複電圧交直流電気車両
【課題】 既存の設備をできるかぎり用いて大出力化することが可能な複電圧交直流電気車両を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の複電圧交直流電気車両は、２つ以上の異なるき電区間を直通し、集電装置１ａ、１ｂと、集電装置１ａ、１ｂに直列に接続された断路器２ａ、２ｂと、断路器２ａ、２ｂと直列に接続された遮断器５ａと、遮断器５ａを介して電車線に印加されている電圧が交流か直流かに応じて交流入力回路１８と直流入力回路１７を切換える交直切換器７とを備えた第１の回路１９と、第１の回路１９と独立し、集電装置１ｃと、集電装置１ｃと直列に接続された遮断器５ｂとを備えた第２の回路２０とを備え、第１の回路１９の交流入力回路１８と第２の回路２０を切換える回路切換器１２を有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明の複電圧交直流電気車両は、２つ以上の異なるき電区間を直通し、集電装置１ａ、１ｂと、集電装置１ａ、１ｂに直列に接続された断路器２ａ、２ｂと、断路器２ａ、２ｂと直列に接続された遮断器５ａと、遮断器５ａを介して電車線に印加されている電圧が交流か直流かに応じて交流入力回路１８と直流入力回路１７を切換える交直切換器７とを備えた第１の回路１９と、第１の回路１９と独立し、集電装置１ｃと、集電装置１ｃと直列に接続された遮断器５ｂとを備えた第２の回路２０とを備え、第１の回路１９の交流入力回路１８と第２の回路２０を切換える回路切換器１２を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複電圧交直流電気車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両は、変電所からの電力を架空電車線などに供給し、車両に設けられた集電装置で受電し、車両の電動機を駆動することで走行するのが一般的である。この電車線に給電される電気方式には、直流、交流の違いがあり、例えば、現在、国内の在来線において、交流き電は２０ｋＶ、直流き電は１．５ｋＶである。これらのき電区間を走行する電気車両を同出力で比較すると、交流き電区間では数１００アンペアの通電であるものは、直流き電区間では数１０００アンペアの通電となる。したがって、交流専用電気車両は、絶縁の確保を中心とした車両設計が必要で、通電容量は問題になることはないが、直流専用電気車両は、通電容量の確保を中心とした車両設計が必要で、絶縁の確保が問題となることはない。
【０００３】
一方で、直流、交流の違いに対応した、異なる二つの電気方式の区間を直通運転し、１台の主変圧器によって構成される従来の交直流電気車両は、図１４に示す回路で構成される。図１４において、１ａ、１ｂは集電装置、２ａ、２ｂは断路器、３は交流電圧検出器、４は直流電圧検知器、５は遮断器、６は交流避雷器、７は交直切換器、８は主ヒューズ、９は直流避雷器、１０は交流冒進検出器、１１は直流遮断器、１３は主変圧器、１４は整流装置、１５は主制御器、１６は主電動機、１７は直流入力回路、１８は交流入力回路を表している。
【０００４】
一般に、１台の主変圧器１３によって構成される交直流電気車両は、集電装置１ａ、１ｂとそれぞれに直列に接続された断路器２ａ、２ｂが、回路保護のための遮断器５を介して交流入力回路１８と直流入力回路１７を切換える交直切換器７と接続されており、遮断器５の直後には交流避雷器６が設置されている。
【０００５】
交直切換器７の直流入力回路１７側は、直流遮断器１１、主制御器１５を介して主電動機１６と接続されている。さらに、交直切換器７の直後には直流避雷器９、交流冒進検知器１０が設けられている。また、交直切換器７の交流入力回路１８側は、主ヒューズ８を介して主変圧器１３、主整流器１４、そして前記主制御器１５を介して前記主電動機１６と接続され、車両中に設置されている。さらに、回路に加圧されているのが交流か直流かを検知するために、交流電圧検知器３と直流電圧検知器４が断路器２ａ、２ｂの共通接続点に設置されている。
【０００６】
図１４に示した従来の交直流電気車両は集電装置を２つ備えているが、直流き電区間で高速度運転をする電気車両や、負荷電流の大きい電気機関車等は、集電装置の集電能力の点から２つの集電装置１ａ、１ｂを同時に用いて運転し、交流き電区間を運転する車両は、電圧が高く集電電流が小さいので１つの集電装置１ａ又は１ｂを用いて運転しているためである。つまり、交直流電気車両は、直流き電区間を運転する場合は常に２つの断路器２ａ、２ｂを閉路して２つの集電装置から集電し、交流き電区間では１つの断路器２ａ又は２ｂのみを開いて１つの集電装置１ａ又は１ｂから電力を集電する。もし、交流き電区間において、集電装置を２つ上昇させたまま運転していても、断路器を片方開放していれば、電気回路上は１集電装置のみを用いていることとなる。
【０００７】
以下に、交直流電気車両の直流・交流それぞれの区間における運転動作及び異なるき電区間へ入る場合の運転動作について、特開２００２−３６９３１１号公報（特許文献１）や特開２０００−１２５４０９号公報（特許文献２）を参考にして述べる。直流き電区間を走行する場合については、集電装置１ａ、１ｂは一般に電気車両の屋根上のパンタグラフで構成されるが、運転手は、集電装置１ａ及び１ｂの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂを副集電装置とする）、両集電装置１ａ、１ｂを上昇させる。また、交直切換スイッチを直流側に設定し、遮断器５の投入スイッチを押す。遮断器５の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入された後、副集電装置１ｂに対応した断路器２ｂが投入される。直流電圧検知器４が直流電圧を検知し、交直切換器７が直流入力回路１７側に接続されている条件下で、遮断器５及び直流遮断器１１が投入され、電車線と主制御器１５を接続し、電車線からの直流電力を主制御器１５で交流電力に変換して車両走行用の主電動機１６を駆動する。
【０００８】
電気車が交流き電区間を走行する場合は、運転手が集電装置１ａ及び１ｂの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂを副集電装置とする）、主集電装置１ａを上昇させる。また、交直切換スイッチを交流側に設定し、遮断器５の投入スイッチを押す。遮断器５の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３が電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８側に接続されている条件の下で、遮断器５が投入され、電車線と主変圧器１３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１３に供給し、その二次巻線側に接続されている整流装置１４で直流電力に変換し、この直流電力を主制御器１５で交流に再変換して車両走行用の主電動機１６を駆動し電気車を走行させる。
【０００９】
交流き電区間から直流き電区間へ入る場合は、交流き電区間では、主集電装置１ａを上昇させ断路器２ａを投入した状態で走行しており、運転手は、交流き電区間最後の停車駅で、副集電装置１ｂを上昇させる。尚、この状態では、断路器は主集電装置１ａ側の断路器２ａのみが投入されているだけである。運転手は、交直セクション手前で、交直切換スイッチを直流側に設定すると、遮断器５が開放され、交直切換器７が直流入力回路１７側に切換る。その状態のままセクションを通過して直流き電区間に進入し、直流電圧検知器４が直流電圧を検知すると、副集電装置１ｂに接続された断路器２ｂが投入され、遮断器５が投入される。以上により、直流き電区間での再力行が可能となる。
【００１０】
直流き電区間から交流き電区間へ入る場合、直流き電区間では、電気車は主集電装置１ａ、副集電装置１ｂを上昇させたまま、断路器２ａ、２ｂを共に投入して走行している。そこで運転手が、直交セクション手前で交直切換スイッチを交流側に設定すると、遮断器５が開放され、交直切換器７が交流入力回路１８側に切換り、副集電装置１ｂの断路器２ｂが開放される。その状態のまま直交セクションを通過して交流き電区間に進入し、交流電圧検知器３が交流電圧を検知すると遮断器５が投入されて、交流き電区間での再力行が可能となる。また、直交セクション通過後の最初の停車駅で、副集電装置１ｂを降下させる。
【００１１】
以上のように、交流き電区間と直流き電区間を直通で走行する際には、交直切換器７の切換により交流き電区間に対する回路、直流き電区間に対する回路を構成する必要があるが、現実には車両側の交流と直流の切換が正しく行われない可能性もあり、冒進保護機能をもたせる必要がある。
【００１２】
以下に、切換操作をしなかった場合の保護動作について記述する。交流き電区間から直流き電区間へ入る際、交直切換器７の切換を行わなかった場合は、遮断器５は開放されないため、直流電圧が加圧されると主ヒューズ８が溶断し、主変圧器１３を保護する。直流入力回路１７側は異常がないため、交直切換器７を直流入力回路１７側と接続し、遮断器５が投入されると、直流き電区間の運転は可能となる。
【００１３】
直流き電区間から交流き電区間へ入る際、交直切換器７の切換を行わなかった場合は、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４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５を開く。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１１や主制御装置１６に交流が加圧されることはない。また、直流電圧検知器４の検知によって遮断器５の開放ができないまま交流２０ｋＶき電区間に入った場合、直流避雷器９に交流が加圧されたことを交流冒進検出器１０が検出して遮断器５を開くので、それ以後は直流遮断器１１や主制御装置１６に交流が加圧されることはない。
【００１４】
上述した車両は国内の在来線における交直流電気車両についてであり、全ての機器は直流１．５ｋＶ、交流２０ｋＶに対応した機器を用いている。一方で、同回路構成のまま、在来線区間に加えて、新幹線２５ｋＶき電区間も走行する車両については、集電装置、遮断器、直流遮断器、断路器、交直切換器等から構成される特別高圧回路及び、主変圧器、主制御器を２５ｋＶ対応とし、２０ｋＶき電区間では出力を落として走行することが可能である。しかし、電気機関車等の高出力電気車両においては、入力電圧が下がった分だけ電流を大きくとる必要があり、遮断器の通電容量等の問題から同回路で構成することは困難である。
【００１５】
また、交流き電区間、直流き電区間を直通する交直流電気車両のように、交流、直流の各電源に対応する車両を設計するためには、数１０００アンペアの通電容量の確保と絶縁の両方が必要となることは既に述べたが、図１４に示す回路構成のまま、さらに高電圧のき電区間を直通するためには、集電装置１ａ、１ｂ、遮断器５、直流遮断器１１、断路器２ａ、２ｂ及び交直切換器７からなる特別高圧回路を通電容量確保、絶縁確保のために大型化しなければならないという問題点があった。
【００１６】
例えば、在来線の交流２０ｋＶき電区間及び直流１．５ｋＶき電区間に対応した交直流電気車両が、新幹線区間２５ｋＶき電区間で走行可能となるために、同回路構成のまま特別高圧回路を大型化することについて考える。その場合にはまず、屋根上に設置する集電装置（パンタグラフ）、支持碍子などは、車上に保護装置が設けられないため、絶縁上十分な考慮を払って設計されるが、交流２０ｋＶ対応から交流２５ｋＶ対応となるため、通電容量を確保しながら支持碍子長を伸ばし、絶縁を確保することが必要となる。また、屋根上の集電装置で集電した電力を車両内に引き込むための２５ｋＶ用導体が入った貫通碍子は、２０ｋＶ用導体が入った貫通碍子と比較して全長が約１．５倍になり、断路器用支持碍子の全長も約１．５倍程度必要になる他、特別高圧回路の各装置間の絶縁確保のために、２０ｋＶ対応用の機器と比較して約１．５倍程度の距離が必要となる。さらに、特別高圧回路には雷やスイッチングサージなどの異常電圧も侵入することが考えられ、これらから機器の絶縁を確保するために避雷器を設ける。避雷器は、ある程度以上高い電圧が侵入してくると、避雷器内部の放電ギャップが放電してこれを大地に逃がす仕組みとなっているが、在来線の場合、避雷器が放電を開始する電圧は８０〜８５ｋＶに対して新幹線の場合は、１１０〜１２０ｋＶである。特別高圧回路の機器の絶縁耐力は、避雷器のこれらの特性をベースとして設計することから、在来線に対応した交直流電気車両を新幹線対応するためには、全体的に機器が大型化する。
【００１７】
上述したように、在来線に対応した交直流電気車両と同回路構成のままに新幹線き電区間に対応させようとすると、特別高圧回路の各機器を大型化させ、通電容量、絶縁を確保しなければならない。一方で、鉄道車両には車両が地上建造物と接触しないように定めた、大きさの限界を示す車両限界が規定されている。このため、特に高出力な電気車両については、在来線の車両限界で在来線用交直流車両の回路構成のまま新幹線用２５ｋＶ対応機器を設置しようとすると、高さ方向の車体寸法制約が厳しくなり、２０ｋＶ対応機器構成のまま２５ｋＶ機器に装置を置き換えることは実現することは現実には難しい。また、車体長さにも影響を及ぼすことが必至である。
【００１８】
鉄道車両の回路保護のための遮断器についても、現存する遮断器を電気機関車のような高出力車両に適用することは定格上採用不可能で、直流１．５ｋＶと交流２５ｋＶ電圧に対応した新規設計が必要となり、開発コストがかかる等の問題が発生する。
【００１９】
以上のように、図１４の従来例における交直流電気車両を交流き電２５ｋＶに対応するために大出力化するためには、集電装置、遮断器、直流遮断器、断路器及び交直切換器の通電容量を大型化しなければならず、全てを新規開発品とすることからコストが上がる上に、限られたスペースに用品を搭載することは、外形、重量の物理的制約から困難である問題点があった。
