JPH1169505A - 交直両用電気車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交直両用電気車の高出力化に伴って主変圧器
を２台以上に分割した場合に、現行品を使用した単純な
構成で、直流き電区間走行時における離線率を下げるこ
とができるようにした。 【解決手段】 この発明の交直両用電気車は、交直判別
手段16,17が交流電力を判別した時に開閉制御手段23が
直流回路接続手段18を開放し、交直判別手段が直流電力
を判別した時に開閉制御手段が直流回路接続手段を閉路
することによって複数の制御装置20a,20bそれぞれの直
流回路部分を相互に接続し、これによって、直流き電区
間を走行中にいずれかの制御装置の集電装置1a,1bに離
線が発生した場合でも、離線していない他の制御装置の
直流回路部分6a,6bから第２の電力変換器8a,8bに電力を
融通し、離線した制御装置の第２の電力変換器が力行を
続けられるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交直両用電気車に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、国内における１台の主変圧器によ
り構成される交直両用電気車は、図５に示す構成であ
る。交流き電区間では交直切替器１２により電車線と主
変圧器５とを接続することによって、電車線からの交流
電力を主変圧器５の二次側に接続されている車両走行用
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で交流電力に再変換して車両走行用の主電動機
９を駆動して電気車を走行させる。また直流き電区間で
は、交直切替器１２により電車線と主制御装置８とを接
続することによって、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
動する。

【０００３】ところで、国内の在来線には、交流のき電
区間と直流のき電区間とが存在し、各地に交流き電区間
と直流き電区間との接続点がある。このため、１本の電
車線に必要に応じて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通運転させる方法、
一旦電車のパンタグラフを下げ、電車の交直切替及び電
車線の交直切替を行い、双方の交直切替が正しく行われ
たことを確認した後、電車のパンタグラフをあげて交直
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。これらのいずれの方法も安全確認
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。そのため、次のようなデッドセク
ションを使用した車上切替方式が採られることが多い。

【０００４】このデッドセクションを使用した車上切替
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、電気車と称する）の走
行により交流と直流が切り替わるようにする。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
ションの手前で力行オフし（主制御装置８の動作停
止）、遮断器３を解放した後に交直切替器１２の切替を
行い、だ行運転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に遮断器３を閉成
して主制御装置８の動作を再開する。

【０００５】この車上切替方式は、ある程度の速度制限
があるにせよ、電気車を停車させずにそのまま直通運転
することができること、電車線そのものの交直切替がな
いために地上側での安全確認が不要になることが大きな
メリットであるが、電気車側では確実に交直切替を行え
るようにする必要がある。しかしながら、現実には様々
な要因により交直切替が行われない可能性があり、これ
を避けるために保護装置を持たせる必要があった。

【０００６】例えば、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、図５にお
ける交直切替器１２と主変圧器５との間の回路上にある
主ヒューズ４が溶断して電気車を保護し、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、遮断器３により開路して電気車を保護
する。

【０００７】一方、国内の在来線では交流き電は２０ｋ
Ｖ、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１００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１０００アンペアの
通電となる。したがって交流専用電気車であれば２０ｋ
Ｖ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が、反対に直流専用電気
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、絶縁の確保が問題となることはない。

【０００８】次に、２台の主変圧器により構成される従
来の交流専用電気車について説明する。図６に示すの
は、２つの車両Ａ，Ｂにおのおの主変圧器と主制御装置
２１を搭載した交流専用電気車における従来例である。
車両Ｂのための集電装置を車両Ａの集電装置１で兼ねた
もので、部品点数が少なく、保守も低減できるメリット
がある。交流専用電気車であるので交流２０ｋＶによる
き電であり、集電電流は小さく、各装置の通電容量は、
現在の技術でもまったく問題にはならない。しかし、一
方では集電装置１が１台しかないことにより、走行中の
集電装置の電車線からの離線の問題がある。この離線率
を下げるためには、複数の集電装置を同時に使用するこ
とで解決することができる。

