CN102803007A - 铁路车辆的驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不必设置供油设备等新的设备，并且不必意识到是非电化区间还是电化区间，而能够在两个区间之间相互直通运转的机动性高的铁路车辆系统。本发明具备分别对外部供电单元、内部供电单元、蓄电单元、各电力转换单元以及电动机驱动单元进行控制的统一控制装置，基于在车外设置的线路上的跟踪天线信标、从全球定位系统(GPS)等位置信息发送单元接收的行驶位置信息，判定或者预告当前所行驶的路线区间是电化区间还是非电化区间，在非电化区间的情况下从外部电源切断，在电化区间的情况下与外部电源进行连接，以实现顺利的过渡控制。

Description

铁路车辆的驱动系统

技术领域

本发明涉及一种铁路系统的驱动系统，尤其涉及一种具备外部供电单元、发电单元以及电力储存单元，并利用通过这些单元所获得的电力来驱动铁路车辆的技术。

背景技术

铁路车辆的特征在于，由于是通过由铁的车轮在轨道表面上滚动来行驶的，因此与汽车相比行驶阻力较小。尤其，在最近的电气化铁路车辆中，在制动时使主电动机作为发电机来产生作用从而得到制动力，同时进行再生刹车控制，将由主电动机而产生的电能量返回至架线以作为其他车辆的力行能量而重新利用。具备该再生刹车的电气化铁路车辆，与不具备再生刹车的电气化铁路车辆相比，能够以大约一半的能量消耗来行驶，可以说是一种利用了行驶阻力小的铁路车辆特征的节能方法。

另一方面，输送密度小的地方路线等，通过不需要架线、变电所等的内燃机车以低成本来实现细致的乘客服务。

但是，内燃机车由于没有架线等给其他车辆传递能量的设备，因此无法如电气化铁路车辆那样进行再生能源的重新利用，因而，为了在内燃机车中实现节能，只能依赖于燃油经济性引擎的开发。

因此，作为在这样的内燃机车中推动节能的方法之一，考虑一种将引擎(engine)与蓄电装置组合的混合动力车辆。通过在混合动力车辆中设置蓄电装置，从而能够由蓄电装置暂时将制动时所产生的再生能量吸收，通过将该所吸收的再生能量作为力行时所需要的能量的一部分来重新利用，从而实现节能。

如此，对于经由减速器将引擎输出直接传递给轮轴以得到车辆的牵引力的现有内燃机车而言，混合动力车辆通过引擎输出来驱动发电机以转换成直流电，并将该直流电通过逆变器装置转换成交流电，对电动机进行驱动以产生牵引力。另一方面，将在刹车时由电动机所发电的交流电通过逆变器装置转换成直流电，并对与直流电部连接的蓄电装置进行充电。若改变看法，则混合动力车辆可以说是一种在电车的驱动系统中附加了产生电力的引擎发电机、和吸收再生电力的蓄电装置的系统。

关于混合动力车辆的构成、控制方式，在专利文献1的铁路车辆驱动系统中描述过。

图7表示专利文献1的图1所示的铁路车辆驱动系统的器件构成图。一种铁路车辆驱动系统，通过电力传递单元140连接第一铁路车辆101和第二铁路车辆102，该第一铁路车辆101中搭载了发电单元110、电力转换装置120、驱动电动机以及电力蓄积单元150，第二铁路车辆102中搭载了电力转换装置120、驱动电动机以及电力储存单元150，该铁路车辆驱动系统中包括对发电单元110的发电电力以及电力储存单元150的储电量进行控制的电力管理单元200，电力蓄积单元150对发电单元110所发电的电力以及再生电力进行蓄积，将发电单元110和电力蓄积单元150作为电源通过电力转换装置120对驱动电动机进行驱动，对列车进行驱动。

这样，在专利文献1的图1所示的铁路车辆驱动系统中，从具备发电单元110的第一铁路车辆向作为与电车相同驱动系统的具备电力转换装置120、驱动电动机以及电力蓄积单元150的第二铁路车辆102供给电力，以实现车辆的行驶。

专利文献

专利文献1：专利第4184879号公报

混合动力车辆的优点之一在于，由于驱动系统的基本构成与电车相同，因此能够实现与电车相同的行驶性能。

以往的内燃机车中，由于行驶性能被引擎输出特性限制，因此行驶特性与电车不同。因而，当内燃机车进入电化区间时，需要组入内燃机车专用的行驶车胎。但是，在混合动力车辆中，即使在进入电化区间时，由于也能够实现与电车相同的行驶性能，因此能够以与电车相同的运行轮胎进行运用。

然而，通常的电车从在车辆正上方的空中设置的架线向驱动系统供电。但是，在现有的混合动力车辆中，即使在进入电化区间时，由于向驱动系统进行的电力供给是通过引擎发电单元来进行的，因此需要对引擎进行驱动的燃料(轻油等)。因而，被认为即使是混合动力车辆进入的电化区间，也需要假设车辆的燃料箱为空来设置供油设施。

即，存在如下课题：为了实现混合动力车辆在非电化区间和电化区间进行直通，从而即使在电化区间也需要重新进行供油设施等设备的投资。

发明内容

本发明的目的在于，通过将混合动力车辆的电力供给在电化区间和非电化区间之间进行最佳切换控制，从而不必在电化区间设置供油设备等新的设备，并且不必意识到是非电化区间还是电化区间，而能够在两个区间之间相互进行直通运转的、机动性高的铁路车辆系统。