【特許文献１】特開２００２−３６９３１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２５４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、特別高圧の交流き電区間と、通常の高圧の交流き電区間と、直流き電区間とが点在する国内のき電区間に対応することが可能な複電圧交直流電気車両の生産を、在来の交直流電気車両から大出力化するために全てを新規開発品にするのではなく、既存の装置等をできる限り用いて可能にした複電圧交直流電気車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１の発明の複電圧交直流電気車両は、１又は複数個の集電装置と、前記１又は複数個の集電装置に直列に接続された断路器と、前記断路器と直列に接続された遮断器と、前記遮断器を介して電車線に印加されている電圧が交流か直流かに応じて交流入力回路と直流入力回路を切換える交直切換器とを備えた第１の回路と、前記第１の回路と独立し、集電装置と、前記集電装置と直列に接続された遮断器とを備えた第２の回路と、前記第１の回路の交流入力回路と前記第２の回路とを切換える回路切換器と、前記回路切換器に一次巻線側が接続された主変圧器と、前記主変圧器の二次巻線側に接続された主制御器と、前記主制御器の交流出力により駆動される主電動機とを備えものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、特別高圧の交流き電区間と、通常高圧の交流き電区間と、直流き電区間とが点在する国内のき電区間に対応することが可能な複電圧交直流電気車両を、既存の装置等をできる限り用いて生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００２４】
（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。図１において、１ａ、１ｂ、１ｃは集電装置、２ａ、２ｂは断路器、３ａ、３ｂは交流電圧検出器、４は直流電圧検知器、５ａ、５ｂは遮断器、６ａ、６ｂは交流避雷器、７は交直切換器、８は主ヒューズ、９は直流避雷器、１０は交流冒進検出器、１１は直流遮断器、１２は回路切換器、１３ａは主変圧器、１４ａは整流装置、１５ａは主制御器、１６ａは主電動機、１７は直流入力回路、１８は交流入力回路、１９は第１回路、２０は第２回路を表している。尚、図１において、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。
【００２５】
本実施の形態の複電圧交直流電気車両では、第１回路１９は集電装置１ａ、集電装置１ｂ、断路器２ａ、断路器２ｂ、遮断器５ａ、交直切換器７の機器を備えており、第２回路２０は集電装置１ｃ、遮断器５ｂの機器を備えている。また、第１回路１９の交流入力回路１８と第２回路２０とを切り換える回路切換器１２が設置されている。
【００２６】
交流電圧検知器３ａと直流電圧検知器４は、第１回路１９に加圧されているのが交流か直流かを検知するために、断路器２ａ、２ｂの直後に設置されている。交流避雷器６ａは、遮断器５ａの直後に設置されている。また、交流検知器３ｂは、第２回路２０に交流が加圧されていることを検知するために、集電装置１ｃの直後に設置され、交流避雷器６ｂは遮断器５ｂの直後に設置されている。
【００２７】
交直切換器７の直流入力回路１７側は、直流遮断器１１、主制御器１５ａを介して主電動機１６ａと接続されており、交直切換器７の直流入力回路１７側の直後には直流避雷器９、交流冒進検知器１０が設置されている。交直切換器７の交流入力回路１８は、主ヒューズ８を介して前記回路切換器１２に接続され、回路切換器１２の直後には、主変圧器１３ａ、主整流器１４ａが設置され、主制御器１５ａを通じて主電動機１６ａと接続されている。
【００２８】
図２は本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両が走行する直通き電区間の構成の説明図である。図２において、５３ａ、５３ｂは直流送電所、５４ａ、５４ｂは交流送電所、７０ａ、７０ｂは直流き電区間、７１ａ、７１ｂ、７１ｃはデッドセクション、７２ａは通常高圧の交流き電区間（２０ｋＶ）、７２ｂは特別高圧の交流き電区間（２５ｋＶ）を表している。本実施の形態の回路を持つ電気車が、国内の在来線、新幹線区間を直通運転する場合、国内の在来線は、交流き電は通常高圧の２０ｋＶ、直流き電は１．５ｋＶ、新幹線区間は、交流き電で特別高圧の２５ｋＶとなっており、図２に示すように、直流１．５ｋＶき電区間７０ａ、７０ｂ、交流２０ｋＶき電区間７２ａ、交流２５ｋＶき電区間７２ｂで構成される形態を考える。直流送電所５３ａ、５３ｂが直流１．５ｋＶ送電、交流５４ａが交流２０ｋＶ送電、交流送電所５４ｂが交流２５ｋＶ送電を行うことで、各区間へ電力を供給する。
【００２９】
また、交直セクション、交々セクション間はそれぞれデッドセクションで構成されており、直流１．５ｋＶき電区間７０ａと交流２０ｋＶき電区間７２ａの間にデッドセクション７１ａ、交流２０ｋＶき電区間７２ａと交流２５ｋＶき電区間７２ｂの間にデッドセクション７１ｂ、交流２５ｋＶき電区間７２ｂと直流１．５ｋＶき電区間７０ｂの間にデッドセクション７１ｃが設けられている。
【００３０】
本実施の形態の回路を有する複電圧交直流電気車両は、直流１．５ｋＶき電区間７０ａ、７０ｂでは、次のように動作する。集電装置１ａ、１ｂ、１ｃは一般に電気車両の屋根上の集電装置（パンタグラフ）で構成されるが、運転手は、集電装置１ａ、１ｂ、１ｃの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂ、１ｃを副集電装置とする）、集電装置１ａ、１ｂを上昇させ、１ｃを降下させておく。また、交直切換スイッチを直流側に設定して、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入された後に、副集電装置１ｂに対応した断路器２ｂが投入される。直流電圧検知器４が直流電圧を検知し、交直切換器７が直流入力回路１７側と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続された条件の下、遮断器５ｂが投入されない条件で遮断器５ａが投入され、電車線と主制御器１５ａを接続し、電車線からの直流電力を主制御器１５ａで交流電力に変換して車両駆動用の主電動機１６ａを駆動する。
【００３１】
交流２０ｋＶき電区間７２ａでは次のように動作する。運転手が、集電装置１ａ、１ｂ、１ｃの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂ、１ｃを副集電装置とする）、主集電装置１ａのみを上昇させる。また、回路切換器１２を第１回路１９側に設定し、交直切換スイッチを交流側に設定して、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３ａが交流電圧を検知すると、交直切換器７が交流入力回路１８側と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続された条件の下、遮断器５ｂが投入されない条件で遮断器５ａが投入され、電車線と主変圧器１３ａとを接続する。これによって、電車線からの交流電力は主変圧器１３ａの二次巻線側に接続されている整流装置１４ａで直流電力に変換され、この直流電力が主制御器１５ａで交流に再変換されて主電動機１６ａに供給され、主電動機１６ａを駆動して電気車を走行させる。
【００３２】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂでは次のように動作する。運転手が、集電装置１ａ、１ｂ、１ｃの主、副を決定し（ここでは１ｃを主集電装置、１ａ、１ｂを副集電装置とする）、主集電装置１ｃのみを上昇させる。交直切換スイッチを交流側に設定し、回路切換スイッチを第２回路２０側に設定し、遮断器の投入スイッチを押す。交流電圧検知器３ｂが交流電圧２５ｋＶを検知し、交直切換器７が交流入力回路１８側と接続され、回路切換器１２が第２回路２０と接続された条件の下、遮断器５ａが投入されない条件下で遮断器５ｂが投入され、電車線と主変圧器１３ａとを接続することによって電車線からの特別高圧の２５ｋＶ交流電力を主変圧器１３ａの二次巻線側に接続されている整流装置１４ａで直流電力に変換し、この直流電力を主制御器１５ａで交流に再変換して主電動機１６ａに供給し、主電動機１６ａを駆動して電気車を走行させる。
【００３３】
交流２０ｋＶき電区間７２ａから直流１．５ｋＶき電区間７０ａに入る場合は次のように動作する。電気車が、交流２０ｋＶき電区間７２ａを、主集電装置１ａを上昇させ、断路器２ａを投入して走行しており、運転手が、交流き電区間最後の停車駅で、副集電装置１ｂを上昇させる。尚、この状態では、副集電装置１ｃは降下し、断路器は２ａのみが投入され、遮断器５ａは閉路、遮断器５ｂは開路して、回路切換器１２は第１回路１９と接続されている。運転手は、交直セクション手前で、交直切換スイッチを直流側に設定すると、遮断器５ａが開放され、交直切換器７が直流入力回路１７側に切換わる。その状態のままデッドセクション７１ａを通過して直流１．５ｋＶき電区間７０ａに進入し、直流電圧検知器４が直流電圧を検知すると、副集電装置１ｂに接続された断路器２ｂが投入され、遮断器５ａが投入される。以上により、直流１．５ｋＶき電区間７０ａにて再力行が可能となる。
【００３４】
直流１．５ｋＶき電区間７０ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａに入る場合は次のように動作する。電気車が、直流１．５ｋＶき電区間７０ａを、主集電装置１ａ、副集電装置１ｂを上昇させ、副集電装置１ｃを降下させたまま、断路器２ａ、２ｂを共に投入し、回路切換器１２を第１回路１９と接続して走行している。尚、この状態では遮断器５ａは閉路、５ｂは開路している。運転手が、直交セクション手前で、回路切換器１２を第１回路１９と接続したまま、交直切換スイッチを交流側に設定すると、遮断器５ａが開放され、交直切換器７が交流入力回路１８側に切換わり、副集電装置１ｂの断路器２ｂが開放される。その状態のままデッドセクション７１ａを通過して交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入し、交流電圧検知器３ａが交流電圧を検知すると、遮断器５ａが投入され、再力行が可能となる。また、セクション通過後の最初の停車駅で、副集電装置１ｂは降下させる。
【００３５】
交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合の動作について説明する。図３に交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合の地上側条件について示す。図３において、５５は電気車、５６ａは停車場、５７ａは誤進行防止装置、５８ａは連続照査装置、５９は進行方向、６１は信号送受信装置を表している。尚、図２と同一の要素には同一の符号を用いて示している。また、図４、図５に図３の連続照査装置５８ａの動作のフローについて示す。
【００３６】
図３に示すように、電気車５５が交流２０ｋＶき電区間７２ａを進行方向５９に進行する。交流２０ｋＶき電区間内７２ａのあらゆる場所で非常停止信号を受信した場合にも、交流２０ｋＶき電区間７２ａ内で停車可能となるように、デッドセクション７１ｂ及び交流２５ｋＶき電区間７２ｂとの十分な距離を確保した位置に停車場５６ａを設け、停車場５６ａの交流２５ｋＶき電区間７２ｂ側端に誤進行防止装置５７ａを設置する。また、誤進行防止装置５７ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａ側の十分長い区間に連続照査装置５８ａを設置する。連続照査装置５８ａでは、車両の位置を常に検知していると共に、電気車５５及び誤進行防止装置５７ａと信号の送受信を行う。また、電気車５５上に、連続照査装置５８ａ、誤進行防止装置５７ａと信号の送受信を行う信号送受信装置６１を設置し、信号送受信装置６１は車両制御装置と連動し動作している。
【００３７】
図４、図５のフローに示すように、電気車５５が連続照査装置５８ａの設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ａが連続照査装置５８ａからの信号待ち状態（ステップＳ１０１）となり、連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に、２５ｋＶき電区間７２ｂに進入するか、２０ｋＶき電区間７２ａを引き返すのかの確認信号が送信される（ステップＳ１０２）。電気車５５は、２０ｋＶき電区間７２ａから２５ｋＶき電区間７２ｂに進行するため、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する確認信号を返信する。次に、信号を受信した連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に停車許可信号を発信し（ステップＳ１０６）、電気車５５は停車場５６ａに停車する。停車した電気車５５に、連続照査装置５８ａから遮断器５ａ開放、断路器２ａ開放、上昇している集電装置１ａの降下指令を送信する（ステップＳ１０８）。電気車５５が遮断器５ａを開放し、集電装置１ａが降下した後、交流電圧検知器３ａが交流電圧を検知しなくなると、車両側の信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに確認信号を返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ａは、集電装置１ｃの上昇指令、回路切換器１２の第２回路２０側への接続指令、遮断器５ｂの閉路指令を送信し（ステップＳ１０９）、それを受信した電気車５５は、集電装置１ｃのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第２回路２０側に接続するように設定し、遮断器の投入スイッチを押す。交流電圧検知器３ｂが交流電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８と接続され、回路切換器１２が第２回路２０と接続された条件が成立すると、遮断器５ａが投入されない条件で、遮断器５ａが開路したまま遮断器５ｂが投入され、遮断器５ｂ投入の確認信号を連続照査装置５８ａに返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ａは誤進行防止装置５７ａを解除し（ステップＳ１１０）、電気車５５は誤進行防止装置５７ａが解除されたのを確認してから力行し、デッドセクション７１ｂを通過して交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する。尚、本手順において、停車場５６ａを設けずに走行したまま上記動作を実施して交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進行することも可能である。この確認後、連続照査装置５８ａ、誤進行防止装置５７を初期化する（ステップＳ１１１）。
