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(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】
(24)【登録日】2023-02-02
(45)【発行日】2023-02-10
(54)【発明の名称】鉄道車両用空気圧縮システム
(51)【国際特許分類】
B60L 1/00 20060101AFI20230203BHJP
B60L 13/00 20060101ALI20230203BHJP
B60L 5/22 20060101ALI20230203BHJP
B61C 3/02 20060101ALI20230203BHJP
B61C 7/02 20060101ALI20230203BHJP
B61C 17/06 20060101ALI20230203BHJP
B61K 7/08 20060101ALI20230203BHJP
【ＦＩ】
B60L1/00 B
B60L13/00 D
B60L5/22 B
B61C3/02
B61C7/02
B61C17/06
B61K7/08
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018243451
(22)【出願日】2018-12-26
(65)【公開番号】P2020108222
(43)【公開日】2020-07-09
【審査請求日】2021-11-26
(73)【特許権者】
【識別番号】503405689
【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】黒光 将
(72)【発明者】
【氏名】久我 崇
(72)【発明者】
【氏名】川畑 慶太
(72)【発明者】
【氏名】田中 源平
【審査官】井古田 裕昭
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５２８７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５２６２８４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １／００
Ｂ６０Ｌ １３／００
Ｂ６０Ｌ ５／２２
Ｂ６１Ｃ ３／０２
Ｂ６１Ｃ ７／０２
Ｂ６１Ｃ １７／０６
Ｂ６１Ｋ ７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮機と、パンタグラフ昇降用に圧縮空気を溜める第１タンクと、
ブレーキ作動用に圧縮空気を溜める第２タンクと、
架線とは別に電力を供給可能な車載電源と、
架線電力を利用できないときは、前記車載電源の電力を用いて前記圧縮機で生成した圧縮空気を前記第１タンクに溜め、前記架線電力を利用できるときは、前記架線電力を用いて前記圧縮機で生成した圧縮空気を前記第２タンクに溜めるように前記圧縮機を制御する制御部と、
前記第１タンクと前記第２タンクとを繋ぐタンク通路を遮断可能な第１弁と、
を備え、
前記第１弁は、前記車載電源の電力を用いて前記圧縮機で生成した圧縮空気を第１タンクに溜める際には前記タンク通路を遮断し、前記架線電力を用いて前記圧縮機で生成した圧縮空気を第２タンクに溜める際には前記タンク通路を遮断せず、前記圧縮機で生成した圧縮空気が前記第１タンク及び前記タンク通路を通過して前記第２タンクに供給される、
鉄道車両用空気圧縮システム。
【請求項2】
前記制御部は、前記車載電源の電力を用いて前記圧縮機で生成された圧縮空気は前記第２タンクに供給しないよう前記圧縮機を制御する請求項１に記載の鉄道車両用空気圧縮システム。
【請求項3】
前記第１弁は、所定の第１圧力以上で開く制圧弁であり、前記制御部は、前記車載電源の電力を用いて前記圧縮機で生成した圧縮空気を第１タンクに溜める際には、第１タンクの圧力が前記第１圧力よりも低くなるように前記圧縮機を制御し、
前記架線電力を用いて前記圧縮機で生成した圧縮空気を第２タンクに溜める際には、第１タンクの圧力が前記第１圧力よりも高くなるように前記圧縮機を制御する請求項１に記載の鉄道車両用空気圧縮システム。
【請求項4】
前記第２タンクから前記第１タンクに圧縮空気を供給する第２弁を有する請求項１から３のいずれかに記載の鉄道車両用空気圧縮システム。
【請求項5】
前記第２弁は、前記第１タンクから前記第２タンクへの逆流を防止可能な逆止弁である請求項４に記載の鉄道車両用空気圧縮システム。
【請求項6】
前記圧縮機は、前記車載電源の電力を用いるときは、前記架線電力を用いるときよりも低い電圧で駆動される請求項１から５のいずれかに記載の鉄道車両用空気圧縮システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道車両用空気圧縮システムに関する。
【背景技術】
【0002】
空気圧縮機と空気槽とを備えた鉄道用の電動車両が知られている。例えば、特許文献１には、圧縮空気を生成する空気圧縮機と、空気圧縮機から導入された圧縮空気を一旦貯留する空気槽と、を備え、空気槽からの圧縮空気によって制動装置など車両の各部機構を動作させる鉄道用の電動車両が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００４－１１２９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明者は、架線からパンタグラフを介して供給される電力により駆動される鉄道車両の空気圧縮システムについて以下の認識を得た。
パンタグラフを備える鉄道車両は、通常走行時には、パンタグラフを上昇させて架線電力を受電し、この架線電力を使用して車両駆動用のモータを駆動するとともに空気圧縮システムを駆動して圧縮空気を供給する。このような鉄道車両には、空気圧縮システムの圧縮空気を用いてパンタグラフを昇降させるものがある。
パンタグラフを備える鉄道車両は、通常走行時には、パンタグラフを上昇させて架線電力を受電し、この架線電力を使用して車両駆動用のモータを駆動するとともに空気圧縮システムを駆動して圧縮空気を供給する。このような鉄道車両には、空気圧縮システムの圧縮空気を用いてパンタグラフを昇降させるものがある。