在本发明的铁路车辆系统中，其构成为，具备：第一供电单元，其从车辆外部获得电力；第二供电单元，其在车辆内部产生电力；第三供电单元，其被设置在车辆中，且具有蓄电功能；电力转换单元，其将来自第一供电单元至第三供电单元的电力转换成具有第一电压值电平的直流电；以及电动机驱动单元，其将具有上述第一电压值电平的直流电转换成交流电，通过该交流电对电动机进行驱动，并且在上述铁路车辆的驱动系统中设置电化区间判定单元，其基于从在车外设置的位置信息发送单元所接收的位置信息，判定车辆所行驶的区间是能从车辆外部进行电力供给的电化区间，还是不能进行电力供给的非电化区间，基于上述电化区间判定单元的判断，在从电化区间向非电化区间过渡时，切断来自上述第一供电单元的外部电源，并且在从非电化区间向电化区间过渡时，对来自上述第一供电单元的外部电源进行连接，从而，从作为外部供电单元的第一供电单元、作为内部供电单元的第二供电单元、以及作为蓄电单元的第三供电单元中的任一方都能向电动机驱动单元进行电力供给，由作为外部供电单元的第一供电单元、作为内部供电单元的第二供电单元、以及作为蓄电单元的第三供电单元中的至少一方都能对电动机驱动单元所产生的电力进行吸收。

另外，本发明具备从线路上的跟踪天线信标、全球定位系统(GPS)等在车外设置的位置信息发送单元接收车辆的行驶位置信息的位置检测单元，根据所接收的行驶位置信息对照架线等外部电源的有无，来预测·判断能否从车辆外部进行电力供给，即当前车辆正在行驶的区间是电化区间还是非电化区间，当为非电化区间时，将作为外部供电单元的第一供电单元从外部电源切断，当为电化区间时，将第一供电单元与外部电源连接。

进而，在开头车辆编组了多节车辆的铁路编组车辆的驱动系统中，其构成为，至少在编组车辆中的一辆设置从车辆外部获得电力的第一供电单元，而且在开头车辆设置在车辆内部产生电力的第二供电单元，并且至少在编组车辆中的一辆配备第三供电单元、电力转换单元以及电动机驱动单元，其中该第三供电单元具备蓄电功能，该电力转换单元将来自第一供电单元至第三供电单元的电力转换成具有第一电压值电平的直流电，该电动机驱动单元将具有第一电压值电平的直流电转换成交流电，通过该交流电对电动机进行驱动，在各车辆中配备系统综合控制装置，该系统综合控制装置经由信息控制单元相互接收第一供电单元至第三供电单元、电力转换单元以及电动机驱动单元的各控制信息，并对上述第一供电单元至上述第三供电单元、上述电力转换单元以及上述电动机驱动单元分别进行统一控制，在编组车辆中，根据低成本化、重量分配等的观点，通过使分散配备的各单元相互关联，并统一控制，从而根据电化区间、非电化区间来统一控制在编组车辆中分散配备的各单元。

发明效果

根据本发明，能够提供一种不必在电化区间设置供油设备等新的设备，并且不必意识到是非电化区间还是电化区间，而能够在两个区间之间相互直通运转的、机动性高的铁路车辆系统。

附图说明

图1是表示本发明的铁路车辆的驱动系统中的一实施方式的器件构成的图。

图2是表示本发明的一实施方式的器件构成的详细图。

图3是表示本发明的一实施方式的器件动作的图。

图4是表示实现本发明的一实施方式的器件动作的控制框图。

图5是表示本发明的一实施方式的在电化区间进行的器件输出平衡控制的图。

图6是表示本发明的一实施方式的在非电化区间进行的器件输出平衡控制的图。

图7是表示现有的铁路车辆驱动系统的图。

具体实施方式

以下，针对本发明的实施方式，采用附图进行说明。

实施例

图1是表示本发明的铁路车辆的驱动系统中的一实施方式的器件构成的图。

车辆1a、1b、1c是构成列车编组的部分车辆。第三辆车辆1a具备车间连接器11a、11b，第二辆车辆1b具备车间连接器11c、11d，开头车辆1c具备车间连接器11e、11f，车辆1a和车辆1b通过车间连接器11b和车间连接器11c连接，车辆1b和车辆1c通过车间连接器11d和车间连接器11e连接。

车辆1a经由转向车2a通过轮轴3a、3b，此外经由转向车2b通过轮轴3c、3d被支撑在未图示的轨道表面上。车辆1b经由转向车2c通过轮轴3e、3f，此外经由转向车2d通过轮轴3g、3h被支撑在未图示的规定表面上。车辆1c经由转向车2e通过轮轴3i、3j，此外经由转向车2f通过轮轴3k、3l被支撑在未图示的轨道表面上。

以下关于车辆1a的器件构成进行说明。

在车辆1a中配置有：从配置在线路上的跟踪天线信标即位置信息发送单元接收位置信息的地点探测器14、作为第一供电单元的集电装置18、作为第一电力供给单元的外部供电转换器装置19、主变压器20、系统综合控制装置8a、信息通信装置9a、以及静电天线35的各器件。

主变压器20，基于由集电装置18供给的交流电，变换成适于外部供电转换器装置19的规格的电压。外部供电转换器装置19，将具有由主变压器20所变换的电压的交流电变换成直流电，提供给电力传递单元7a以发送给编组内的其他车辆1a、1b。地点探测器14，对从在车外设置的跟踪天线信标等的位置信息发送单元37(未图示)发送的地点信息进行检测，并发送给系统综合控制装置8a。作为位置信息发送单元37，静电天线35根据在架线中流过的交流电流的变动来检测架线的有无的信息，并发送给系统综合控制装置8a。在此，作为位置信息发送单元37，还可以应用全球定位系统(GPS)。

系统综合控制装置8a，与外部供电转换器装置19、地点探测器14、以及静电天线35连接，分别将控制请求Dcnv_a、Dsen_a、Dant_a提供给各装置，并且对各装置的状态信息Scnv_a、Ssen_a、Sant_a进行汇总。并且，系统综合控制装置8a，将在与地点探测器14、外部供电转换器装置19之间所接收的信息Dinf_a发送给信息通信装置9a。信息通信装置9a，经过信息传送单元10a、10b、10c在编组内的其他车辆的信息通信装置9b、9c之间能够共用信息。即，在信息通信装置9a中能够收集列车整体的信息，系统综合控制装置8a从中选择并接收地点探测器14、外部供电转换器装置19的控制所需要的信息Sinf_a。

另外，车辆1a分别设置有用于将编组内的其他车辆与电力传递单元7a进行连接的电力系统连接器12a、12b，以及用于将编组内的其他车辆与信息传输单元10a进行连接的信息系统连接器13a、13b。