【００３８】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに入る場合の動作について説明する。図６は交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに入る場合の地上側条件について示す説明図である。図６において、５６ｂは停車場、５７ｂは誤進行防止装置、５８ｂは連続照査装置、５９ｂは進行方向を表している。尚、図２、図３と同一の要素には同一の符号を用いて示している。
【００３９】
図６に示すように電気車５５が進行方向５９ｂに進行する際、交流２０ｋＶき電区間７２ａに停車場５６ｂを設け、停車場５６ｂの反交流２５ｋＶき電区間側端に誤進行防止装置５７ｂを設置する。また、誤進行防止装置５７ｂからデッドセクション７１ｂを介して交流２５ｋＶき電区間７２ｂ側の十分長い区間に連続照査装置５８ｂを設置する。連続照査装置５８ｂは、連続的に車両の位置を検知すると共に、車両及び誤進行防止装置５７ｂとの信号の送受信を行う。また、電気車５５上に、連続照査装置５８ｂ、誤進行防止装置５７ｂと信号の送受信を行う信号送受信装置６１を設置する。
【００４０】
電気車５５が、連続照査装置５８ｂ設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ｂが連続照査装置５８ｂからの信号待ち状態となり、連続照査装置５８ｂから信号送受信装置６１に、交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入するか、交流２５ｋＶき電区間７２ｂに引き返すのかの確認信号が送信される。電気車５５は、２０ｋＶき電区間７２ａから２５ｋＶき電区間７２ｂに進行するため、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ｂに２０ｋＶき電区間７２ａに進入する信号を返信する。そして、連続照査装置５８ｂから信号送受信装置６１に停車許可信号を発信し、電気車５５は停車場５６ｂに停車する。停車した電気車５５に、連続照査装置５８ｂから遮断器５ｂ開放、上昇している集電装置１ｃの降下指令を発信する。遮断器５ｂを開放し、集電装置１ｃを降下して、交流電圧検知器３ｂが電圧を検知しなくなると、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ｂに確認信号を返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは、集電装置１ａの上昇指令、回路切換器１２の交流入力回路１８との接続指令、遮断器５ａの閉路指令を送信し、車両側は主集電装置１ａのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第１回路１９側に接続するように設定し、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３ａが電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８側と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続された条件が成立すると、遮断器５ｂが投入されない条件で、遮断器５ａが投入され、確認信号を連続照査装置５８ｂに返信する。連続照査装置５８ｂは誤進行防止装置５７ｂを解除し、電気車５５は誤進行防止装置５７ｂが解除されたのを確認してから力行する。
【００４１】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに入る場合の動作について説明する。図７は交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに入る場合の地上側条件について示す説明図である。図７において、６０は電圧変換器、７２ｃは交流き電区間を表している。尚、図２、図３、図６と同一の要素には同一の符号を用いて示している。
【００４２】
電気車５５が交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに入る場合、図７に示すように、交流２５ｋＶき電区間７２ｂに電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することで、デッドセクション７１ｃと交流２５ｋＶき電区間７２ｂとの間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設ける。そして、上述した交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進行する方法、及び、交流２０ｋＶき電区間７２ａから直流１．５ｋＶき電区間７０ａへ進入する方法を組み合わせることで、交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに進入する。
【００４３】
直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合の動作について説明する。電気車５５が直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合にも、上述した交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに進入する場合と同様、電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することでデッドセクション７１ｃと交流２５ｋＶき電区間７２ｂの間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設ける。以上により、上述直流１．５ｋＶき電区間７０ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進行する方法、及び、交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂへ進入する方法を組み合わせることで、直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する。
【００４４】
次に、本実施の形態の複電圧交直流電気車両の冒進保護動作について説明する。図２において、直流１．５ｋＶ７０ａから交流２０ｋＶのき電区間７２ａに車上切り替えが行われないままにデッドセクション７１ａへ突入した場合の冒進保護は次の通りである。まず、直流１．５ｋＶき電区間７０ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａへ冒進した場合、直流電圧検知器４によってデッドセクション７１ａ内において電車線電圧がないことを検知して遮断器５ａを開く。そのままだ行運転で交流２０ｋＶき電区間７２ａに入っても、直流遮断器１１や主制御装置１６ａに交流が加圧されることはない。また、直流電圧検知器４の検知によって遮断器５ａの開放ができないまま交流２０ｋＶき電区間７２ａに入った場合、直流避雷器９に交流が加圧されたことを交流冒進検出器１０によって検出して遮断器５ａを開くので、それ以後は直流遮断器１１や主制御装置１６ａに交流が加圧されることはない。逆に交流２０ｋＶき電区間７２ａから直流１．５ｋＶき電区間７０ａに冒進した場合は、主ヒューズ８が溶断して主変圧器１３ａを保護する。
【００４５】
次に、交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂへの冒進保護について図３、そして図４、図５のフローチャートを用いて説明する。図３に示す条件下で、電気車５５が連続照査装置５８ａ設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ａが連続照査装置５８ａからの信号待ち状態となり（ステップＳ１０１）、連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に、交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入するか、交流２０ｋＶき電区間７２ａを引き返すのかの確認信号が送信される（ステップＳ１０２）。
【００４６】
電気車５５が交流２０ｋＶき電区間７２ａに引き返す（２）の場合は、連続照査装置５８ａに２０ｋＶ側に引き返す確認信号を返信し、連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に停車許可信号が送信される（ステップＳ１０３）。許可信号を受信した電気車５５は、停車場５６ａに停車する。連続照査装置５８ａは、電気車５５が停車場５６ａに停止したのを確認して、連続照査装置５８ａ及び誤進行防止装置５７ａを初期化して次の車両に備える（ステップＳ１０４）。
【００４７】
また、電気車５５から信号の返信がない（３）の場合には、連続照査装置５８ａが信号送受信装置６１に非常停止指令を送信し、電気車５５を非常停止させる（ステップＳ１０５）。
【００４８】
交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進行する（１）の場合には、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する確認信号を返信する。
【００４９】
確認信号を受信した連続照査装置５８ａは信号送受信装置６１に停車許可信号を送信し（ステップＳ１０６）、電気車５５が連続照査区間内５８ａの誤進行防止装置５７ａまで進行した場合には、電気車５５を非常停止させる（ステップＳ１０７）。電気車５５が停車場５６ａで停車した場合には、ステップＳ１０８以下の動作へと移行する。尚、停車した電気車５５は誤進行防止装置５７ａが解除されるまで、力行することができない。
【００５０】
停車した電気車５５に、連続照査装置５８ａから遮断器５ａ開放、断路器２ａ開放、上昇している集電装置１ａの降下指令を送信する（ステップＳ１０８）。電気車５５側は、遮断器５ａを開放し、集電装置１ａが降下した後、交流電圧検知器３ａが電圧を検知しなくなると、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに確認信号を返信する。
【００５１】
確認信号を受信した連続照査装置５８ａは、集電装置１ｃの上昇指令、回路切換器１２の第２回路２０との接続指令及び遮断器５ｂ閉路指令を送信し（ステップＳ１０９）、それを受信した電気車５５は、主集電装置１ｃのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第２回路２０側に設定し遮断器の投入スイッチを押す。交流電圧検知器３ｂが交流電圧２５ｋＶを検知し、交直切換器７が交流入力回路１８と接続され、回路切換器１２が第２回路２０と接続された条件が成立すると、遮断器５ａが投入されない条件で、遮断器５ｂが投入される。遮断器５ｂが投入されると、電気車５５は、遮断器５ｂ投入確認信号を連続照査装置５８ａに返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ａは誤進行防止装置５７ａを解除し（ステップＳ１１０）、電気車５５は誤進行防止装置５７ａが解除されたのを確認してから力行する。電気車５５がデッドセクション７１ｂを通過して完全に交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入ったところで、連続照査装置５８ａは誤進行防止装置５７ａ及び連続照査装置５８ａを初期化して次の車両に備える（ステップＳ１１１）。尚、本手法においては交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入するまでの間、第２回路２０を用いて力行するが、出力が落ちるだけで問題なく走行可能である。
【００５２】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａへの冒進保護は次の通りである。図６に示す条件下で、電気車５５が連続照査装置５８ｂ設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ｂが連続照査装置５８ｂからの信号待ち状態となり、連続照査装置５８ｂから電気車５５上の信号送受信装置６１に、交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入するか、交流２５ｋＶき電区間７２ｂを引き返すのかの確認信号が送信される。
【００５３】
電気車５５は交流２５ｋＶき電区間７２ｂに引き返す場合は、連続照査装置５８ｂに交流２５ｋＶ側に引き返す確認信号を返信し、確認信号を受信した連続照査装置５８ｂから電気車５５の信号送受信装置６１に停車許可信号を発信する。信号を受信した電気車５５は、停車場５６ｂに停車する。連続照査装置５８ｂは、電気車５５が停車場５６ｂに停止したのを確認して、連続照査装置５８ｂ及び誤進行防止装置５７ｂを初期化し次の車両に備える。また、電気車５５から信号の返信がない場合には、連続照査装置５８ｂが信号送受信装置６１に非常停止指令を送信し、電気車５５を非常停止させる。
【００５４】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進行する場合、信号送受信装置６１から連続照査区間５７ｂに交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入する確認信号を返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは信号送受信装置６１に停車許可信号を送信し、電気車５５が連続照査区間内５８ｂの誤進行防止装置５７ｂまで進行した場合には、電気車５５を非常停止させ、電気車５５が停車場所５６ａで停車した場合には、次の動作へと移行する。尚、停車した電気車５５は誤進行防止装置５７ｂが解除されるまで、力行することができない。
【００５５】