【0005】
このような鉄道車両は、車庫に入庫して待機するときには、パンタグラフを降ろして架線電力を使用できない状態になることがある。この状態では、パンタグラフを再び上昇させるとき、架線電力で動作する圧縮機は使用できないので、バッテリの電力で動作する別の圧縮機を設けてこの圧縮機からの圧縮空気によりパンタグラフを昇降させることが考えられる。
【0006】
しかし、バッテリで動作する別の圧縮機を設けると、空気圧縮システムが大型化して車両の下部空間への収納が難しくなるという問題がある。
これらから、本発明者は、空気圧縮システムには、架線電力を使用できない状態でもパンタグラフ昇降用の圧縮空気を供給可能な鉄道車両用空気圧縮システムを小型化する観点から、改善の余地があることを認識した。
これらから、本発明者は、空気圧縮システムには、架線電力を使用できない状態でもパンタグラフ昇降用の圧縮空気を供給可能な鉄道車両用空気圧縮システムを小型化する観点から、改善の余地があることを認識した。
【0007】
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、架線電力を使用できない状態でもパンタグラフ昇降用の圧縮空気を供給可能な鉄道車両用空気圧縮システムを小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の鉄道車両用空気圧縮システムは、圧縮機と、パンタグラフ昇降用に圧縮空気を溜める第１タンクと、ブレーキ作動用に圧縮空気を溜める第２タンクと、架線とは別に電力を供給可能な車載電源と、架線電力を利用できないときは、車載電源の電力を用いて圧縮機で生成した圧縮空気を第１タンクに溜め、架線電力を利用できるときは、架線電力を用いて圧縮機で生成した圧縮空気を第２タンクに溜めるように圧縮機を制御する制御部とを備える。
【0009】
この態様によると、１つの圧縮機で生成された圧縮空気を第１タンクと第２タンクとに溜めることができる。
【0010】
なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、架線電力を使用できない状態でもパンタグラフ昇降用の圧縮空気を供給可能な鉄道車両用空気圧縮システムを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態に係る空気圧縮システムを搭載した車両を概略的に示す側面図である。
【図4】第２実施形態に係る空気圧縮システムの第１タンクの周辺を示す構成図である。
【図5】第３実施形態に係る空気圧縮システムの第１タンクの周辺を示す構成図である。
【図6】第４実施形態に係る空気圧縮システムの第１タンクの周辺を示す構成図である。
【図7】第５実施形態に係る空気圧縮システムの第１タンクの周辺を示す構成図である。
【図8】第６実施形態に係る空気圧縮システムの第１タンクの周辺を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
【0014】
［第１実施形態］
図１～図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用空気圧縮システム１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る空気圧縮システム１００を搭載した車両１を概略的に示す側面図である。
図１～図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用空気圧縮システム１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る空気圧縮システム１００を搭載した車両１を概略的に示す側面図である。
【0015】
本実施形態の車両１は、鉄道車両であって、主に車体８０と、パンタグラフ８２と、昇降装置８６と、変換装置８８と、走行制御装置９０と、走行モータ９２と、車輪９４と、ブレーキ駆動装置９６と、扉開閉装置９８と、空気圧縮システム１００とを備える。パンタグラフ８２は、上昇した状態では架線８４に接触し、架線から電力（以下、「架線電力」という。）を受電し、変換装置８８に供給する。パンタグラフ８２は、下降した状態では架線８４に接触せず、架線電力を受電しない。
【0016】
昇降装置８６は、空気圧縮システム１００から供給される第１圧縮空気Ａｐ１に基づいてパンタグラフ８２を昇降する。変換装置８８は、パンタグラフ８２を介して受電した架線電力を所定の電圧に変換して、走行モータ９２や空気圧縮システム１００など車両の各部に供給する。走行制御装置９０は、変換装置８８からの電力に基づいて走行モータ９２の駆動とその制御を行う。車輪９４は、走行モータ９２の回転に基づいて回転し、車両１を走行させる。ブレーキ駆動装置９６と扉開閉装置９８は、空気圧縮システム１００から供給される第２圧縮空気Ａｐ２に基づいて、ブレーキ（不図示）を作動させ、車両の扉（不図示）の開閉動作を行う。車体８０は、その下部空間に空気圧縮システム１００およびその他の関連機器を搭載する。
【0017】
空気圧縮システム１００を説明する。図２は、空気圧縮システム１００の構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態の空気圧縮システム１００は、圧縮機１０と、車載電源４０と、充電制御部４２と、圧縮装置制御部１６と、第１タンク２０と、第２タンク３０と、通路制御部５０とを含む。
【0018】
圧縮機１０は、空気を圧縮して圧縮空気を供給する。本実施形態の圧縮機１０は、圧縮装置制御部１６から供給される電力に基づいて回転するモータ（不図示）を含み、当該モータの駆動力によって圧縮空気を供給する電動エアコンプレッサである。
【0019】
車載電源４０は、架線８４とは別に電力（以下、「車載電源電力」という）を供給可能な電源要素である。本実施形態の車載電源４０は、繰り返し充電可能な蓄電池である。充電制御部４２は、架線電力に基づき車載電源４０の充電を制御する。
