンスを軽減できるだけでなく、スペースや重量の問題も
解決できる。また、図８の従来技術と同じ出力の車両で
あれば、各機器の新規開発をせずに同じ通電容量のまま
で制御回路を構成することができる。

【００６１】なお、図５において補助断路器18は、交流
き電区間のみの使用となるため、20kVに対する絶縁距離
の確保だけ考えればよく、直流き電区間での大きな通電
量に対する通電容量の確保を考える必要はない。

【００６２】また、本発明の第２、第３の実施の形態に
おいては、交流き電区間においては、パンタグラフ10ａ
のみを使用し、直流き電区間ではパンタグラフ10ａ，10
ｂを使用し、それぞれに応じて、遮断器３ｄの投入、冒
進保護用交流遮断器３ｅの投入を行い、交直切換器12ａ
を切換えるだけなので、図７や図８に示す従来の技術で
は必要だった集電装置１の選択回路、断路器11の選択回
路、交直切換器12の選択回路、及び遮断器３の投入、開
放条件と運転台交換回路、断路器11の誤扱い防止回路が
複雑に絡み合ったインターロックが大幅に簡素化でき
る。

【００６３】又図５に示したように補助断路器18を回路
に組み込んだ場合にも、仮に直流き電区間で、パンタグ
ラフ10ａ，10ｂの両方が上昇している状態で補助断路器
18を閉じたとしても、何ら問題はないため、特別なイン
ターロックを組む必要はなく、あくまでもパンタグラフ
10ａが使用できない場合にのみ、補助断路器18を閉じて
パンタグラフ10ｂから集電するだけであるから、従来の
技術において必要だったインターロックに比較すると、
大幅に簡素化したものでよい。

【００６４】なお、本実施の形態の中で用いる集電装置
10ａ，10ｂとは、一般的には車両の屋上に配置するパン
タグラフのことであるが、その他第３軌条集電器、ビュ
ーゲル、トロリーポールなどとしてもよい。また、主整
流器６は電圧・電流を制御する方式でも、単純なダイオ
ードブリッジなどでもよい。主制御装置８及び主電動機
９も、従来から一般的であった抵抗制御式やチョッパ制
御式で直流電動機を駆動する方式であっても、３相の交
流電動機をインバータで駆動する方式などでもよい。更
に図６に示すように直流遮断器７ａを集電回路側に接続
しても同様の効果を得ることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気車の高出力化に対応した集電器の電車線への良好な
追従性を確保する交直両用電気車の制御装置を提供する
ことができる。

【００６６】又本発明によれば、遮断器の通電容量を向
上させるために特に従来の部品構成を変更せず、保守・
点検の軽減化、制御装置の小形・軽量化を図る交直両用
電気車の制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す交直両用電気
車の制御装置の構成図である。

【図２】図１の比較例を示す交直両用電気車の制御装置
の構成図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の他の実施例を示す
図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す交直両用電気
車の制御装置の構成図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す交直両用電気
車の制御装置の構成図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の他の実施例を示す
図である。