停車した電気車５５に、連続照査装置５８ｂから遮断器５ｂ開放、上昇している集電装置１ｃの降下指令を送信する。電気車５５側は、遮断器５ｂを開放し、集電装置１ｃが降下した後、交流電圧検知器３ｂが電圧を検知しなくなると、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ｂに確認信号を返信する。
【００５６】
確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは、集電装置１ａの上昇指令、回路切換器１２の交流入力回路１８との接続指令、遮断器５ａを閉じる指令を送信し、それを受信した車両側は主集電装置１ａのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第２回路２０側に設定し、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３ａが電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続される条件が成立すると、遮断器５ｂが投入されない条件で、遮断器５ａが投入され、確認信号を連続照査装置５８ｂに返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは誤進行防止装置５７ｂを解除し、電気車５５は誤進行防止装置５７ｂが解除されたのを確認してから力行する。電気車５５が力行し、連続照査装置５８ｂ設置区間を抜けたところで連続照査装置５８ｂは誤進行防止装置５７ｂ及び連続照査装置５８ｂを初期化し、次の車両に備える。尚、本手法においては第２回路のまま交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入するが、出力が落ちるだけで問題なく走行可能である。また、本手法を用いずに第２回路２０を構成したまま交流２０ｋＶき電区間７２ａを走行することが可能であるが、第２回路２０を構成したまま直流き電区間７０ａへ冒進するのを防止するために本手法を用いることを特徴としている。
【００５７】
電気車５５が交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに進入する場合には、上述したように、図７に示す交流２５ｋＶき電区間７２ｂに電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することで、交流２５ｋＶき電区間と直流１．５ｋＶき電区間の間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設けるため、直接冒進することはない。
【００５８】
電気車５５が直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する場合についても、上述したように、図７に示す交流２５ｋＶき電区間７２ｂに電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することで、直流１．５ｋＶき電区間と交流２５ｋＶき電区間の間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設けるため、直接冒進することはない。
【００５９】
以上の本発明の第１の実施の形態によれば、従来の複電圧交直流電気車両の回路を大出力対応に交換するのではなく、従来の回路に加えて、これと独立した高電圧対応の第２の特別高圧回路を設け、それらを回路切換器によって切換えることで大出力対応可能な複電圧交直流電気車両とすることができる。また、冒進保護動作についても検討をし、本発明の有用性を確認した。
【００６０】
（第２の実施の形態）図８は、本発明の第２の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。図８において、１３ｂは主変圧器、２１ａは電圧変換器を表している。尚、図１、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図８に示す第２の実施の形態は、回路切換器１２と主変圧器１３ｂの間に交流２０ｋＶは交流２０ｋＶのまま、交流２５ｋＶは交流２０ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ａを設けることを特徴とする。その他の構成機器は第１の実施の形態と同じである。
【００６１】
本実施の形態の回路切換動作及び制御動作は、第１の実施の形態と同じであり、電圧変換器２１ａを設置することで、２５ｋＶ用と比較して形状が小さい２０ｋＶ用の主変圧器１３ｂを用いることが可能となる。また、従来の交直流電気車両用の第１回路１９及び主変圧器１３ｂ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａをそのまま流用することで、開発コストを抑制することも可能である。
【００６２】
（第３の実施の形態）図９は、本発明の第３の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。図９において、２２ａは終端接続部（２５ｋＶ用）、２２ｂは終端接続部（２０ｋＶ用）を表している。尚、図１、図８、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図９に示す第３の実施の形態では、第１回路１９と第２回路２０、回路切換器１２を異なる車両Ｈ、車両Ｊに分散して搭載する。また、車両Ｈ、車両Ｊそれぞれに２５ｋＶ用主変圧器１３ａ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを設けることで、各車両が自走可能となることを特徴とする。尚、車両Ｈ、車両Ｊは２５ｋＶ用終端接続部２２ａ、２０ｋＶ用終端接続部２２ｂを介して接続されており、異なる車両に主変圧器１３ａ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを搭載した構成以外は、回路切換動作、制御動作ともに第１の実施の形態と同じである。
【００６３】
第３の実施の形態では、異なる電圧に対する回路を２車両に分散して搭載することで、外形、重量の物理的制約を緩和することを可能とする。
【００６４】
（第４の実施の形態）図１０は、本発明の第４の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１０に示す第４の実施の形態では、第１回路１９、第２回路２０を異なる車両Ｋ、車両Ｍに搭載する。また、車両Ｍに、交流２０ｋＶは交流２０ｋＶのままとし、交流２５ｋＶは交流２０ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ａを搭載する。電圧変換器２１ａを搭載した以外は回路切換動作、制御動作ともに第３の実施の形態と同じである。
【００６５】
電圧変換器２１ａを車両Ｍに搭載することで、車両Ｍに印加される交流電圧２５ｋＶは、車両Ｋには印加されない。すなわち、車両Ｋには交流２０ｋＶ電圧のみが印加され、絶縁距離等の制約が従来の在来専用交直流電気車と等しくなることを特徴とする。
【００６６】
また、従来の交直流電気車両用の第１回路１９、２０ｋＶ用終端接続部２２ｂ、２０ｋＶ用主変圧器１３ｂ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを流用することで、開発コスト抑制も可能である。
【００６７】
（第５の実施の形態）図１１は、本発明の第５の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１０、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１１に示す第５の実施の形態では、第１回路１９と第２回路２０、回路切換器１２を異なる車両Ｎ、車両Ｐに分散して搭載する。また、車両Ｎのみに交流２５ｋＶ用主変圧器１３ａ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを設けることで、車両Ｐは、第２回路２０に対応したき電区間において、電力の集電のみを行うため、外形、重量の物理的制約の緩和が可能であることを特徴とする。尚、車両Ｎ、車両Ｐを終端接続部２２ａ、２２ｂを介して接続した以外は第１の実施の形態と回路切換動作、制御動作ともに同じである。
【００６８】
（第６の実施の形態）図１２は、本発明の第６の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１０、図１１、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１２に示す第６の実施の形態は、車両Ｔに交流２０ｋＶは交流２０ｋＶのまま、交流２５ｋＶは交流２０ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ａを備えることによって、車両Ｔは電力の集電及び電圧の変換のみを行うことを特徴とする。これにより、第４の実施の形態と同様の理由で、車両Ｒに印加された電圧が車両Ｔにも印加されることがなくなる。また、従来の交直流電気車両用の第１回路１９、２０ｋＶ用終端接続部２２ｂ、２０ｋＶ用主変圧器１３ｂ、整流装置、主制御器を流用することで、開発コスト抑制も可能である。尚、電圧変換器２１ａを搭載した以外は回路切換動作、制御動作ともに第５の実施の形態と同じである。
【００６９】
（第７の実施の形態）図１３は、本発明の第７の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１３に示す第７の実施の形態は、交流２０ｋＶ及び２５ｋＶを交流１．５ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ｂを設置することで、主変圧器を不要とすることを特徴とする。その他の構成機器は第２の実施の形態と同じである。
【００７０】
本実施の形態の回路切換動作及び制御動作は、第１の実施の形態と同じであり、電圧変換器２１ｂを設置することで主変圧器が省略され、外形等の制約を緩和し、コストを抑制することも可能である。尚、上記の各実施の形態で集電装置１ａ、１ｂ、１ｃとは、一般的に車両屋上に設置されるパンタグラフであるが、例えば、第３軌条集電装置などでもよい。また、主整流器１４ａ、１４ｂ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。また、説明のため、国内の直流１．５ｋＶ、交流２０ｋＶ、交流２５ｋＶき電を例として挙げたが、海外の直流３ｋＶ、交流１５ｋＶ、交流２５ｋＶき電としても同様の効果を得ることが可能であり、通常高圧は低圧交流側、特別高圧は高圧交流側を意味するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の直通き電区間の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の交流２０ｋＶき電区間から交流２５ｋＶき電区間に入る場合の地上側条件について示す説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の交々セクション通過時の冒進保護のフローチャート（その１）。
【図５】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の交々セクション通過時の冒進保護のフローチャート（その２）。
【図６】本発明の第１の実施の形態の交流２５ｋＶき電区間から交流２０ｋＶき電区間に入る場合の地上側条件について示す説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の交流２５ｋＶき電区間から直流１．５ｋＶき電区間に入る場合の地上側条件について示す説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１２】本発明の第６の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１３】本発明の第７の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１４】従来の交直流電気車両の回路図。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ、１ｂ、１ｃ 集電装置
２ａ、２ｂ 断路器
３ａ、３ｂ 交流電圧検出器
４ 直流電圧検知器
５ａ、５ｂ 遮断器
６ａ、６ｂ 交流避雷器
７ 交直切換器
８ 主ヒューズ
９ 直流避雷器
１０ 交流冒進検出器
１１ 直流遮断器
１２ 回路切換器
１３ａ、１３ｂ 主変圧器
１４ａ、１４ｂ 整流装置
１５ａ、１５ｂ 主制御器
１６ａ、１６ｂ 主電動機
１７ 直流入力回路
１８ 交流入力回路
１９ 第１回路
２０ 第２回路
２１ａ、２１ｂ 電圧変換器
２２ａ、２２ｂ 終端接続部
５３ａ、５３ｂ 直流送電所
５４ａ、５４ｂ 交流送電所
５５ 電気車
５６ａ、５６ｂ 停車場
５７ａ、５７ｂ 誤進行防止装置
５８ａ、５８ｂ 連続照査装置
５９、５９ｂ 進行方向
６０ 電圧変換器
６１ 信号送受信装置
７０ａ、７０ｂ 直流き電区間
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ デッドセクション
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ 交流き電区間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複電圧交直流電気車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両は、変電所からの電力を架空電車線などに供給し、車両に設けられた集電装置で受電し、車両の電動機を駆動することで走行するのが一般的である。この電車線に給電される電気方式には、直流、交流の違いがあり、例えば、現在、国内の在来線において、交流き電は２０ｋＶ、直流き電は１．５ｋＶである。これらのき電区間を走行する電気車両を同出力で比較すると、交流き電区間では数１００アンペアの通電であるものは、直流き電区間では数１０００アンペアの通電となる。したがって、交流専用電気車両は、絶縁の確保を中心とした車両設計が必要で、通電容量は問題になることはないが、直流専用電気車両は、通電容量の確保を中心とした車両設計が必要で、絶縁の確保が問題となることはない。
【０００３】
