專利名稱：電氣鐵路系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包含電車、向電車提供電力的供電裝置而構成的電氣鐵路系統(tǒng)。
背景技術：
一般而言，電車是由集電部引入來自架空線的電力、使用來自架空線的電力來 驅動電動機以進行行駛而構成的。近年來，由于充電電池或雙電層電容器等蓄電元件的性能不斷提高，因此正在 進行將其裝載在電車上、并使用蓄電元件的電力來驅動電動機的系統(tǒng)的開發(fā)。作為這樣的系統(tǒng)的種類，從景觀上的問題考慮，正在探討的系統(tǒng)有部分無 架空線系統(tǒng)，該部分無架空線系統(tǒng)是這樣構成，即，從已有電氣化路線的一部分區(qū)間撤 去架空線，或者僅使已有電氣化路線的路線延長部分作為無架空線，在有架空線的區(qū)間 行駛時使用來自架空線的電力，在無架空線的區(qū)間行駛時以來自蓄電元件的電力進行行 駛；以及完全無架空線系統(tǒng)，該完全無架空線系統(tǒng)是從全部路線撤去架空線，僅以來自 蓄電元件的電力進行行駛，僅在終點站或中途停車站設有充電用的電源和架空線，用從 該架空線引入的電力來對蓄電元件進行充電等(例如專利文獻1)。專利文獻1 日本專利特開2006-238652號公報下面示出這樣的部分無架空線系統(tǒng)、或者完全無架空線系統(tǒng)的電車的行駛例。 在有架空線的區(qū)間，電車使集電部的導電弓上升，從架空導體部的架空線收集電力并在 作為已有的電氣鐵路進行行駛；在沒有架空線的區(qū)間，使導電弓下降，利用蓄電元件的 電力進行行駛。由于電車需要補充在沒有架空線的區(qū)間行駛所消耗的電力，因此電車在 車站等停車時的幾十秒至幾分鐘之間，需要使導電弓上升，從作為充電用而設的架空線 向蓄電元件進行快速充電。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題如上所述，在短時間內向蓄電元件進行快速充電時，從導電弓引入的電力要大 于通常行駛時的電力。因而，由于對導電弓會通過大電流，因此重要的是要很好地保持 導電弓與架空線的接觸狀態(tài)。此處，考慮導電弓與架空線的接觸狀態(tài)有異常的情況。例如，在導電弓與架空 線之間的接觸電阻增大時，導電弓與架空線接觸的接觸部的溫度會上升，可能導致該部 分熔斷。另外，在由于積雪等的影響使導電弓從架空線離開時，在導電弓與架空線之間 可能產(chǎn)生電弧，由于高溫而損傷導電弓、架空線，此外還有可能燒毀周圍的設備。由于 這些原因，需要快速檢測導電弓與架空線的接觸狀態(tài)的異常，采取中止充電等措施。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種電氣鐵路系統(tǒng)，該電氣 鐵路系統(tǒng)適合于在沒有架空線的區(qū)間行駛、向停車時的蓄電元件充電、和在有架空線的區(qū)間行駛的各種模式，特別是可以穩(wěn)定且安全地對電車停車時的蓄電元件進行快速充電用于解決問題的方法為了解決上述問題、達到目的，本發(fā)明所涉及的電氣鐵路系統(tǒng)包含電車、以及 向上述電車提供電力的供電裝置而構成，其特征在于，上述供電裝置包括電源、以及與 上述電源連接的架空導體部，上述電車包括集電部，上述集電部設置在上述電車的車 頂上，且具有可以與上述架空導體部接觸的接觸導體部，可基于來自外部的指令進行上 述接觸導體部的上升動作及下降動作；開關部，上述開關部與上述集電部連接，對電力 的提供路徑的主電路進行開關；電力轉換裝置，上述電力轉換裝置與上述開關部連接， 進行電力轉換；蓄電裝置，上述蓄電裝置與上述電力轉換裝置連接，進行電力的蓄存； 電動機，上述電動機由上述電力轉換裝置驅動，驅動上述電車；以及控制部，上述控制 部至少控制上述開關部。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的電氣鐵路系統(tǒng)，可以提供一種電氣鐵路系統(tǒng)，該電氣鐵路系統(tǒng)適 合于在沒有架空線的區(qū)間行駛、向停車時的蓄電元件充電、和在有架空線的區(qū)間行駛的 各種模式，特別是可以穩(wěn)定且安全地對電車停車時的蓄電元件進行快速充電。