特許 5823281 ハイブリッド式電気機関車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5823281

(24)【登録日】2015年10月16日

(45)【発行日】2015年11月25日

(54)【発明の名称】ハイブリッド式電気機関車

(51)【国際特許分類】

   B61C 7/04 20060101AFI20151105BHJP

   B60L 11/12 20060101ALI20151105BHJP

【ＦＩ】

   B61C7/04

   B60L11/12ZHV

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-278316(P2011-278316)

(22)【出願日】2011年12月20日

(65)【公開番号】特開2013-129226(P2013-129226A)

(43)【公開日】2013年7月4日

【審査請求日】2014年3月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100159651

【弁理士】

【氏名又は名称】高倉 成男

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】神田 正彦

【審査官】 志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１４３２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３６８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９１５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８２８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４４６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０８３２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１６９２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１６８２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１４８９９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６１Ｃ ３／０２

Ｂ６１Ｃ ７／０４

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − １５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪を駆動する複数の主電動機と、
車両本体に搭載され、それぞれ発電機を駆動する第１エンジンおよび第２エンジンと、
前記車両本体に搭載され、前記第１エンジンおよび第２エンジンよりも容量が小さく発電機を駆動する第３エンジンと、
前記車両本体に搭載された少なくとも１つの電気機器と、
前記第１エンジン、第２エンジンおよび発電機により発電された電力を前記主電動機に供給する主電気回路と、
前記第３エンジンおよび発電機により発電された電力を前記電気機器に供給する副電気回路であって前記主電気回路に接続された副電気回路と、
前記主電気回路と前記副電気回路との間に設けられ、前記主電気回路と前記副電気回路との間の接続を開閉する接触器と、
前記接触器と前記副電気回路との間に接続され、前記第１エンジン、第２エンジン、第３エンジン、および発電機により発電された電力を蓄電可能であるとともに、蓄電された電力を前記主電気回路および前記副電気回路へ供給可能な蓄電池と、
前記主電動機への電力供給および前記蓄電池への蓄電に応じて、前記接触器の開閉を制御する制御部と、
を備えるハイブリッド式電気機関車。

【請求項2】

前記副電気回路と前記蓄電池との間に設けられ、前記副電気回路と前記蓄電池との間の接続を開閉する第２接触器を備え、前記制御部は、前記主電動機への電力供給および前記蓄電池への蓄電に応じて、前記第２接触器の開閉を制御する請求項１に記載のハイブリッド式電気機関車。

【請求項3】

前記主電気回路において、前記第１エンジンに駆動される発電機と、前記第２エンジンに駆動される発電機との間に設けられ、これら発電機と前記主電動機との間の接続を開閉する第３接触器を備え、前記制御部は、前記主電動機への電力供給および前記蓄電池への蓄電に応じて、前記第３接触器の開閉を制御する請求項２に記載のハイブリッド式電気機関車。

【請求項4】

前記車両本体に搭載され前記副電気回路に接続されているとともに、他車両の電源に接続可能に設けられ、前記蓄電池に電力を供給可能な電力変換装置を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のハイブリッド式電気機関車。

【請求項5】

前記第１および第２エンジンおよび発電機は、前記車両本体の床上に載置され、前記第３エンジンおよびこの第３エンジンに駆動される発電機は、前記車両本体の床下に設置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のハイブリッド式電気機関車。

【請求項6】

前記第１エンジンおよび第２エンジンは、同一の容量を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のハイブリッド式電気機関車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、エンジンおよび発電機と発電された電力により車両を駆動する電動機とを搭載したハイブリッド式電気機関車に関する。

【背景技術】

【0002】

レール上を走行する鉄道車両として、電動機により車輪を駆動して走行する電気機関車が一般に広く用いられている。近年、エンジンおよび発電機を搭載し、このエンジンの出力により発電機を駆動して発電し、主電動機に電力を供給するハイブリッド式電気機関車、電気式ディーゼル機関車が提案されている。
ハイブリッド式電気機関車として、大型の１台のエンジンを搭載した電気機関車、あるいは、複数台のエンジンおよび発電機を搭載した電気機関車が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８−１９８１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような１台の大型エンジンを搭載したハイブリッド式電気機関車では、発電した電力を蓄電池に蓄えて利用することを想定した場合、蓄電池は放電させることで車両が走行する以上、再び使用するためには、車両の停車中、あるいは走行中に、再び放電できる状態まで、充電する必要がある。上り勾配、あるいは、高速走行などのために、高出力が必要になる場合には、１台のみ搭載されているエンジンは、常に走行用の電源を発生するためのフル稼働状態になり、蓄電池を十分に充電できない。いつまでも充電できないまま、使用できない蓄電池は、車両の重さを増すだけの、いわゆる死荷重と同じであり、機関車としての本来発揮すべき力行性能を下げる要因となる。

