JPH1118292A - 誘導型柱上直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄道架線上のような高圧な場所に設置して架
線に流れる交流電流から直流電圧を生成する誘導型柱上
直流電源装置を提供する。 【解決手段】 吊架線５ａを支持する電化柱１１上の加
圧部に設置され、一体型構造のコア１ａの一次巻線が吊
架線に流れる電流を分流する導体で形成された変流器１
と、変流器の二次側に発生する誘導電圧を直流電圧に変
換する整流回路２と、整流して得られた直流電圧によっ
て蓄電池３ｃを充電する充電回路３とからなるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電気鉄道の架線上
に設置される測定器等に直流電力を供給する誘導型柱上
直流電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流電気鉄道の一種である新幹線では、
列車のパンタグラフと接触して電力を供給するトロリ線
や、それを吊り下げる吊架線等からなる架線の特性を自
動的に測定・検知し、電車の安定な運行に欠かせない保
守・管理を行いたいとの要望がある。

【０００３】これらの保守・管理に用いる測定器は架線
上に取り付けられているが、架線には新幹線で２５ｋＶ
の交流電圧が加圧されているため、絶縁等の関係から地
上からは電力を供給することが困難である。このため、
従来は予め地上で充電した蓄電池を測定器の直流電源と
して組み込むようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、蓄電池の容量
には限界があり、放電し切らないうちに新しい電池に交
換しなければならない。ところが、架線は地上から約５
ｍの高所に設置されており、しかも高圧電流が流れてい
るため、蓄電池の交換作業は困難を伴うものであった。

【０００５】また、最近では架線保守の機械化を図るた
めに、架線の状態を監視する種々の装置が開発されてお
り、電源容量の大きな直流電源が望まれている。しか
し、予め地上で充電した蓄電池を用いる従来の方法で
は、電源容量の制約のために測定器に十分な機能を持た
せることができなかった。

【０００６】そこで、本出願人は先に「電源装置及びこ
の電源装置の使用方法」（特願平６−２７２５９号）を
提案した。この先願発明は、交流電流が流れる架線に結
合して誘導電圧を発生する電圧発生手段を設け、この誘
導電圧を整流手段で直流電圧に変換し、得られる直流電
圧によって蓄電池を充電するようにしている。

【０００７】この先願発明によれば、架線上に取り付け
る測定器の電源装置として予め地上で充電した蓄電池を
用いる必要がなく、電車に向って流れる交流電流から電
磁誘導により発電・整流を行い、得られる直流電圧によ
って蓄電池を充電することができ、維持管理がほとんど
必要のない直流電源装置を得ることができた。

【０００８】しかし、この先願発明では、架線に結合し
て誘導電圧を発生する電圧発生手段として、開閉自在な
分割型構造の環状コアを吊架線（メッセンジャーワイ
ヤ）に取り付ける必要があるため、１次側の巻数が１回
となり、起磁力（巻数Ｎ回のコイルに電流Ｉ［Ａ］を流
したときの積ＮＩ［ＡＴ］）に限界があった。しかも、
分割型構造であるため分割面に水が入ったり錆が生じた
りして性能低下の原因にもなった。

【０００９】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、架線に流れる交流電流から電
磁誘導作用によって発電する際に、小型で起磁力が大き
く、しかも性能低下の少ない電圧発生手段を備えた誘導
型柱上直流電源装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による誘導型柱上
直流電源装置は、交流電気鉄道の吊架線を支持する電化
柱上の加圧部に設置され、一体型構造のコアの一次巻線
が吊架線に流れる電流を分流する導体で形成された変流
器と、変流器の二次側に発生する誘導電圧を直流電圧に
変換する整流回路と、整流して得られた直流電圧によっ
て蓄電池を充電する充電回路とからなるものである。

【００１１】本発明では、電車の走行に伴い吊架線に流
れる交流電流を導体で分流し、一体型構造のコアの一次
側に供給する。コアの一次側には導体が複数回巻き付け
られているので、蓄電池を充電するのに十分な起磁力が
発生する。発生した起磁力はコアの二次側から取り出さ
れ、整流回路で直流電圧に変換され、充電回路で蓄電池
を充電する。