【図７】従来の交直両用電気車の制御装置の構成図であ
る。

【図８】従来の交直両用電気車の制御装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１，２，10ａ，10ｂ…パンタグラフ、３ａ，３ｂ…遮断
器、３ａ，３ｅ…冒進保護用交流遮断器、４…主ヒュー
ズ、５…主変圧器、６…主整流装置、７，７ａ…直流遮
断器、８…主制御装置、９…主電動機、12ａ…交直切換
器、13…交直避雷器、14…直流避雷器、15…交流冒進検
出器、16…交流電圧検出器、17…直流電圧検知器、18…
補助断路器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 信 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主変圧器を介して供給される交流電力を
   直流電力に変換する第１の電力変換器と、 この第１の電力変換器の出力側に接続され、直流電力を
   電気車駆動用の電動機に供給する電力に変換する第２の
   電力変換器と、 前記主変圧器の１次巻線に第１の遮断器を介して接続さ
   れる第１の集電器と、 前記第２の電力変換器の入力側に第２の遮断器を介して
   接続される第２の集電器と、 前記電気車が交流き電区間を走行中は、交流電力を供給
   する交流電車線に前記第１の集電器を接触させて前記第
   １の遮断器を閉成すると共に、前記交流電車線から前記
   第２の集電器を離間させて前記第２の遮断器を開放し、
   前記電気車が直流き電区間を走行中は、直流電力を供給
   する直流電車線に前記第２の集電器を接触させて前記第
   ２の遮断器を閉成すると共に、前記直流電車線から前記
   第１の集電器を離間させて前記第１の遮断器を開放する
   制御手段とを有する交直両用電気車の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の交直両用電気車の制御
   装置において、 前記制御手段は、前記電気車が前記交流き電区間から前
   記直流き電区間へと移行する際は、前記交流電車線と前
   記直流電車線との間に設けられた無加圧電車線の手前
   で、前記第２の集電器を前記交流電車線に接触させると
   共に前記第１の遮断器を開放し、前記電気車が前記無加
   圧電車線を介して前記直流電車線に入ると、前記第２の
   遮断器を閉成して前記第１の集電器を前記直流電車線か
   ら離間させることを特徴とする交直両用電気車の制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の交直両
   用電気車の制御装置において、 前記制御手段は、前記電気車が前記直流き電区間から前
   記交流き電区間へと移行する際は、前記交流電車線と前
   記直流電車線との間に設けられた無加圧電車線の手前
   で、前記第１の集電器を前記直流電車線に接触させると
   共に前記第２の遮断器を開放し、前記電気車が前記無加
   圧電車線を介して前記交流電車線に入ると、前記第１の
   遮断器を閉成して前記第２の集電器を前記交流電車線か
   ら離間させることを特徴とする交直両用電気車の制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の交直両用電気車の制御
   装置において、 前記電気車が前記直流き電区間から前記交流き電区間へ
   と移行した時に、前記第２の集電器が前記交流電車線か
   ら離間せず前記第２の遮断器が開放しなかったことを検
   知する検知手段を備え、この検知手段が検知したときに
   前記第２の遮断器を開放することを特徴とする交直両用
   電気車の制御装置。
5. 【請求項５】 主変圧器を介して供給される交流電力を
   直流電力に変換する第１の電力変換器と、 この第１の電力変換器の出力側に接続され、直流電力を
   電気車駆動用の電動機に供給する電力に変換する第２の
   電力変換器と、 前記主変圧器に第１の遮断器を介して接続される第１の
   集電器と、 前記第２の電力変換器の入力側に第２の遮断器を介して
   接続される第２の集電器と、 前記主変圧器と前記第１の遮断器との間及び前記第１の
   遮断器と前記第２の電力変換器の入力側との間に設けら
   れ、前記第１の遮断器を前記主変圧器または前記第２の
   電力変換器の入力側のどちらか一方に接続する切換器
   と、 前記電気車が交流き電区間を走行中は、前記切換器によ
   り前記第１の遮断器と前記主変圧器とを接続させ、交流
   電力を供給する交流電車線に前記第１の集電器を接触さ
   せて前記第１の遮断器を閉成すると共に、前記交流電車
   線から前記第２の集電器を離間させて前記第２の遮断器
   を開放し、前記電気車が直流き電区間を走行中は、前記
   切換器により前記第１の遮断器と前記第２の電力変換器
   の入力側とを接続させ、直流電力を供給する直流電車線
   に前記第１及び第２の集電器を接触させて前記第１及び
   第２の遮断器を閉成する制御手段とを有する交直両用電
   気車の制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の交直両用電気車の制御
   装置において、 前記制御手段は、前記電気車が前記交流き電区間から前
   記直流き電区間へと移行する際は、前記交流電車線と前
   記直流電車線との間に設けられた無加圧電車線の手前
   で、前記第２の集電器を前記交流電車線に接触させると
   共に前記第１の遮断器を開放して前記切換器により前記
   第１の遮断器と前記第２の電力変換器の入力側とを接続
   させ、前記電気車が前記無加圧電車線を介して前記直流
   電車線に入ると、前記第１及び第２の遮断器を閉成させ
   ることを特徴とする交直両用電気車の制御装置。
7. 【請求項７】 請求項４または請求項５に記載の交直両
   用電気車の制御装置において、 前記制御手段は、前記電気車が前記直流き電区間から前
   記交流き電区間へと移行する際は、前記交流電車線と前
   記直流電車線との間に設けられた無加圧電車線の手前
   で、前記第１及び第２の遮断器を開放して前記切換器に
   より前記第１の遮断器と前記第２の電力変換器の入力側
   とを接続させ、前記電気車が前記無加圧電車線を介して
   前記交流電車線に入ると、前記第１の遮断器を閉成して
   前記第２の集電器を前記交流電車線から離間させること
   を特徴とする交直両用電気車の制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の交直両用電気車の制御
   装置において、 前記電気車が前記直流き電区間から前記交流き電区間へ
   と移行した時に、前記第２の集電器が前記交流電車線か
   ら離間せず前記第２の遮断器が開放しなかったことを検
   知する検知手段を備え、この検知手段が検知したときに
   前記第１及び第２の遮断器を開放することを特徴とする
   交直両用電気車の制御装置。