【0020】
圧縮装置制御部１６は、架線電力と、車載電源電力とに基づいて圧縮機１０に駆動電力を供給する制御要素である。圧縮装置制御部１６は、架線電力が使用できない場合には第１モードに入り、架線電力が使用できる場合には第２モードに入る。圧縮装置制御部１６は、第１モードでは車載電源電力を圧縮機１０に供給し、第２モードでは架線電力を圧縮機１０に供給する。圧縮装置制御部１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの電子装置を含んで構成できる。
【0021】
本実施形態では、圧縮機１０は、車載電源４０の電力を用いるときは、架線電力を用いるときよりも低い電圧で駆動される。一例として、車載電源４０の電力を用いる第１モードでは、圧縮機１０は１００ｖで駆動され、架線電力を用いる第２モードでは、圧縮機１０は４００ｖで駆動される。
【0022】
第１タンク２０は、パンタグラフ昇降用に圧縮機１０から供給される圧縮空気を溜めるエアタンクである。第１タンク２０に溜められた圧縮空気は、第１出力通路Ｐｓ１を介して第１圧縮空気Ａｐ１として昇降装置８６に供給される。昇降装置８６は、供給された第１圧縮空気Ａｐ１に基づいてパンタグラフ８２を昇降する。第１タンク２０の容量は、第２タンク３０の容量より小さくてもよい。
【0023】
第２タンク３０は、ブレーキ作動用に圧縮機１０から供給される圧縮空気を溜めるエアタンクである。第２タンク３０に溜められた圧縮空気は、第２出力通路Ｐｓ２を介してブレーキ駆動装置９６に第２圧縮空気Ａｐ２として供給される。ブレーキ駆動装置９６は、供給された第２圧縮空気Ａｐ２に基づいてブレーキの作動や解除を行う。本実施形態では、第２圧縮空気Ａｐ２は、扉開閉装置９８にも供給される。扉開閉装置９８は、供給された第２圧縮空気Ａｐ２に基づいて扉の開閉動作を行う。
【0024】
通路制御部５０は、圧縮機１０と、第１タンク２０と、第２タンク３０との間における圧縮空気の流路を制御する。通路制御部５０は、圧縮機１０が車載電源電力と架線電力のいずれで動作しているかを判定して、その判定結果に応じて圧縮空気の流路を制御する。この判定は、通路制御部５０によって独自に行われてもよいが、この例では、圧縮装置制御部１６のモード判定の結果を利用している。具体的には、通路制御部５０は、第１モードと第２モードとで圧縮空気の流路を切換える。通路制御部５０は、第１モードでは圧縮機１０で生成した圧縮空気Ａｐｏを第１タンク２０に供給するように流路を制御する。この場合、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０に溜められる。また、通路制御部５０は、第２モードでは圧縮空気Ａｐｏを第２タンク３０に供給するように流路を制御する。この場合、圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０に溜められる。
【0025】
図３を参照して、本実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０、第１、第２タンク２０、３０および通路制御部５０を説明する。図３は、本実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と、第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図である。この図は、主に圧縮空気の流路を示しており、説明上重要でない部材の一部を省略している。図３に示すように、本実施形態は、圧縮機側逆止弁１２と、除湿装置１４と、第１タンク通路２４と、第２タンク通路３４と、第１調圧部２２と、第２調圧部３２と、制圧弁５２とを有する。なお、以下の説明で圧縮空気を供給する側を「上流」、「上流側」といい、圧縮空気の供給を受ける側を「下流」、「下流側」ということがある。
【0026】
第１タンク２０は、２つの通路接続用ポートＰ１、Ｓ１と、１つの出力用ポートＱ１と、を有する。出力用ポートＱ１は、第１出力通路Ｐｓ１に接続され、第１圧縮空気Ａｐ１を昇降装置８６に供給する。
【0027】
第２タンク３０は、１つの通路接続用ポートＰ２と、１つの出力用ポートＱ２と、を有する。出力用ポートＱ２は、第２出力通路Ｐｓ２に接続され、第２圧縮空気Ａｐ２をブレーキ駆動装置９６および扉開閉装置９８に供給する。
【0028】
圧縮機側逆止弁１２は、下流側への空気の流れを許容し、上流側への空気の流れを遮断する。この例では、圧縮機側逆止弁１２は、第１、第２タンク２０、３０から圧縮機１０への空気の流れを遮断する。除湿装置１４は、圧縮機１０から供給される圧縮空気を除湿する。この例では、圧縮機側逆止弁１２は、除湿装置１４内に設けられている。
【0029】
第１、第２調圧部２２、３２は、圧縮装置制御部１６に含まれ、タンク内圧力を調整するために圧縮機１０の動作を制御する。第１調圧部２２は、第１モードで動作して第２モードでは動作せず、第２調圧部３２は、第２モードで動作して第１モードでは動作しない。
【0030】
第１モードにおいて、第１調圧部２２は、第１タンク２０内の第１圧力を検知し、その第１検知圧力に応じて圧縮機１０の作動／非作動を制御する。第１調圧部２２は、第１検知圧力が予め設定された第１下限圧力Ｐｊより低い場合に圧縮機１０を作動させ、第１タンク２０内の圧力を高める。また、第１調圧部２２は、第１検知圧力が予め設定された第１上限圧力Ｐｋ以上の場合に圧縮機１０を停止させる。この結果、第１モードでは、第１タンク２０内の圧力は第１下限圧力Ｐｊから第１上限圧力Ｐｋの間に維持される。なお、第１下限圧力Ｐｊは第１上限圧力Ｐｋより低く設定される。
【0031】
第２モードにおいて、第２調圧部３２は、第２タンク３０内の第２圧力を検知し、その第２検知圧力に応じて圧縮機１０の作動／非作動を制御する。第２調圧部３２は、第２検知圧力が予め設定された第２下限圧力Ｐｍより低い場合に圧縮機１０を作動させ、第２タンク３０内の圧力を高める。また、第２調圧部３２は、第２検知圧力が予め設定された第２上圧力Ｐｎ以上の場合に圧縮機１０を停止させる。この結果、第２モードでは、第２タンク３０内の圧力は第２下限圧力Ｐｍから第２上限圧力Ｐｎの間に維持される。なお、第２下限圧力Ｐｍはから第２上限圧力Ｐｎより低く設定される。