【００１２】また、本発明による誘導型柱上直流電源装
置においては、変流器の一次巻線が吊架線よりも比抵抗
率の低い導体で形成するようにしたものである。

【００１３】本発明によれば、交流電気鉄道の吊架線に
流れる交流電流を、吊架線より比抵抗率の低い導体で分
流するようにしたので、吊架線より細い線径の導体によ
っても十分な交流電流を変流器の一次側に供給すること
ができる。

【００１４】

【実施の形態】図１は、本発明による誘導型柱上直流電
源装置の一実施の形態を示すブロック図である。この電
源装置は、電車が通過する際に架線に流れる交流電流か
ら電磁誘導作用により誘導電圧を発生する変流器１と、
発生した誘導電圧を直流電圧に変換する整流回路２と、
整流して得られた直流電圧によって蓄電池を充電する充
電回路３と、充電回路３の出力電圧を所望の直流電圧
（例えばＤＣ１２Ｖ，２４Ｖなど）に変換するＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ４とからなる。

【００１５】変流器１は、一体型構造のコア１ａの一次
側に銅撚線１ｂを巻き付け、二次側にエナメル線１ｃを
巻き付けた構成となっている。銅撚線１ｂの両端は架線
５の吊架線５ａに圧着接続など抵抗値が極めて小さくな
る接合方法によって接合されている。なお、架線５はこ
の例ではヘビーコンパウンドカテナリ構造を示してお
り、吊架線５ａに吊り下げられた補助吊架線５ｂと、こ
の補助吊架線５ｂに吊り下げられたトロリ線５ｃとから
なる。

【００１６】整流回路２は、変流器１の２次側のエナメ
ル線１ｃの両端に接続され、変流器１から得られる誘導
電圧のサージ成分を吸収するサージアブソーバ２ａと、
誘導電圧に含まれる高周波不要成分を除去するフィルタ
２ｂと、誘導電圧を安定化するブリーダ抵抗２ｃと、１
次側に供給された誘導電圧を低電圧に変換して２次側か
ら出力する低圧トランス２ｄと、この低電圧を直流の低
電圧に整流する全波整流器２ｅと、整流された直流電圧
のリップル成分およびフィルタ２ｂで除去されなかった
不要成分を除去するコンデンサ２ｆとからなる。

【００１７】充電回路３は、整流回路２から出力される
電流を制限するダイオード３ａおよび直列抵抗３ｂから
なる過電流防止回路を備え、蓄電池３ｃの充電中は直列
抵抗３ｂによって充電電流を制限し、充電された蓄電池
３ｃの端子電圧がダイオード３ａのアノードの電圧と等
しくなると、ダイオード３ａがオフとなって充電が停止
し、過充電を防止する構成となっている。

【００１８】図２は、本発明による誘導型柱上直流電源
装置を交流電気鉄道である新幹線の架線上に設置した例
を示す外観図である。なお、本発明は新幹線以外の在来
の交流電気鉄道にも適用できることは勿論である。

【００１９】架線５の最上部の吊架線５ａは、電化柱１
１に絶縁碍子１２を介して水平に取り付けられた二股構
造の吊架ブラッケト１３の上段によって支持されてい
る。また、その下の補助吊架線５ｂは吊架ブラッケト１
３の下段によって支持され、さらにドロッパ５ｄを介し
て吊架線５ａによって支持されている。最下部のトロリ
線５ｃはハンガ５ｅを介して補助吊架線５ｂによって支
持され、さらに緩衝機能を有する可動ワイヤ支持部材１
４によって吊架ブラケット１３の下段に可動自在に固定
されている。

【００２０】電化柱１１は電位的には地上側（アース）
となっており、吊架ブラケット１３はＡＣ２５ｋＶの高
圧に充電される金具で構成されている。絶縁碍子１２は
地上側となる電化柱１１と高圧側となる吊架ブラケット
１３とを絶縁しており、これによって高圧側である吊架
ブラケット１３と地上側である電化柱１１とは、絶縁碍
子１２によって電気的に分離されている。なお、吊架ブ
ラケット１３など高圧に充電される部分を加圧部と称し
ている。

