JPS6087603A

JPS6087603A - 第３軌条式電気車の回生制動制御装置

Info

Publication number: JPS6087603A
Application number: JP19374283A
Authority: JP
Inventors: Toru Saima; 亨斉間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-10-17
Filing date: 1983-10-17
Publication date: 1985-05-17
Also published as: JPH0480603B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は第３軌条を用いて集電りるヂョッパー制御車の
回生制動制御Ｉｈ法に関Ｊる。

［発明の技術的背景とその問題点］従来の抵抗方式による制御中肉は、電！Ｉ１機にかかる
電圧を抵抗器の挿入のしｆｊによ−）で制囲し、速度や
加速度を適正な値とＪる様１こ工夫されている。また、
制動をかける時も主として梵電制動と空気制動により行
なう為、電気回路とし−Ｃは車両内０抵抗器を挿入した
閉囲、銘が構成され、走行エネルギーが抵抗器により消
費されて熱となり減速するが、電動機の発電能ノｊが低
速になっておもてくると、空気制動が立上り清らかに制
動作用を相続する様になっている。この為、発電制動回
路ＩＪ第３軌条集電器とは関係のない回路構成とな−）
ヱいることから、第３軌条集電器には全く影響が生じな
い様になっている。

ところで、近年地下鉄車両等１−ンネルの大きさを小さ
くづる為に第３軌条方式を用いている車両においては、
電気消ＩＩの省エネルギー化を図るため、およびトンネ
ル内の温度上昇による夏期の乗客へのり一ビス悪化を解
消する為に、チョッパ一方式による制御車両を使用する
場合には次のような問題が生じる。

すなわら、まずチョッパー制御車はカ行回路及び回生制
動回路共に高周波で回路の開閉をチョッパー制御器によ
り行なうが、主電動１幾に作用する電流を平滑化する為
、大きなりアクタンスを有するツム−ジングリアク１−
ルが１回路に挿入されている。この為に、カ行時１回生
時共に分岐渡り線を渡る様な時に、最後に第３軌条から
離脱する第３軌条集電器と第３軌条との間での電流しゃ
断性が若干悪化し、アークをひく様になりがちである。

この場合、カ行中のアークは第３軌条の正電位に対し第
３軌条集電器の負電位との間にアークが飛７Ｓ；関係上
あまり好ましい状況ではないが、アークは自然に冷却さ
れしゃ断される。

しかし、回生制動中に分岐渡り線を通過する場合には、
以下のような別の現象が考えられる。つまり、正電位の
第３軌条集電器の電位は正電位の第３軌条よも高くない
と電流回生は不可能である。

ここで、もし第３軌条集ｍ器のうら渡り線でＲ後に第３
軌条から離れた時化じたアークは、第３軌条集電器の方
からエネルギーが第３軌条に供給されている関係上、ど
こか低い電位のある場所かあればそこにアークが飛び移
る可能性を有している。

しかし、第３軌条集電器はアームで東電靴を左もにはり
出して来ている関係上、帯電している第３軌条集電器の
支持枠は車体中心寄りの方に配されている事から、渡り
線を通過しにうとして第３軌条から第３軌条集電器が離
れた時には、第３軌条集電器の支持枠は本線レールのづ
ぐ上方を横切ってゆく事になり、場合によっては発生し
たアークがより電位の低い本線レールに飛び移る事が考
えられる。

この様に、第３軌条集電器支持枠より本線レールにアー
クが飛べば電位差から当然過電流が流れ、しゃ断器が作
用して回生制動回路はしゃ断されるが、本来アークに対
して配慮していない第３軌条集電器支持枠またはその取
付部にアークが飛ぶと部分的に溶損現象を生じ、第３軌
条集電器の保守上からだけでなく、アークの飛んだ地上
構造物に対してもはなはだ不都合な問題を生じることに
なる。

［発明の目的］本発明は上記のような問題を解瀾するために成されたも
ので、その目的は回生制動中に分岐渡り線を通過する場
合等における、第３軌条集電器からのアーク発生飛散に
よる集電器本体および周辺地上構造物の溶損を防止し車
両の安全性を高めることが可能な第３軌条式ヂョッパー
車の回生制動制御方法を提供する事にある。