【０００９】しかしながら、国内の交流き電区間におい
ては、異なる変電所からのき電による交々セクションが
存在する。したがって図７に示すように、デッドセクシ
ョン３６を間に持つ交々セクションを車両が通過する時
に、２つの異なる変電所３１，３２からのき電を短絡し
てしまわないためには、車両Ａ３８の集電装置１と車両
Ｂ３９の集電装置１との間をできるだけ接近させて配置
し、２つの集電装置１，１の距離を交々セクション内の
デッドセクション３６の長さよりも短くして、デッドセ
クションの中に互いに接続されている集電装置１，１が
入るようにする必要がある。ところが、２つの集電装置
１，１の距離を短くすると、電車線に対して過大なな押
上力が発生する。この過大な押上力は地上設備に対して
悪影響を与えるので、２つの集電装置１，１の間隔は交
々セクション短絡をしないほどには短くすることができ
ず、図６に示すような構成にせざるを得ないのが現状で
ある。

【００１０】図８は、地上のき電設備の変更により、交
流き電区間でありながら、複数の集電装置１，１を使用
した交流専用電気車の従来例を示している。ただし、こ
の構成が可能な線区は限られており、全体のごく一部に
過ぎない。したがって一般的な交流き電区間を走行する
場合には、上記図７の場合と同様に図６のような構成と
せざるを得なかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、２０
ｋＶの交流き電区間と、１．５ｋＶの直流き電区間とを
走行する交直両用電気車は、交流２０ｋＶに対しての絶
縁を確保しながら直流１．５ｋＶ通電時の電流容量を確
保する必要がある。したがって、従来から、交直両用電
気車では、図９に示すように、図５と同等の回路構成を
成す車両Ａ′と車両Ｂ′と、集電装置１を持たない車両
Ｃ′により列車を構成している。この従来例の特徴は、
車両Ａ′，Ｂ′の間に必ず車両Ｃ′が接続されているこ
とである。

【００１２】２両で１つのユニットを組む構成の交直両
用電気車であれば、そのユニットの方向を揃えておけ
ば、例えば、車両Ａ′と車両Ｃ′とのユニットを複数使
用して列車を編成する場合には、必ず車両Ａ′＋車両
Ｃ′＋車両Ａ′＋車両Ｃ′＋……の順に並べるようにす
る。したがって、集電装置１を搭載した車両Ａ′同士が
隣り合うことはないので、直流区間走行時にすべての集
電装置１を使用しても地上の電車線に悪影響を及ぼすこ
とはない。

【００１３】本来出力の比較的小さい交直両用電気車で
は、このような従来例で問題はなかったが、近年、交直
両用電気車の大出力化の要望が強くなってきている中
で、次のような問題点があった。図５に示した従来例に
おいて、交直両用電気車を大出力化すると、集電装置
１、遮断器３、直流遮断器７、断路器１１及び交直切替
器１２の通電容量を大型化しなければならず、コストが
上がる。

【００１４】これを避けるために、図１０に示す示す構
成が考えられる。この図１０の交直両用電気車は遮断器
３と交直切替器１２を並列化したものであるが、部品点
数が増加し、機器の占有するスペースと重量も増加し、
保守の手間もかかる問題点が発生する。

【００１５】そこで、交流区間を走行するための主変圧
器５を１台とせずに、２台に分割し、出力を各々半減さ
せる構成として、図１１に示すように図５の回路と同等
の構成の車両Ａ′と車両Ｂ′とを連結して１両の交直両
用電気車とすることが考えられる。ところが、図９に示
した従来の交直両用電車の場合には集電装置１を搭載し
た車両Ａ′と車両Ｂ′との間に必ず集電装置１を搭載し
ない車両Ｃ′を入れることが可能であったが、電気機関
車の場合には可能な限り車体長を短縮する必要があるこ
とから、集電装置１を搭載した車両Ａ′と車両Ｂ′とを
直接連結する必要がある。

【００１６】しかしながら、集電装置１を搭載した車両
Ａ′と車両Ｂ′とを直接連結すると、次のような問題が
発生する。前述した交々セクション通過を考慮しなけれ
ばならないために、車両Ａ′も車両Ｂ′も交流き電区間
走行時には各々片方の集電装置だけを使用する必要があ
る。そしてこの際には、可能な限り電車線から離線しな
いように集電装置はできるだけ軽量であることが望まし
い。ところが、直流き電区間走行時には通電電流が大き
いために、集電装置を軽量化するためにすり板を減らす
と、直流き電区間走行時に２つの集電装置を使用しなけ
ればならなくなる矛盾が生じる。また車両Ａ′、車両
Ｂ′共に２つの集電装置を使用して走行すると、押上力
が大きくなりすぎて電車線に悪影響を及ぼし、その上、
電車線が異常な動きをすることによって集電装置のすり
板が異常摩耗する恐れもある。