一方で、直流、交流の違いに対応した、異なる二つの電気方式の区間を直通運転し、１台の主変圧器によって構成される従来の交直流電気車両は、図１４に示す回路で構成される。図１４において、１ａ、１ｂは集電装置、２ａ、２ｂは断路器、３は交流電圧検出器、４は直流電圧検知器、５は遮断器、６は交流避雷器、７は交直切換器、８は主ヒューズ、９は直流避雷器、１０は交流冒進検出器、１１は直流遮断器、１３は主変圧器、１４は整流装置、１５は主制御器、１６は主電動機、１７は直流入力回路、１８は交流入力回路を表している。
【０００４】
一般に、１台の主変圧器１３によって構成される交直流電気車両は、集電装置１ａ、１ｂとそれぞれに直列に接続された断路器２ａ、２ｂが、回路保護のための遮断器５を介して交流入力回路１８と直流入力回路１７を切換える交直切換器７と接続されており、遮断器５の直後には交流避雷器６が設置されている。
【０００５】
交直切換器７の直流入力回路１７側は、直流遮断器１１、主制御器１５を介して主電動機１６と接続されている。さらに、交直切換器７の直後には直流避雷器９、交流冒進検知器１０が設けられている。また、交直切換器７の交流入力回路１８側は、主ヒューズ８を介して主変圧器１３、主整流器１４、そして前記主制御器１５を介して前記主電動機１６と接続され、車両中に設置されている。さらに、回路に加圧されているのが交流か直流かを検知するために、交流電圧検知器３と直流電圧検知器４が断路器２ａ、２ｂの共通接続点に設置されている。
【０００６】
図１４に示した従来の交直流電気車両は集電装置を２つ備えているが、直流き電区間で高速度運転をする電気車両や、負荷電流の大きい電気機関車等は、集電装置の集電能力の点から２つの集電装置１ａ、１ｂを同時に用いて運転し、交流き電区間を運転する車両は、電圧が高く集電電流が小さいので１つの集電装置１ａ又は１ｂを用いて運転しているためである。つまり、交直流電気車両は、直流き電区間を運転する場合は常に２つの断路器２ａ、２ｂを閉路して２つの集電装置から集電し、交流き電区間では１つの断路器２ａ又は２ｂのみを開いて１つの集電装置１ａ又は１ｂから電力を集電する。もし、交流き電区間において、集電装置を２つ上昇させたまま運転していても、断路器を片方開放していれば、電気回路上は１集電装置のみを用いていることとなる。
【０００７】
以下に、交直流電気車両の直流・交流それぞれの区間における運転動作及び異なるき電区間へ入る場合の運転動作について、特開２００２−３６９３１１号公報（特許文献１）や特開２０００−１２５４０９号公報（特許文献２）を参考にして述べる。直流き電区間を走行する場合については、集電装置１ａ、１ｂは一般に電気車両の屋根上のパンタグラフで構成されるが、運転手は、集電装置１ａ及び１ｂの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂを副集電装置とする）、両集電装置１ａ、１ｂを上昇させる。また、交直切換スイッチを直流側に設定し、遮断器５の投入スイッチを押す。遮断器５の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入された後、副集電装置１ｂに対応した断路器２ｂが投入される。直流電圧検知器４が直流電圧を検知し、交直切換器７が直流入力回路１７側に接続されている条件下で、遮断器５及び直流遮断器１１が投入され、電車線と主制御器１５を接続し、電車線からの直流電力を主制御器１５で交流電力に変換して車両走行用の主電動機１６を駆動する。
【０００８】
電気車が交流き電区間を走行する場合は、運転手が集電装置１ａ及び１ｂの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂを副集電装置とする）、主集電装置１ａを上昇させる。また、交直切換スイッチを交流側に設定し、遮断器５の投入スイッチを押す。遮断器５の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３が電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８側に接続されている条件の下で、遮断器５が投入され、電車線と主変圧器１３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１３に供給し、その二次巻線側に接続されている整流装置１４で直流電力に変換し、この直流電力を主制御器１５で交流に再変換して車両走行用の主電動機１６を駆動し電気車を走行させる。
【０００９】
交流き電区間から直流き電区間へ入る場合は、交流き電区間では、主集電装置１ａを上昇させ断路器２ａを投入した状態で走行しており、運転手は、交流き電区間最後の停車駅で、副集電装置１ｂを上昇させる。尚、この状態では、断路器は主集電装置１ａ側の断路器２ａのみが投入されているだけである。運転手は、交直セクション手前で、交直切換スイッチを直流側に設定すると、遮断器５が開放され、交直切換器７が直流入力回路１７側に切換る。その状態のままセクションを通過して直流き電区間に進入し、直流電圧検知器４が直流電圧を検知すると、副集電装置１ｂに接続された断路器２ｂが投入され、遮断器５が投入される。以上により、直流き電区間での再力行が可能となる。
【００１０】
直流き電区間から交流き電区間へ入る場合、直流き電区間では、電気車は主集電装置１ａ、副集電装置１ｂを上昇させたまま、断路器２ａ、２ｂを共に投入して走行している。そこで運転手が、直交セクション手前で交直切換スイッチを交流側に設定すると、遮断器５が開放され、交直切換器７が交流入力回路１８側に切換り、副集電装置１ｂの断路器２ｂが開放される。その状態のまま直交セクションを通過して交流き電区間に進入し、交流電圧検知器３が交流電圧を検知すると遮断器５が投入されて、交流き電区間での再力行が可能となる。また、直交セクション通過後の最初の停車駅で、副集電装置１ｂを降下させる。
【００１１】
以上のように、交流き電区間と直流き電区間を直通で走行する際には、交直切換器７の切換により交流き電区間に対する回路、直流き電区間に対する回路を構成する必要があるが、現実には車両側の交流と直流の切換が正しく行われない可能性もあり、冒進保護機能をもたせる必要がある。
【００１２】
以下に、切換操作をしなかった場合の保護動作について記述する。交流き電区間から直流き電区間へ入る際、交直切換器７の切換を行わなかった場合は、遮断器５は開放されないため、直流電圧が加圧されると主ヒューズ８が溶断し、主変圧器１３を保護する。直流入力回路１７側は異常がないため、交直切換器７を直流入力回路１７側と接続し、遮断器５が投入されると、直流き電区間の運転は可能となる。
【００１３】
直流き電区間から交流き電区間へ入る際、交直切換器７の切換を行わなかった場合は、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４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５を開く。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１１や主制御装置１６に交流が加圧されることはない。また、直流電圧検知器４の検知によって遮断器５の開放ができないまま交流２０ｋＶき電区間に入った場合、直流避雷器９に交流が加圧されたことを交流冒進検出器１０が検出して遮断器５を開くので、それ以後は直流遮断器１１や主制御装置１６に交流が加圧されることはない。
【００１４】
上述した車両は国内の在来線における交直流電気車両についてであり、全ての機器は直流１．５ｋＶ、交流２０ｋＶに対応した機器を用いている。一方で、同回路構成のまま、在来線区間に加えて、新幹線２５ｋＶき電区間も走行する車両については、集電装置、遮断器、直流遮断器、断路器、交直切換器等から構成される特別高圧回路及び、主変圧器、主制御器を２５ｋＶ対応とし、２０ｋＶき電区間では出力を落として走行することが可能である。しかし、電気機関車等の高出力電気車両においては、入力電圧が下がった分だけ電流を大きくとる必要があり、遮断器の通電容量等の問題から同回路で構成することは困難である。
【００１５】
また、交流き電区間、直流き電区間を直通する交直流電気車両のように、交流、直流の各電源に対応する車両を設計するためには、数１０００アンペアの通電容量の確保と絶縁の両方が必要となることは既に述べたが、図１４に示す回路構成のまま、さらに高電圧のき電区間を直通するためには、集電装置１ａ、１ｂ、遮断器５、直流遮断器１１、断路器２ａ、２ｂ及び交直切換器７からなる特別高圧回路を通電容量確保、絶縁確保のために大型化しなければならないという問題点があった。
【００１６】
例えば、在来線の交流２０ｋＶき電区間及び直流１．５ｋＶき電区間に対応した交直流電気車両が、新幹線区間２５ｋＶき電区間で走行可能となるために、同回路構成のまま特別高圧回路を大型化することについて考える。その場合にはまず、屋根上に設置する集電装置（パンタグラフ）、支持碍子などは、車上に保護装置が設けられないため、絶縁上十分な考慮を払って設計されるが、交流２０ｋＶ対応から交流２５ｋＶ対応となるため、通電容量を確保しながら支持碍子長を伸ばし、絶縁を確保することが必要となる。また、屋根上の集電装置で集電した電力を車両内に引き込むための２５ｋＶ用導体が入った貫通碍子は、２０ｋＶ用導体が入った貫通碍子と比較して全長が約１．５倍になり、断路器用支持碍子の全長も約１．５倍程度必要になる他、特別高圧回路の各装置間の絶縁確保のために、２０ｋＶ対応用の機器と比較して約１．５倍程度の距離が必要となる。さらに、特別高圧回路には雷やスイッチングサージなどの異常電圧も侵入することが考えられ、これらから機器の絶縁を確保するために避雷器を設ける。避雷器は、ある程度以上高い電圧が侵入してくると、避雷器内部の放電ギャップが放電してこれを大地に逃がす仕組みとなっているが、在来線の場合、避雷器が放電を開始する電圧は８０〜８５ｋＶに対して新幹線の場合は、１１０〜１２０ｋＶである。特別高圧回路の機器の絶縁耐力は、避雷器のこれらの特性をベースとして設計することから、在来線に対応した交直流電気車両を新幹線対応するためには、全体的に機器が大型化する。
【００１７】
上述したように、在来線に対応した交直流電気車両と同回路構成のままに新幹線き電区間に対応させようとすると、特別高圧回路の各機器を大型化させ、通電容量、絶縁を確保しなければならない。一方で、鉄道車両には車両が地上建造物と接触しないように定めた、大きさの限界を示す車両限界が規定されている。このため、特に高出力な電気車両については、在来線の車両限界で在来線用交直流車両の回路構成のまま新幹線用２５ｋＶ対応機器を設置しようとすると、高さ方向の車体寸法制約が厳しくなり、２０ｋＶ対応機器構成のまま２５ｋＶ機器に装置を置き換えることは実現することは現実には難しい。また、車体長さにも影響を及ぼすことが必至である。
【００１８】
鉄道車両の回路保護のための遮断器についても、現存する遮断器を電気機関車のような高出力車両に適用することは定格上採用不可能で、直流１．５ｋＶと交流２５ｋＶ電圧に対応した新規設計が必要となり、開発コストがかかる等の問題が発生する。
【００１９】
以上のように、図１４の従来例における交直流電気車両を交流き電２５ｋＶに対応するために大出力化するためには、集電装置、遮断器、直流遮断器、断路器及び交直切換器の通電容量を大型化しなければならず、全てを新規開発品とすることからコストが上がる上に、限られたスペースに用品を搭載することは、外形、重量の物理的制約から困難である問題点があった。
【特許文献１】特開２００２−３６９３１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２５４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、特別高圧の交流き電区間と、通常の高圧の交流き電区間と、直流き電区間とが点在する国内のき電区間に対応することが可能な複電圧交直流電気車両の生産を、在来の交直流電気車両から大出力化するために全てを新規開発品にするのではなく、既存の装置等をできる限り用いて可能にした複電圧交直流電気車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１の発明の複電圧交直流電気車両は、１又は複数個の集電装置と、前記１又は複数個の集電装置に直列に接続された断路器と、前記断路器と直列に接続された遮断器と、前記遮断器を介して電車線に印加されている電圧が交流か直流かに応じて交流入力回路と直流入力回路を切換える交直切換器とを備えた第１の回路と、前記第１の回路と独立し、集電装置と、前記集電装置と直列に接続された遮断器とを備えた第２の回路と、前記第１の回路の交流入力回路と前記第２の回路とを切換える回路切換器と、前記回路切換器に一次巻線側が接続された主変圧器と、前記主変圧器の二次巻線側に接続された主制御器と、前記主制御器の交流出力により駆動される主電動機とを備えものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、特別高圧の交流き電区間と、通常高圧の交流き電区間と、直流き電区間とが点在する国内のき電区間に対応することが可能な複電圧交直流電気車両を、既存の装置等をできる限り用いて生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００２４】
（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。図１において、１ａ、１ｂ、１ｃは集電装置、２ａ、２ｂは断路器、３ａ、３ｂは交流電圧検出器、４は直流電圧検知器、５ａ、５ｂは遮断器、６ａ、６ｂは交流避雷器、７は交直切換器、８は主ヒューズ、９は直流避雷器、１０は交流冒進検出器、１１は直流遮断器、１２は回路切換器、１３ａは主変圧器、１４ａは整流装置、１５ａは主制御器、１６ａは主電動機、１７は直流入力回路、１８は交流入力回路、１９は第１回路、２０は第２回路を表している。尚、図１において、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。
【００２５】
本実施の形態の複電圧交直流電気車両では、第１回路１９は集電装置１ａ、集電装置１ｂ、断路器２ａ、断路器２ｂ、遮断器５ａ、交直切換器７の機器を備えており、第２回路２０は集電装置１ｃ、遮断器５ｂの機器を備えている。また、第１回路１９の交流入力回路１８と第２回路２０とを切り換える回路切換器１２が設置されている。
【００２６】