接着，针对车辆1b的器件结构进行说明。

在车辆1b中配置：作为电动机驱动单元的逆变器装置4a、DC/DC转换装置5、作为第三供电单元的蓄电装置6、系统综合控制装置8b、以及信息通信装置9b的各器件。

逆变器装置4，基于由电力传递单元7b供给的直流电将其转换成3相交流电，对未图示的电动机27进行驱动。电动机27的输出通过经由未图示的动力传递单元对轮轴3e、3f、3g、3h的全部或者任一个进行驱动以对车辆1b提供加减速力。

斩波器装置5具备在输入侧、输出侧各个端子电压分别不同的状态下，根据输入侧、输出侧各个端子电压使电流流动的功能。在此，高电压侧的端子与电力传递单元7b，低电压侧的端子与蓄电装置6连接。即，斩波器装置5能够将电力传递单元7b的电力充电至蓄电装置6，将蓄电装置6放电后返回至电力传递单元7b。

系统综合控制装置8b，与逆变器装置4、斩波器装置5、蓄电装置6连接，并分别将控制请求Dinv_b、Dchp_b、Dbtr_b提供给各装置，并且对各装置的状态信息Sinv_b、Schp_b、Sbtr_b进行汇总。另外，系统综合控制装置8b，将在与逆变器装置4、斩波器装置5、蓄电装置6之间所接收的信息Dinf_b发送给信息通信装置9b。信息通信装置9b经过信息传送单元10a、10b、10c在编组内的其他车辆的信息通信装置9a、9c之间共用信息。即，在信息通信装置9b中，能够收集列车整体的信息，系统综合控制装置8b从中选择并接收逆变器装置4、斩波器装置5、蓄电装置6的控制所需要的信息Sinf_b。

另外，车辆1b分别设置有用于将编组内的其他车辆与电力传递单元7b连接的电力系统连接器12c、12d，用于将编组内的其他车辆与信息传送单元10b连接的信息系统连接器13b、13c。

接着，针对开头车辆1c的器件构成进行说明。

在车辆1c中配置有引擎15、发电机16、引擎发电转换器装置17、系统综合控制装置8c、信息通信装置9c的各器件。

引擎15以及发电机16构成在车辆内部产生电力的第二供电单元，通过引擎15来驱动发电机16使之产生3相交流电。该3相交流电通过引擎发电转换器装置17被转换成直流电，并提供给电力传递单元7c以发送给编组车辆内的其他车辆1a、1b。

系统综合控制装置8c与引擎15、引擎发电转换器装置17连接，分别提供控制请求Deng_c、Dcnv_c，并且对各装置的状态信息Seng_c、Scnv_c进行汇总。另外，系统综合控制装置8c将在与引擎15、引擎发电转换器装置17之间所接收的信息Dinf_c发送给信息通信装置9c。信息通信装置9c经过信息传送单元10c在与编组内的其他车辆的信息通信装置9a、9b之间共用信息。即，在信息通信装置9c中能够收集整个列车的信息，信息统一控制装置8c从中选择并接收引擎15、引擎发电转换器装置17的控制所需要的信息Scnv_c。

并且，车辆1c还分别设置有用于将编组车辆内的其他车辆与电力传递单元7c连接的电力系统连接器12e、用于将编组车辆内的其他车辆与信息传送单元10c连接的信息系统连接器13e。

另外，上述外部供电转换器19、引擎发电转换器17以及斩波器装置5构成电力转换单元，将来自作为第一供电单元的集电装置18、作为第二供电单元的引擎15及发电机1、以及作为第三供电单元的蓄电装置6的电力转换成具有一定电压值电平的直流电。

根据该构成，能够基于所接收的行驶位置信息并对照架线等外部电源的有无来判断能否从车辆外部供给电力，即判断当前行驶的路线是电化区间还是非电化区间，当判断为不能从车辆外部进行电力供给时，从外部电源切断外部供电单元，当判断为能从车辆外部进行电力供给时，外部供电单元能够与外部电源连接。

进而，因具备对集电装置、引擎发电机、蓄电装置、外部供电转换器装置、引擎发电转换器装置、以及逆变器装置分别进行控制的系统综合控制装置、和相互接收系统综合控制装置的控制信息的信息通信装置，从而对各设备进行统一控制，当可从车辆外部进行电力供给时，将对逆变器装置进行的主要的电力供给作为来自集电装置的供给电力通过外部供电转换器装置将直流电部控制为规定电压值，当不可从集电装置进行电力供给时，将对逆变器装置进行的主要的电力供给作为来自引擎发电机的供电电力通过引擎发电转换器将直流电压部控制为规定电压值。

即，能够实现一种不必在电化区间设置供油设备等新的设备，不必意识到是区分非电化区间还是电化区间而能够在两个区间之间相互进行直通运转的、机动性高的铁路车辆系统。

图2是表示本发明的一实施方式的器件构成的详细图。

在车辆1a中配置集电装置18、主变压器20、外部供电转换器装置19、系统综合控制装置8a、信息通信装置9a、地点探测器14、以及静电天线35的各器件。

主变压器20基于由集电装置18供给的交流电转换成适于外部供电转换器装置19的规格的电压。外部供电转换器装置19将具有由主变压器20所转换的电压的交流电转换成交流电，并提供给电力传递单元7a以发送给编组内的其他车辆1a、1b。

外部供电转换器电路25，基于由外部供电转换器控制部31输出的开关信息GP_p对未图示的开关元件进行控制，从而将从主变压器20供给的交流电转换成直流电。另外，分别配置了用于测定来自电力传递单元7a的供给电压的电压检测器22a、用于测定供给电流的电流检测器23a、以及用于测定从主变压器供给的交流电的电流的电流检测器23b。滤波电容器21a与外部供电转换器电路25的输入端并联连接，将向外部供电转换器电路25流入或者流出的电流的变动成分去除。

地点探测器14检测从在车外设置的跟踪天线信标等位置信息发送单元37(未图示)发送的地点信息，并发送给系统综合控制装置8a。作为位置信息发送单元37，静电天线35根据在架线中流动的交流电流的变动来检测架线的有无的信息，并发送给系统综合控制装置8a。在此，作为位置信息发送单元37，还可以应用全球定位系统(GPS)。