【0005】

複数の中型エンジンを搭載したハイブリッド式電気機関車では、蓄電池の充電状態に合わせて中型エンジンを稼動すると、エンジンにとっては燃費、排気ガスなどの面で必ずしも最適でない状態で運転し続ける必要がある。一方のエンジンを発電および充電に利用し、他方のエンジンを車両の走行に使用することが可能であるが、この場合、２台の中型エンジンを搭載しているにも関わらず、充電が必要になった際には、一方の中型エンジンを充電専用に使ってしまうため、搭載しているエンジン出力から当然、得られるはずの性能を、車両が発揮することができない。逆に、走行性能を確保するために、２台の中型エンジンを走行用に使用すると、いつになっても蓄電池を充電できない。

【0006】

更に、複数台のエンジンを別個に最適な状態で運転することが望ましいが、いずれかのエンジンにより蓄電池を充電するには、一定の充電電圧を確保するために大型のエンジンを高速回転させる必要があり、騒音の発生、燃費の低下を生じる。

【0007】

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、効率よく走行および充電を行い騒音低減や燃費改善を図ることが可能な信頼性の高いハイブリッド式電気機関車を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態によれば、ハイブリッド式電気機関車は、車輪を駆動する複数の主電動機と、車両本体に搭載され、それぞれ発電機を駆動する第１エンジンおよび第２エンジンと、前記車両本体に搭載され、前記第１エンジンおよび第２エンジンよりも容量が小さく発電機を駆動する第３エンジンと、前記車両本体に搭載された少なくとも１つの電気機器と、
前記第１エンジン、第２エンジンおよび発電機により発電された電力を前記主電動機に供給する主電気回路と、前記第３エンジンおよび発電機により発電された電力を前記電気機器に供給する副電気回路であって前記主電気回路に接続された副電気回路と、前記主電気回路および副電気回路に接続され、前記第１エンジン、第２エンジン、第３エンジン、および発電機により発電された電力を蓄電可能であるとともに、蓄電された電力を前記主電気回路および副電気回路へ供給可能な蓄電池と、前記副電気回路および蓄電池と前記主電気回路との間に設けられ、前記副電気回路および蓄電池と前記主電気回路との間の接続を開閉する接触器と、前記主電動機への電力供給および前記蓄電池への蓄電に応じて、前記接触器の開閉を制御する制御部と、を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車を示す側面図。

【図2】図２は、前記ハイブリッド式電気機関車の内部構成を示す平面図。

【図3】図３は、前記ハイブリッド式電気機関車の回路構成を示す図。

【図4】図４は、第２の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車の回路構成を示す図。

【図5】図５は、第３の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車の回路構成を示す図。

【図6】図６は、第４の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車の回路構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、実施形態に係るハイブリッド式電気機関車について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車の車体を一部破断して内部構成を示し、図２は、車体の天井部分を取り除いて、ハイブリッド式電気機関車の機械室内の機器配置を示している。図１および図２に示すように、ハイブリッド式電気機関車（以下、電気機関車と称する）１０は、それぞれ車輪１４が設けられた一対の２軸台車１６と、台車１６上にばねを介して支持された車体１７と、を備えている。各台車１６は、枢軸の周りで回動可能に車体１７に連結されている。各台車１６に、例えば２台の主電動機２６ａ、２６ｂ(２６ｃ、２６ｄ)が搭載され、２本の車軸の近傍に位置している。主電動機２６ａないし２６ｄの各々は、図示しないギアボックスおよびカップリングを介して、車軸に接続され、車軸および車輪１４に回転力を伝達する。車輪１４はレール１３上に載置されている。主電動機２６ａないし２６ｄによって車輪１４を回転することにより、電気機関車１０はレール１３上を走行する。