［発明の概要］上記目的を達成するために本発明では、第３軌条を用い
て集電するチョッパー制御車で、第３軌条に電流を戻す
ことにより回生制動をかける車両において、上記車両の
前後の台車に夫々配設された第３軌条集電器に流れる電
流の分配状況を検出比較し、前記前台車または後台車の
いずれか一方の第３軌条集電器に電流が集中した（片奇
った）ことを例えば差動リレーにて検出した条件と、上
記車両が回生制動中であることを検出した条件どの双方
の条件が成立した時に、上記車両の回生制動回路をしゃ
断してアークによる地絡事故を防止するようにしたこと
を特徴とする。

［発明の実施例］まず、゛本発明の考え方について述べる。いま、第３軌
条集電器から予想外のアーク発生の可能性のある所を考
えると、一番その可能性の高い場所は駅の直前で回生制
動をかけながら渡り線を渡る場合が考えられる。つまり
、回生電流が流れている時に急に渡り線を渡る様な状態
になり、第３軌条から第３軌条集電器がｌＩＩ線すると
回生電流はしゃ断されようとするが、回路にはスムージ
ングリアクトル、主リアクトルがあり、更にフィルター
コンデンサーがあるので、第３軌条と第３軌条集電器と
の間には回生電流によってエネルギーの供給が続けられ
、電流が流れ続【ノようとアークが飛ぶと同時に、アー
ク抵抗ににリコンデンサーにはつぎつぎと高電位が蓄積
されていく。この時、第３軌条集電器取付枠は第３軌条
集電器靴よりかなり車体中心寄りに配設されているので
、本線直進レールの近くを横切る形となり、場合によっ
てはアークは飛び移り第３軌条集電器取付枠より本線レ
ールに地絡事故状態を発生ずる。しかしこの様な現象が
生じる条件を考えると、回生制動中である事と、渡り線
を通過する等通常第３軌条集電器が一つの車両の前後の
台車に左右１つずつ計４個設けられているものが全部第
３軌条から離線して回生制動電流がしゃ断された事とが
：重なった時に、生じる。　゛そこで、その対策として回生制動−中であるという条件
と、第３軌条集電器が前後の２つのうち一つが離線を生
じれば、次の瞬間に残りの一つも離線する事になるので
、回生電流が後方の集電器に集中した事を検知したなら
ば、回生電流を事前にしゃ断し空気制動に切替えて制動
を継続してか【プる事が可能となる。従って本発明では
、一つの車両の前後の台車に設けられた第３軌条集電器
に流れる電流の分配状況を例えば差動リレーの差分とし
て検出比較し、回生制動中であることの条件がかかった
状態の時に、上記−ｈの第３軌条集電器に電流が集中し
た時には、危険が接近したものと判定し高速度しゃ断器
を操作して回生制動回路をしゃ断し、空気制動に切替え
てアークによる地絡事故を防止しようとするものである
。

以下、上記考え方に基づく本発明の一実施例について図
面を参照して説明する。第１図は本発明の対象となる第
３軌条式チョッパー車のカ行時の主回路構成を示す図、
第２図は同じく回生制動時の主回路構成を示すものであ
る。図において、ＳＣは第３軌条集電器、ＦＬはフィル
ターリアクＩ・ル、ＨＢは高速度しゃ断器、ＦＣはフィ
ルターコンデンサ、八１〜Ａ４はモータアマチュア、Ｆ
１〜Ｆ４はモータフィールド、ＭＳＬは主平滑りアクド
ル、ＦＷＤはフライボイルダイオード、ＣＨはチョッパ
ー装置であり、図示の如く構成されている。

第３図は、通常走行時の第３軌条と第３軌条集電器およ
び走行レールの関係を示したものである。

図において、１は第３軌条で第３軌条支持碍子２により
絶縁支持される。３は走行レールで、共に道床４の上に
支持されている。５は第３軌条集電器靴で、同支持枠６
からビン７にて回動可能に、かつ図示しないばねにより
適正な押付力、で第３軌条集電器靴５を第３軌条１に押
し付ける様に構成されている。なお、第３軌条１がない
所では第３軌条集電器支持枠６に設けられたストッパー
８に、第３軌条集電器靴５からはり出したストッパー当
り面９が接触して規定＾さ以下に第３軌条集電器靴５が
下らいない様にしている。また、１１は支持枠全体の高
さを調整出来る様にセレーションを有する高さ調整車で
絶縁素１０に取付けられている。さらに、この絶縁素１
０は第３軌条１との位置関係を出来るだけ一定に保つ為
に、通常軸箱からある程度のクッションを有するゴム座
等を介して支持されている。