【００１７】すなわち、主変圧器１台で構成した図５に
示す従来例と主変圧器２台で構成した図１１に示す従来
例とを比較すると、図１１に示すように車両Ａ′と車両
Ｂ′とに分割したことによって集電装置１の必要な通電
容量が半減するためにすり板を減らすことができて離線
率は下がるが、電車線への影響が大きいために、図１１
の車両Ａ′と車両Ｂ′とを直接連結した形での交直両用
電気機関車は成立しないことになる。電気機関車の場合
だけでなく、交直両用電車の場合にも、現状よりもさら
に高出力化すれば同様である。結局のところ、主変圧器
を２台に分割するとしても、集電装置を車両ごとに２台
ずつ使用することができず、図１２に示すように車両
Ｄ，Ｅごとに１台ずつ集電装置１を搭載させた構成とせ
ざるを得なかった。

【００１８】しかしながら図１２に示す構成では、交流
き電区間における交々セクションの電気車による短絡を
防止するために、交流き電区間では主変圧器５の１台に
つき１つの集電装置１を使用せざるを得ないのである
が、異なるき電を短絡することに問題がないように作ら
れた直流き電区間においても１つの集電装置しか使用で
きなくなるため、離線率を下げることができない問題点
がある。

【００１９】さらに図１３に示す交直切替器１２により
下流の回路を１両の車両内で分割し、２群以上とした構
成も考えられるが、このような構成では、直流き電区間
走行時に断路器１１、遮断器３、交直切替器１２に大電
流を通電する必要があり、回路構成は単純であるが、電
気車の高出力化に対応して用品を新規に開発していかな
ければならず、開発コストがかかる問題点がある。

【００２０】さらに図１３の交直両用電気車の発展型と
して、図１４に示す構成も考えられる。これは集電装置
１、断路器１１、遮断器、交直切替器１２を車両Ｆに配
置し、車両Ｇには交流及び直流の電源を車両Ｆから供給
するようにしている。ところが、このような構成にする
と、車両Ｆと車両Ｇとの間に高電圧に対しての十分な絶
縁をとらなければならない交流回路と大電流に対しての
通電容量を必要とする直流回路との両方を連結する必要
があり、大型で複雑な構成になってしまう問題点があ
る。

【００２１】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、交直両用電気車の高出力化に伴って主
変圧器を２台以上に分割した場合に、特に大幅に部品点
数が増加することなく、現行品を使用した単純な構成
で、直流き電区間走行時における離線率を下げることが
できる交直両用電気車を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１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、前記第１の電力変換器の直流出力
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
の一次巻線に遮断器を介して接続される集電装置と、前
記遮断器を交流き電の場合には前記主変圧器に接続し、
直流き電の場合には前記第２の電力変換器の入力側に接
続するための交直切替器とから成る制御装置を複数組備
えた交直両用電気車において、電気車が直流き電区間を
走行する場合にのみ、前記複数組の制御装置それぞれの
前記交直切替器の直流側同士を接続する直流回路接続手
段と、前記直流回路接続手段の開閉制御を行う開閉制御
手段とを備えたものである。

【００２３】請求項１の発明の交直両用電気車では、交
流き電区間を走行する時には複数の制御装置それぞれの
集電装置を電車線に接触させ、交流電力を遮断器、交直
切替器を介して主変圧器に取込み、この主変圧器から第
１の電力変換器に供給して交流電力を直流電力に変換
し、この直流出力を第２の電力変換器に与えて所望の電
力に変換して電気車駆動用の電動機に供給し、電気車を
走行させる。

【００２４】また直流き電区間を走行する時には、複数
の制御装置それぞれの交直切替器を直流回路側に切替え
て、電車線の直流電力を遮断器、交直切替器を介して第
２の電力変換器に供給し、この第２の電力変換器で所望
の電力に変換して電気車駆動用の電動機に供給し、電気
車を走行させる。

【００２５】そして、直流き電の際には開閉制御手段に
よって直流回路接続手段を閉路することによって複数の
制御装置それぞれの直流回路部分を相互に接続してお
く。これによって、いずれかの制御装置の集電装置に離
線が発生した場合でも、離線していない他の制御装置の
直流回路部分から第２の電力変換器に電力が融通され、
この離線した制御装置の第２の電力変換器の動作を中断
させることなく力行を続けることができる。