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的電氣鐵路系統(tǒng)的結構例的圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的電車的結構例的圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式的電力轉換裝置12的結構例的圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式的導電弓2A和架空線1A的結構例的圖。圖5是表示本發(fā)明的實施方式的控制部15的結構例的圖。圖6是表示本發(fā)明的實施方式的導電弓電壓及其微分值的波形例的圖。圖7是表示本發(fā)明的實施方式的電抗器電壓的波形例的圖。標號說明1A、1B 架空線2A、2B 導電弓3 車輪4 軌道5狀態(tài)檢測部6溫度檢測部10 電車11開關部12電力轉換裝置13蓄電裝置15控制部16電動機17電壓檢測器
20導電弓電壓異常判定部
21電抗器電壓異常判定部
22溫度判定部
23升降判定部
24熔敷判定部
25邏輯反相電路
26強制下降控制部
27或門電路
28與門電路
29或門電路
30延遲電路
31邏輯反相電路
32-.33與門電路
40電抗器
41電容器
42電壓檢測器
50車站
60接觸導體部
61框架
62機構部
70電源
具體實施例方式下面基于附圖詳細說明本發(fā)明所涉及的電氣鐵路系統(tǒng)的實施方式。另外，本發(fā) 明不限于以下的實施方式。實施方式.圖1是表示本發(fā)明的實施方式的電氣鐵路系統(tǒng)的結構例的圖。如圖1所示，設 置在地上的設備包含電車10行駛的軌道4、設在車站50的快速充電用的架空導體部的 架空線1A、設在通常的電氣化區(qū)間的架空線1B、以及作為電車10的電源并與架空線1A 及架空線1B連接的變電站70而構成。變電站70在圖1中單由直流電壓源的記號表示，但一般是用變壓器對從電力系 統(tǒng)接收的特別高壓交流進行降壓，并用整流器進行整流，將整流后的直流600V至1500V 左右的電壓提供給架空線1A或者架空線1B。另外，架空線1A及架空線1B也可以分別 從其他變電站(未圖示)供電而構成。另外，對于架空線1B，由于是電車10邊行駛邊集電，因此一般而言為了使導電 弓具有良好的跟蹤性，利用以一定間隔而設的支柱，將以銅為主體的原材料構成的架空 導線支撐在軌道4上而構成；但對于架空線1A，由于是在電車10停止的狀態(tài)下集電，并 伴隨著快速充電而流過大電流，因此優(yōu)選的是使用以截面積較大、剛性較高的銅板為主 體的剛體架空線。
電車10裝載有快速充電用的集電部的導電弓2A、以及已有電氣化區(qū)間用的集電 部的導電弓2B。將后面敘述電車10的詳細的結構。區(qū)間A是通常的電氣化區(qū)間，電車10使導電弓2B上升，從架空線1B接收電力 來進行行駛。區(qū)間B是無架空線區(qū)間，電車10使導電弓2A、2B下降并收起，利用車載 的蓄電元件的電力來進行行駛。區(qū)間C是快速充電用架空線區(qū)間，是用于向車載的蓄電 元件充入在區(qū)間B行駛所消耗的電力的區(qū)間。區(qū)間C在此處推定為車站或專用的充電區(qū) 間，電車10都停止，使導電弓2A上升進行充電。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的電車10的結構例的圖。另外，圖3是表示本發(fā) 明的實施方式的電力轉換裝置12的結構例的圖。如圖2所示，電車10裝載有快速充電 用的導電弓2A、和已有電氣化區(qū)間集電用的導電弓2B，可以選擇性地使其上升或者下降 而構成。另外，在圖2中，兩個導電弓互相電連接，但也可以不是始終連接，而是根據(jù) 需要切換連接的結構。對導電弓2A設有測量與架空線1A接觸的接觸導體部60(參照后述的圖4)的 溫度的溫度檢測部6、以及檢測導電弓2A的升降狀態(tài)的狀態(tài)檢測部5，將來自溫度檢測部 6的溫度檢測信號TH、來自狀態(tài)檢測部5的狀態(tài)檢測信號PS分別輸入至控制部15而構 成。與導電弓2A連接將電力的提供路徑的主電路進行開關的開關或者由斷路器等構成的 開關部11，在開關部11的后級配置有電力轉換裝置12。電力轉換裝置12如圖3所示，具有由電抗器40與電容器41構成的輸入濾波 電路、以及檢測電抗器40的電壓并作為電抗器電壓DV而輸出至控制部15的電壓檢測器 42，在輸入濾波電路的后級連接有DC/DC轉換器電路及逆變器電路。另外，DC/DC轉 換器電路及逆變器電路由已知技術構成，此處省略詳細的說明。另外，本發(fā)明不限定于 DC/DC轉換器電路及逆變器電路的結構。返回圖2，電力轉換裝置12的輸出與蓄電裝置13及電動機16連接。