交流電圧検知器３ａと直流電圧検知器４は、第１回路１９に加圧されているのが交流か直流かを検知するために、断路器２ａ、２ｂの直後に設置されている。交流避雷器６ａは、遮断器５ａの直後に設置されている。また、交流検知器３ｂは、第２回路２０に交流が加圧されていることを検知するために、集電装置１ｃの直後に設置され、交流避雷器６ｂは遮断器５ｂの直後に設置されている。
【００２７】
交直切換器７の直流入力回路１７側は、直流遮断器１１、主制御器１５ａを介して主電動機１６ａと接続されており、交直切換器７の直流入力回路１７側の直後には直流避雷器９、交流冒進検知器１０が設置されている。交直切換器７の交流入力回路１８は、主ヒューズ８を介して前記回路切換器１２に接続され、回路切換器１２の直後には、主変圧器１３ａ、主整流器１４ａが設置され、主制御器１５ａを通じて主電動機１６ａと接続されている。
【００２８】
図２は本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両が走行する直通き電区間の構成の説明図である。図２において、５３ａ、５３ｂは直流送電所、５４ａ、５４ｂは交流送電所、７０ａ、７０ｂは直流き電区間、７１ａ、７１ｂ、７１ｃはデッドセクション、７２ａは通常高圧の交流き電区間（２０ｋＶ）、７２ｂは特別高圧の交流き電区間（２５ｋＶ）を表している。本実施の形態の回路を持つ電気車が、国内の在来線、新幹線区間を直通運転する場合、国内の在来線は、交流き電は通常高圧の２０ｋＶ、直流き電は１．５ｋＶ、新幹線区間は、交流き電で特別高圧の２５ｋＶとなっており、図２に示すように、直流１．５ｋＶき電区間７０ａ、７０ｂ、交流２０ｋＶき電区間７２ａ、交流２５ｋＶき電区間７２ｂで構成される形態を考える。直流送電所５３ａ、５３ｂが直流１．５ｋＶ送電、交流５４ａが交流２０ｋＶ送電、交流送電所５４ｂが交流２５ｋＶ送電を行うことで、各区間へ電力を供給する。
【００２９】
また、交直セクション、交々セクション間はそれぞれデッドセクションで構成されており、直流１．５ｋＶき電区間７０ａと交流２０ｋＶき電区間７２ａの間にデッドセクション７１ａ、交流２０ｋＶき電区間７２ａと交流２５ｋＶき電区間７２ｂの間にデッドセクション７１ｂ、交流２５ｋＶき電区間７２ｂと直流１．５ｋＶき電区間７０ｂの間にデッドセクション７１ｃが設けられている。
【００３０】
本実施の形態の回路を有する複電圧交直流電気車両は、直流１．５ｋＶき電区間７０ａ、７０ｂでは、次のように動作する。集電装置１ａ、１ｂ、１ｃは一般に電気車両の屋根上の集電装置（パンタグラフ）で構成されるが、運転手は、集電装置１ａ、１ｂ、１ｃの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂ、１ｃを副集電装置とする）、集電装置１ａ、１ｂを上昇させ、１ｃを降下させておく。また、交直切換スイッチを直流側に設定して、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入された後に、副集電装置１ｂに対応した断路器２ｂが投入される。直流電圧検知器４が直流電圧を検知し、交直切換器７が直流入力回路１７側と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続された条件の下、遮断器５ｂが投入されない条件で遮断器５ａが投入され、電車線と主制御器１５ａを接続し、電車線からの直流電力を主制御器１５ａで交流電力に変換して車両駆動用の主電動機１６ａを駆動する。
【００３１】
交流２０ｋＶき電区間７２ａでは次のように動作する。運転手が、集電装置１ａ、１ｂ、１ｃの主、副を決定し（ここでは１ａを主集電装置、１ｂ、１ｃを副集電装置とする）、主集電装置１ａのみを上昇させる。また、回路切換器１２を第１回路１９側に設定し、交直切換スイッチを交流側に設定して、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３ａが交流電圧を検知すると、交直切換器７が交流入力回路１８側と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続された条件の下、遮断器５ｂが投入されない条件で遮断器５ａが投入され、電車線と主変圧器１３ａとを接続する。これによって、電車線からの交流電力は主変圧器１３ａの二次巻線側に接続されている整流装置１４ａで直流電力に変換され、この直流電力が主制御器１５ａで交流に再変換されて主電動機１６ａに供給され、主電動機１６ａを駆動して電気車を走行させる。
【００３２】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂでは次のように動作する。運転手が、集電装置１ａ、１ｂ、１ｃの主、副を決定し（ここでは１ｃを主集電装置、１ａ、１ｂを副集電装置とする）、主集電装置１ｃのみを上昇させる。交直切換スイッチを交流側に設定し、回路切換スイッチを第２回路２０側に設定し、遮断器の投入スイッチを押す。交流電圧検知器３ｂが交流電圧２５ｋＶを検知し、交直切換器７が交流入力回路１８側と接続され、回路切換器１２が第２回路２０と接続された条件の下、遮断器５ａが投入されない条件下で遮断器５ｂが投入され、電車線と主変圧器１３ａとを接続することによって電車線からの特別高圧の２５ｋＶ交流電力を主変圧器１３ａの二次巻線側に接続されている整流装置１４ａで直流電力に変換し、この直流電力を主制御器１５ａで交流に再変換して主電動機１６ａに供給し、主電動機１６ａを駆動して電気車を走行させる。
【００３３】
交流２０ｋＶき電区間７２ａから直流１．５ｋＶき電区間７０ａに入る場合は次のように動作する。電気車が、交流２０ｋＶき電区間７２ａを、主集電装置１ａを上昇させ、断路器２ａを投入して走行しており、運転手が、交流き電区間最後の停車駅で、副集電装置１ｂを上昇させる。尚、この状態では、副集電装置１ｃは降下し、断路器は２ａのみが投入され、遮断器５ａは閉路、遮断器５ｂは開路して、回路切換器１２は第１回路１９と接続されている。運転手は、交直セクション手前で、交直切換スイッチを直流側に設定すると、遮断器５ａが開放され、交直切換器７が直流入力回路１７側に切換わる。その状態のままデッドセクション７１ａを通過して直流１．５ｋＶき電区間７０ａに進入し、直流電圧検知器４が直流電圧を検知すると、副集電装置１ｂに接続された断路器２ｂが投入され、遮断器５ａが投入される。以上により、直流１．５ｋＶき電区間７０ａにて再力行が可能となる。
【００３４】
直流１．５ｋＶき電区間７０ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａに入る場合は次のように動作する。電気車が、直流１．５ｋＶき電区間７０ａを、主集電装置１ａ、副集電装置１ｂを上昇させ、副集電装置１ｃを降下させたまま、断路器２ａ、２ｂを共に投入し、回路切換器１２を第１回路１９と接続して走行している。尚、この状態では遮断器５ａは閉路、５ｂは開路している。運転手が、直交セクション手前で、回路切換器１２を第１回路１９と接続したまま、交直切換スイッチを交流側に設定すると、遮断器５ａが開放され、交直切換器７が交流入力回路１８側に切換わり、副集電装置１ｂの断路器２ｂが開放される。その状態のままデッドセクション７１ａを通過して交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入し、交流電圧検知器３ａが交流電圧を検知すると、遮断器５ａが投入され、再力行が可能となる。また、セクション通過後の最初の停車駅で、副集電装置１ｂは降下させる。
【００３５】
交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合の動作について説明する。図３に交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合の地上側条件について示す。図３において、５５は電気車、５６ａは停車場、５７ａは誤進行防止装置、５８ａは連続照査装置、５９は進行方向、６１は信号送受信装置を表している。尚、図２と同一の要素には同一の符号を用いて示している。また、図４、図５に図３の連続照査装置５８ａの動作のフローについて示す。
【００３６】
図３に示すように、電気車５５が交流２０ｋＶき電区間７２ａを進行方向５９に進行する。交流２０ｋＶき電区間内７２ａのあらゆる場所で非常停止信号を受信した場合にも、交流２０ｋＶき電区間７２ａ内で停車可能となるように、デッドセクション７１ｂ及び交流２５ｋＶき電区間７２ｂとの十分な距離を確保した位置に停車場５６ａを設け、停車場５６ａの交流２５ｋＶき電区間７２ｂ側端に誤進行防止装置５７ａを設置する。また、誤進行防止装置５７ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａ側の十分長い区間に連続照査装置５８ａを設置する。連続照査装置５８ａでは、車両の位置を常に検知していると共に、電気車５５及び誤進行防止装置５７ａと信号の送受信を行う。また、電気車５５上に、連続照査装置５８ａ、誤進行防止装置５７ａと信号の送受信を行う信号送受信装置６１を設置し、信号送受信装置６１は車両制御装置と連動し動作している。
【００３７】
図４、図５のフローに示すように、電気車５５が連続照査装置５８ａの設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ａが連続照査装置５８ａからの信号待ち状態（ステップＳ１０１）となり、連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に、２５ｋＶき電区間７２ｂに進入するか、２０ｋＶき電区間７２ａを引き返すのかの確認信号が送信される（ステップＳ１０２）。電気車５５は、２０ｋＶき電区間７２ａから２５ｋＶき電区間７２ｂに進行するため、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する確認信号を返信する。次に、信号を受信した連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に停車許可信号を発信し（ステップＳ１０６）、電気車５５は停車場５６ａに停車する。停車した電気車５５に、連続照査装置５８ａから遮断器５ａ開放、断路器２ａ開放、上昇している集電装置１ａの降下指令を送信する（ステップＳ１０８）。電気車５５が遮断器５ａを開放し、集電装置１ａが降下した後、交流電圧検知器３ａが交流電圧を検知しなくなると、車両側の信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに確認信号を返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ａは、集電装置１ｃの上昇指令、回路切換器１２の第２回路２０側への接続指令、遮断器５ｂの閉路指令を送信し（ステップＳ１０９）、それを受信した電気車５５は、集電装置１ｃのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第２回路２０側に接続するように設定し、遮断器の投入スイッチを押す。交流電圧検知器３ｂが交流電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８と接続され、回路切換器１２が第２回路２０と接続された条件が成立すると、遮断器５ａが投入されない条件で、遮断器５ａが開路したまま遮断器５ｂが投入され、遮断器５ｂ投入の確認信号を連続照査装置５８ａに返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ａは誤進行防止装置５７ａを解除し（ステップＳ１１０）、電気車５５は誤進行防止装置５７ａが解除されたのを確認してから力行し、デッドセクション７１ｂを通過して交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する。尚、本手順において、停車場５６ａを設けずに走行したまま上記動作を実施して交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進行することも可能である。この確認後、連続照査装置５８ａ、誤進行防止装置５７を初期化する（ステップＳ１１１）。
【００３８】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに入る場合の動作について説明する。図６は交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに入る場合の地上側条件について示す説明図である。図６において、５６ｂは停車場、５７ｂは誤進行防止装置、５８ｂは連続照査装置、５９ｂは進行方向を表している。尚、図２、図３と同一の要素には同一の符号を用いて示している。
【００３９】
図６に示すように電気車５５が進行方向５９ｂに進行する際、交流２０ｋＶき電区間７２ａに停車場５６ｂを設け、停車場５６ｂの反交流２５ｋＶき電区間側端に誤進行防止装置５７ｂを設置する。また、誤進行防止装置５７ｂからデッドセクション７１ｂを介して交流２５ｋＶき電区間７２ｂ側の十分長い区間に連続照査装置５８ｂを設置する。連続照査装置５８ｂは、連続的に車両の位置を検知すると共に、車両及び誤進行防止装置５７ｂとの信号の送受信を行う。また、電気車５５上に、連続照査装置５８ｂ、誤進行防止装置５７ｂと信号の送受信を行う信号送受信装置６１を設置する。
【００４０】
電気車５５が、連続照査装置５８ｂ設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ｂが連続照査装置５８ｂからの信号待ち状態となり、連続照査装置５８ｂから信号送受信装置６１に、交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入するか、交流２５ｋＶき電区間７２ｂに引き返すのかの確認信号が送信される。電気車５５は、２０ｋＶき電区間７２ａから２５ｋＶき電区間７２ｂに進行するため、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ｂに２０ｋＶき電区間７２ａに進入する信号を返信する。そして、連続照査装置５８ｂから信号送受信装置６１に停車許可信号を発信し、電気車５５は停車場５６ｂに停車する。停車した電気車５５に、連続照査装置５８ｂから遮断器５ｂ開放、上昇している集電装置１ｃの降下指令を発信する。遮断器５ｂを開放し、集電装置１ｃを降下して、交流電圧検知器３ｂが電圧を検知しなくなると、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ｂに確認信号を返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは、集電装置１ａの上昇指令、回路切換器１２の交流入力回路１８との接続指令、遮断器５ａの閉路指令を送信し、車両側は主集電装置１ａのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第１回路１９側に接続するように設定し、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３ａが電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８側と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続された条件が成立すると、遮断器５ｂが投入されない条件で、遮断器５ａが投入され、確認信号を連続照査装置５８ｂに返信する。連続照査装置５８ｂは誤進行防止装置５７ｂを解除し、電気車５５は誤進行防止装置５７ｂが解除されたのを確認してから力行する。
