JP2014053976A - 編成列車 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電時における騒音や振動を低下させるとともに、エンジン及び発電機の保守メンテナンスの手間を減らす。
【解決手段】編成列車１００は、２両の車両１，２が互いに連結されて構成されている。車両１には、コンバータ装置２１、インバータ装置２２、４つのモータ１５、及び、蓄電装置２０が設けられている。車両２には、エンジン３０、発電機３１が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の車両が連結されてなる編成列車に関する。

特許文献１には、エンジン、発電機、コンバータ装置、インバータ装置、電動機、及び、蓄電装置をそれぞれ有する複数の車両が連結されてなる編成列車について記載されている。

特許第４８６５４４３号公報（図１）

上記特許文献１に記載の編成列車においては、各車両にエンジンが搭載され、当該エンジンを駆動することで、蓄電装置に電力が蓄電される。このため、蓄電装置に蓄電する際には、各車両において、エンジンの騒音と振動が生じる。この結果、乗客に不快感を与える問題が生じる。さらに、各車両にエンジン及び発電機が搭載されていることで、これらの保守メンテナンスについても手間がかかる。

そこで、本発明の目的は、蓄電時における騒音や振動を低下させるとともに、エンジン及び発電機の保守メンテナンスの手間を減らすことが可能な編成列車を提供することである。

本発明の編成列車は、エンジンと、前記エンジンの駆動力によって交流電力を発電する発電機と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置と、前記インバータ装置によって変換された交流電力によって駆動される電動機と、直流電力を充電及び放電する機能を持つ蓄電装置と、が分散して設けられた複数の車両が互いに連結されてなり、前記エンジンと前記発電機は、前記蓄電装置が設けられた前記車両とは別の前記車両に設けられている。

これによると、蓄電装置が設けられた車両には、エンジンを設ける必要がなくなる。このため、各車両にエンジンが搭載されているものよりも、騒音や振動を低下させることができる。加えて、エンジン及び発電機の保守メンテナンスの手間も減らすことができる。

本発明において、前記コンバータ装置、前記インバータ装置及び前記電動機は、前記蓄電装置が設けられた前記車両に設けられていることが好ましい。これにより、蓄電装置、コンバータ装置、インバータ装置及び電動機間を繋ぐ電線長を短くすることが可能となるとともに、電線の取り回しが簡単になる。

また、本発明において、前記蓄電装置、前記コンバータ装置、前記インバータ装置及び前記電動機は、前記車両の下部に配置されていることが好ましい。これにより、車両の重心が下方に位置し、安定する。このため、車両が、走行時に転覆しにくくなる。

また、本発明において、直流電力を交流電力に変換する補助電源装置と、前記補助電源装置によって変換された交流電力によって駆動される、空調装置及び照明装置を含む補助装置とをさらに備えている。そして、前記補助装置が前記車両のそれぞれに設けられ、前記補助電源装置は、前記エンジンと前記発電機が設けられた前記車両に設けられていることが好ましい。これにより、エンジンと発電機が設けられた車両の空きスペースに、補助電源装置を設けることができ、スペースを有効利用することが可能となる。

本発明の編成列車によると、蓄電装置が設けられた車両には、エンジンを設ける必要がなくなる。このため、各車両にエンジンが搭載されているものよりも、騒音や振動を低下させることができる。加えて、エンジン及び発電機の保守メンテナンスの手間も減らすことができる。

本発明の一実施形態である編成列車の概略側面図である。 図１に示す編成列車を下方から見たときの図である。 図１に示す編成列車の電気的構成を示すブロック図である。 図１に示す編成列車の走行及び停車時のエネルギー消費量、発電出力、充放電の状態を示すチャート図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

本発明の一実施形態である編成列車について、図１〜図３を参照し、以下に説明する。

編成列車１００は、２両の車両１，２が連結部３で互いに連結されることで構成されている。車両１は、図１に示すように、車体１１及び２つの台車１２を有する。車体１１は、進行方向Ａに長尺な直方体形状を有する。台車１２は、図１及び図２に示すように、車体１１の進行方向Ａの前方下部、及び、後方下部にそれぞれ取り付けられている。