【００２６】請求項２の発明は、請求項１の交直両用電
気車において、前記集電装置の取り込む電力の交流、直
流を判別する交直判別手段を備え、前記開閉制御手段
は、前記交直判別手段が直流電力を判別した時に前記直
流回路接続手段を閉路し、前記交直判別手段が交流電力
を判別した時に前記直流回路接続手段を開放するように
したものである。

【００２７】請求項２の発明の交直両用電気車では、交
直判別手段が交流電力を判別した時に開閉制御手段が直
流回路接続手段を開放し、交直判別手段が直流電力を判
別した時に開閉制御手段が直流回路接続手段を閉路する
ことによって複数の制御装置それぞれの直流回路部分を
相互に接続し、これによって、直流き電区間を走行中に
いずれかの制御装置の集電装置に離線が発生した場合で
も、離線していない他の制御装置の直流回路部分から第
２の電力変換器に電力が融通され、この離線した制御装
置の第２の電力変換器の動作を中断させることなく力行
を続けることができる。

【００２８】請求項３の発明は、請求項１又は２の交直
両用電気車において、前記開閉制御手段は、前記制御装
置のすべての集電装置が直流き電区間に入った後でなけ
れば前記遮断器及び前記直流回路接続手段を閉路しない
インタロック機能を備えたものである。

【００２９】請求項３の発明の交直両用電気車では、交
直セクションにおけるデッドセクションの長さを越え、
後部側の制御装置の集電装置が交流き電区間に残ってい
る場合には遮断器を閉じて交流き電と直流き電とを短絡
することがないようにインタロックを設け、すべての制
御装置の集電装置が直流き電区間に完全に入ったことを
確認してから遮断器を閉じ、また直流回路接続手段を閉
路する。

【００３０】請求項４の発明は、請求項１〜３の交直両
用電気車において、前記開閉制御手段は、必要に応じ
て、交流き電区間において前記複数組の制御装置のうち
のいずれか１組又は複数組の制御装置に対して前記交直
切替器の直流側同士を接続するように前記直流回路接続
手段を開閉制御するようにしたものである。

【００３１】請求項４の発明の交直両用電気車では、複
数組の制御装置のいずれか１組又は複数組の制御装置の
交流回路部分に異常が発生した場合、開閉制御手段は集
電装置を離線させ、あるいは遮断器を開放して異常が発
生した制御装置への交流き電を停止し、代わって直流回
路接続手段が異常の発生した制御装置の直流回路部分を
正常に動作している他の制御装置の直流回路部分に接続
するように制御する。これによって、交流き電区間を走
行中にいずれかの制御装置の交流回路部分に異常が発生
しても、他の正常な制御装置から直流電力を融通して力
行を続けることができる。

【００３２】請求項５の発明は、請求項４の交直両用電
気車において、前記複数組の制御装置それぞれの交流回
路部分の異常を検知する交流回路異常検知手段を備え、
前記開閉制御手段は、当該交流回路異常検知手段がいず
れかの制御装置の交流回路部分の異常を検知した時に、
該当する制御装置の集電装置を離線させ、あるいは遮断
器を開放し、前記直流回路接続手段を閉路するようにし
たものである。

【００３３】請求項５の発明の交直両用電気車では、交
流回路異常検知手段が複数組の制御装置それぞれの交流
回路部分の動作を監視し、いずれかの制御装置の交流回
路部分に異常が発生すればそれを検知し、開閉制御手段
が該当する制御装置の集電装置を離線させ、あるいは遮
断器を開放し、前記直流回路接続手段を閉路する。これ
によって、交流き電区間を走行中にいずれかの制御装置
の交流回路部分に異常が発生しても、他の正常な制御装
置から直流電力を融通して力行を続けることができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の
回路構成を示しており、集電装置１ａ、遮断器３ａ、主
ヒューズ４ａ、主変圧器５ａ、主整流器６ａ、直流遮断
器７ａ、主制御装置８ａ、主電動機９ａ、交直切替器１
２ａの機器から構成される制御装置２０ａと、同じく集
電装置１ｂ、遮断器３ｂ、主ヒューズ４ｂ、主変圧器５
ｂ、主整流器６ｂ、直流遮断器７ｂ、主制御装置８ｂ、
主電動機９ｂ、交直切替器１２ｂの機器から構成される
制御装置２０ｂが１台の車両の中に並設されていて、主
整流器６ａ，６ｂの直流出力側同士が遮断器１８を介し
て接続されている。