【0011】

なお、上述の電気機関車１０では、２軸台車を例に挙げて説明しているが、これに限らず、３軸台車など、他の構成を備えた台車であっても構わない。

【0012】

車体１７は、車体台枠１８と、車体台枠１８上に搭載された細長い箱状の車両本体２０と、を備えている。車両本体２０は、車体台枠１８上の全面に渡って敷設され車体の床を構成した床板２０ａ、車体台枠１８上に立設され車体１７の長手方向に延びる一対の側構２０ｂ、車両の前面および後面をそれぞれ形成した一対の端壁、および車両本体の上部開口を覆った天井壁２０ｃを有し、車体台枠１８を覆って設けられている。

【0013】

車両本体２０内は複数の仕切り壁４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにより、運転室および複数の機械室、例えば、３つの機械室に区分されている。第１機械室３、第２機械室４、第３機械室５は、車両の走行方向に沿って並んで配置されている。

【0014】

第１機械室３には、補機として、例えば、２台の保安装置１２ａ、１２ｂ、および２台の送風機１１ａ、１１ｂが載置されている。第２機械室４には、主に２組のエンジンおよび発電機が配置されている。すなわち、第２機械室４の床上に、第１エンジン２１ａおよびこの第１エンジンにより駆動されて発電する発電機２２ａと、第２エンジン２１ｂおよびこの第２エンジンにより駆動されて発電する発電機２２ｂと、が中央通路を挟んで向かい合わせで載置されている。第２機械室４の天井には、第２機械室の熱を外部に放熱するラジエタ４２が配置されている。第１エンジン２１ａおよび第２エンジン２１ｂは、例えば、中型のデーゼルエンジンであり、メインテナンス性等を考慮して、同一容量のエンジンとしている。

【0015】

第３機械室５には、走行用と補助回路用を一体にした複数の電力変換装置２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、１台の蓄電池３１、補機としての１２ｃ、１２ｄ、送風機１１ｃ、１１ｄ、図示しないブレーキ装置などが配置されている。電力変換装置２３ａないし２５ｂと蓄電池３１とは、中央通路を挟んで向かい合わせ状態で床上に搭載されている。

【0016】

図１に示すように、車両本体２０の床下に、第３エンジン２１ｃおよびこの第３エンジンに駆動されて発電する発電機２２ｃ、燃料タンク４４が艤装されている。第３エンジン２１ｃは、例えば、小型のデーゼルエンジンであり、第１および第２エンジン２１ａ、２１ｂよりも小さい容量のエンジンを用いている。

【0017】

図３は、電気機関車１０の基本回路構成を示している。
図２および図３に示すように、第１エンジン２１ａおよび第２エンジン２１ｂはそれぞれ発電機２２ａ、２２ｂと組み合わされ、２組の発電装置を構成している。近年、交流発電機が一般的であるので、この発電機２２ａ、２２ｂから得られた交流電力を電力変換装置２３ａ、２３ｂにより、一旦、直流に変換する。電力変換装置２３ａ、２３ｂは、走行用の主電力回路５０ａにより電力変換装置２４ａ、２４ｂに接続され、更に、電力変換装置２４ａは、２台の主電動機２６ａ、２６ｂに接続され、電力変換装置２４ｂは２台の主電動機２６ｃ、２６ｄに接続されている。

【0018】

第３エンジン２１ｃおよびこの第３エンジンにより駆動される発電機２２ｃとで構成される発電装置は、副電気回路５０ｂにより、電力変換装置２５ａ、２５ｂに接続されている。電力変換装置２５ａは、補機２７ａとして、例えば、ラジエタ４２や送風機１１ａないし１１ｄに接続され、これらの電圧や周波数を可変して制御する。電力変換装置２５ｂは、補機２７ｂとして、例えば、空気圧縮機などに接続され、これを一定電圧、一定周波数で制御する。

【0019】

副電気回路５０ｂは、直流回路５０ｃにより主電気回路５０ａに接続されている。蓄電池３１は、この直流回路５０ｃに接続され、発電機２２ａ、２２ｂ、２２ｃにより発電された電力を蓄電可能であるとともに、蓄電した電力を主電気回路５０ａおよび副電気回路５０ｂへ供給可能となっている。