【0032】
第１タンク通路２４は、圧縮機側逆止弁１２と、除湿装置１４と、を介して圧縮機１０から送出される圧縮空気Ａｐｏを第１タンク２０に供給する通路である。本実施形態の第１タンク通路２４は、除湿装置１４の出口と第１タンク２０のポートＰ１とを繋ぎ、圧縮空気Ａｐｏを第１タンク２０内に導く。
【0033】
第２タンク通路３４は、圧縮機側逆止弁１２と、除湿装置１４と、を介して圧縮機１０から送出される圧縮空気Ａｐｏを第２タンク３０に供給する通路である。本実施形態の第２タンク通路３４は、第１タンク２０のポートＳ１と第２タンク３０のポートＰ２とを繋ぎ、第１タンク２０を通過した圧縮空気Ａｐｏを第２タンク３０内に導く。第２タンク通路３４には第１弁として制圧弁５２が設けられる。本実施形態の制圧弁５２は、圧縮機１０で生成した圧縮空気を第１タンク２０に供給する通路を遮断しないように設けられる。
【0034】
制圧弁５２は、上流側の圧力が所定の第１制御圧力Ｐｖ１以上の場合には開いて下流側に圧縮空気を流し、上流側の圧力が第１制御圧力Ｐｖ１より低い場合には閉じて空気の流れを遮断する。本実施形態の制圧弁５２は、第２タンク３０が圧縮空気の供給を受入れる通路に設けられ、圧縮空気Ａｐｏの第２タンク３０への供給を制御する。制圧弁５２は、圧縮空気Ａｐｏの圧力が第１制御圧力Ｐｖ１より低い場合には閉じて、圧縮空気Ａｐｏの第２タンク３０への流れ込みを遮断し、圧縮空気Ａｐｏの圧力が第１制御圧力Ｐｖ１以上の場合には開いて、圧縮空気Ａｐｏの第２タンク３０への流れ込みを許容する。
【0035】
本実施形態では、第１制御圧力Ｐｖ１は第１上限圧力Ｐｋより高く設定されている。つまり、第１モードにおいて第１調圧部２２が動作している間は、圧縮空気Ａｐｏの圧力は第１制御圧力Ｐｖ１を超えないので、制圧弁５２は閉じた状態を維持し、圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０には流入しない。
【0036】
本実施形態では、第１制御圧力Ｐｖ１は、第２下限圧力Ｐｍより高く第２上限圧力Ｐｎより低く設定されている。つまり、第２モードにおいて第２調圧部３２が動作している間は、圧縮空気Ａｐｏの圧力が第１制御圧力Ｐｖ１を超えると、制圧弁５２が開いて、圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０に流入する。圧縮空気Ａｐｏの圧力が第１制御圧力Ｐｖ１より低くなると、制圧弁５２は閉じて圧縮空気Ａｐｏの流入はとまり、再び圧縮空気Ａｐｏの圧力が第１制御圧力Ｐｖ１を超えると圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０に流入する。
【0037】
本実施形態の動作を説明する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
パンタグラフ８２が降下している状態では、架線電力を使用できないので、圧縮装置制御部１６は、第１モードに入り、第１調圧部２２を作動させ、圧縮機１０に車載電源４０からの車載電源電力を供給する。このとき、圧縮機１０は、第１タンク通路２４を通じて圧縮空気Ａｐｏを第１タンク２０に供給する。供給された圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０に溜められる。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
パンタグラフ８２が降下している状態では、架線電力を使用できないので、圧縮装置制御部１６は、第１モードに入り、第１調圧部２２を作動させ、圧縮機１０に車載電源４０からの車載電源電力を供給する。このとき、圧縮機１０は、第１タンク通路２４を通じて圧縮空気Ａｐｏを第１タンク２０に供給する。供給された圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０に溜められる。
【0038】
第１モードでは、第１調圧部２２によって、第１タンク２０内の圧力は、第１下限圧力Ｐｊと第１上限圧力Ｐｋとの間に維持される。第１制御圧力Ｐｖ１は、第１上限圧力Ｐｋより高いので、制圧弁５２は閉状態を維持する。したがって、制圧弁５２により、第１タンク２０内の圧力が、制圧弁５２の第１制御圧力Ｐｖ１より低いときは、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０から第２タンク３０へは流入しない。第１モードでは、第１タンク２０から送出される第１圧縮空気Ａｐ１により昇降装置８６が作動してパンタグラフ８２を昇降することができる。
【0039】
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
パンタグラフ８２が上昇して架線８４に接触している状態では、架線電力を使用できるので、圧縮装置制御部１６は、第２モードに入り、第２調圧部３２を作動させ、圧縮機１０に架線電力を供給する。このとき、圧縮空気Ａｐｏは第１上限圧力Ｐｋを超えて第１タンク２０に溜められる。
パンタグラフ８２が上昇して架線８４に接触している状態では、架線電力を使用できるので、圧縮装置制御部１６は、第２モードに入り、第２調圧部３２を作動させ、圧縮機１０に架線電力を供給する。このとき、圧縮空気Ａｐｏは第１上限圧力Ｐｋを超えて第１タンク２０に溜められる。
【0040】
圧縮空気Ａｐｏの圧力が第１制御圧力Ｐｖ１以上になると制圧弁５２が開き、第１タンク２０から圧縮空気Ａｐｏが第２タンク３０に送出され、圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０に溜められる。第２モードでは、第１タンク２０から送出される第１圧縮空気Ａｐ１により昇降装置８６が作動してパンタグラフ８２を昇降させることができる。また、第２タンク３０から送出される第２圧縮空気Ａｐ２により、ブレーキ駆動装置９６および扉開閉装置９８を作動させることができる