【００２１】上段の吊架ブラケット１３に取り付けられ
た電気箱１５は、本発明による誘導型柱上直流電源装置
を構成する電気部品を格納した収納箱である。この電気
箱１５からは変流器１の一次側に巻き付けられる銅撚線
１ｂが引き出され、接合部５ｆで吊架線５ａに圧着接合
されている。

【００２２】新幹線は隣接する運転区間が電気的に絶縁
された数キロ毎のセクションに区切られており、ある区
間に電車が進入すると、電車がその区間を通過するまで
変電所からその区間の架線５にＡＣ２５ｋＶの単相交流
が流れ、電車のパンタグラフを通って車内に入り、モー
タを回転させた後に車軸から車輪を経てレールおよび帰
線を通って変電所に帰る。

【００２３】この交流電流は電車が力行時には数１００
［Ａ］となり、吊架線５ａに５分の１、補助吊架線５ｂ
に５分の２、トロリ線５ｃに５分の２と分流し、通常の
走行区間では電車が通過する２〜３分間だけ流れる。

【００２４】吊架線５ａに流れる電流は接合部５ｆで銅
撚線１ｂに分流し、変流器１の一次側に流れる。図３
は、鉄製の吊架線５ａに流れる電流と銅撚線１ｂに流れ
る電流との分流比を示す説明図である。鉄の比抵抗率が
「８．６×１０^−８［Ω／ｍ・cm^２］」、銅の比抵抗率
が「１．５×１０^−８［Ω／ｍ・cm^２］」であるので、
同一線径であれば「鉄：銅＝１：５．６」程度の分流比
が期待できる。

【００２５】吊架線５ａは単位面積当り１８０［ｍΩ］
程度の鉄線であるので、単位面積当り１００［ｍΩ］程
度の銅撚線１ｂで分流すれば、一次側巻数を１０回程度
に設定し、二次側巻数を５０〜１００回程度に設定して
おけば、一次電流が吊架線５ａに流れる電流の半分程度
の電流でも従来に比べて格段に大きな起磁力が得られ
る。

【００２６】図４は、本発明による誘導型柱上直流電源
装置によって得た直流電力の利用例である架線監視装置
等の一構成例を示すブロック図である。この架線監視装
置は吊架ブラケット１３に取り付けられた測定装置２０
と、電化柱１１の地上近くに取り付けられた監視制御装
置３０とからなる。測定装置２０と監視制御装置３０と
の間の情報授受は光信号による光伝送によって行われ
る。

【００２７】測定装置２０はトロリ線５ｃの磨耗状態を
監視して磨耗検出信号を発生する磨耗検出部２１と、監
視制御装置３０との間で情報を光信号として伝送する光
伝送部２２とを備える。直流電力の供給は本発明による
誘導型柱上直流電源装置を用いた直流電源１０によって
行われる。

【００２８】地上側の監視制御装置３０は測定装置２０
との間で情報を光信号として受信し磨耗検出信号を読み
取る光伝送部３１、磨耗検出信号によりトロリ線５ｃの
磨耗度合や磨耗位置を検知する磨耗監視制御部３２を備
えている。光伝送部３１は測定装置２０と対抗する位置
に設けられ、電化柱１１の下部に設けられた監視制御装
置３０と信号線で接続されている。

【００２９】図５は、測定装置２０の磨耗検出部２１お
よび光伝送部２２の一構成例を示すブロック図である。
同図に示すように、磨耗検出部２１はトロリ線５ｃの磨
耗状態を感知して磨耗検出信号を生成する磨耗センサ２
１ａ〜２１ｃと、レベル変換やインピーダンス変換等の
所定の信号処理を行うインターフェース部２１ｄとを有
している。

【００３０】また、光伝送部２２は磨耗検出部２１から
得られる磨耗検出信号の最大値を保持するピークホール
ド回路２２ａ、この保持された磨耗検出信号のアナログ
電圧値に応じた周波数の信号に変換してパルス幅変調の
磨耗検出信号を生成する電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）変換回
路２２ｂ、Ｖ／Ｆ変換回路２２ｂから得られる磨耗検出
信号等のパルスに応じた駆動信号を生成する光電スイッ
チングドライブ回路２２ｃ、この駆動信号のパルスに応
じて光信号を発する光電スイッチ２２ｄ〜２２ｆを有し
ている。