【0020】

主電気回路５０ａと副電気回路５０ｂとを繋ぐ直流回路５０ｃには、接続を開閉する少なくとも１つの接触器が設けられている。本実施形態では、電気回路は、副電気回路５０ｂおよび蓄電池３１と主電気回路５０ａとの間で直流回路５０ｃに設けられ接続を開閉する第１接触器Ｋ１と、副電気回路５０ｂと蓄電池３１との間で直流回路５０ｃに設けられ接続を開閉する第２接触器Ｋ２と、を備えている。第１および第２接触器Ｋ１、Ｋ２は、例えば、電磁開閉器により構成され、制御部４６により開閉が制御される。

【0021】

電気機関車１０を運用する線区により左右されるが、一般的に、本線走行用の急行列車牽引用、あるいは、貨物列車牽引用などの用途であれば、主電動機１台あたりの出力は約５００ｋＷ程度であり、図３に示す構成において、第１エンジン２１ａおよび第２エンジン２１ｂには、１０００ｋＷ程度の出力（容量）が求められる。一方、補機２７ａ、２７ｂの駆動に必要な動力は、一般的に１００ないし２００ｋＷ程度であるため、第３エンジン２１ｃは、第１エンジンおよび第２エンジン２１ａ、２１ｂに比べ出力（容量）の小さいエンジンを用いる。この場合、第２エンジン２１ｃおよび発電機２２ｃは、車体１７の床下などに、市販のパワーパックとして配置することが可能である。

【0022】

ここで、大きな騒音源となるのは、走行用の大型の第１エンジン２１ａおよび第２エンジン２１ｂであることから、この２台のエンジンは、図１および図２に示すように、第２機械室４に配置する。エンジンの吸気や換気が必要であるが、車体１７の側面に吸気口を設ける場合にあっても、吸音材を用いた吸音ダクト、あるいは吸音ルーバにより、エンジンから車外に発生する騒音を効果的に抑制することができる。

【0023】

また、第２機械室４は第１および第２エンジン２１ａ、２１ｂから発せられる熱で高温になり、輻射熱も大きくなるため、蓄電池３１は、電力変換装置２３ａないし２５ｂを配置した第３機械室５に配置している。
第３エンジン２１ｃは小型のエンジンであり、連続運転する可能性が高いとはいえ、元来、騒音も小さいため、車体１７の床下配置でもよい。

【0024】

次に、上記のように構成された電気機関車１０の動作について図３を用いて詳細に説明する。
蓄電池３１が十分に充電されている場合には、蓄電池３１から電力を供給し、主電動機２６ａないし２６ｄおよび補機２７ａ、２７ｂを駆動する。制御部４６は、第１、第２、第３のすべてのエンジン２１ａ、２１ｂ、２１ｃを停止し、第１および第２接触器Ｋ１、Ｋ２を投入（接続）した状態で、走行用および補機駆動用の電力を蓄電池３１から第１および第２電気回路５０ａ、５０ｂを介して主電動機２６ａないし２６ｄおよび補機２７ａ、２７ｂに供給する。

【0025】

電気機関車１０単機などで走行の負荷が小さい場合、あるいは、短い編成など、牽引する列車の負荷が小さい場合などで、蓄電池３１のみで走行可能な場合は、制御部４６は、すべてのエンジンを停止した上記の状態のまま走行を継続する。

【0026】

ここで、一旦、力行をオフし、次の走行に備えるために蓄電池３１を充電する場合には、制御部４６は、第２接触器Ｋ２を投入（接続）、第１接触器Ｋ１を開放に切り換え、第３エンジン２１ｃのみ運転を開始する。第３エンジン２１ｃの起動は、蓄電池３１により発電機２２ｃを駆動する方法や、補機２７ｂは運転中であるから圧縮エアも準備されているので、この圧縮エアを利用してエアスタータにより第３エンジンを起動する方法が可能である。

【0027】

蓄電池３１を第３エンジン２１ｃで充電したまま力行する場合には、第１および第２エンジン２１ａ、２１ｂを起動し、主電気回路５０ａを介して電力変換装置２４ａ、２４ｂ、主電動機２６ａないし２６ｄに電力を供給することで、第３エンジン２１ｃは蓄電池３１の充電に適した電圧での運転を継続したまま、第１および第２エンジン２台分の力行性能を確保することが可能である。もちろん、排気ガスの発生などを最低限にするため、負荷が軽くエンジン１台で負担できる場合には、すなわち、力行ノッチが低い場合などには、たとえば、一方の第１エンジン２１ａのみ運転し、第２エンジン２１ｂは停止する。ただし、軽負荷の場合に使用するエンジンを第１エンジン２１ａ、高負荷の場合に使用するエンジンを第２エンジン２１ｂと決めておくと、使用する頻度の高い第１エンジン２１ａの経年による性能低下が起き得るため、第１および第２エンジン２１ａ、２１ｂを交互運転するなど、両エンジンの総合運転時間がほぼ均等になるようにする。第１および第２エンジン２１ａ、２１ｂの起動も、上記の第３エンジン２１ｃの起動方法と同様に発電機２２ａ、２２ｂにより、あるいは、エアスタータにより起動可能である。