【００３５】また電車線に加圧されているのが交流が直
流かを検知するために交流電圧検知器１６ａ，１６ｂと
直流電圧検知器１７ａ，１７ｂが集電装置１の直後に設
置されており、交流避雷器１３ａ，１３ｂがそれぞれ遮
断器３ａ，３ｂの直後に設置され、さらに制御装置２０
ａ，２０ｂ間の直流接続線２１に遮断器１８と共に、直
流避雷器１４と交流冒進検出器１５が設置されている。

【００３６】そして交流電圧検知器１６ａ，１６ｂ、直
流電圧検知器１７ａ，１７ｂ、交流避雷器１３ａ，１３
ｂ、直流避雷器１４及び交流冒進検出器１５からの信号
を入力し、交流き電区間、直流き電区間、デッドセクシ
ョンの判定を行い、遮断器３ａ，３ｂ、直流遮断器７
ａ，７ｂ、交直切替器１２ａ，１２ｂ及び遮断器１８の
切替制御を行う切替制御回路２３を備えている。

【００３７】この第１の実施の形態の交直両用電気車
は、交流き電区間では切替制御回路２３により、次のよ
うに切替動作する。集電装置１ａ，１ｂは一般に電気車
の屋上のパンタグラフで構成されるが、双方の遮断器３
ａ，３ｂを共に開いた状態で上昇させておく。そして交
流電圧検知器１６ａ，１６ｂが交流電圧を検知すると、
双方の交直切替器１２ａ，１２ｂを共に主変圧器５ａ，
５ｂの側に接続し、その後に、遮断器３ａ，３ｂのいず
れか一方を閉じることによって閉じた側の制御装置２０
ａ又は２０ｂを力行可能とする。

【００３８】そして直流き電区間では次のように切替動
作する。直流き電区間においては、双方の集電装置１
ａ，１ｂが共に直流を加圧されている場合にのみ遮断器
１８を閉じる。そのために、双方の直流電圧検知器１７
ａ，１７ｂが共に直流を検知した場合にのみ、双方の遮
断器３ａ，３ｂと遮断器１８とを閉路し、双方の交直切
替器１２ａ，１２ｂを共に直流側に切替え、さらに双方
の直流遮断器７ａ，７ｂを投入することによって力行可
能とする。

【００３９】このときの回路構成において、直流電力に
より主電動機９ａ，９ｂを駆動する主制御装置８ａ，８
ｂは双方共に２台の集電装置１ａ，１ｂに接続された状
態になる。したがって、走行中にどちらか一方の集電装
置、例えば集電装置１ａが電車線から離線した場合で
も、他方の集電装置１ｂが電車線に着線していれば、双
方の主制御装置８ａ，８ｂが共に中断することなく力行
を続けることができる。なお、回生制動は従来と同様に
可能である。

【００４０】次に、電気車が交流き電区間から直流き電
区間に入る場合の車上切替及び直流き電区間から交流き
電区間に入る場合の切替制御回路２３による車上切替動
作について説明する。

【００４１】＜交流き電区間から直流き電区間に入る場
合＞交流き電区間走行中は、遮断器１８は開かれてい
て、１組の主変圧器５ａ，５ｂ各々は集電装置１ａ，１
ｂ各々に接続されている。電気車が交流き電区間から直
流き電区間に入る時、デッドセクションの手前で双方の
遮断器３ａ，３ｂを開くと共に、双方の交直切替器１２
ａ，１２ｂを直流側に切替えた状態でデッドセクション
に進入する。

【００４２】デッドセクションから直流き電区間へ進入
し、双方の集電装置１ａ，１ｂに接続された直流電圧検
知器１７ａ，１７ｂが共に直流電圧を検知した後、双方
の遮断器３ａ，３ｂと遮断器１８と双方の直流遮断器７
ａ，７ｂを閉じる。これによって直流き電区間で力行が
可能となる。

【００４３】なお、図１に示した第１の実施の形態では
集電装置を１ａと１ｂの２台としたが、これが３台以上
（１ａ，１ｂ，１ｃ，…）になったり、また２台であっ
ても集電装置１ａ，１ｂ間の距離が長くなると、交直セ
クションにおけるデッドセクションの長さを越えて車両
編成の後部側が交流き電区間内に残っているにもかかわ
らずすべての遮断器３ａ，３ｂ，３ｃ，…を同時に閉じ
てしまうと、交流き電と直流き電とが短絡して事故にな
る可能性がある。そこで、切替制御回路２３には、すべ
ての集電装置１ａ，１ｂ，１ｃ，…が直流き電区間に入
ってしまったことを検知してから遮断器３ａ，３ｂ，３
ｃ，…及び１８を閉じるインタロック機能を設けてい
る。