第４図は、分岐渡り線を回生制動をかけながら通過した
時に発生が予想されるアークの状況を示したものである
。図においては、レール３Ａ上を車両が分岐走行してゆ
くと、本線レール３Ｂが第３軌条集電器支持枠６の下方
に接近し、第３軌条１に取付けられた第３軌条分岐部案
内１２と第３軌条集電器靴５が離れた時に出たアーク１
．３　Ａが、本線レール３Ｂとの間にアーク１３Ｂとじ
Ｃ移１１する可能性を示している。

第５図は、第４図に示した分岐渡り線通過時の状況を平
面図にて示したものである。図においては、前台車１４
Ａの第３軌条集電器靴５Ａ、５Ｂは完全に第３軌条１Ａ
、ＩＢから離れ、後台車１．４Ｂの第３軌条集電器靴５
Ｇ、５Ｄのうちの一方５Ｄがまさに第３軌条１ΔからＩ
ＩＩＩＩＩシようとじ−でいる状態を示しており、１６
はこの２つの台車１４Ａ、１４Ｂにまたがって乗る車体
を示している。

第６図は、本発明による第３軌条式ヂョッパー車におけ
る回生制動回路の制卸方法の構成例を示したものである
。図にお、いて、ＦＳＣは前台車第３軌条集電器を、Ｒ
２Ｏは後台車第３軌条集電器を夫々示し、回生制動回路
中に分配器１７Ａ。

１７Ｂ、１７Ｇを図示の如く配設し、差動コイル１８Ａ
、１８Ｂ、リレーコイル１８Ｃに通電すると同時に、制
動指令器ＢＧより制動指令が出ている時にはリレーコイ
ル１８Ｄに電流が流れる様になっている。そして、これ
らの差動コイル１８Ａ。

１８Ｂに対しては接点２ＯＡと接点２２Ａ、２２Ｂが、
またリレーコイル１８Ｃ１１８Ｄに対しては接点２０Ｂ
、２０Ｃと接点２３Ａ、２３Ｂが閉じられる様になって
おり、これら各接点の閉路条件により電源２１にて高速
度しゃ断器ＨＢの１〜リツプ指令コイル１９に電流を流
・、してこれを差動させ得る様になっている。なお、上
記で差動コイル１８Δ、１８Ｂと接点２ＯＡとから差動
リレーを構成している。

以下、まず第１図のカ行時の作用について述べる。この
場合には、モータアマチュア八１〜Ａ４とモータフィー
ルドＦ１〜Ｆ４によりカ行接続がなされ、第３軌条集電
器ＳＣより終電された電流は土平、滑りアクドルＭＳＬ
を介しチョッパ装置ＣＨを介して接地され、主回路電流
が流れてカ行が行なわれるが、チョッパー装置Ｃｌ−１
は高周波で回路電流をしゃ断する事により、その通電率
に応じて電流値を制御する。しかし、チョッパー装置Ｃ
）−１７／１０Ｆ’Ｆになった時には、主平滑りアク１
〜ルＮ４ＳＬにより電流を継続しようとする効果を生じ
、その電流はフライホイルダイオードＦ　Ｗ　Ｄを介し
てモータアマチュアＡ！、Ａ３の所に戻り、チョッパー
装置ＣＨがＯＦＦになった時でも減衰方向の電流ではあ
るが、モーターには電流が流れ続けて車両のカ行は極め
て滑らかに継続される。そして、この様な条件で第３軌
条集電器ＳＣが離線しても、第３軌条集電器ＳＣが回路
し１）断器の作用をするのみで、それ程大きなアークが
流れ続（）ることはない。