【００４１】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに入る場合の動作について説明する。図７は交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに入る場合の地上側条件について示す説明図である。図７において、６０は電圧変換器、７２ｃは交流き電区間を表している。尚、図２、図３、図６と同一の要素には同一の符号を用いて示している。
【００４２】
電気車５５が交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに入る場合、図７に示すように、交流２５ｋＶき電区間７２ｂに電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することで、デッドセクション７１ｃと交流２５ｋＶき電区間７２ｂとの間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設ける。そして、上述した交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進行する方法、及び、交流２０ｋＶき電区間７２ａから直流１．５ｋＶき電区間７０ａへ進入する方法を組み合わせることで、交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに進入する。
【００４３】
直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合の動作について説明する。電気車５５が直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入る場合にも、上述した交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに進入する場合と同様、電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することでデッドセクション７１ｃと交流２５ｋＶき電区間７２ｂの間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設ける。以上により、上述直流１．５ｋＶき電区間７０ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進行する方法、及び、交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂへ進入する方法を組み合わせることで、直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する。
【００４４】
次に、本実施の形態の複電圧交直流電気車両の冒進保護動作について説明する。図２において、直流１．５ｋＶ７０ａから交流２０ｋＶのき電区間７２ａに車上切り替えが行われないままにデッドセクション７１ａへ突入した場合の冒進保護は次の通りである。まず、直流１．５ｋＶき電区間７０ａから交流２０ｋＶき電区間７２ａへ冒進した場合、直流電圧検知器４によってデッドセクション７１ａ内において電車線電圧がないことを検知して遮断器５ａを開く。そのままだ行運転で交流２０ｋＶき電区間７２ａに入っても、直流遮断器１１や主制御装置１６ａに交流が加圧されることはない。また、直流電圧検知器４の検知によって遮断器５ａの開放ができないまま交流２０ｋＶき電区間７２ａに入った場合、直流避雷器９に交流が加圧されたことを交流冒進検出器１０によって検出して遮断器５ａを開くので、それ以後は直流遮断器１１や主制御装置１６ａに交流が加圧されることはない。逆に交流２０ｋＶき電区間７２ａから直流１．５ｋＶき電区間７０ａに冒進した場合は、主ヒューズ８が溶断して主変圧器１３ａを保護する。
【００４５】
次に、交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂへの冒進保護について図３、そして図４、図５のフローチャートを用いて説明する。図３に示す条件下で、電気車５５が連続照査装置５８ａ設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ａが連続照査装置５８ａからの信号待ち状態となり（ステップＳ１０１）、連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に、交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入するか、交流２０ｋＶき電区間７２ａを引き返すのかの確認信号が送信される（ステップＳ１０２）。
【００４６】
電気車５５が交流２０ｋＶき電区間７２ａに引き返す（２）の場合は、連続照査装置５８ａに２０ｋＶ側に引き返す確認信号を返信し、連続照査装置５８ａから信号送受信装置６１に停車許可信号が送信される（ステップＳ１０３）。許可信号を受信した電気車５５は、停車場５６ａに停車する。連続照査装置５８ａは、電気車５５が停車場５６ａに停止したのを確認して、連続照査装置５８ａ及び誤進行防止装置５７ａを初期化して次の車両に備える（ステップＳ１０４）。
【００４７】
また、電気車５５から信号の返信がない（３）の場合には、連続照査装置５８ａが信号送受信装置６１に非常停止指令を送信し、電気車５５を非常停止させる（ステップＳ１０５）。
【００４８】
交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進行する（１）の場合には、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する確認信号を返信する。
【００４９】
確認信号を受信した連続照査装置５８ａは信号送受信装置６１に停車許可信号を送信し（ステップＳ１０６）、電気車５５が連続照査区間内５８ａの誤進行防止装置５７ａまで進行した場合には、電気車５５を非常停止させる（ステップＳ１０７）。電気車５５が停車場５６ａで停車した場合には、ステップＳ１０８以下の動作へと移行する。尚、停車した電気車５５は誤進行防止装置５７ａが解除されるまで、力行することができない。
【００５０】
停車した電気車５５に、連続照査装置５８ａから遮断器５ａ開放、断路器２ａ開放、上昇している集電装置１ａの降下指令を送信する（ステップＳ１０８）。電気車５５側は、遮断器５ａを開放し、集電装置１ａが降下した後、交流電圧検知器３ａが電圧を検知しなくなると、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ａに確認信号を返信する。
【００５１】
確認信号を受信した連続照査装置５８ａは、集電装置１ｃの上昇指令、回路切換器１２の第２回路２０との接続指令及び遮断器５ｂ閉路指令を送信し（ステップＳ１０９）、それを受信した電気車５５は、主集電装置１ｃのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第２回路２０側に設定し遮断器の投入スイッチを押す。交流電圧検知器３ｂが交流電圧２５ｋＶを検知し、交直切換器７が交流入力回路１８と接続され、回路切換器１２が第２回路２０と接続された条件が成立すると、遮断器５ａが投入されない条件で、遮断器５ｂが投入される。遮断器５ｂが投入されると、電気車５５は、遮断器５ｂ投入確認信号を連続照査装置５８ａに返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ａは誤進行防止装置５７ａを解除し（ステップＳ１１０）、電気車５５は誤進行防止装置５７ａが解除されたのを確認してから力行する。電気車５５がデッドセクション７１ｂを通過して完全に交流２５ｋＶき電区間７２ｂに入ったところで、連続照査装置５８ａは誤進行防止装置５７ａ及び連続照査装置５８ａを初期化して次の車両に備える（ステップＳ１１１）。尚、本手法においては交流２０ｋＶき電区間７２ａから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入するまでの間、第２回路２０を用いて力行するが、出力が落ちるだけで問題なく走行可能である。
【００５２】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａへの冒進保護は次の通りである。図６に示す条件下で、電気車５５が連続照査装置５８ｂ設置区間に進入すると、誤進行防止装置５７ｂが連続照査装置５８ｂからの信号待ち状態となり、連続照査装置５８ｂから電気車５５上の信号送受信装置６１に、交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入するか、交流２５ｋＶき電区間７２ｂを引き返すのかの確認信号が送信される。
【００５３】
電気車５５は交流２５ｋＶき電区間７２ｂに引き返す場合は、連続照査装置５８ｂに交流２５ｋＶ側に引き返す確認信号を返信し、確認信号を受信した連続照査装置５８ｂから電気車５５の信号送受信装置６１に停車許可信号を発信する。信号を受信した電気車５５は、停車場５６ｂに停車する。連続照査装置５８ｂは、電気車５５が停車場５６ｂに停止したのを確認して、連続照査装置５８ｂ及び誤進行防止装置５７ｂを初期化し次の車両に備える。また、電気車５５から信号の返信がない場合には、連続照査装置５８ｂが信号送受信装置６１に非常停止指令を送信し、電気車５５を非常停止させる。
【００５４】
交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進行する場合、信号送受信装置６１から連続照査区間５７ｂに交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入する確認信号を返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは信号送受信装置６１に停車許可信号を送信し、電気車５５が連続照査区間内５８ｂの誤進行防止装置５７ｂまで進行した場合には、電気車５５を非常停止させ、電気車５５が停車場所５６ａで停車した場合には、次の動作へと移行する。尚、停車した電気車５５は誤進行防止装置５７ｂが解除されるまで、力行することができない。
【００５５】
停車した電気車５５に、連続照査装置５８ｂから遮断器５ｂ開放、上昇している集電装置１ｃの降下指令を送信する。電気車５５側は、遮断器５ｂを開放し、集電装置１ｃが降下した後、交流電圧検知器３ｂが電圧を検知しなくなると、信号送受信装置６１から連続照査装置５８ｂに確認信号を返信する。
【００５６】
確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは、集電装置１ａの上昇指令、回路切換器１２の交流入力回路１８との接続指令、遮断器５ａを閉じる指令を送信し、それを受信した車両側は主集電装置１ａのみを上昇させ、回路切換スイッチにより回路切換器１２を第２回路２０側に設定し、遮断器の投入スイッチを押す。遮断器の投入指令が出されると、主集電装置１ａに対応した断路器２ａが投入される。交流電圧検知器３ａが電圧を検知し、交直切換器７が交流入力回路１８と接続され、回路切換器１２が第１回路１９と接続される条件が成立すると、遮断器５ｂが投入されない条件で、遮断器５ａが投入され、確認信号を連続照査装置５８ｂに返信する。確認信号を受信した連続照査装置５８ｂは誤進行防止装置５７ｂを解除し、電気車５５は誤進行防止装置５７ｂが解除されたのを確認してから力行する。電気車５５が力行し、連続照査装置５８ｂ設置区間を抜けたところで連続照査装置５８ｂは誤進行防止装置５７ｂ及び連続照査装置５８ｂを初期化し、次の車両に備える。尚、本手法においては第２回路のまま交流２５ｋＶき電区間７２ｂから交流２０ｋＶき電区間７２ａに進入するが、出力が落ちるだけで問題なく走行可能である。また、本手法を用いずに第２回路２０を構成したまま交流２０ｋＶき電区間７２ａを走行することが可能であるが、第２回路２０を構成したまま直流き電区間７０ａへ冒進するのを防止するために本手法を用いることを特徴としている。
【００５７】
電気車５５が交流２５ｋＶき電区間７２ｂから直流１．５ｋＶき電区間７０ｂに進入する場合には、上述したように、図７に示す交流２５ｋＶき電区間７２ｂに電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することで、交流２５ｋＶき電区間と直流１．５ｋＶき電区間の間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設けるため、直接冒進することはない。
【００５８】
電気車５５が直流１．５ｋＶき電区間７０ｂから交流２５ｋＶき電区間７２ｂに進入する場合についても、上述したように、図７に示す交流２５ｋＶき電区間７２ｂに電圧変換器６０を設置し、交流２５ｋＶを交流２０ｋＶに降圧することで、直流１．５ｋＶき電区間と交流２５ｋＶき電区間の間に交流２０ｋＶき電区間７２ｃを設けるため、直接冒進することはない。
【００５９】
以上の本発明の第１の実施の形態によれば、従来の複電圧交直流電気車両の回路を大出力対応に交換するのではなく、従来の回路に加えて、これと独立した高電圧対応の第２の特別高圧回路を設け、それらを回路切換器によって切換えることで大出力対応可能な複電圧交直流電気車両とすることができる。また、冒進保護動作についても検討をし、本発明の有用性を確認した。
【００６０】