系统综合控制装置8a与外部供电转换器控制部31、地点探测装置14、以及静电天线35连接，分别提供控制请求Dcnv_a、Dsen_a、Dant_a，并对各装置的状态信息Scnv_a、Ssen_a、Sant_a进行汇总。另外，系统综合控制装置8a将在与外部供电转换器控制部31、地点探测装置14、静电天线35之间所接收的信息Dinf_a发送给信息通信装置9a。信息通信装置9a经过信息传送单元10a在与编组内的其他车辆的信息通信装置9b、9c之间共用信息。即，在信息通信装置9a中能够收集整个列车的信息，系统综合控制装置8a从中选择并接收外部供电转换器控制部31、地点探测装置14、以及静电天线35的控制所需要的信息Sinf_c。

车辆1b中配置有逆变器装置4、电动机27a、27b、斩波器装置5、蓄电装置6、系统综合控制装置8b、以及信息通信装置9b的各器件。

逆变器装置4基于由电力传递单元7b供给的直流电，将其变换成3相交流电以对电动机27a、27b进行驱动。在此，虽然将由逆变器装置4驱动的电动机设为电动机27a、27b，但这并非对逆变器装置4驱动的电动机的台数进行限定。逆变器电路26基于由逆变器控制部32输出的开关信号GP_t来控制未图示的开关元件，从而将上述直流部分的电力变换成电压可变、频率可变的3相交流电，对电动机27a、27b进行驱动。另外，分别配置用于对来自电力供给单元7b的供给电压进行测定的电压检测器22b、用于测定供给电流的电流检测器23c。滤波电容器21b与逆变器电路26的输入端并联连接，并将向逆变器电路26流入或流出的电流的变动成分去除。

斩波器装置5即使是在输入侧、输出侧分别连接不同的端子电压，也具有根据该输入侧、输出侧的端子电压来使电流流动的功能。在此，高电压侧的端子与电力传递单元7b连接，低电压侧的端子与蓄电装置6连接。蓄电装置6和斩波器电路28之间连接有平滑电抗器24，实现在后述的升降压斩波器动作中对斩波器电流进行平滑的作用、和在升压斩波器动作中对电能量进行一次蓄积的作用。斩波器电路28基于由斩波器控制部33输出的开关信号GP_d来控制未图示的开关元件，从而在与电力传递单元7b连接的高电压侧的端子和连接蓄电装置6的低电压侧的端子之间一边维持或控制各个端子间电压，一边使电流流动。另外，将用于测定来自蓄电装置6的供给电流的电流检测器24配置在蓄电装置6与斩波器电路28之间，进而将用于测定蓄电装置6的输出电压的电压测定器22c配置在蓄电装置6的输出端子之间。即，斩波器装置5能够根据电力传递单元7b的电力对蓄电装置6进行充电，将蓄电装置6放电以返回至电力传递单元7b。

系统综合控制装置8b与逆变器控制部32、斩波器控制部33、以及蓄电装置6连接，分别提供控制请求Dinv_b、Dbch_b、Dbtr_b，并对各装置的状态信息Sinv_b、Sbch_b、Sbtr_b进行汇总。另外，系统综合控制装置8b将在与逆变器控制部32、斩波器控制部33、以及蓄电装置6之间所接收的信息Dinf_b发送给信息通信装置9b。信息通信装置9b经由信息传送单元10a、10b在与编组内的其他车辆的信息通信装置9a之间共用信息。即，在信息通信装置9b中能够收集整个列车的信息，系统综合控制装置8b从中选择并接收逆变器控制部32、斩波器控制部33、以及蓄电装置6的控制所需要的信息Sinf_b。

另外，车辆1b分别设置了用于将编组内的其他车辆与电力传递单元7b连接的电力系统连接器12c、12d，以及用于将编组内的其他车辆与信息传送单元10b连接的信息系统连接器13c、13d。

在车辆1c中配置发电机30、引擎发电转换器装置17、系统综合控制装置8c、以及信息通信装置9c的各器件。

发电机30由未图示的引擎等的动力来驱动并产生三相交流电。引擎发电转换器装置17基于由发电机30产生的三相交流电，将其变换成直流电以提供给电力传递单元7c。

引擎发电转换器电路29基于由引擎发电转换器控制部34输出的开关信号GP_e对未图示的开关元件进行控制，从而将由发电机30产生的三相交流电转换成直流电。另外，分别配置用于对来自电力传送装置7c的供给电压进行测定的电压检测器22d、用于测定供给电流的电流检测器23h、以及用于测定由发电机30产生的三相交流电的各相电流的电流检测器23i、23j、23k。滤波电容器21c与引擎发电转换器电路29的输入端并联连接，将向引擎发电转换器电路29流入或流出的电流的变动成分去除。

系统综合控制装置8c与引擎发电转换器控制部34、以及未图示的引擎15连接，分别提供控制请求Deng_c、Dcnv_c，并且对各装置的状态信息Scnv_c、Seng_c进行汇总。并且，系统综合控制装置8c将在与引擎发电转换器控制部34、以及未图示的引擎15之间所接收的信息Dinf_c发送给信息通信装置9c。信息通信装置9c经过信息传送单元10c在与编组内的其他车辆的信息通信装置9a、9b之间共用信息。即，在信息通信装置9c中能够收集整个列车的信息，系统综合控制装置8c从中选择并接收引擎发电转换器装置17、以及未图示的引擎15的控制所需要的信息Sinf_c。

如以上所说明，采用该结构，能够基于所接收的行驶位置信息对照架线等外部电源的有无来判断能否从车辆外部供给电力，即判断是电化区间还是非电化区间，当判断为不能从车辆外部供给电力时，从外部电源将外部供电单元切断，当判断为能从车辆外部供给电力时，外部供电单元能够与外部电源连接。