次に、回生制動をかけた時の電気的な特性について第２
図を用いて述べる。この場合には、モータアマチュアＡ
１〜Ａ４に対しモータフィールドＦ１〜Ｆ４は、発電作
用を行なわせるため逆方向接続になると同時に、４個の
モーターが等しい発電作用を行なう様に交叉回路接続と
してやる事は従来の発電制動と同じであるが、チョッパ
ー装置ＣＨが一定周期毎に必要制動力に応じた通電率に
よってＯＮ、ＯＦＦを繰返している。

この場合、チョッパー装置Ｃ”ＨがＯＮの蒔はモーター
アマデユアＡ２　、Ａ４が接地されているので、チョッ
パー装置ＣＨの接地と接続され回路が”構成されて制動
電流が流さ□れるが、チョッパ装置ＣＨがＯＦＦの時に
は回路がしゃ断されるため、主平滑リアク１〜ルＭＳＬ
に流れていた電流はフライホイルダイオードＦ　Ｗ　Ｄ
　Ｊ：り第３′軌条集電器ＳＣの方へ流れ、その電圧が
□第３軌条の正電位より上昇する事により、回生電流と
してカ行中の他の車両または変電所に逆流して車両の運
動のエネルギーを放出して減速する。ここで、もし急に
第３軌条集電器ＳＣが離線して電流をしゃ断しようとす
ると、第３軌条集電器ＳＣと第３軌条との間□に発生し
たアークは、モーターからつぎつぎ回生じようとするエ
ネルギーが続Ｃプで供給されるため、アークによる電圧
降下分がつぎ′つぎフィルターコンデンサーＦＣに蓄積
され、第３軌条集電器ＳＣ側の電位は上昇し続けようと
づる。そして、フィルターコンデンサーＦ’Ｃの電位が
一定値以上になると、図示しない過電圧リレーがこれを
検出して別に接地回路を閉じる事が行なわれ、回生制動
回路は開かれることになるが、過電圧リレーが作用する
迄の短時間に第３軌条集電器ＳＣ側の電位が著しく上昇
する事はさけられない。

ここで、第３図は一般走行路上に３３ける第３軌条方式
車両の集電器関連の配置を示しており、この状態では特
に問題の発生は考えられれない。ところが第５図に示し
た様に、本線レール３Ｂ。

３Ｃと３Ｄ、３Ｅとの間に渡り線レール３Ｆ。

３Ｇが配された分岐線で、合板りに車体１６が図示右の
方から走行して来て渡り線レール３Ｆ。

３Ｇに進入したとする。この車体１６には前方台車１４
Ａと後方台車１’４　Ｂがあるが、夫々に第３軌条集電
器５Ａ〜５Ｄが取付（）られており、一般走行特には左
右いずれかの第３軌条集電器が第３軌条ＩＡ、ＩＢと接
触しているが、第５図の場合はすでに前方台車１４Ａの
第３軌条集電器５Ａ。

５Ｂは完全に離線しており、後方台車１４Ｂの第３軌条
集電器５Ｄに全電流が集中し、しかも第３軌条１Ａから
まさに離線しようとしている。この状態で回生制動をか
けているとすると、アークが切れにくく不都合な場合に
は第３軌条集電器の下に本線レール３Ｂが接近している
事から、アークが瞬間的に接地側構造物に飛び移る可能
性がある。

もし、アークが接地側構造物に飛び移れば、図示しない
過電流リレーが作動して電流を速やかにしゃ断しようと
するが、このアークは第３軌条集電器支持枠６のどの位
置に飛ぶかはわからず、またアーク自体構造物を溶損せ
しめるの花十分なエネルギーがある為、本来永久構造物
である支持枠６を交換しなければならぬ事にまで発展す
る事が考えられるが、このことは第２図にて説明した様
にチョッパー装置ＣＨによる回生制動の場合には避けら
れない現象である。

そこで、本発明では第６図によりこれをつぎのようにし
て保護する。第６図の回生制動回路中には、前台車第３
軌条集電器ＦＳＣと後台車第３軌条集電器Ｒ８Ｃに流れ
る電流をシャントにより分流する分配器１７Ａと１７Ｂ
を設（）、これより分流した電流を差動コイル１８Ａ、
１８Ｂに入力する。（一般に差動コイルにも各種の方法
があるが、この場合説明の便宜上差動コイル１８Ａ、１
８Ｂとして直動ソレノイドコイルを用いた場合を例とす
る。