【0041】
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
架線８４からの異常電流により保護回路（例えば、真空遮断器）が働いたとき、パンタグラフは降下して架線電力が使用できない状態になる。この状態では、架線電力を使用できないので、圧縮装置制御部１６は、第１モードに切換えて車載電源電力により圧縮機１０を作動させ、第１タンク２０からの圧縮空気Ａｐ１によりパンタグラフを昇降させる。この場合、空気圧縮システム１００は、第１モードと同様に動作する。
架線８４からの異常電流により保護回路（例えば、真空遮断器）が働いたとき、パンタグラフは降下して架線電力が使用できない状態になる。この状態では、架線電力を使用できないので、圧縮装置制御部１６は、第１モードに切換えて車載電源電力により圧縮機１０を作動させ、第１タンク２０からの圧縮空気Ａｐ１によりパンタグラフを昇降させる。この場合、空気圧縮システム１００は、第１モードと同様に動作する。
【0042】
このように構成された本実施形態の空気圧縮システム１００の作用・効果を説明する。
【0043】
本実施形態の空気圧縮システム１００は、圧縮機１０と、パンタグラフ昇降用に圧縮空気を溜める第１タンク２０と、ブレーキ作動用に圧縮空気を溜める第２タンク３０と、架線８４とは別に電力を供給可能な車載電源４０と、架線電力を利用できないときは、車載電源４０の電力を用いて圧縮機１０で生成した圧縮空気を第１タンク２０に溜め、架線電力を利用できるときは、架線電力を用いて圧縮機１０で生成した圧縮空気を第２タンク３０に溜めるように圧縮機１０を制御する制御部とを備える。
【0044】
この構成によれば、１つの圧縮機１０で第１タンク２０および第２タンク３０に圧縮空気を溜めることができる。この結果、別の圧縮機を備える場合と比べて空気圧縮システムを小型化できる。
【0045】
上述の装置では、車載電源４０の電力を用いて圧縮機１０で生成された圧縮空気は第２タンク３０に供給しなくてもよい。この場合、圧縮空気が第２タンク３０に流れないので、効率的に第１タンク２０に圧縮空気を溜められる。この結果、車載電源４０の容量を小さくできる。
【0046】
上述の装置は、第２タンク３０に圧縮空気を供給する通路を遮断可能な制圧弁５２を有してもよい。この場合、第１モードで制圧弁５２を遮断することにより、車載電源４０の電力を用いて生成された圧縮空気が第２タンク３０に供給されるのを防止できる。
【0047】
上述の制圧弁５２は、圧縮機１０で生成した圧縮空気を第１タンク２０に供給する通路を遮断しないように設けられてもよい。この場合、何らかの理由により制圧弁５２が開かない場合であっても、第１タンク２０には圧縮空気が供給されるので、パンタグラフ８２を上昇させて架線８４から受電できる。
【0048】
上述の制圧弁５２は、所定の第１圧力以上で開く制圧弁であり、車載電源４０の電力を用いて圧縮機１０で生成した圧縮空気の圧力は第１圧力よりも低く制御され、架線電力を用いて圧縮機１０で生成した圧縮空気の圧力は第１圧力よりも高く制御されてもよい。この場合、圧力の高低に応じて自律的に開閉状態が切り替る制圧弁５２に用いるので、別途の制御を不要にできる。
【0049】
上述の装置では、圧縮機１０は、車載電源４０の電力を用いるときは、架線電力を用いるときよりも低い電圧で駆動されてもよい。この場合、低い電圧で圧縮機１０を駆動できるため、車載電源４０を小型化できる。
【0050】
以下、図４～図８を参照して、本発明の第２～第８実施形態に係る空気圧縮システム１００の構成を説明する。第２～第６実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
【0051】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図３に示すように、本実施形態は、第２弁として逆止弁５４を備える点で第１実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、逆止弁５４を重点的に説明する。
図４は、第２実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図３に示すように、本実施形態は、第２弁として逆止弁５４を備える点で第１実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、逆止弁５４を重点的に説明する。
【0052】
何らかの理由により、第１タンク２０の圧縮空気が不足してパンタグラフ８２を昇降できないことが考えられる。この場合に、第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気を供給できることが望ましい。そこで、本実施形態は、第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気を供給する逆止弁５４を有する。この構成により、本実施形態は、第１タンク２０の圧縮空気が不足したときには、第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気を供給できるので、パンタグラフを上昇させて架線電力を受電できる。
【0053】
逆止弁５４は、第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気を供給可能なものであれば制限はない。本実施形態の逆止弁５４は、第２タンク３０から第１タンク２０側への空気の流れを許容し、第１タンク２０から第２タンク３０への逆流を防止可能な弁機構である。図４に示すように、逆止弁５４は、第２タンク通路３４において制圧弁５２と並列に設けられる。逆止弁５４は、第１タンク２０のポートＳ１と第２タンク３０のポートＰ２とを繋ぐ別の通路に設けられてもよい。この構成により、本実施形態は、逆止弁の自律的な動作により、逆流を防止できるので別途の制御を不要にできる。