各台車１２は、進行方向Ａに直交する方向に延在する２本の車軸１４及び４つの車輪１３を有しており、車体１１を下方から支持する。車輪１３は、各車軸１４の両端近傍にそれぞれ固定され、車軸１４を介して、台車１２に回転可能に支持されている。

各台車１２には、２つのモータ（電動機）１５が設けられている。これらモータ１５は、後述のインバータ装置２２によって変換された交流電力によって駆動される。モータ１５の駆動軸１５ａの先端には、ギア１６が固定されている。ギア１６は、モータ１５によって回転する。台車１２の各車軸１４には、ギア１６と噛み合うギア１７がそれぞれ固定されている。この構成において、モータ１５が駆動されると、各台車１２において、ギア１５，１６によって２本の車軸１４とともに４つの車輪１３が回転する。これにより、車両１が進行方向Ａ及び当該方向Ａとは逆の進行方向Ｂのいずれかに進行する。このように車両１は、駆動車である。なお、２つのモータ１５、ギア１６，１７などは、２つの台車１２のいずれか一方にだけ設けられていてもよい。

車両１には、図１〜図３に示すように、蓄電装置２０と、コンバータ装置２１と、インバータ装置２２と、補助装置２３とが設けられている。蓄電装置２０、コンバータ装置２１、インバータ装置２２及び４つのモータ１５は、車両１において、電力を供給する電線Ｄ１〜Ｄ７によって互いに接続されている。補助装置２３は、後述の補助電源装置３２、補助装置３３、電線Ｄ１０，Ｄ１１によって、直流電力部２５（図３参照）と接続されている。

蓄電装置２０、コンバータ装置２１及びインバータ装置２２は、図１及び図２に示すように、車両１の下部に配置されている。より具体的には、車体１１の下面であって、２つの台車１２間に配置されている。このように、蓄電装置２０、コンバータ装置２１、インバータ装置２２及び４つのモータ１５が、車両１の下部に配置されていることで、車両１の重心が下方に位置し、安定する。このため、車両１が走行時に転覆しにくくなる。

コンバータ装置２１は、図３に示すように、後述の発電機３１で発電された３相交流電力を入力とし、スイッチング素子（不図示）による整流制御により直流電力に変換し、直流電力部２５に供給する。直流電力部２５は、コンバータ装置２１とインバータ装置２２との間に位置する。インバータ装置２２は、直流電力部２５の直流電力を入力とし、スイッチング素子（不図示）による電圧・周波数可変（VVVF）制御により、３相交流電力に変換する。この３相交流電力により４つのモータ１５を駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、各台車１２の車軸１４でトルクを伝達して車両１を加減速させる。

蓄電装置２０は、直流電力部２５に接続されており、直流部分の電圧値と、蓄電装置２０の開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置２０が充電又は放電される。すなわち、直流部分の電圧値が、蓄電装置２０の開放端電圧値よりも大きいときは、直流部分の電力が蓄電装置２０に充電され、逆に、直流部分の電圧値が、蓄電装置２０の開放端電圧値よりも小さいときは、直流部分に蓄電装置２０の電力が放電される。

補助装置２３は、照明装置２３ａ及び２つの空調装置２３ｂとを有し、車体１１の天井及び屋上部分に配置されている。照明装置２３ａは、車体１１の前後方向に沿って延在している。２つの空調装置２３ｂは、車体１１の前方と後方とに分けて配置されている。補助装置２３は、補助電源装置３２で変換された３相交流電力により駆動される。なお、空調装置２３ｂは、車両１に対して、１又は３以上設けられていてもよい。