进而，因具备对集电装置、引擎发电机、蓄电装置、外部供电转换器装置、引擎发电转换器装置、以及逆变器装置分别进行控制的系统综合控制装置、和相互接收系统综合控制装置的控制信息的信息通信装置，从而对各器件进行统一控制，当能从车辆外部供给电力时，向逆变器装置主要进行的电力供给作为来自集电装置的供电电力通过外部供电转换器装置将直流电部控制为规定电压值，当不能从集电装置供给电力时，向逆变器装置主要进行的电力供给作为来自引擎发电机的供电电力通过引擎发电转换器将直流电压部控制为规定电压值。

即，能够提供一种不必在电化区间设置供油设备等新的设备，不必意识到是非电化区间还是电化区间而能够在两个区间之间相互进行直通运转的机动性高的铁路车辆系统。

图3是表示本发明的一实施方式的器件动作的图。

在此，针对车辆1a、1b、1c在从非电化区间进入电化区间时的集电装置6、外部供电转换器装置19、引擎发电转换器装置17、逆变器装置4的各器件的动作、以及从该电化区间进入非电化区间时的集电装置6、外部供电转换器装置19、引擎发电转换器装置17、逆变器装置4的各器件的动作进行说明。

首先，针对在从非电化区间进入电化区间时的器械动作进行说明。

当车辆1a、1b、1c在非电化区间行驶时，导电弓(パンタ，pantagraph)上升许可标记PTG_up_prm为“0”，这时集电装置6处于下降状态。并且，在非电化区间由于得不到来自集电装置6的供电，因此外部供电转换器门开始许可标记CNVA_gst_prm为“0”，即将外部供电转换器装置19中的电力变换设为停止状态。另一方面，为了得到来自引擎发电的供电，将引擎发电转换器门(gate)开始许可标记CNVB_gst_prm设为“1”，即将引擎发电转换器装置17的电力转换设为工作状态。另外，在加速时或者刹车时，将逆变器门开始许可标记INV_gst_prm设为“1”，将逆变器装置4中的电力转换设为工作状态。

搭载在车辆1a中的地点探测器14当从在比电化区间开始的地点更靠近非电化区间侧设置的位置信息发送单元37a接收“电化区间预告信号”时，将逆变器门开始许可标记INV_gst_prm设为“0”，即将逆变器装置4中的电力转换设为停止状态。进而，将引擎发电转换器门开始许可标记CNVB_gst_prm设为“0”，即将引擎发电转换器装置17中的电力转换设为停止状态。

当从接收了“电化区间预告信号”的地点到达行驶了预先设定的距离L1的地点时，导电弓上升许可标记PTG_up_prm为“1”，即使集电装置6上升与供电单元36接触。从而车辆1a、1b、1c完成从供电单元36得到必要的电力的准备。

当搭载在车辆1a的地点探测器14从表示在比开始电化区间的地点更靠近电化区间侧设置且车辆1a正在电化区间行驶的位置信息发送单元37b接收“电化区间确认信号”时，将外部供电转换器门开始许可标记CNVA_gst_prm设为“1”，即将外部供电转换器装置19中的电力转换设为动作状态。由此，外部供电转换器装置19将从供电单元36得到的交流电转换成直流电并提供给逆变器装置4。另外，将引擎发电转换器门开始许可标记CNVB_gst_prm设为“1”，即将引擎发电转换器装置17中的电力转换设为动作状态，能够进行来自引擎发电的动力供给。之后，将逆变器门开始许可标记INV_gst_prm设为“1”，即将逆变器装置4中的电力转换设为动作状态。

接着，针对在从电化区间进入非电化区间时的器件动作进行说明。

当车辆1a、1b、1c在电化区间行驶时，导电弓上升许可标记PTG_up_prm为“1”，即集电装置6在上升状态下与供电单元35接触。另外，由于在电化区间能够得到来自集电装置6的供电，因此将外部供电转换器门开始许可标记CNVA_gst_prm设为“1”，即将外部供电转换器装置19中的电力转换设为动作状态。这样，外部供电转换器装置19便将从供电单元36得到的交流电转换成直流电以提供给逆变器装置4。进而，将引擎发电转换器门开始许可标记CNVB_gst_prm设为“1”，即将引擎发电转换器装置17中的电力转换设为动作状态，能够从引擎发电向逆变器装置4进行电力供给。并且，在加速时或者刹车时，将逆变器门开始许可标记INV_gst_prm设为“1”，即将逆变器装置4中的电力转换设为动作状态。

搭载在车辆1a中的地点探测器14当从在比非电化区间开始的地点更靠近电化区间侧设置的位置信息发送单元37c接收“非电化区间预告信号”时，将逆变器门开始许可标记INV_gst_prm设为“0”，即将逆变器装置4中的电力转换设为停止状态。接着，将外部供电转换器门开始许可标记CNVA_gst_prm设为“0”，即将外部供电转换器19中的电力转换设为停止状态。进而，将引擎发电转换器门开始许可标记CNVB_gst_prm设为“0”，即将引擎发电转换器装置17中的电力转换设为停止状态。

当从接收了“电化区间预告信号”的地点到达行驶了预先设定的距离L2的地点时，导电弓上升许可标记PTG_up_prm为“0”，即、使集电装置6下降。这样，车辆1a、1b、1c便完成从供电单元36进行的电力供给的准备。

当搭载在车辆1a的地点探测器14从在电化区间刚刚开始的地点之前设置的位置信息发送单元36d接收“非电化区间确认信号”时，将引擎发电转换器门开始许可标记CNVB_gst_prm设为“1”，即将引擎发电转换器装置17中的电力转换设为动作状态，能够从引擎发电向逆变器装置4进行供电。另外，在加速时或者刹车时，将逆变器门开始许可标记INV_gst_prm设为“1”，即将逆变器装置4中的电力转换设为动作状态。

图4是实现本发明的一实施方式的器件动作的控制框图。

逻辑存储电路38a是一种复位优先的触发器电路，其将电化区间预告接收标记SECT_ele_anv作为置位输入，将电化区间确认接收标记SECT_ele_fix作为复位输入，并输出非电化区间→电化区间过渡中标记FLG_nele2ele。