【0054】
本実施形態の動作を説明する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。制圧弁５２と逆止弁５４とにより、第１タンク２０内の圧力が、制圧弁５２の第１制御圧力Ｐｖ１より低いときは、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０から第２タンク３０へは流入しない。また、第１タンク２０の圧縮空気が不足したときには、逆止弁５４を介して第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気が供給される。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。制圧弁５２と逆止弁５４とにより、第１タンク２０内の圧力が、制圧弁５２の第１制御圧力Ｐｖ１より低いときは、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０から第２タンク３０へは流入しない。また、第１タンク２０の圧縮空気が不足したときには、逆止弁５４を介して第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気が供給される。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
【0055】
本実施形態は、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【0056】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図５に示すように、本実施形態は、第１弁として制圧弁５２に代えて電磁弁５６を備える点で第１実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、電磁弁５６を重点的に説明する。
図５は、第３実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図５に示すように、本実施形態は、第１弁として制圧弁５２に代えて電磁弁５６を備える点で第１実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、電磁弁５６を重点的に説明する。
【0057】
電磁弁５６は、通電により弁の開閉が制御される電気的駆動弁であり、第２タンク通路３４に設けられる。本実施形態の電磁弁５６は、非通電時に開き、通電時に閉じるノーマルオープンタイプである。電磁弁５６は、第１モードでは閉じ、第２モードでは開くように圧縮装置制御部１６によって制御される。
【0058】
本実施形態の動作を説明する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、電磁弁５６は閉じられ、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０から第２タンク３０へは流入しない。したがって、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
第２モードでは、電磁弁５６は開かれ、第１タンク２０から第２タンク３０へ圧縮空気Ａｐｏが送出されて、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、電磁弁５６は閉じられ、第１実施形態と同様に動作する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、電磁弁５６は閉じられ、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０から第２タンク３０へは流入しない。したがって、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
第２モードでは、電磁弁５６は開かれ、第１タンク２０から第２タンク３０へ圧縮空気Ａｐｏが送出されて、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、電磁弁５６は閉じられ、第１実施形態と同様に動作する。
【0059】
本実施形態は、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【0060】
［第４実施形態］
図６は、第４実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図６に示すように、本実施形態は、第２弁として逆止弁５４を備える点で第３実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、逆止弁５４を重点的に説明する。逆止弁５４は、第２タンク通路３４において電磁弁５６と並列に設けられる。電磁弁５６の動作は第３実施形態と同様であり、逆止弁５４の動作は第２実施形態と同様である。
図６は、第４実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図６に示すように、本実施形態は、第２弁として逆止弁５４を備える点で第３実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、逆止弁５４を重点的に説明する。逆止弁５４は、第２タンク通路３４において電磁弁５６と並列に設けられる。電磁弁５６の動作は第３実施形態と同様であり、逆止弁５４の動作は第２実施形態と同様である。
【0061】
本実施形態の動作を説明する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、電磁弁５６および逆止弁５４は閉じられ、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０から第２タンク３０へは流入しない。したがって、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