蓄電裝置13內置有鋰離子電池或鎳氫電池等充電電池組、或者雙電層電容器組 等蓄電元件而構成，利用通過導電弓2A或者導電弓2B接收的電力，通過電力轉換裝置 12進行充電，并且將蓄存的電力通過電力轉換裝置12提供給電動機16，驅動車輪3。另 外，本發(fā)明不限定于蓄電元件的種類。在導電弓2A的后級設有電壓檢測器17，將檢測的導電弓電壓ES輸入至控制部 15。對控制部15從外部輸入導電弓升降指令PC，從導電弓2A輸入溫度檢測信號 TH、狀態(tài)檢測信號PS、導電弓電壓ES。從電力轉換裝置12輸入電抗器電壓檢測值DV。 另外，控制部15分別對開關部11輸出接通斷開信號KC，對電力轉換裝置12輸出控制信 號GC，對導電弓2A輸出強制下降信號PD。控制信號GC是包含調整DC/DC轉換器電 路、逆變器電路的電流的電流指令；以及各接通斷開指令的信號。另外，控制部15的詳 細結構及動作例將隨后說明。圖4是表示本發(fā)明的實施方式的導電弓2A和架空線1A的結構例的圖。如圖4 所示，集電部的導電弓2A包括機構部62、由導體構成的框架61、與框架61電連接的接 觸導體部60、狀態(tài)檢測部5、以及溫度檢測部6而構成。另外，關于導電弓2B，除了以下明示的差異點之外，與導電弓2B的構成相同。
下面說明導電弓2A的動作。在從外部輸入的導電弓升降指令PC是指示上升 時，機構部62利用彈簧、空氣壓、電動力等使框架61上升，使設在框架61的頂上部的 接觸導體部60與架空線1A接觸，得到電力。在從外部輸入的導電弓升降指令PC是指 示下降時，機構部62利用彈簧、空氣壓、電動力等使框架61下降，使設在框架61的頂 上部的接觸導體部60與架空線1A的接觸斷開。另外，從控制部15輸入強制下降信號PD而構成。在輸入強制下降信號PD時， 機構部62利用彈簧、空氣壓、電動力等，使框架61快速下降，使設在框架61的頂上部 的接觸導體部60與架空線1A的接觸斷開。狀態(tài)檢測部5檢測接觸導體部60的升降狀態(tài)，例如在判斷為接觸導體部60到達 架空線1A并接觸時，使狀態(tài)檢測信號PS為接通。反之，在判斷為接觸導體部60與架 空線1A的接觸斷開時，使狀態(tài)檢測信號PS為斷開。接觸狀態(tài)的判斷考慮有檢測接觸導 體部60與架空線1A的位置關系、或檢測接觸壓力等方法，對其方法沒有限制。另外，狀態(tài)檢測信號PS可以是表示檢測的接觸導體部60的位置本身的信號， 此時由控制部15實施判別，來判別接觸導體部60是否到達架空線1A或者是否是接觸斷 開。溫度檢測部6測定接觸導體部60的溫度，例如在超過預定的設定值時使溫度檢 測信號TH為接通。另外，在接觸導體部60的溫度為預定的值以下時使溫度檢測信號TH 為斷開。另外，溫度檢測信號TH可以是表示檢測的接觸導體部60的溫度本身的信號， 此時由控制部15實施判別，來判別是預定的值以上還是以下。此處，說明導電弓2A和導電弓2B的差異。對于設置在導電弓2B的接觸導體部 60的與架空線接觸的部分的材質，使用與銅相比與架空線的摩擦系數(shù)較小的碳原材料。 但是，對于設置在導電弓2A的接觸導體部60的與架空線接觸的部分的材質，優(yōu)選的是使 用導電率較高、熔點較高的銅合金等。對于機構部62也有不同。設置在導電弓2A的機構部62將接觸導體部60的上 壓力設定得大于導電弓2B的情況，確保接觸導體部60與架空線1A的接觸壓力高于導電 弓2B的情況。采用上述結構的原因如下所示。由于導電弓2B如上所述是在行駛中所使用的， 因此優(yōu)選的是考慮以下幾點。即，由于導電弓2B在電車10行駛中是接觸導體部60和架 空線1B邊滑動邊進行集電，因此重要的是要不使架空線1B磨損。因而，優(yōu)選條件為在 接觸導體部60的與架空線1B接觸的部位使用摩擦系數(shù)較低的碳原材料。另外，由于碳原材料與銅相比電阻較大，因電流的通電所導致的損耗較大，因 此架空線1B與接觸導體部60的接觸點的發(fā)熱量較大。然而，由于電車10是邊行駛邊進行集電，因此可以希望利用行駛風來冷卻接觸 導體部60，另外，由于隨著電車10的移動，發(fā)熱處經(jīng)常移動，因此發(fā)熱處不會固定在同 一處，不會產(chǎn)生問題。與之不同的是，由于導電弓2A如上所述是在停止中使用的，因此優(yōu)選的是考慮 以下幾點。即，由于導電弓2A是在電車10停止時從架空線1A進行集電，因此不必擔 心使架空線1A磨損。