【0028】

蓄電池３１からの電力を走行用に使用する場合、制御部４６により第１接触器Ｋ１を接続、第２接触器Ｋ２を開放とすることにより、蓄電池３１の電力を第１および第２エンジン２１ａ、２１ｂから得られる電力に加えることが可能である。

【0029】

登坂などで、最大の出力を発揮したい場合には、第１および第２接触器Ｋ１、Ｋ２の両方を投入（接続）とすることにより、３台のエンジン２１ａないし２１ｃと蓄電池３１とから得られるすべての電力を主電動機２６ａないし２６ｄに供給し、走行用に用いることが出来る。ただし、この場合でも補機２７ａ、２７ｂの動力は必要となるため、「第１、第２、第３エンジン２１ａ、２１ｂ、２１ｃ＋蓄電池３１−副電気回路５０ｂ電源」の合計分が実際に走行用に使用できる最高電力となる。

【0030】

登坂走行後は、通常、下り勾配を速度を抑えながら走行することが多いため、その場合には、主電動機２６ａないし２６ｄから得られる回生電力により、蓄電池３１を充電することが可能である。この場合、充電に適した電圧にする必要があるため、制御部４６は、第１接触器Ｋ１を投入、第２接触器Ｋ２を開放とし、第１および第２エンジン２１ａ、２１ｂは適正なアイドリング後に停止、第３エンジン２１ｃは運転する。これにより、回生ブレーキによって蓄電池３１を電力変換装置２４ａ、２４ｂから供給される電力で蓄電池３１を充電しながら、第３エンジン２１ｃの電力により補機２７ａ、２７ｂを駆動する。蓄電池３１の充電が完了した後、制御部４６は、第１接触器Ｋ１を開放、第２接触器Ｋ２を投入とし、補機２７ａ、２７ｂは蓄電池３１により運転し、第３エンジン２１ｃも停止する。

【0031】

なお、上記のような運転動作の中で、一旦停止させていたエンジンから出力を得るためには、適正な回転数により、適正な時間のアイドリングが必要となるのが一般的であり、停止させていたエンジンを起動直後、急激に加速して大きな負荷をかけることは難しい。そのため、力行ハンドルを投入することでノッチにより停止させていたエンジンを起動させるだけではなく、予め運転手がエンジン起動スイッチで停止させていたエンジンを手動で起動しておけば、力行ハンドルを高位置に置いたときに、あまり時間を掛けずに大きな出力（牽引力、速度）を得ることができる。

【0032】

上述した３台のエンジンのうち、充電専用のエンジンが故障などにより使用できない場合は、残りの２台のエンジンで蓄電池の充電と走行および副電気回路用電源をまかなうことが可能である。例として、図３における第２エンジン２１ｂが使用できない場合、第１エンジン２１ａで力行を継続し、第３エンジン２１ｃは蓄電池の充電と補機の駆動に使用することが可能である。第１および第２接触器Ｋ１、Ｋ２の開放、投入は前述と同様である。この場合、走行に使用できる最高出力は、「第１エンジン２１ａ＋第３エンジン２１ｃ＋蓄電池−副電気回路電源」の合計分である。

【0033】

（第２の実施形態）
他の例として、前述した図３における第３エンジン２１ｃが使用できない事態を考慮する場合には、図４に示す第２の実施形態に係る電気機関車のように、第３接触器Ｋ３を追加することで冗長性を向上させることが可能である。

【0034】

第３接触器Ｋ３は、直流回路５０ｃにおいて、電力変換装置２３ａと電力変換装置２３ｂとの間に、すなわち、第１エンジン２１ａと第２エンジン２１ｂとの間に、設けられ、直流回路５０ｃを開閉する。この第３接触器Ｋ３も制御部４６により開閉動作が制御される。