第２モードでは、電磁弁５６は開かれ、第１タンク２０から第２タンク３０へ圧縮空気Ａｐｏが送出されて、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、電磁弁５６は閉じられ、第１実施形態と同様に動作する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、電磁弁５６および逆止弁５４は閉じられ、圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０から第２タンク３０へは流入しない。したがって、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
第２モードでは、電磁弁５６は開かれ、第１タンク２０から第２タンク３０へ圧縮空気Ａｐｏが送出されて、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、電磁弁５６は閉じられ、第１実施形態と同様に動作する。
【0062】
本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【0063】
［第５実施形態］
図７は、第５実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図７に示すように、本実施形態は、圧縮機１０からの圧縮空気Ａｐｏを第１タンク２０と第２タンク３０とに切換えて供給する２方向電磁弁６０を備え、第１タンク２０と第２タンク３０とが非接続にされる点で第１実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、２方向電磁弁６０の動作を重点的に説明する。
図７は、第５実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図７に示すように、本実施形態は、圧縮機１０からの圧縮空気Ａｐｏを第１タンク２０と第２タンク３０とに切換えて供給する２方向電磁弁６０を備え、第１タンク２０と第２タンク３０とが非接続にされる点で第１実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、２方向電磁弁６０の動作を重点的に説明する。
【0064】
２方向電磁弁６０は、入口ポートＰ３と、２つの出口ポートＰ４、Ｐ５とを有する電磁弁であり、圧縮装置制御部１６によって制御される。入口ポートＰ３は除湿装置１４の出口に接続される。出口ポートＰ４は第１タンク２０のポートＰ１に接続される。出口ポートＰ５は第２タンク３０のポートＰ２に接続される。
【0065】
本実施形態の動作を説明する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、２方向電磁弁６０は、入口ポートＰ３と出口ポートＰ４とを連通し、入口ポートＰ３と出口ポートＰ５とは非連通に制御される。この結果、圧縮機１０からの圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０に送出される。このとき、圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０へは流入しない。したがって、第１モードでは、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。つまり、２方向電磁弁６０は、第２タンク３０に圧縮空気Ａｐｏを供給する通路を遮断可能な第１弁を例示する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、２方向電磁弁６０は、入口ポートＰ３と出口ポートＰ４とを連通し、入口ポートＰ３と出口ポートＰ５とは非連通に制御される。この結果、圧縮機１０からの圧縮空気Ａｐｏは第１タンク２０に送出される。このとき、圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０へは流入しない。したがって、第１モードでは、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。つまり、２方向電磁弁６０は、第２タンク３０に圧縮空気Ａｐｏを供給する通路を遮断可能な第１弁を例示する。
【0066】
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
第２モードでは入口ポートＰ３と出口ポートＰ５とを連通し、入口ポートＰ３と出口ポートＰ４とは非連通に制御される。この結果、圧縮機１０からの圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０に送出される。したがって、第２モードでは、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、２方向電磁弁６０は、入口ポートＰ３と出口ポートＰ４とを連通し、入口ポートＰ３と出口ポートＰ５とは非連通に制御され、第１実施形態と同様に動作する。
第２モードでは入口ポートＰ３と出口ポートＰ５とを連通し、入口ポートＰ３と出口ポートＰ４とは非連通に制御される。この結果、圧縮機１０からの圧縮空気Ａｐｏは第２タンク３０に送出される。したがって、第２モードでは、本実施形態は、第１実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、２方向電磁弁６０は、入口ポートＰ３と出口ポートＰ４とを連通し、入口ポートＰ３と出口ポートＰ５とは非連通に制御され、第１実施形態と同様に動作する。
【0067】
本実施形態は、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【0068】
［第６実施形態］