（第２の実施の形態）図８は、本発明の第２の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。図８において、１３ｂは主変圧器、２１ａは電圧変換器を表している。尚、図１、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図８に示す第２の実施の形態は、回路切換器１２と主変圧器１３ｂの間に交流２０ｋＶは交流２０ｋＶのまま、交流２５ｋＶは交流２０ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ａを設けることを特徴とする。その他の構成機器は第１の実施の形態と同じである。
【００６１】
本実施の形態の回路切換動作及び制御動作は、第１の実施の形態と同じであり、電圧変換器２１ａを設置することで、２５ｋＶ用と比較して形状が小さい２０ｋＶ用の主変圧器１３ｂを用いることが可能となる。また、従来の交直流電気車両用の第１回路１９及び主変圧器１３ｂ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａをそのまま流用することで、開発コストを抑制することも可能である。
【００６２】
（第３の実施の形態）図９は、本発明の第３の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。図９において、２２ａは終端接続部（２５ｋＶ用）、２２ｂは終端接続部（２０ｋＶ用）を表している。尚、図１、図８、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図９に示す第３の実施の形態では、第１回路１９と第２回路２０、回路切換器１２を異なる車両Ｈ、車両Ｊに分散して搭載する。また、車両Ｈ、車両Ｊそれぞれに２５ｋＶ用主変圧器１３ａ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを設けることで、各車両が自走可能となることを特徴とする。尚、車両Ｈ、車両Ｊは２５ｋＶ用終端接続部２２ａ、２０ｋＶ用終端接続部２２ｂを介して接続されており、異なる車両に主変圧器１３ａ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを搭載した構成以外は、回路切換動作、制御動作ともに第１の実施の形態と同じである。
【００６３】
第３の実施の形態では、異なる電圧に対する回路を２車両に分散して搭載することで、外形、重量の物理的制約を緩和することを可能とする。
【００６４】
（第４の実施の形態）図１０は、本発明の第４の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１０に示す第４の実施の形態では、第１回路１９、第２回路２０を異なる車両Ｋ、車両Ｍに搭載する。また、車両Ｍに、交流２０ｋＶは交流２０ｋＶのままとし、交流２５ｋＶは交流２０ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ａを搭載する。電圧変換器２１ａを搭載した以外は回路切換動作、制御動作ともに第３の実施の形態と同じである。
【００６５】
電圧変換器２１ａを車両Ｍに搭載することで、車両Ｍに印加される交流電圧２５ｋＶは、車両Ｋには印加されない。すなわち、車両Ｋには交流２０ｋＶ電圧のみが印加され、絶縁距離等の制約が従来の在来専用交直流電気車と等しくなることを特徴とする。
【００６６】
また、従来の交直流電気車両用の第１回路１９、２０ｋＶ用終端接続部２２ｂ、２０ｋＶ用主変圧器１３ｂ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを流用することで、開発コスト抑制も可能である。
【００６７】
（第５の実施の形態）図１１は、本発明の第５の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１０、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１１に示す第５の実施の形態では、第１回路１９と第２回路２０、回路切換器１２を異なる車両Ｎ、車両Ｐに分散して搭載する。また、車両Ｎのみに交流２５ｋＶ用主変圧器１３ａ、整流装置１４ａ、主制御器１５ａを設けることで、車両Ｐは、第２回路２０に対応したき電区間において、電力の集電のみを行うため、外形、重量の物理的制約の緩和が可能であることを特徴とする。尚、車両Ｎ、車両Ｐを終端接続部２２ａ、２２ｂを介して接続した以外は第１の実施の形態と回路切換動作、制御動作ともに同じである。
【００６８】
（第６の実施の形態）図１２は、本発明の第６の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１０、図１１、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１２に示す第６の実施の形態は、車両Ｔに交流２０ｋＶは交流２０ｋＶのまま、交流２５ｋＶは交流２０ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ａを備えることによって、車両Ｔは電力の集電及び電圧の変換のみを行うことを特徴とする。これにより、第４の実施の形態と同様の理由で、車両Ｒに印加された電圧が車両Ｔにも印加されることがなくなる。また、従来の交直流電気車両用の第１回路１９、２０ｋＶ用終端接続部２２ｂ、２０ｋＶ用主変圧器１３ｂ、整流装置、主制御器を流用することで、開発コスト抑制も可能である。尚、電圧変換器２１ａを搭載した以外は回路切換動作、制御動作ともに第５の実施の形態と同じである。
【００６９】
（第７の実施の形態）図１３は、本発明の第７の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路構成を示す図である。尚、図１、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。図１３に示す第７の実施の形態は、交流２０ｋＶ及び２５ｋＶを交流１．５ｋＶに変圧可能な電圧変換器２１ｂを設置することで、主変圧器を不要とすることを特徴とする。その他の構成機器は第２の実施の形態と同じである。
【００７０】
本実施の形態の回路切換動作及び制御動作は、第１の実施の形態と同じであり、電圧変換器２１ｂを設置することで主変圧器が省略され、外形等の制約を緩和し、コストを抑制することも可能である。尚、上記の各実施の形態で集電装置１ａ、１ｂ、１ｃとは、一般的に車両屋上に設置されるパンタグラフであるが、例えば、第３軌条集電装置などでもよい。また、主整流器１４ａ、１４ｂ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。また、説明のため、国内の直流１．５ｋＶ、交流２０ｋＶ、交流２５ｋＶき電を例として挙げたが、海外の直流３ｋＶ、交流１５ｋＶ、交流２５ｋＶき電としても同様の効果を得ることが可能であり、通常高圧は低圧交流側、特別高圧は高圧交流側を意味するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の直通き電区間の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の交流２０ｋＶき電区間から交流２５ｋＶき電区間に入る場合の地上側条件について示す説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の交々セクション通過時の冒進保護のフローチャート（その１）。
【図５】本発明の第１の実施の形態の複電圧交直流電気車両の交々セクション通過時の冒進保護のフローチャート（その２）。
【図６】本発明の第１の実施の形態の交流２５ｋＶき電区間から交流２０ｋＶき電区間に入る場合の地上側条件について示す説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の交流２５ｋＶき電区間から直流１．５ｋＶき電区間に入る場合の地上側条件について示す説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１２】本発明の第６の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１３】本発明の第７の実施の形態の複電圧交直流電気車両の回路図。
【図１４】従来の交直流電気車両の回路図。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ、１ｂ、１ｃ 集電装置
２ａ、２ｂ 断路器
３ａ、３ｂ 交流電圧検出器
４ 直流電圧検知器
５ａ、５ｂ 遮断器
６ａ、６ｂ 交流避雷器
７ 交直切換器
８ 主ヒューズ
９ 直流避雷器
１０ 交流冒進検出器
１１ 直流遮断器
１２ 回路切換器
１３ａ、１３ｂ 主変圧器
１４ａ、１４ｂ 整流装置
１５ａ、１５ｂ 主制御器
１６ａ、１６ｂ 主電動機
１７ 直流入力回路
１８ 交流入力回路
１９ 第１回路
２０ 第２回路
２１ａ、２１ｂ 電圧変換器
２２ａ、２２ｂ 終端接続部
５３ａ、５３ｂ 直流送電所
５４ａ、５４ｂ 交流送電所
５５ 電気車
５６ａ、５６ｂ 停車場
５７ａ、５７ｂ 誤進行防止装置
５８ａ、５８ｂ 連続照査装置
５９、５９ｂ 進行方向
６０ 電圧変換器
６１ 信号送受信装置
７０ａ、７０ｂ 直流き電区間
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ デッドセクション
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ 交流き電区間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数個の集電装置と、前記１又は複数個の集電装置に直列に接続された断路器と、前記断路器と直列に接続された遮断器と、前記遮断器を介して電車線に印加されている電圧が交流か直流かに応じて交流入力回路と直流入力回路を切換える交直切換器とを備えた第１の回路と、
前記第１の回路と独立し、集電装置と、前記集電装置と直列に接続された遮断器とを備えた第２の回路と、
前記第１の回路の交流入力回路と前記第２の回路とを切換える回路切換器と、
前記回路切換器に一次巻線側が接続された主変圧器と、
前記主変圧器の二次巻線側に接続された主制御器と、
前記主制御器の交流出力により駆動される主電動機とを備えたことを特徴とする複電圧交直流電気車両。
【請求項２】
前記主変圧器と前記回路切換器との間に電圧変換器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項３】
前記第１の回路と、前記第２の回路と、前記回路切換器と、前記主変圧器及び前記主制御器とを、１編成内の同一の車両に搭載したことを特徴とする請求項１又は２に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項４】
前記第１の回路を有する車両と、前記第２の回路を有する車両とを、１編成内の異なる車両にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項５】
前記第１の回路を有する車両及び前記第２の回路を有する車両のそれぞれに、前記主変圧器及び前記主制御器を設けたことを特徴とする請求項４に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項６】
前記第１の回路を有する車両にのみ、前記主変圧器及び前記主制御器を設けたことを特徴とする請求項４に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項７】
前記回路切換器の直後に特別高圧交流を通常高圧交流に変換する電圧変換器を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項１】
１又は複数個の集電装置と、前記１又は複数個の集電装置に直列に接続された断路器と、前記断路器と直列に接続された遮断器と、前記遮断器を介して電車線に印加されている電圧が交流か直流かに応じて交流入力回路と直流入力回路を切換える交直切換器とを備えた第１の回路と、
前記第１の回路と独立し、集電装置と、前記集電装置と直列に接続された遮断器とを備えた第２の回路と、
前記第１の回路の交流入力回路と前記第２の回路とを切換える回路切換器と、
前記回路切換器に一次巻線側が接続された主変圧器と、
前記主変圧器の二次巻線側に接続された主制御器と、
前記主制御器の交流出力により駆動される主電動機とを備えたことを特徴とする複電圧交直流電気車両。
【請求項２】
前記主変圧器と前記回路切換器との間に電圧変換器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項３】
前記第１の回路と、前記第２の回路と、前記回路切換器と、前記主変圧器及び前記主制御器とを、１編成内の同一の車両に搭載したことを特徴とする請求項１又は２に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項４】
前記第１の回路を有する車両と、前記第２の回路を有する車両とを、１編成内の異なる車両にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項５】
前記第１の回路を有する車両及び前記第２の回路を有する車両のそれぞれに、前記主変圧器及び前記主制御器を設けたことを特徴とする請求項４に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項６】
前記第１の回路を有する車両にのみ、前記主変圧器及び前記主制御器を設けたことを特徴とする請求項４に記載の複電圧交直流電気車両。
【請求項７】
前記回路切換器の直後に特別高圧交流を通常高圧交流に変換する電圧変換器を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の複電圧交直流電気車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−３４０５４６（Ｐ２００６−３４０５４６Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６４５３８（Ｐ２００５−１６４５３８）
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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