【００３１】光電スイッチ２２ｄ〜２２ｆは物体判別用
としてＦＡ（ファクトリ・オートメーション）等に使用
されている汎用の透過型光電スイッチの発光側に若干の
改良を加えたものである。

【００３２】図６は、監視制御装置３０の光伝送部３１
の構成を示すブロック図である。光伝送部３１は測定装
置２０から伝送された光信号を受光し電気信号である磨
耗検出信号に変換する光電スイッチ３１ａ〜３１ｃ、各
光電スイッチ３１ａ〜３１ｃから得られる信号の周波数
をアナログ電圧値に変換するＦ／Ｖ変換回路３１ｄを有
する。この光伝送部３１における各光電スイッチ３１ａ
〜３１ｃは汎用の透過型光電スイッチの受光側を使用す
る。

【００３３】通常時、すなわち磨耗検知以外のときは測
定装置２０から監視制御装置３０に１秒周期のパルス信
号が伝送される。監視制御装置３０はこのパルス信号を
受けることによって伝送経路が正常であることを判定す
る。磨耗検知時は検出した電圧値に応じてパルス信号を
パルス幅変調した磨耗検出信号が伝送される。この場
合、パルス幅変調に限らずＰＣＭ変調でも伝送は可能で
ある。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、発電用の変流器として
一体型構造のコアを用いるようにしたので、従来の分割
型構造のコアのように分割面に水が入り錆が生じるなど
の性能低下の要因がない。

【００３５】また、一体型構造のコアの一次側に交流電
気鉄道の吊架線に流れる交流電流を分流する導体を複数
回巻き付けるようにしたので、従来に比べ蓄電池を充電
するのに十分な起磁力を得ることができる。

【００３６】また、本発明によれば、交流電気鉄道の吊
架線に流れる交流電流を、吊架線より比抵抗率の低い導
体で分流するようにしたので、吊架線より細い線径の導
体によって十分な交流電流を分流して変流器の一次巻線
に供給することができ、蓄電池を充電するのに十分な起
磁力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘導型柱上直流電源装置の一実施の形
態を示すブロック図である。

【図２】本発明の誘導型柱上直流電源装置を新幹線の架
線上に設置した例を示す外観図である。

【図３】吊架線に流れる電流と銅撚線に流れる電流との
分流比を示す説明図である。

【図４】本発明を利用した架線監視装置の一構成例を示
すブロック図である。

【図５】図４に示す測定装置の磨耗検出部および光伝送
部の一構成例を示すブロック図である。

【図６】図４に示す監視制御装置の光伝送部の一構成例
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 変流器 １ａ コア １ｂ 銅撚線（一次巻線） １ｃ エナメル線（二次巻線） ２ 整流回路 ２ａ サージアブソーバ ２ｂ フィルタ ２ｃ ブリーダ抵抗 ２ｄ 低圧トランス ２ｅ 全波整流器 ２ｆ コンデンサ ３ 充電回路 ３ａ ダイオード ３ｂ 直列抵抗 ３ｃ 蓄電池 ４ ＤＣ／ＤＣコンバータ ５ 架線 ５ａ 吊架線 ５ｂ 補助吊架線 ５ｃ トロリ線 ５ｄ ドロッパ ５ｅ ハンガ ５ｆ 接合部 １１ 電化柱 １２ 絶縁碍子 １３ 吊架ブラケット １４ 可動ワイヤ支持部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電気鉄道の吊架線を支持する電化柱
   上の加圧部に設置された誘導型柱上直流電源装置であっ
   て、 一体型構造のコアの一次巻線が前記吊架線に流れる電流
   を分流する導体で形成された変流器と、 前記変流器の二次側に発生する誘導電圧を直流電圧に変
   換する整流回路と、 整流して得られた直流電圧によって蓄電池を充電する充
   電回路と、からなることを特徴とする誘導型柱上直流電
   源装置。
2. 【請求項２】 変流器の一次巻線は吊架線よりも比抵抗
   率の低い導体で形成されていることを特徴とする請求項
   １記載の誘導型柱上直流電源装置。