然而，在快速充電中，由于接觸導體部60與架空線1A的接觸點是固定的，因此 需要將在接觸點的發(fā)熱抑制在最低限度，重要的是要使接觸電阻最小。因此，使用導電 性好的銅合金。另外，優(yōu)選條件為使用萬一接觸點的溫度上升時、也不會導致熔損的熔 融溫度較高的銅合金。另外，會擔心由于外部環(huán)境的影響，接觸點的電接觸的穩(wěn)定性受到威脅。具體 而言，會擔心冬季在接觸導體部60的上部積雪，因積雪的重量使接觸導體部60向架空 線1A的按壓力下降時；或架空線1A與接觸導體部60的接觸點附近因粉塵或鳥糞等污損 時，在這些情況下接觸點的接觸電阻變大，發(fā)熱量增大。因此，優(yōu)選條件為設置在導電弓2A的機構部62將接觸導體部60的上壓力設定 得大于導電弓2B。通過使接觸導體部60與架空線1A的接觸壓力高于導電弓2B的情況， 可以使接觸導體部60與架空線1A之間的電接觸更可靠。另外，對于在行駛中使用的導電弓2B，由于行駛所導致的摩擦，能去除接觸導 體部60與架空線1B之間的異物，也不必擔心積雪。因此，即使接觸導體部60與架空線 1B的接觸壓力不那么大，也可以確保電接觸的穩(wěn)定性。如果在導電弓2B中增大框架61的上壓力，則由于除了會導致與架空線1B的摩 擦力變大，架空線1B的磨損增加之外，還會增加架空線1B的向上方的上壓量，可能與 設在架空線1B的上部的結構物(例如跨線橋)等接觸，因此需要采取使架空線1B的張 力增加等的措施。因此，增大導電弓2B的接觸導體部60的上壓力不太理想。接下來，說明架空線1A。架空線1A如圖4的B圖所示，沿電車10的行進方向 并列設有2條，分別與接觸導體部60接觸。另外，不限于圖4所示的2條，也可以設有 2條以上的多條。另外，多條架空線1A互相電連接，接受來自變電站70提供的電壓。這樣，通過多個架空線1A與接觸導體部60接觸而構成，例如即使在架空線1A 中的1條附著乙烯等異物時等情況下，發(fā)生電接觸顯著惡化的狀況，其余的架空線1A也 可以與接觸導體部60接觸，可以進行穩(wěn)定的集電。另外，通過設有2條以上的多條(圖4中例舉2條)導電弓2A的接觸導體部 60，也可以可靠地與架空線1A接觸，可以進行穩(wěn)定的集電。另外，對電車10設有多臺導電弓2A，將多臺導電弓2A互相電連接，也可以得 到相同的效果。但是，需要考慮導電弓裝載數(shù)增加會使電車10的重量變重、另外車頂上 也需要空間等缺點。并且，雖然圖示省略，但也可以是架空線1A由于導電弓2A的上壓力而向上方 略微抬起，僅在具有一定量的抬起時，由未圖示的位置檢測器對其進行檢測，從變電站 70向架空線1A施加電壓而構成。若這樣構成，則具有僅在接觸導體部60與架空線1A 之間的接觸力可靠存在時才能向導電弓2A提供電力的效果，可以進行更穩(wěn)定的集電。接下來，說明控制部15的結構。圖5是表示本發(fā)明的實施方式的控制部15的 結構例的圖。如圖5所示，控制部15包含導電弓電壓異常判定部20，該導電弓電壓異常 判定部20以導電弓電壓ES為輸入，判定導電弓電壓ES的異常，將其結果作為判定信號 ESD進行輸出；電抗器電壓異常判定部21，該電抗器電壓異常判定部21以電抗器電壓 DV為輸入，判定電抗器電壓DV的異常，將其結果作為判定信號DVD進行輸出；溫度判定部22，該溫度判定部22以接觸導體部60的溫度檢測信號TH為輸入，進行溫度的異 常判定，將其結果作為判定信號THD進行輸出；升降判定部23，該升降判定部23以狀 態(tài)檢測信號PS為輸入，判定導電弓2A的升降狀態(tài)，將其結果作為判定信號PSD進行輸 出 ’熔敷判定部24，該熔敷判定部24以導電弓升降指令PC和狀態(tài)檢測信號PS為輸入， 判定導電弓2A的接觸導體部60的熔敷狀況，將其結果作為判定信號MDD進行輸出；或 門電路27，該或門電路27取這些判定信號ESD、DVD、THD、PSD的或運算，輸出其 結果ER0;與門電路28，該與門電路28取表示電車10停車時的停車信號ST和ER0的與 運算，輸出其結果ER1;邏輯反相電路25，該邏輯反相電路25取停車信號ST的邏輯反 相，輸出其結果STB;強制下降控制部26，該強制下降控制部26在STB為接通(H)電平 時，輸出強制下降基本信號PDS;延遲電路30，該延遲電路30以強制下降基本信號PDS 為輸入，使其延遲預定時間并輸出強制下降信號PD;或門電路29，該或門電路29取與 門電路28的輸出ER1、判定信號MDD和強制下降基本信號PDS的或運算；邏輯反相電 路31，該邏輯反相電路31將或門電路29的輸出信號進行邏輯反相，輸出判定信號ER; 與門電路32，該與門電路32取判定信號ER、和另行生成的基本接通斷開信號KC0的或 運算，作為接通斷開信號KC輸出；以及與門電路33，該與門電路33取判定信號ER、 和另行生成的基本控制信號GC0的或運算，作為控制信號GC輸出而構成。