つまり、第６図において前後の各第３軌条集電器ＦＳＣ
とＲ２Ｏに略同じ電流が流れているとすると、今かりに
差動コイル１８Ａは上方に同じく１８Ｂは下方にソレノ
イドを勅か１作用があるものとすると、それぞれの作用
力はバランスして接点２ＯＡは中立位置から動かない。

口こて、もし前後の各第３軌条集電器ＦＳＣとＲ２Ｏの
うちの一方に電流が集中して片寄ると、１８Ａまたは１
８Ｂの一方の差動コイルの作用力が勝って接点２０Ａが
２２Ａまたは２２Ｂの接点に接触して回路を閉じること
になる。一方、制動指令器ＢＣにより運転手が制動指令
を出すと、車両は車速により高速域では回生制動、低速
域では空気制動が作用する。これを判定するために、制
動指令が出された事をリレーコイル１８Ｄで接点２０Ｃ
と２３Ｂを閉じさせ、回生制動が作用している事をシャ
ントによる分配器１７Ｃからリレーコイル１８ｃを差動
せしめれば接点２０Ｂと２３Ａが閉じ、その結果一方の
台車の第３軌条集電器に電流が集中した事、および制動
指令が出されて回生電流が流れていることの条件が成立
づると、電源２１がら高速度しゃ断器１−リップ指令コ
イル１９に電流が流れ、高速度しゃ断器１−ＩＢを開い
て回生電流をしゃ断して前述したアーク発生を防止する
ことになる。

これにより、アークが発生して地絡し易い条件に接近す
ると、直ぐに回生制動を中止して空気制御に切替る様に
することにより、第３軌条方式のチョッパー車として極
めて安全性の高い車両を得ることが出来る。

上述したように本方法は、一つの車両の前後の台１１１
４Ａ、１４Ｂに取付けた第３軌条集電器ＦＳＣ，Ｒ８Ｃ
のうち一方（後方）の第３軌条集電器（Ｒ２Ｏ）に全電
流が集中した様な状態が生じかつ回生制動中であれば、
次の瞬間には後方台車１４Ｂの第３軌条集電器Ｒ８Ｃも
離線してアークが飛び場合によっては地格歩数が生じる
可能性がある事から、かかる様な条１１が成立した時に
は速やかに回生制動回路をし、ヤ断りるようにしたこと
により、アークによる前述した地絡事故の発生を防止す
る、すなわちアークが電位の低い他の地上構造物に飛び
移り、第３軌条集霜器の枠体６や周辺の地上構造物に溶
損を生じさヒることを防止して、車両の安全性を高める
ことができる。

尚、本発明は上記実施例に限らず、次のようにしても実
施できるものである。

（ａ　）第６図では、差動コイル１８△、１８Ｂを説明
の便宜上逆方向に動かそうとする直動ソレノイドコイル
として説明したが、例えば同一鉄心に逆方向に励磁をか
ける様な差動巻線を巻回し、同一電流に直後の集電器電
流が分流している詩には鉄心励磁が打消され、一方の電
流が、大きくなつた時に接点を閉じる様に鉄片吸引を行
なわせるようなものを用いても実施することができるも
のである。

（ｂ）上記以外にも電流が一方の台車に集中した事を検
出でる方法として、分配器１７Ｇの所を流れる電流と分
配器１７Ａまたは１７Ｂを流れる電流とが略等しくなれ
ば一方に電流が片寄ったものと判定し、この方法によっ
ても同様に実施することができるものである。

（Ｃ）また、電流が分配器１７Ａ、１７Ｂのいずれかに
片寄っても単なる第３軌条の不整による離線であるとい
う事も考えられるので、差動コイル１８Ａ、１８Ｂの電
流をリアクタンスを増した回路を通しておくれさせたり
、或いはタイムリレーにより一定時間電流の片寄りが継
続していることをｉ認したことを条件に、高速度しゃ断
器トリップ指令を出すようにする等の方法も考えられる
。