【0035】

第３接触器Ｋ３を開放、第１および第２接触器Ｋ１、Ｋ２を投入とすることにより、第１エンジン２１ａの出力は走行用の主電動機の出力用に使用可能であり、第２エンジン２１ｂの出力は蓄電池３１の充電と補機２７ａ、２７ｂの駆動に使用することが可能である。また、蓄電池３１を補機動力とすることも可能であるから、第３エンジン２１ｃよりも大型の第２エンジン２１ｂにより急速に短時間で蓄電池３１を充電した後は、第２エンジン２１ｂを停止させることが可能となる。これにより、小さな容量の補機に合わせて大型のエンジンである第２エンジン２１ｂを排気ガス特性や燃費の悪い軽負荷運転状態で長時間運転することを回避できる。
なお、第２の実施形態において、電気機関車の他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

【0036】

以上のように構成された第１の実施形態および第２の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車によれば、車両の走行、蓄電池の充電、および補機の駆動に応じて、接触器により電気回路の接続、開放を制御することにより、蓄電池の充電効率を低下させることなく、複数台のエンジンの出力を効率よく走行動力に使用することが可能となる。これにより、大型のエンジンを１台のみ搭載していた場合、あるいは、中型のエンジンを２台搭載していた従来技術に比べ、騒音低減や燃費改善のみならず、冗長性も高めた信頼性の高い電気機関車が得られる。

【0037】

次に、他の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車について説明する。以下に述べる、複数の他の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には、第１の実施形態と同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0038】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車の回路構成を示している。
本実施形態によれば、電気機関車は、副電気回路５０ｂに接続された電力変換装置２８を更に備え、この電力変換装置２８は、電気連結器２９を介して、他車両の電源に接続可能に構成されている。

【0039】

通常、客車は、サービス電源用に交流電力が引き通されている。客車の両端に本実施形態のハイブリッド電気機関車を配した固定編成のような列車の場合は、第３エンジン２１ｃが使用できない事態となった際に、電気連結器２９を介して電力変換装置２８をサービス電源に接続し、このサービス電源により蓄電池３１を充電することが可能となる。更に、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、効率よく走行および充電を行い騒音低減や燃費改善を図ることが可能な信頼性の高いハイブリッド式電気機関車を提供することができる。

【0040】

（第４の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車の回路構成を示している。この図に示すように、電気機関車は、２組のエンジンおよび発電機を備えている。すなわち、電気機関車は、第１エンジン２１ａおよびこの第１エンジンにより駆動されて発電する発電機２２ａと、第２エンジン２１ｂおよびこの第２エンジンにより駆動されて発電する発電機２２ｂと、発電機２２ａ、２２ｂに接続された電力変換装置２３ａ、２３ｂと、蓄電池３１と、を備えている。更に、電気機関車は、それぞれ車軸を駆動する主電動機２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、送風機、ラジエタ、保安装置などの補機２７ａ、２７ｂ、これらの補機に接続された電力変換装置２５ａ、２５ｂを備えている。

【0041】

第１エンジン２１ａおよび第２エンジン２１ｂはそれぞれ発電機２２ａ、２２ｂと組み合わされ、２組の発電装置を構成している。発電機２２ａ、２２ｂから得られた交流電力を電力変換装置２３ａ、２３ｂにより、一旦、直流に変換する。電力変換装置２３ａ、２３ｂは、走行用の直流回路５０ｃにより電力変換装置２４ａ、２４ｂ、電力変換装置２５ａ、２５ｂに接続され、更に、電力変換装置２４ａは、２台の主電動機２６ａ、２６ｂに接続され、電力変換装置２４ｂは２台の主電動機２６ｃ、２６ｄに接続されている。

【0042】

蓄電池３１は、第１エンジン２１ａと第２エンジン２１ｂとの間で、直流回路５０ｃに接続され、発電機２２ａ、２２ｂにより発電された電力を蓄電可能であるとともに、蓄電した電力を直流回路５０ｃへ供給可能となっている。

【0043】

直流回路５０ｃにおいて、第１エンジン２１ａと蓄電池３１との間に、接続を開閉する第１接触器Ｋ１が設けられ、更に、第２エンジン２１ｂと蓄電池３１との間に、接続を開閉する第２接触器Ｋ２が設けられている。第１および第２接触器Ｋ１、Ｋ２は、例えば、電磁開閉器により構成され、制御部４６により開閉が制御される。