說明這樣構成的控制部15的動作。在導電弓電壓異常判定部20中，基于表示 架空線1A與接觸導體部60的接觸狀態(tài)的程度的物理量的導電弓電壓ES，進行架空線1A 與接觸導體部60的接觸狀態(tài)的異常判定。圖6是表示本發(fā)明的實施方式的導電弓電壓ES及其微分值的波形例的圖。如圖 6所示，在架空線1A與接觸導體部60的電接觸不良時，接觸電阻會變化，或產(chǎn)生電弧， 如圖6中的虛線所示，電壓會變動。在導電弓電壓異常判定部20中，求出導電弓電壓ES 的微分值(變化率)，監(jiān)視其是否在判定值以內。在導電弓電壓ES的微分值(變化率) 為判定值外的值時，判斷為架空線1A與接觸導體部60的電接觸不良(異常)，使判定信 號ESD為接通(H電平)。另外，除了基于導電弓電壓ES的微分值(變化率)進行異常判定之外，也可以 將導電弓電壓ES通過高通濾波器，提取因接觸不良狀態(tài)引起而產(chǎn)生的電壓變動分量(頻 率分量)，基于此實施異常判定而構成。在電抗器電壓異常判定部21中，基于表示架空線1A與接觸導體部60的接觸狀 態(tài)的程度的物理量的電抗器電壓DV，進行架空線1A與接觸導體部60的接觸狀態(tài)的異常 判定。圖7是表示本發(fā)明的實施方式的電抗器電壓DV的波形例的圖。如圖7所示， 在架空線1A與接觸導體部60的電接觸不良時，接觸電阻會變化，或產(chǎn)生電弧，如圖7中 的虛線所示，電壓會變動。在電抗器電壓異常判定部21中，監(jiān)視電抗器電壓DV是否在 判定值以內。在電抗器電壓DV為判定值外的值時，判斷為架空線1A與接觸導體部60 的電接觸不良(異常)，使判定信號DVD為接通(H電平)。另外，也可以與導電弓電壓異常判定部20中的處理相同，基于電抗器電壓DV 的微分值(變化率)進行異常判定。另外，也可以將電抗器電壓DV通過高通濾波器， 提取因接觸不良狀態(tài)引起而產(chǎn)生的電壓變動分量(頻率分量)，基于此實施異常判定而構成。也可以包括導電弓電壓異常判定部20、電抗器電壓異常判定部21中的至少一方而構 成。作為另外的結構，雖然未圖示，但也可以用傅立葉轉換等單元對導電弓電壓ES 或者電抗器電壓DV所包含的頻率進行分析，與預先明確的在產(chǎn)生電弧的狀態(tài)下產(chǎn)生的頻 率分布的特征進行比較對照，根據(jù)其結果，在導電弓電壓異常判定部20或者電抗器電壓 異常判定部21中，判斷為架空線1A與接觸導體部60的電接觸不良(異常)，使判定信 號ESD或者判定信號DVD為接通(H電平)而構成。在溫度判定部22中，在表示接觸狀態(tài)的程度的物理量的溫度檢測信號TH表示 接觸導體部60的溫度過高時，使判定信號THD為接通(H電平)。在升降判定部23中，在表示接觸狀態(tài)的程度的物理量的狀態(tài)檢測信號PS表示接 觸導體部60的上升位置為預定值以下、與架空線1A不接觸的狀態(tài)時，使判定信號PSD 為接通(H電平)。在或門電路27中，取上述判定信號ESD和DVD和THD和PSD的或運算。通 過這樣構成，在架空線1A與接觸導體部60的接觸狀態(tài)異常時可能產(chǎn)生的現(xiàn)象中產(chǎn)生任意 一種時，判斷為架空線1A與接觸導體部60的接觸狀態(tài)異常，輸出判定信號ER0。接下來，在與門電路28，取與表示電車10停車時的停車信號STD的與運算，輸 出判定信號ER1。通過這樣構成，可以避免電車10在通常的電氣化區(qū)間行駛中的架空線 1B與導電弓2B之間的脫線、或電壓變動所導致的不需要的異常檢測，僅在電車10停車 時使異常檢測功能有效。由于在判定信號ER1為接通(H電平)時，判斷為架空線1A與接觸導體部60 之間的電接觸狀態(tài)有異常，因此通過或門電路29、邏輯反相電路31，輸出判定信號ER， 與另行生成的基本接通斷開信號KC0和基本控制信號GC0無關，使接通斷開信號KC與 控制信號GC強制地斷開，使電力轉換裝置12停止，并且斷開開關部11而斷開主電路電 流。通過這樣構成，可以進行保護使得電流不流過導電弓2A，避免異常范圍擴大。接下來，在熔敷判定部24中，與例如電車10的快速充電完成、導電號升降指令 PC指示下降無關，在狀態(tài)檢測信號PS輸出使接觸導體部60與架空線1A的接觸狀態(tài)持 續(xù)的內容的信號時，判斷為接觸導體部60與架空線1A產(chǎn)生熔敷，導電弓2A不能下降， 使判定信號MDD為接通(H電平)。