（ｄ）上記実施例では、分配器１７Ａ〜１７Ｃを用いて
分流電流で差動リレーを作動させるようにしたが、主回
路を直接コイルに巻込む事も可能で必ずしも分配器を用
いる必要性はない。かかる接続方法を採用するとデッド
セクションでも回生制動が開放されるが、万が−にも予
測しない場所へのアークの移転が生じるのを防止する上
からも有効的であると考えられる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、第３軌条を用いて
集電するチョッパーＩＩＩ御車で、第３軌条に電流を戻
すことにより回生制動をかける車両において、一つの車
両の前後の台車に設けた第３軌条集電器の一方の集電器
に電流が集中したことを検出し、かつ回生制動中である
ことの条件が成立したことにより回生制動回路をしゃ断
するようにしたので、回生制動中に分岐渡り線を通過ブ
る場合等における、第３軌条集電器からのアークｎ１飛
散による集電器本体および周辺地上構造物の溶損を防止
し車両の安全性を高めることが可能な第３軌条式チョッ
パー車の回生制動制御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象となる第３軌条式チョッパー車の
力行峙の主回路構成を示す図、第２図は同じく回生制動
詩の主回路構成を示す図、第３−は通常走行時の第３軌
条集電器−第３軌条および走行レールの麹係を示す図、
第４図は分岐渡り線を回生制動をかけながら通過した時
に発生が予想されるアークの状況を示した図、第５図は
第４図における分岐渡り線を通過時の状況を示す平面図
、第６図は本発明の一実施例を示す回路構成図である。ＳＣ・・・第３軌条集電器、ＥＳＣ・・・前台車第３軌
条集電器、Ｒ２Ｏ・・・後台車第３軌条集電器、ＦＬ・
・・フィルターリアク１−ル、Ｉ−Ｉ　Ｂ・・・高速度
しゃ断器、ＦＣ・・・フィルターコンデンサー、Ａ１〜
Ａ４・・・モータアマチュア、Ｆ１〜１＝４・・・モー
タフィールド、ＭＳＬ・・・主平滑リアクトル、ＦＷＤ
・・・フライホイルダイオード、ＣＨ・・・チョッパー
装置、ＢＧ・・・制動指令器、１．ＩＡ、ＩＢ・・・第
３軌条、２・・・第３軌条支持碍子、３・・・本線レー
゛ル、３Ａ〜３Ｇ・・・分岐渡り線レール、４・・・道
床、５．５Ａ、５Ｂ。５０．５Ｄ・・・第３軌条集電器靴、６・・・第３軌条
集電器支持枠、７・・・回転中心ピン、８・・・スＩ・
ツバ−１−９・・・靴側ストッパ当り面、１０・・・絶
縁素、１１・・・高さ調整座、１２・・・第３軌条分岐
部案内、１３Ａ。１３Ｂ・・・アーク、１４Ａ、１４Ｂ・・・台車、１５
・・・車輪、１６・・・車体、１７Ａ〜１７Ｇ・・・分
配器、１８Ａ、１８Ｂ・・・差動コイル、１８Ｇ、１８
Ｄ・・・リレーコイル、１９・・・高速しゃ断器トリッ
プ指令コイル、２０Ａ〜２０Ｃ・・・接点、２１・・・
電源、２２Ａ、２２Ｂ・・・差動コイル接点、２３Ａ、
２３３・・・接点。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第４−図第５ｗＪ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　第３軌条を用い°Ｃ！’Ｒ？ｌるチョッパー制
ｔｉｎ車で、第３軌条に電流を戻りことにより回生制動
をかける車両において、前記車両の的後の台車に夫々配
設された第３軌条集電器に流れる電流の分配状況を検出
比較し、前記前台車または後台車のいずれか一方の第３
軌条集電器に電流が集中したことを検出した条件と、前
記車両が回生制動中であることを検出した条件どの双方
の・条件が成立した詩に、前記車両の回生制動回路をし
ゃ断するようにしたことを特徴とづる第３軌条式、チョ
ッパー車の回生制動制御方法。
（２）　前台車または後台車の第３軌条集電器ｌ＼の電
流の集中は、前後台車の各第３軌条集電器の電流を差動
リレーに入力して比較しその差分から検出づるようにし
た特許請求の範囲第（１）項記載の第３軌条式チョッパ
ー車の回生制動制御方法。