【0044】

以上のように構成された第４の実施形態および第２の実施形態に係るハイブリッド式電気機関車によれば、車両の走行、蓄電池の充電、および補機の駆動に応じて、第１接触器Ｋ１および第２接触器Ｋ２により電気回路の接続、開放を制御することにより、エンジンからの電力および蓄電池からの電力を利用して主電動機２６ａないし２６ｄおよび補機２７ａ、２７ｂを駆動し、また、エンジンからの電力および駆動側からの回生エネルギを蓄電池３１に蓄電することができる。

【0045】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0046】

上述した実施形態では、第１ないし第３エンジンとして、デーゼルエンジンを用いたが、これに限らず、ガソリンエンジンを用いてもよい。補機は、上述した実施形態に限らず、種々選択可能である。電気機関車の回路構成は、実施形態の一例であり、接触器の位置や回路の接続方法を限定するものではない。
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
車輪を駆動する複数の主電動機と、
車両本体に搭載され、それぞれ発電機を駆動する第１エンジンおよび第２エンジンと、
前記車両本体に搭載され、前記第１エンジンおよび第２エンジンよりも容量が小さく発電機を駆動する第３エンジンと、
前記車両本体に搭載された少なくとも１つの電気機器と、
前記第１エンジン、第２エンジンおよび発電機により発電された電力を前記主電動機に供給する主電気回路と、
前記第３エンジンおよび発電機により発電された電力を前記電気機器に供給する副電気回路であって前記主電気回路に接続された副電気回路と、
前記主電気回路および副電気回路に接続され、前記第１エンジン、第２エンジン、第３エンジン、および発電機により発電された電力を蓄電可能であるとともに、蓄電された電力を前記主電気回路および副電気回路へ供給可能な蓄電池と、
前記副電気回路および蓄電池と前記主電気回路との間に設けられ、前記副電気回路および蓄電池と前記主電気回路との間の接続を開閉する接触器と、
前記主電動機への電力供給および前記蓄電池への蓄電に応じて、前記接触器の開閉を制御する制御部と、
を備えるハイブリッド式電気機関車。
［２］
前記副電気回路と前記蓄電池との間に設けられ、前記副電気回路と蓄電池との間の接続を開閉する第２接触器を備え、前記制御部は、前記主電動機への電力供給および前記蓄電池への蓄電に応じて、前記第２接触器の開閉を制御する［１］に記載のハイブリッド式電気機関車。
［３］
前記主電気回路において、前記第１エンジンに駆動される発電機と、前記第２エンジンに駆動される発電機との間に設けられ、これら発電機と前記主電動機との間の接続を開閉する第３接触器を備え、前記制御部は、前記主電動機への電力供給および前記蓄電池への蓄電に応じて、前記第３接触器の開閉を制御する［２］に記載のハイブリッド式電気機関車。
［４］
前記車両本体に搭載され前記副電気回路に接続されているとともに、他車両の電源に接続可能に設けられ、前記蓄電池に電力を供給可能な電力変換装置を備えている［１］ないし［３］のいずれか１つに記載のハイブリッド式電気機関車。
［５］
前記第１および第２エンジンおよび発電機は、前記車両本体の床上に載置され、前記第３エンジンおよびこの第３エンジンに駆動される発電機は、前記車両本体の床下に設置されている［１］ないし［４］のいずれか１つに記載のハイブリッド式電気機関車。
［６］
前記第１エンジンおよび第２エンジンは、同一の容量を有する［１］ないし［５］のいずれか１つに記載のハイブリッド式電気機関車。

【符号の説明】

【0047】

３…第１機械室、４…第２機械室、５…第３機械室、１０…電気機関車、１４…車輪、
１６…台車、１７…車体、２０…車両本体、２１ａ…第１エンジン、
２１ｂ…第２エンジン、２１ｃ…第３エンジン、
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…発電機、
２３ａ、２、２３ｂ、２３ｃ…電力変換装置、
２４ａ、２５ｂ、２４ａ、２５ｂ、２８…電力変換装置、
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ…主電動機、３１…蓄電池、４６…制御部、
Ｋ１…第１接触器、 Ｋ２…第２接触器、Ｋ３…第３接触器、５０ａ…主電気回路、
５０ｂ…副電気回路、５０ｃ…直流回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】