図８は、第６実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図８に示すように、本実施形態の空気圧縮システム１００は、逆止弁５４を備える点で第５実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、逆止弁５４を重点的に説明する。逆止弁５４は、第１タンク２０のポートＳ１と第２タンク３０のポートＳ２との間を繋ぐ通路に設けられる。本実施形態の逆止弁５４は、第２タンク３０から第１タンク２０側への空気の流れを許容し、第１タンク２０から第２タンク３０への逆流を防止する。逆止弁５４は、第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気を供給する。
図８は、第６実施形態の空気圧縮システム１００の圧縮機１０と第１、第２タンク２０、３０の周辺を示す構成図であり、図３に対応する。図８に示すように、本実施形態の空気圧縮システム１００は、逆止弁５４を備える点で第５実施形態と相違し、他の構成は同様である。したがって、逆止弁５４を重点的に説明する。逆止弁５４は、第１タンク２０のポートＳ１と第２タンク３０のポートＳ２との間を繋ぐ通路に設けられる。本実施形態の逆止弁５４は、第２タンク３０から第１タンク２０側への空気の流れを許容し、第１タンク２０から第２タンク３０への逆流を防止する。逆止弁５４は、第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気を供給する。
【0069】
本実施形態の動作を説明する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、本実施形態は、第５実施形態と同様に動作する。また、第１タンク２０の圧縮空気が不足したときには、逆止弁５４を介して第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気が供給される。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
第２モードでは、本実施形態は、第５実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、本実施形態は、第５実施形態と同様に動作する。
（１）第１モード動作（架線電力を使用できない場合）
第１モードでは、本実施形態は、第５実施形態と同様に動作する。また、第１タンク２０の圧縮空気が不足したときには、逆止弁５４を介して第２タンク３０から第１タンク２０に圧縮空気が供給される。
（２）第２モード動作（架線電力を使用できる場合）
第２モードでは、本実施形態は、第５実施形態と同様に動作する。
（３）遮断モード動作（遮断器などの保護回路が働いた場合）
遮断モードでは、本実施形態は、第５実施形態と同様に動作する。
【0070】
本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【0071】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態を説明する。第７実施形態の説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
本発明の第７実施形態を説明する。第７実施形態の説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
【0072】
本発明の第７実施形態は、鉄道車両用空気圧縮システムの制御方法である。この方法は、架線電力を使用できるときは、圧縮空気を供給する圧縮機１０に使う電力を架線８４から賄い、架線電力を使用できないときは、圧縮機１０に使う電力を車載電源４０から賄う。
【0073】
第７実施形態によれば、１つの圧縮機１０を架線８４または車載電源４０からの電力によって駆動し、圧縮空気を供給できるから、パンタグラフ８２が降下した状態でも、圧縮機１０からの圧縮空気によりパンタグラフ８２を上昇させることができる。１つの圧縮機１０で実現できるので鉄道車両用空気圧縮システムを小型化できる。
【0074】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。
【0075】
［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
【0076】
第１実施形態の説明では、車載電源４０が蓄電池である例を示したが、本発明はこれに限定されない。車載電源４０は、圧縮機１０を駆動可能な電力を供給可能なものであればよく、例えば各種発電機、乾電池、燃料電池など種々の原理に基づく電源であってもよい。
【0077】
第１実施形態の説明では、圧縮機１０は、第１モードと第２モードとで異なる電圧で駆動される例を示したが、圧縮機１０を駆動する電圧は、第１モードと第２モードとで同じてあってもよい。
【0078】
第１実施形態の説明では、第２圧縮空気Ａｐ２がブレーキ駆動装置９６と扉開閉装置９８とに供給される例を示したが、第２圧縮空気Ａｐ２は、ブレーキや扉以外の車両の各部の機構を動作させるため用いられてもよい。
【0079】
第４実施形態の説明では、電磁弁５６がノーマルオープンタイプである例を示したが、電磁弁５６は、非通電時に閉じ、通電時に開くノーマルクローズタイプであってもよい。
【0080】
上述の変形例は、実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【0081】
上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【0082】
１・・車両、 １０・・圧縮機、 １６・・圧縮装置制御部、 ２０・・第１タンク、 ２２・・第１調圧部、 ２４・・第１タンク通路、 ３０・・第２タンク、 ３２・・第２調圧部、 ３４・・第２タンク通路、 ４０・・車載電源、 ４２・・充電制御部、 ５０・・通路制御部、 ５２・・制圧弁、 ５４・・逆止弁、 ５６・・電磁弁、 ６０・・２方向電磁弁、 ８０・・車体、 ８２・・パンタグラフ、 ８４・・架線、 ８６・・昇降装置、 １００・・空気圧縮システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】