在判定信號MDD成為接通(H電平)時，判斷為由于在架空線1A與接觸導體 部60之間產(chǎn)生電弧等而使兩者熔敷，通過或門電路29、邏輯反相電路31，輸出判定信號 ER，與另行生成的基本接通斷開信號KC0和基本控制信號GC0無關，使接通斷開信號 KC與控制信號GC強制地斷開，禁止電力轉換裝置12 (特別是逆變器電路)起動，而禁 止向電動機16通電，并且斷開開關部11而斷開主電路電流。通過這樣構成，可以避免 在導電弓2A與架空線1A熔敷的狀態(tài)下電車10起動，從而毀壞導電弓2A，可以避免損 害擴大。另外，即使禁止向電動機16通電，且斷開開關部11而切斷主電路，但最好電 車10也不移動。因此，優(yōu)選的是采取禁止電車行駛的措施。接下來，在強制下降控制部26中，例如在電車10使導電弓2A上升而進行快速 充電中，在松開電車10的制動器等、或者有意地操作而使電車10運行時，使強制下降基 本信號PDS為接通(H電平)。據(jù)此，通過或門電路29、邏輯反相電路31，輸出判定信號ER，與另行生成的基本接通斷開信號KC0和基本控制信號GC0無關，使接通斷開信 號KC與控制信號GC強制地斷開，從而斷開電力轉換裝置12，并且斷開開關部11而斷 開主電路電流。之后，在經(jīng)過由延遲電路30設定的延遲時間后，輸出強制下降信號PD，使導電 弓2A下降。此處，延遲電路30的延遲時間設定為直到開關部11與電力轉換裝置12成 為斷開狀態(tài)的時間以上。通過這樣，可以在電車10脫離區(qū)間C之前，將導電弓2A下降 收起。其結果是，可以避免導電弓2A在不存在架空線1A的場所上升，超過上升極限， 而到達損壞的狀況。另外，由于通過用延遲電路30確保從強制下降基本信號PDS的接通定時到使強 制下降信號PD接通的時間，在使電力轉換裝置12和開關部11停止而使主電路電流為零 后導電弓2A開始下降，因此不會由于導電弓2A的接觸導體部60和架空線1A的脫線而 使電流斷開，可以避免在導電弓2A與架空線1A之間產(chǎn)生電弧而熔損的事態(tài)。另外，除設有延遲電路30之外，若構成聯(lián)鎖電路，該聯(lián)鎖電路從開關部11與電 力轉換裝置12接受表示接通斷開狀態(tài)的反饋信號(未圖示)，使得在確認開關部11和電 力轉換裝置12的斷開后使強制下降信號PD接通，則也可以得到同樣的效果。另外，作為檢測架空線1A與接觸導體部60的電接觸產(chǎn)生異常的方法，可以利用 熱攝像儀等(未圖示)間接地檢測接觸導體部60的溫度，基于此使判定信號THD為接通 (H電平)；也可以用未圖示的光傳感器檢測架空線1A與接觸導體部60之間產(chǎn)生的電弧 光，在檢測值為預定以上時，作為接觸導體部60的溫度為高溫，使判定信號THD為接通 (H電平)。另外，在實施方式所示的構成中，說明了對電車10裝載有在停車時進行快速 充電時使用的導電弓2A、以及行駛中用來進行架空線集電的導電弓2B的形態(tài)，但也可 以與兼具導電弓2A和導電弓2B這兩者的特性的其他導電弓共用。此時，本發(fā)明的實施 方式所示的結構當然也可以適用。另外，在快速充電電流較少時等情況下，也可以由導電弓2B代用，以代替導電 弓2A。此時，本發(fā)明的實施方式所示的結構當然也可以適用。由于以上結構，可以提供一種電氣鐵路系統(tǒng)，該電氣鐵路系統(tǒng)適合于在沒有架 空線的區(qū)間行駛、向停車時的蓄電元件充電、和在有架空線的區(qū)間行駛的各種模式，特 別是可以對電車停車時的蓄電元件穩(wěn)定進行快速充電。以上的實施方式所示的結構是本發(fā)明內容的一個例子，也可以與其他已知的技 術組合，在不脫離本發(fā)明要點的范圍內，當然也可以省略一部分等、或進行變更。工業(yè)上的實用性如上所述，本發(fā)明所涉及的電氣鐵路系統(tǒng)，作為可以穩(wěn)定且安全地對電車停車 時的蓄電元件進行快速充電的發(fā)明是有用的。
權利要求
1.一種電氣鐵路系統(tǒng)，包含電車、以及向所述電車提供電力的供電裝置而構成，其 特征在于，所述供電裝置包括電源、以及與所述電源連接的架空導體部， 所述電車包括集電部，該集電部設置在所述電車的車頂上，且具有可以與所述架空導體部接觸的 接觸導體部，可基于來自外部的指令進行所述接觸導體部的上升動作及下降動作； 開關部，該開關部與所述集電部連接，對電力的提供路徑的主電路進行開關； 電力轉換裝置，該電力轉換裝置與所述開關部連接，進行電力轉換； 蓄電裝置，該蓄電裝置與所述電力轉換裝置連接，進行電力的蓄存； 電動機，該電動機由所述電力轉換裝置驅動，驅動所述電車；以及 控制部，該控制部至少控制所述開關部。