逻辑存储电路38b是一种复位优先的触发器电路，其将非电化区间预告接收标记SECT_nele_adv作为置位输入，将非电化区间确认接收标记SECT_nele_fix作为复位输入，并输出电化区间→非电化区间过渡中标记FLG_ele2nele。

逻辑存储电路38c是一种复位优先的触发器电路，其将电化区间确认接收标记SECT_nele_fix作为置位输入，将非电化区间确认接收标记SECT_nele_fix作为复位输入，并输出电化区间预备标记FLG_ele_pro。

逻辑或电路39将非电化区间→电化区间过渡中标记FLG_nele2ele和电化区间→非电化区间过渡中标记FLG_ele2nele作为输入，输出两者的逻辑或即电气化·非电化区间过渡中标记FLG_shift。

逻辑翻转电路40通过将电气化·非电化区间过渡中标记FLG_shift的逻辑翻转，从而在电气化·非电化区间过渡中输出将逆变器装置4、外部供电转换器装置19、引擎发电转换器装置17的门开始禁止的门开始禁止标记FLG_gst_phb。

逻辑延迟电路42a，输入静电天线电流检测标记PLINE_cur_dct，通过使标记的上升、下降中的任一方或双方延迟规定时间，从而输出带延迟静电天线电流检测标记PLINE_cur_td。

逻辑与电路41a，输入电化区间预备标记FLG_ele_pro和带延迟静电天线电流检测标记PLINE_cur_td，并输出两者的逻辑与即电化区间确定标记FLG_ele_fix。进而，逻辑延迟电路42b通过使电化区间确定标记FLG_ele_fix的上升、下降中的任一方或者双方延迟规定时间，从而输出导电弓上升许可标记PTG_up_prm。

逻辑与电路41b，将门开始禁止标记FLG_gst_phb、电化区间确定标记FLG_ele_fix、和外部供电转换器门开始请求标记CNVA_gst_req作为输入，并将其逻辑与即外部供电转换器门开始预备标记CNVA_gst_pro输出。进而，逻辑延迟电路42c通过使外部供电转换器门开始预备标记CNVA_gst_pro的上升、下降中的任一方或者双方延迟规定时间，从而输出外部供电转换器门开始许可标记CNVA_gst_prm。

逻辑与电路41c，将门开始禁止标记FLG_gst_phb和逆变器门开始请求标记INV_gst_req作为输入，将其逻辑与即逆变器门开始预备标记INV_gst_pro输出。进而，逻辑延迟电路42d通过使逆变器门开始预备标记INV_gst_pro的上升、下降中的任一方或者双方延迟规定时间，从而输出逆变器门开始许可标记INV_gst_prm。

逻辑与电路41d，将门开始禁止标记FLG_gst_phb、和引擎发电转换器门开始请求标记CNVB_gst_req作为输入，将其逻辑与即引擎发电转换区门开始预备标记CNVB_gst_pro输出。进而，逻辑延迟电路42e通过使引擎发电转换器门开始预备标记CNVB_gst_pro的上升、下降中的任一方或者双方延迟规定时间，从而输出引擎发电转换器门开始许可标记CNVB_gst_prm输出。

图5是表示本发明的一实施方式的电化区间的器件输出平衡控制的图。

在此，针对器件输出平衡控制中在电化区间的力行时以及制动时的控制构成进行说明。

外部供电转换器控制部31所具备的电压稳定化控制器45a，将直流电部基准电压V_p_ref、由电压检测器22a所检测的外部供电转换器装置19的直流侧端子电压V_p、由电流检测器23a所检测的外部供电转换器装置19的直流侧输入输出电流I_p作为输入，为了使直流侧端子电压V_p追随直流电部基准电压V_p_ref，而运算并输出对外部供电转换器装置19提供的控制信号GP_p。

逆变器装置4时常运算并输出车辆的力行、或者制动所需要的逆变器电力P_t。车辆的力行或者制动所需要的逆变器电力P_t中仅仅由外部供电转换器装置19无法供给的电力由蓄电装置6与引擎15来补充。斩波器控制部33所具备的电力指令运算部43将逆变器电力P_t和蓄电装置6的蓄电量SOC作为输入，根据蓄电量SOC运算并输出对斩波器装置5分配的补充电力指令P_d_ref、和对引擎发电转换器装置分配的补充电力指令P_e_ref。

斩波器控制部33所具备的电力稳定化控制器44b，将对斩波器装置5的补充电力指令P_d_ref、由电流检测器23d所检测的蓄电装置6的输入输出电流I_b、由电压检测器22c所检测的蓄电装置6的端子电压V_d作为输入，为了使蓄电装置6的输入输出电力I_b×V_b追随控制于对斩波器装置5的补充电力指令P_d_ref，因而输出对斩波器装置5提供的控制信号GP_d。

引擎发电转换器控制部34所具备的电力稳定化控制器44a，将对引擎发电转换器装置17的补充电力指令P_e_ref、由电流检测器23h所检测的引擎发电转换器装置17的输入输出电流I_e、由电压检测器22d所检测的引擎发电转换器装置的直流侧电压V_e作为输入，为了使引擎发电转换器装置17的输入输出电力I_e×V_e追随控制于对引擎发电转换器装置17的补充电力指令P_d_ref，因而输出对引擎发电转换器装置17提供的控制信号GP_e。

采用以上构成，在电化区间的力行时，通过外部供电转换器装置19将直流电部分(A)的电压追踪控制在规定值，并且将车辆的驱动所需要的电力提供给逆变器装置4。当仅仅由外部供电转换器装置19无法供给车辆的驱动所需要的电力时，逆变器装置4推测不足的电力量，经由引擎发电转换器装置17或者斩波器装置5从蓄电装置6一边将至少比上述不足电力大的电力量的电压保持在直流电部分(A)，一边向直流电部分(A)供给至少比上述不足电力大的电力量。

另外，在电化区间的制动时，通过外部供电转换器装置19将直流电部分(A)的电压追踪控制在规定值，并且对从逆变器装置4提供的由车辆的制动而产生的电力进行吸收。当仅仅由外部供电转换器装置19无法吸收从逆变器装置4提供的由车辆的制动而产生的电力时，逆变器装置4推测不足的电力量，通过斩波器装置5来吸收至少比上述不足电力量大的电力并将其蓄电在蓄电装置6中。