コンバータ装置２１は、図３に示すように、エンジン３０（後述する）、インバータ装置２２、蓄電装置２０、及び、補助電源装置３２と信号線Ｓ１〜Ｓ４によって接続されており、これらの動作状態を監視するとともに、蓄電装置２０の蓄電量を検出する。また、コンバータ装置２１は、エンジン３０、発電機３１（後述する）により発電される電力と、インバータ装置２２および各モータ１５で車両１を加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力とを調整制御して、蓄電装置２０の蓄電量を適切な範囲に維持する機能を有する。具体的には、コンバータ装置２１は、編成列車１００の走行時において、エンジン３０を駆動し、蓄電装置２０の蓄電量をほぼ一定に保つ。

車両２も、図１に示すように、車両１と同様な、車体１１及び２つの台車１２を有する。車両２に設けられた台車１２には、モータ１５が設けられていない。つまり、車両２は、駆動車である車両１によって走行する。車両２には、図１〜図３に示すように、エンジン３０と、発電機３１と、補助電源装置３２と、補助装置３３とが設けられている。発電機３１は、電線Ｄ９によってコンバータ装置２１と接続されている。補助電源装置３２は、電線Ｄ８によって直流電力部２５と接続されている。補助装置３３は、電線Ｄ１０によって補助電源装置３２と接続されている。

エンジン３０、発電機３１及び補助電源装置３２も、車両２の下部に配置されている。より具体的には、車体１１の下面であって、２つの台車１２間に配置されている。このため、車両２も走行時に転覆しにくくなる。

エンジン３０は、編成列車１００の動力源である。発電機３１は、エンジン３０の駆動軸と接続し、エンジン３０の回転出力を３相交流電力に変換する。発電された電力は、コンバータ装置２１に供給される。補助装置３３も、補助装置２３と同様に、照明装置３３ａ及び２つの空調装置３３ｂとを有し、車体１１の天井及び屋上部分に配置されている。補助電源装置３２は、直流電力部２５の直流電力を入力とし、スイッチング素子（不図示）による電圧・周波数一定（CVCF）制御により、３相交流電力に変換する。この３相交流電力により補助装置２３，３３の照明装置２３ａ，３３ａ及び２つの空調装置２３ｂ，３３ｂを駆動する。

続いて、編成列車１００の停車・走行時におけるエネルギー消費量、発電出力、充放電の状態について、図４を参照しつつ説明する。編成列車１００は、図４に示すように、停車時において、補助装置２３，３３が駆動される。このとき、補助装置２３，３３は、蓄電装置２０からの電力を補助電源装置３２が変換し、その変換した電力によって駆動される。また、編成列車１００の駅での停車時には発電を停止し、エンジン３０を駆動しないことも可能で、これにより、停車駅でのエンジン３０の駆動による騒音や振動を防ぐことができる。

編成列車１００が、次の駅に向けて走行を開始する。このとき、インバータ装置２２が蓄電装置２０の電力を交流電力に変換して、４つのモータ１５に供給することで、編成列車１００が走行する。編成列車１００は、力行時において、最もエネルギーを消費するが、蓄電装置２０はこれを賄う電力を蓄えているため、この力行時においても、蓄電装置２０からの電力だけで編成列車１００の走行が可能である。なお、補助装置２３，３３は、編成列車１００の走行時においても、蓄電装置２０からの電力によって駆動されている。コンバータ装置２１は、編成列車１００の走行が開始されると、エンジン３０を駆動する。このとき、コンバータ装置２１は、エンジン３０及び発電機３１によって最も効率良く発電することが可能な発電出力まで上昇させ、その後、発電出力を一定にする。このように発電出力を平準化することで、エンジン３０の燃費が向上する。この力行時においても、エンジン３０及び発電機３１によって発電されているため、蓄電装置２０には電力が蓄えられていくが、消費電力の方が多いため、実質的には蓄電量が減少する。

編成列車１００の惰行時は、モータ１５の駆動が停止されるため、補助装置２３，３３だけの駆動となる。このときも、エンジン３０が駆動されているため、蓄電装置２０には電力が蓄えられていく。この場合の消費電力は、補助装置２３，３３の駆動のみとなるため、発電量が消費電力を上回り、蓄電装置２０に電力が蓄えられる。つまり、力行時と補助装置２３，３３で消費した電力を充電することが可能となる。