2.如權利要求1所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部基于表示所述架空導體部與所述接觸導體部的接觸狀態(tài)的程度的物理 量，進行所述開關部及所述電力轉換裝置的接通斷開控制而構成。
3.如權利要求2所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，僅在所述電車停止時，利用所述控制部對所述開關部及所述電力轉換裝置進行接通 斷開控制。
4.如權利要求3所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述電車還包括檢測通過所述集電部的所述接觸導體部從所述架空導體部施加的電 壓的電壓檢測器，所述控制部將由所述電壓檢測器檢測的電壓作為一個所述物理量，進行所述開關部 及所述電力轉換裝置的接通斷開控制。
5.如權利要求3所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述電車還包括檢測通過所述集電部的所述接觸導體部從所述架空導體部施加的電 壓的電壓檢測器，所述控制部將基于由所述電壓檢測器檢測的電壓而算出的電壓的變化率作為一個所 述物理量，進行所述開關部及所述電力轉換裝置的接通斷開控制。
6.如權利要求5所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部在所述電壓的變化率為預定值以上時，將所述開關部及所述電力轉換裝 置控制為斷開。
7.如權利要求3所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，在所述電力轉換裝置在輸入側具有包含電抗器與電容器的輸入濾波器的結構時， 所述控制部將施加在所述電抗器的電壓作為一個所述物理量，進行所述開關部及所 述電力轉換裝置的接通斷開控制。
8.如權利要求3所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部將施加在所述電抗器的電壓的變化率作為一個所述物理量，進行所述開 關部及所述電力轉換裝置的接通斷開控制。
9.如權利要求8所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部在施加在所述電抗器 的電壓的變化率為預定值以上時，將所述開關部及所述電力轉換裝置控制為斷開。
10.如權利要求3所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述集電部包括檢測所述架空導體部與所述接觸導體部是否接觸的狀態(tài)檢測部，所述控制部將所述狀態(tài)檢測部所得到的檢測信號作為一個所述物理量，進行所述開 關部及所述電力轉換裝置的接通斷開控制。
11.如權利要求10所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部在由所述狀態(tài)檢測部檢測的檢測信號、為表示所述架空導體部與所述接 觸導體部不接觸的內容的信號時，將所述開關部及所述電力轉換裝置控制為斷開。
12.如權利要求3所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述集電部包括檢測所述接觸導體部的溫度的溫度檢測部，所述控制部將由所述溫度檢測部檢測的檢測信號作為一個所述物理量，進行所述開 關部及所述電力轉換裝置的接通斷開控制。
13.如權利要求12所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部在由所述溫度檢測部檢測的所述接觸導體部的溫度為預定值以上時，將 所述開關部及所述電力轉換裝置控制為斷開。
14.如權利要求1所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述集電部包括檢測所述架空導體部與所述接觸導體部是否接觸的狀態(tài)檢測部，與向所述集電部輸入了使所述接觸導體部下降的指令無關，在由所述狀態(tài)檢測部檢 測的檢測信號、為表示使所述架空導體部與所述接觸導體部的接觸狀態(tài)持續(xù)的內容的信 號時，所述控制部進行控制，以禁止所述電車行駛。
15.如權利要求1所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部包括指示所述集電部下降的強制下降控制部、以及使該強制下降控制 部的輸出延遲的延遲電路，在將所述集電部上升在該電車的充電中該電車運行時，所述控制部將所述開關部及 所述電力轉換裝置控制為斷開，并且延遲使該集電部下降。