如以上所说明，采用该构成，根据所接收的行驶位置信息对照架线等外部电源的有无来判断能否从车辆外部进行电力供给，当不能从车辆外部进行电力供给时，将外部供电单元从外部电源切断，当能从车辆外部进行电力供给时，外部供电单元能够与外部电源进行连接。进而，因具备分别对集电装置、引擎发电机、蓄电装置、外部供电转换器装置、引擎发电转换器装置、以及逆变器装置进行控制的系统综合控制装置、和相互接收系统综合控制装置的控制信息的信息通信装置，从而对各器件进行统一控制，当能从车辆外部进行电力供给时，将向逆变器装置进行的主要电力供给作为来自集电装置的供电电力通过外部供电转换器装置将直流电部控制在规定电压值。

即，能够提供一种不必在电化区间设置供油设备等新的设备，并且不必意识到是非电化区间还是电化区间，而能够在两个区间之间相互进行直通运转的机动性高的铁道车辆系统。

图6是表示本发明的一实施方式的在非电化区间的器件输出平衡控制的图。

首先，针对在器件输出平衡控制中在非电化区间的力行时的控制结构进行说明。

引擎发电转换器控制部34所具备的电压稳定化控制器45b，将直流电部基准电压V_e_ref、由电压检测器22d所检测的引擎发电转换器装置17的直流侧端子电压V_e、由电流检测器23h所检测的外部供电转换器装置17的直流侧输入输出电流I_e作为输入，为了使直流侧端子电压V_e追随控制于直流电部基准电压V_e_ref，因此输出对引擎发电转换器装置17提供的控制信号GP_e。

逆变器装置4时常运算并输出车辆的力行时所需要的逆变器电力P_t。对于车辆的力行所需要的逆变器电力P_t中仅仅由外部供电逆变器装置19无法供给的电力，由蓄电装置6来进行补充。斩波器控制部33所具备的电力指令运算部43将逆变器电力P_t、蓄电装置6的蓄电量SOC作为输入，根据蓄电量SOC运算并输出对斩波器装置5分配的补充电力指令P_d_ref。

斩波器控制部33所具备的电力稳定化控制器44b，将对斩波器装置5的补充电力指令P_d_ref、由电流检测器23d所检测的蓄电装置6的输入输出电力I_b、由电压检测器22c所检测的蓄电装置6的端子电压V_d作为输入，为了使蓄电装置6的输入输出电力I_b×V_b追随控制于对斩波器装置5的补充电力指令P_d_ref，因此输出对斩波器装置5提供的控制信号GP_d。

根据以上构成，在非电化区间力行时，通过引擎发电转换器装置17追随控制直流电部分(A)的电压，并且将车辆的驱动所需要的电力提供给逆变器装置4。在仅仅由引擎发电转换器装置17无法供给车辆的驱动所需要的电力时，逆变器装置4推测不足的电力量，一边经由斩波器装置5从蓄电装置6将至少比上述不足电力量大的电力的电压保持在直流电部分(A)，一边向直流电部分(A)供给至少比上述不足电力量大的电力。

接着，针对器械输出平衡控制中在非电化区间的制动时的控制结构进行说明。

斩波器控制部33所具备的电压稳定化控制器45，将直流电部基准电压V_b_ref、由电流检测器23d所检测的蓄电装置6的输入输出电流I_b、由电压检测器22c所检测的蓄电装置6的端子电压V_d作为输入，为了使斩波器装置的高压侧端子电压V_d追随控制于直流电部基准电压V_d_ref，因此输出对斩波器装置5提供的控制信号GP_d。

逆变器装置4时常运算并输出车辆的制动所需要的逆变器电力P_t。斩波器控制部33所具备的电力指令运算部43将逆变器电力P_t、蓄电装置6的蓄电量SOC作为输入，由于对于车辆的驱动所需要的电力中仅仅由外部供电转换器装置19无法供给的电力，由引擎15来进行补偿，因此运算并输出对引擎发电转换器装置17的补充电力指令P_e_ref。电力稳定化控制器44a，将对引擎发电转换器装置17的补充电力指令P_e_ref、由电流检测器23h所检测的引擎发电转换器装置17的输入输出电流I_e、由电压检测器22d所检测的引擎发电转换器装置的直流侧端子电压V_e作为输入，为了使引擎发电转换器装置17的输入输出电力I_e×V_e追随控制于对引擎发电转换器装置17的补充电力指令P_e_ref，因此输出对引擎发电转换器装置17提供的控制信号GP_e。

根据以上结构，在非电化区间的制动时，通过由斩波器装置5对蓄电装置6的充放电进行调整，从而使直流电部分(A)的电压追随控制于规定值，并且对从逆变器装置4供给的车辆的制动所产生的电力进行吸收。当从逆变器装置4供给的车辆的制动所产生的电力仅仅由斩波器装置5无法吸收时，逆变器装置4推测不足的电力量，通过引擎发电转换器装置17来吸收至少比上述不足的电力量大的电力。

如以上所说明，根据该构成，根据所接收的行驶位置信息对照架线等外部电源的有无来判断能否从车辆外部进行电力供给，当不能从车辆外部进行电力供给时，将外部供电单元从外部电源切断；当能从车辆外部进行电力供给时，外部供电单元能够与外部电源进行连接。进而，因具备对集电装置、引擎发电机、蓄电装置、外部供电转换器装置、引擎发电转换器装置、以及逆变器装置分别进行控制的系统综合控制装置、和相互接收系统综合控制装置的控制信息的信息通信装置，从而对各器件进行统一控制，当不能从集电装置进行电力供给时，向逆变器装置主要进行的电力供给作为来自引擎发电机的供电电力通过引擎发电转换器将直流电压部控制在规定电压值。