【００４４】＜直流き電区間から交流き電区間に入る場
合＞電気車が直流き電区間から交流き電区間に入る時、
デッドセクションの手前で双方の直流遮断器７ａ，７
ｂ、遮断器１８及び双方の遮断器３ａ，３ｂを開き、双
方の交直切替器１２ａ，１２ｂを交流側に切替えた状態
で、デッドセクションに進入する。デッドセクションか
ら交流き電区間に進入し、例えば、集電装置１ａに接続
された交流電圧検知器１６ａが交流電圧を検知するよう
になると、他方の交流電圧検知器１６ｂが交流電圧を検
知していなくても、交流が加圧された側では遮断器３ａ
を閉じて力行可能とする。元来、交流き電区間走行時
は、交々セクションを短絡してしまわないように、各々
の集電装置１ａ，１ｂは接続されていないことが前提で
あるため、デッドセクション通過後には、交流が加圧さ
れ始めた制御装置２０ａから順に力行可能とするのであ
る。

【００４５】＜冒進保護動作＞交流から直流、また直流
から交流への車上切替が行われないままにデッドセクシ
ョンを通過した場合の冒進保護は次の通りである。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１７ａによって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３ａ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７ａや主制御装置８ａに交流が加圧されるこ
とはない。また直流電圧検知器１７ａの検知によって遮
断器３ａの開放ができなかった場合には、交流き電区間
に入った時に、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によって検出して遮断器３ａを開
くので、その以後は直流遮断器７ａや主制御装置８に交
流が加圧されることはない。

【００４６】ただし、この場合も２台の集電装置１ａ，
１ｂ間の距離が長くなると、直流き電と交流き電を短絡
する可能性があるので、直流電圧検知器１７ａ，１７ｂ
のうちの１つでも電車線電圧がないことを検知したな
ら、すべての遮断器３ａ，３ｂを開放するように制御す
る。

【００４７】交流き電区間から直流き電区間に冒進した
場合は、各主変圧器５ａ，５ｂに設けられた主ヒューズ
４ａ，４ｂが溶断して主変圧器５ａ，５ｂを保護する。
この場合は、遮断器１８は開いているので、各々の主変
圧器５ａ，５ｂに設けられた主ヒューズ４ａ，４ｂが主
変圧器５ａ，５ｂ各々を保護することになる。

【００４８】以上は、直流き電区間走行時に遮断器１８
を閉じて主制御装置８ａ，８ｂ各々に対して２台以上の
集電装置１ａ，１ｂを同時に接続することが目的である
が、交流き電区間走行時には、次のような回路構成にす
ることも可能である。すなわち、集電装置１ａ，１ｂの
いずれか１つ、遮断器３ａ，３ｂのいずれか１つ、交直
切替器１２ａ，１２ｂのいずれか１つ、主ヒューズ４
ａ，４ｂのいずれか１つ、主変圧器５ａ，５ｂのいずれ
か１つ、あるいは主整流器６ａ，６ｂのいずれか１つで
何らかの異常が発生した場合、異常が発生した側の主電
動機９ａまたは９ｂは駆動できなくなり、状況によって
は勾配を登れない場合も考えられる。そこで、異常が発
生した側の集電装置、例えば集電装置１ａを電車線から
離す（一般にはパンタグラフを折り畳む）か、異常が発
生した側の遮断器３ａを開き、交直切替器１２ａ，１２
ｂはすべて交流側としたまま遮断器１８を閉じる。そし
てこの状態で、すべての直流遮断器７ａ，７ｂを閉じる
と、異常が発生した側の主制御装置８ａに電力を供給す
ることが可能となり、すべての主電動機９ａ，９ｂを同
時に駆動することができるようになる。

【００４９】一方、交流き電区間から直流き電区間へ入
る場合も、遮断器１８を介してすべての主制御装置８
ａ，８ｂに直流電力を供給することが可能である。

【００５０】次に、本発明の第２の実施の形態を図２に
基づいて説明する。図２に示す第２の実施の形態は、図
１に示した第１の実施の形態における遮断器１８に代え
て、開閉器１９を用いたことを特徴とする。その他の構
成機器は第１の実施の形態と同じであり、同一の機器に
は同一の符号を付して示してある。