16.如權利要求15所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，在將所述集電部上升在所述電車的充電中該電車運行時，所述控制部將所述開關部 及所述電力轉換裝置控制為斷開，并且在經(jīng)過由所述延遲電路設定的延遲時間后，使所 述集電部下降。
17.如權利要求1至16中任一項所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述集電部包括檢測所述接觸導體部與所述架空導體部的接觸部的位置的位置檢測器，所述架空導體部在從所述集電部起的上壓量為預定值以上時，在與所述電源之間取 得電連接。
18.如權利要求1至17所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述架空導體部并列設有多個，使得該架空導體部與所述接觸導體部在多處接觸。
19.如權利要求1至18所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，在所述集電部設有多個所述接觸導體部，使得該接觸導體部與所述架空導體部在多 處接觸。
20.如權利要求1所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，設有多個所述集電部，使得可以在所述電車行駛中時、和停止中時加以選擇使用。
21.如權利要求20所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述電車停止中所使用的所述集電部的所述接觸導體部與所述架空導體部的接觸 力，設定為大于所述電車行駛中所使用的所述集電部的所述接觸導體部與所述架空導體 部的接觸力的值。
22.如權利要求20或21所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述電車停止中所使用的所述集電部的所述接觸導體部的材料，與所述電車行駛中 所使用的所述集電部的所述接觸導體部的材料相比，是導電率較高的材料。
23.如權利要求20至22中任一項所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述電車停止中所使用的所述集電部的所述接觸導體部的材料，與所述電車行駛中 所使用的所述集電部的所述接觸導體部的材料相比，是熔融溫度較高的材料。
24.如權利要求20至23中任一項所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述電車停止中所使用的所述集電部的所述接觸導體部的材料，與所述電車行駛中 所使用的所述集電部的所述接觸導體部的材料相比，是對于所述架空導體部的摩擦系數(shù) 較大的材料。
25.如權利要求1所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，在通常的電氣化區(qū)間、快速充電用的區(qū)間設有不同的架空導體部。
26.如權利要求25所述的電氣鐵路系統(tǒng)，其特征在于，所述電車停止中所使用的所述架空導體部的材料，與所述電車行駛中所使用的所述 架空導體部的材料相比，是截面積較大、剛性較高的材料。
全文摘要
在電氣鐵路系統(tǒng)中，需要穩(wěn)定且安全地對電車停車時的蓄電元件進行快速充電。在具有向電車(10)提供電力的供電裝置的電氣鐵路系統(tǒng)中，供電裝置包括電源(70)、以及與電源(70)連接的架空導體部(1A)，電車(10)包括集電部(2A)，該集電部(2A)設置在電車(10)的車頂上，具有可以與架空導體部(1A)接觸的接觸導體部(60)，可基于來自外部的指令進行接觸導體部(60)的上升及下降；開關部(11)，該開關部(11)與集電部(2A)連接，對主電路進行開關；電力轉換裝置(12)，該電力轉換裝置(12)與開關部(11)連接并進行電力轉換；蓄電裝置(13)，該蓄電裝置(13)與電力轉換裝置(12)連接；電動機(16)，該電動機(16)由電力轉換裝置(12)驅動，驅動電車(10)；以及控制部(15)，該控制部(15)至少控制開關部(11)。
文檔編號B60L13/00GK102015356SQ20088012898
公開日2011年4月13日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權日2008年4月30日
發(fā)明者北中英俊 申請人:三菱電機株式會社