即，能够提供一种不必在电化区间设置供油设备等新的设备，不必意识到是非电化区间还是电化区间，而能够在两个区间之间相互进行直通运转的、机动性高的铁路车辆系统。

符号说明：

1-车辆，2-转向车(台車)，3-轮轴，4-逆变器装置(电动机驱动单元)，5-斩波器装置(电力转换单元)，6-蓄电装置(第三供电单元)，7-电力传送单元，8-驱动系统控制装置，9-信息通信装置，10-信息传送单元，11-车辆连接器，12-电力系统连接器，13-信息系统连接器，14-地点探测器，15-引擎(第二供电单元)，16-发电机(第二供电单元)，17-引擎发电转换器装置(电力转换单元)，18-集电装置(第一供电单元)，19-外部供电转换器装置(电力转换单元)，20-主变压器，21-滤波电容器，22-电压检测器，23-电流检测器，24-平滑电抗器，25-外部供电转换器电路，26-逆变器电路，27-主电动机，28-斩波器电路，29-引擎发电转换器电路，30-发电机，31-外部供电转换器控制部，32-逆变器控制部，33-斩波器控制部，34-引擎发电转换器控制部，35-静电天线，36-供电单元，37-位置信息发送单元，38-逻辑存储电路，39-逻辑或电路，40-逻辑翻转电路，41-逻辑与电路，42-逻辑延迟电路，43-电力指令运算部，44-电力稳定化控制器，45-电压稳定化控制器，101-第一铁路车辆，102-第二铁路车辆，110-发电单元，120-电力转换装置，130-驱动轮，140-电力传递单元，150-蓄电单元，200-电力管理单元。

Claims (6)

1.一种铁路车辆的驱动系统，其特征在于，

具备：第一供电单元，其从车辆外部获得电力；

第二供电单元，其在车辆内部产生电力；

第三供电单元，其被设置在车辆中，且具有蓄电功能；

电力转换单元，其将来自上述第一供电单元至第三供电单元的电力转换成具有第一电压值电平的直流电；以及

电动机驱动单元，其将具有上述第一电压值电平的直流电转换成交流电，通过该交流电对电动机进行驱动，

并且在上述铁路车辆的驱动系统中设置电化区间判定单元，其基于从在车外设置的位置信息发送单元所接收的位置信息，判定所述车辆所行驶的区间是能从车辆外部进行电力供给的电化区间，还是不能进行电力供给的非电化区间，

基于上述电化区间判定单元的判断，在从电化区间向非电化区间过渡时，切断来自上述第一供电单元的外部电源，并且在从非电化区间向电化区间过渡时，对来自上述第一供电单元的外部电源进行连接。

2.根据权利要求1所述的铁路车辆的驱动系统，其特征在于，

基于上述电化区间判定单元的判断，在预告了上述车辆从电化区间过渡到非电化区间的时间点时，预先使上述第二供电单元以及第三供电单元工作，并且在非电化区间过渡时切断来自上述第一供电单元的外部电源，

基于上述电化区间判定单元的判断，在预告了上述车辆从非电化区间过渡到电化区间的时间点时，预先将上述的第二供电单元以及上述第三供电单元设为停止状态，并且在电化区间过渡时对来自第一供电单元的外部电源进行连接。

3.根据权利要求1或2所述的铁路车辆的驱动系统，其特征在于，

在上述电化区间，通过由上述第一供电单元取得的电力向上述电动机驱动单元进行主要的电力供给，通过上述第一电力转换单元对上述第一电压值电平进行控制，

在上述非电化区间，通过由上述第二供电单元取得的电力向上述电动机驱动单元进行主要的电力供给，通过上述第二电力转换单元对上述第一电压值电平进行控制。

4.一种铁路编组车辆的驱动系统，该铁路编组车辆由在开头车辆上编组多节车辆而成，该驱动系统的特征在于，

至少在编组车辆中的一辆设置从车辆外部获得电力的第一供电单元，而且在上述开头车辆设置在车辆内部产生电力的第二供电单元，

并且至少在编组车辆中的一辆配备第三供电单元、电力转换单元以及电动机驱动单元，其中该第三供电单元具备蓄电功能，该电力转换单元将来自上述第一供电单元至上述第三供电单元的电力转换成具有第一电压值电平的直流电，该电动机驱动单元将具有上述第一电压值电平的直流电转换成交流电，通过该交流电对电动机进行驱动，

在上述编组车辆的各车辆中配备系统综合控制装置，该系统综合控制装置经由信息控制单元相互接收上述第一供电单元至上述第三供电单元、上述电力转换单元以及上述电动机驱动单元的各控制信息，并对上述第一供电单元至上述第三供电单元、上述电力转换单元以及上述电动机驱动单元分别进行综合控制，

该系统综合控制装置具有电化区间判定单元，该电化区间判定单元基于从在车外设置的位置信息发送单元接收的位置信息，判定上述编组车辆所行驶的区间是能从车辆外部进行电力供给的电化区间、还是不能进行电力供给的非电化区间，

基于上述电化区间判定单元的判断，在从电化区间向非电化区间过渡时，切断来自上述第一供电单元的外部电源，并且在从非电化区间向电化区间过渡时，对来自上述第一供电单元的外部电源进行连接。

5.根据权利要求4所述的铁路编组车辆的驱动系统，其特征在于，

基于上述电化区间判定单元的判断，在预告了上述编组车辆从电化区间过渡到非电化区间的时间点时，预先使上述第二供电单元以及第三供电单元工作，并且在非电化区间过渡时将来自上述第一供电单元的外部电源切断，

基于上述电化区间判定单元的判断，在预告了上述编组车辆从非电化区间过渡到电化区间的时间点时，预先将上述第二供电单元以及上述第三供电单元设为停止状态，并且在电化区间过渡时对来自第一供电单元的外部电源进行连接。

6.根据权利要求4或5所述的铁路编组车辆的驱动系统，其特征在于，

在上述电化区间，通过由上述第一供电单元取得的电力向上述电动机驱动单元进行主要的电力供给，通过上述第一电力转换单元对上述第一电压值电平进行控制，

在上述非电化区间，通过由上述第二供电单元取得的电力向上述电动机驱动单元进行主要的电力供给，通过上述第二电力转换单元对上述第一电压值电平进行控制。

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