【００５１】この第２の実施の形態によっても、開閉器
１９に第１の実施の形態における遮断器１８と同じタイ
ミングで開閉動作させることによって第１の実施の形態
と同様に動作することができる。

【００５２】次に、本発明の第３の実施の形態を図３に
基づいて説明する。第１の実施の形態では１車両の中で
同じ構成の制御装置２０ａ，２０ｂを並設し、遮断器１
８によって直流側同士を接続したが、この第３の実施の
形態では制御装置２０ａ，２０ｂを車両Ｈと車両Ｊとに
１台ずつ設置し、これら制御装置２０ａ，２０ｂの直流
側同士を遮断器１８を介して車両Ｈ，Ｊ間にまたぐよう
に接続したことを特徴とする。したがって、制御動作は
すべて第１の実施の形態と同じである。

【００５３】次に、本発明の第４の実施の形態を図４に
基づいて説明する。第２の実施の形態では１車両の中で
同じ構成の制御装置２０ａ，２０ｂを並設し、第１の実
施の形態の遮断器１８に代えて開閉器１９によって直流
側同士を接続したが、この第４の実施の形態では制御装
置２０ａ，２０ｂを車両Ｋと車両Ｌとに１台ずつ設置
し、これら制御装置２０ａ，２０ｂの直流側同士を開閉
器１９を介して車両間にまたぐように接続したことを特
徴とする。したがって、制御動作はすべて第２の実施の
形態と同じである。

【００５４】なお、上記の各実施の形態で集電装置１
ａ，１ｂとは、一般的には車両の屋上に設置されるパン
タグラフのことであるが、集電装置１ａ，１ｂはパンタ
グラフの他に、例えば、第３軌条集電装置、ビューゲ
ル、トロリーポールなどでもよい。また、主整流器６
ａ，６ｂ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８ａ，８ｂ及
び主電動機９ａ，９ｂ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、三相の交流電動機をインバータで駆動する方
式であってもよい。

【００５５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、直流き電の際
には開閉制御手段によって直流回路接続手段を閉路する
ことによって複数の制御装置それぞれの直流回路部分を
相互に接続するので、いずれかの制御装置の集電装置に
離線が発生しても、離線していない他の制御装置の直流
回路部分から第２の電力変換器に電力を融通し、この離
線した制御装置の第２の電力変換器の動作を中断させる
ことなく力行を続けることができる。

【００５６】請求項２の発明によれば、交直判別手段が
交流電力を判別した時に開閉制御手段が直流回路接続手
段を開放し、交直判別手段が直流電力を判別した時に開
閉制御手段が直流回路接続手段を閉路することによって
複数の制御装置それぞれの直流回路部分を相互に接続す
るので、直流き電区間を走行中にいずれかの制御装置の
集電装置に離線が発生した場合でも、離線していない他
の制御装置の直流回路部分から第２の電力変換器に電力
を融通し、この離線した制御装置の第２の電力変換器の
動作を中断させることなく力行を続けることができる。

【００５７】請求項３の発明によれば、交流き電区間か
ら直流き電区間に入る際に、すべての制御装置の集電装
置が直流き電区間に完全に入ったことを確認してから遮
断器を閉じ、また直流回路接続手段を閉路するインタロ
ックを設けたので、交直セクションにおけるデッドセク
ションの長さを越え、後部側の制御装置の集電装置が交
流き電区間に残っている場合には遮断器を閉じて交流き
電と直流き電とを短絡する事故を確実に防止できる。

【００５８】請求項４の発明によれば、複数組の制御装
置のいずれか１組又は複数組の制御装置の交流回路部分
に異常が発生した場合、開閉制御手段が集電装置を離線
させ、あるいは遮断器を開放して異常が発生した制御装
置への交流き電を停止し、代わって直流回路接続手段が
異常の発生した制御装置の直流回路部分を正常に動作し
ている他の制御装置の直流回路部分に接続するように制
御するので、交流き電区間を走行中にいずれかの制御装
置の交流回路部分に異常が発生しても、他の正常な制御
装置から直流電力を融通して力行を続けることができ
る。