次の停車駅の手前では、編成列車１００が減速される。このとき、モータ１５による回生電力が発生し、蓄電装置２０に供給される。このとき、コンバータ装置２１は、エンジン３０をアイドリング状態とし、発電を停止させる。このときの消費電力も、補助装置２３，３３の駆動のみとなるため、回生電力が消費電力を上回り、蓄電装置２０に電力が蓄えられ、力行時で消費した電力及びこれ以外の時に補助装置２３，３３によって消費された電力を充電することが可能となる。

以上に述べたように、本実施形態の編成列車１００によると、車両２にエンジン３０及び発電機３１を設け、車両１にはエンジン３０及び発電機３１を設けずに、空いたスペースに蓄電量が大容量となる蓄電装置２０が設けられている。このように車両１にエンジン３０及び発電機３１が設けられていないため、各車両にエンジンが搭載されているものよりも、騒音や振動を低下させることができる。加えて、エンジン３０及び発電機３１の保守メンテナンスの手間も減らすことができる。

また、コンバータ装置２１、インバータ装置２２及び４つのモータ１５が、同じ車両１に設けられている。これにより、蓄電装置２０、コンバータ装置２１、インバータ装置２１及びモータ１５間を繋ぐ電線長を短くすることが可能となるとともに、電線Ｄ１〜Ｄ７の取り回しが簡単になる。

また、補助電源装置３２が、エンジン３０と発電機３１が設けられた車両２に設けられている。これにより、車両２の空きスペースに、補助電源装置３２を設けることができ、スペースを有効利用することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、編成列車は、編成列車１００に別の車両がさらに連結されることで構成されていてもよい。この場合、別の車両には、少なくとも蓄電装置及び補助装置が設けられていることが望ましい。これにおいても、エンジン及び発電機が増加しないため、保守メンテナンスの手間がほとんど増えない。また、編成列車は、編成列車１００同士を２以上連結することで構成されていてもよい。これにおいても、各車両にエンジンが搭載されているものよりも、騒音や振動を低下させることができ、エンジン及び発電機の保守メンテナンスの手間も減らすことができる。

また、コンバータ装置２１、インバータ装置２２、及び、モータ１５は、車両２に設けられていてもよいし、車両１，２に分散して設けられていてもよい。また、蓄電装置２０、コンバータ装置２１、インバータ装置２２、及び、モータ１５は、鉛直方向に関して、車両１の中央及び上部に設けられていてもよい。補助電源装置３２及び補助装置２３，３３は設けられていなくてもよい。

１，２ 車両
１５ モータ（電動機）
２０ 蓄電装置
２１ コンバータ装置
２２ インバータ装置
２３，３３ 補助装置
２３ａ，３３ａ 照明装置
２３ｂ，３３ｂ 空調装置
３０ エンジン
３１ 発電機
３２ 補助電源装置
１００ 編成列車

Claims (4)

1. エンジンと、
   前記エンジンの駆動力によって交流電力を発電する発電機と、
   交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、
   直流電力を交流電力に変換するインバータ装置と、
   前記インバータ装置によって変換された交流電力によって駆動される電動機と、
   直流電力を充電及び放電する機能を持つ蓄電装置と、が分散して設けられた複数の車両が互いに連結されてなり、
   前記エンジンと前記発電機は、前記蓄電装置が設けられた前記車両とは別の前記車両に設けられていることを特徴とする編成列車。
2. 前記コンバータ装置、前記インバータ装置及び前記電動機は、前記蓄電装置が設けられた前記車両に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の編成列車。
3. 前記蓄電装置、前記コンバータ装置、前記インバータ装置及び前記電動機は、前記車両の下部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の編成列車。
4. 直流電力を交流電力に変換する補助電源装置と、
   前記補助電源装置によって変換された交流電力によって駆動される、空調装置及び照明装置を含む補助装置とをさらに備えており、
   前記補助装置が前記車両のそれぞれに設けられ、
   前記補助電源装置は、前記エンジンと前記発電機が設けられた前記車両に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の編成列車。