【００５９】請求項５の発明によれば、交流回路異常検
知手段が複数組の制御装置それぞれの交流回路部分の動
作を監視し、いずれかの制御装置の交流回路部分に異常
が発生すればそれを検知し、開閉制御手段が該当する制
御装置の集電装置を離線させ、あるいは遮断器を開放
し、直流回路接続手段を閉路するので、交流き電区間を
走行中にいずれかの制御装置の交流回路部分に異常が発
生しても、他の正常な制御装置から直流電力を融通して
力行を続けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の回路図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の回路図。

【図３】本発明の第３の実施の形態の回路図。

【図４】本発明の第４の実施の形態の回路図。

【図５】従来例の回路図。

【図６】他の従来例の回路図。

【図７】交直セクションにおけるデッドセクションを示
す回路図。

【図８】交流専用電気車の従来例の回路図。

【図９】従来例の交直両用電気車の編成例を示す説明
図。

【図１０】さらに他の従来例の回路図。

【図１１】主変圧器を２台に分割して出力を各々半減
し、かつ各々の主変圧器に２台の集電装置を設けた従来
例の交直両用電気車の編成例を示す説明図。

【図１２】主変圧器を２台に分割して出力を各々半減
し、かつ各々の主変圧器に１台の集電装置を設けた従来
例の交直両用電気車の編成例を示す説明図。

【図１３】交直切替器よりも下流側の回路を分割し、２
群以上にした従来例の回路図。

【図１４】交直切替器よりも下流側の回路を分割し、２
群以上にして別々の車両に搭載した従来例の回路図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 集電装置 ３ａ，３ｂ 遮断器 ４ａ，４ｂ 主ヒューズ ５ａ，５ｂ 主変圧器 ６ａ，６ｂ 主整流器 ７ａ，７ｂ 直流遮断器 ８ａ，８ｂ 主制御装置 ９ａ，９ｂ 主電動機 １２ａ，１２ｂ 交直切替器 １３ａ，１３ｂ 交流避雷器 １４ 直流避雷器 １５ 交流冒進検出器 １６ａ，１６ｂ 交流電圧検知器 １７ａ，１７ｂ 直流電圧検知器 １８ 遮断器 １９ 開閉器 ２０ａ，２０ｂ 制御装置 ２２ 直流回路接続線 ２３ 切替制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ１２Ｒ 1:645） (72)発明者 工藤 茂治 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (5)

【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、前記第１の電
   力変換器の直流出力側に接続され、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、前記主変圧器の一次巻線に遮断器を介して接続さ
   れる集電装置と、前記遮断器を交流き電の場合には前記
   主変圧器に接続し、直流き電の場合には前記第２の電力
   変換器の入力側に接続するための交直切替器とから成る
   制御装置を複数組備えた交直両用電気車において、 電気車が直流き電区間を走行する場合にのみ、前記複数
   組の制御装置それぞれの前記交直切替器の直流側同士を
   接続する直流回路接続手段と、 前記直流回路接続手段の開閉制御を行う開閉制御手段と
   を備えて成る交直両用電気車。
2. 【請求項２】 前記集電装置の取り込む電力の交流、直
   流を判別する交直判別手段を備え、 前記開閉制御手段は、前記交直判別手段が直流電力を判
   別した時に前記直流回路接続手段を閉路し、前記交直判
   別手段が交流電力を判別した時に前記直流回路接続手段
   を開放することを特徴とする請求項１に記載の交直両用
   電気車。
3. 【請求項３】 前記開閉制御手段は、前記制御装置のす
   べての集電装置が直流き電区間に入った後でなければ前
   記遮断器及び前記直流回路接続手段を閉路しないインタ
   ロック機能を備えたことを特徴とする請求項１又は２に
   記載の交直両用電気車。
4. 【請求項４】 前記開閉制御手段は、必要に応じて、交
   流き電区間において前記複数組の制御装置のうちのいず
   れか１組又は複数組の制御装置に対して前記交直切替器
   の直流側同士を接続するように前記直流回路接続手段を
   開閉制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の交直両用電気車。
5. 【請求項５】 前記複数組の制御装置それぞれの交流回
   路部分の異常を検知する交流回路異常検知手段を備え、 前記開閉制御手段は、当該交流回路異常検知手段がいず
   れかの制御装置の交流回路部分の異常を検知した時に、
   該当する制御装置の集電装置を離線させ、あるいは遮断
   器を開放し、前記直流回路接続手段を閉路することを特
   徴とする請求項４に記載の交直両用電気車。