CN109070762B - 电气铁道车辆的驱动系统以及车辆驱动方法 - Google Patents

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Abstract

提供驱动系统以及车辆驱动方法，能将对车上的控制设备供给电力的具有蓄电功能的蓄电单元作为车辆的驱动用电源加以利用。在电气铁道车辆的驱动系统中，在蓄电池行驶模式下使车辆行驶时，利用第1开关装置将来自集电装置的供电阻断，通过第2开关装置使得能将来自蓄电池的供电对逆变器装置(12)进行供给，在蓄电池行驶模式下接受到车辆的行驶指令时，利用滤波器充电电路切换组件将在逆变器装置中流动的电流阻断，将从蓄电池供给的电力蓄电到逆变器装置的滤波电容器中，在蓄电池行驶模式的动作状态下，在接受到使车辆移动的指令时，通过从蓄电池供电的电力来驱动电动机。

Description

电气铁道车辆的驱动系统以及车辆驱动方法
技术领域
本发明涉及电气铁道车辆的驱动系统以及车辆驱动方法。
更详细地，本发明例如涉及使电气铁道车辆在铺设于未设置第三轨或架线等电力供给单元的车库内的线路(轨道)上行驶的驱动系统以及车辆驱动方法。
背景技术
作为对电气铁道车辆(以下称作车辆)供给电力的方法，有架线方式和第三轨方式。
架线方式是通过受电弓等从铺设于车辆的车顶上的空间内的电力供给电线供给电力的方式。该方式由于设备上的自由度高，因此一般作为供给电力的方法而被广泛采用。
另一方面，第三轨方式是如下方式：与车辆行驶用轨道并行地铺设不同于该车辆行驶用轨道的电力供给用轨道(第三供电用轨道：以下称作第三轨)，经由设置在车辆的转向架上的集电靴供给电力。该方式主要在车辆所行驶的空间受限而难以铺设架线方式的电力供给电线的地铁等中采用。
然而，在第三轨方式中，搭载有各种车辆设备的车辆的地板下和第三轨的位置是相接近的。
因此，在车库中进行车辆的维护的情况下，为了确保安全，有时会将车辆牵引到未铺设第三轨的作业用区域、即车库内。
在该第三轨方式的铁道中，为了确保安全而一般不会在进行车辆的维护的车库内铺设第三轨。因此，在将车辆牵引到车库后使车辆从车库中出库时会产生如下作业：作业者在车库内将电力供电线连接到车辆的集电靴的作业；以及在利用从该电力供电线供给的电力使车辆行驶到有第三轨的区间后从集电靴解除所连接的电力供电线的作业。
总之，在将车辆从未铺设第三轨的作业用区域(车库内)移动到铺设有第三轨的作业用区域(车库外)的情况下，需要作业者进行以下那样的人工作业。
首先，在车辆的地板下的作业用区域，作业者用跨接线将电力供给线连接到车辆的集电靴，利用通过电力供给线供给的电力使车辆动力运行到某速度。所谓动力运行，是指在铁道中将电车等的电动机或引擎的动力传递到车轮来进行加速，或在上坡时保持均衡速度。通常通过装在主干控制器(主控制器)的驾驶盘操作来进行。接下来，在关闭动力运行后，车辆就这样通过惯性行驶而移动到铺设有第三轨的区域，然后，需要作业者从集电靴拔出跨接线。
如以上那样，在利用第三轨的电气铁道系统中，在从未铺设第三轨的作业用区域向铺设有第三轨的作业用区域移动时，需要作业者的人工作业，从省力化的观点来看存在大的课题。
因而，期望如下那样的驱动系统：不需要作业者的人工作业，且不需要来自外部的电力供给，就能自行从未铺设第三轨的作业用区域向铺设有第三轨的作业用区域移动。
需要说明的是，在未使用主电路的专用蓄电装置的通常的驱动系统中，存在以下课题：在未从架线等外部接受供电的情况下，不能自行进行动作。
作为解决上述课题的方法之一，例如有JP特开2010-130829号公报(专利文献1)中记载的技术。在该公报中有如下记载：“电气铁道车辆的驱动系统具备：从车辆的外部获得电力的第一供电单元；设置于所述车辆且具有蓄电功能的第二供电单元；将从所述第一以及第二供电单元得到的直流电力变换成交流电力的电力变换单元；和由通过所述电力变换单元变换后得到的交流电力驱动来产生牵引所述车辆的力的交流电动机，在该电气铁道车辆的驱动系统中，特征在于，将所述第二供电单元的输出电压设定得低于所述第一供电单元的输出电压，该电气铁道车辆的驱动系统具备：能阻断所述第二供电单元的充电以及放电的电流控制单元；用于使对所述第二供电单元输入输出的电流减流的电流限制单元；和能使所述第二供电单元的输入输出电流不经由所述电流限制单元地进行通流的电流路径变更单元”。
在此，第二供电单元在如下状况下用从集电装置得到的电力等进行充电：(1)从架线或第三轨得到电力的状况；并且，(2)电力变换装置不对电动机进行驱动，(3)车辆未加速的状况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2010-130829号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据专利文献1记载的本发明，在由被设定成从架线等外部接受并使用电力的逆变器装置来驱动的电气车辆中，在车辆的至少一个车厢中装备专用的蓄电装置，在从架线或第三轨等外部得到电力且电力变换装置未消耗该电力的状况下，对蓄电装置进行充电，在未从架线等外部得到电力的状况下，能将蓄电装置的电力供给到电力变换装置来使车辆加速。但是，作业用区域中的车辆维护作业是一天一次的程度，若将仅仅利用于此的专用充电装置设为不同于电力变换装置即不同于逆变器装置的、装备于车辆的用于用从集电装置供给的电力进行充电的大型的设备，就会出现这部分的成本会变高这样的问题。另外，还会出现需要确保用于将蓄电装置设置于车辆的空间等课题。
总之，在引用文献1中，并未想到将对车上的控制设备供给电力的电力源、即具有蓄电功能的蓄电单元作为车辆的驱动用电源来加以利用。
因此，在本发明中，目的在于，提供能将对车上的控制设备供给电力的具有蓄电功能的蓄电单元作为车辆的驱动用电源加以利用的驱动系统以及车辆驱动方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，代表性的本发明的电气铁道车辆的驱动系统之一是一种电气铁道车辆的驱动系统，具备：从铁道车辆的外部获得电力的第1供电单元；对装备在所述铁道车辆的车上的控制设备供给电力的第2供电单元；和供给由所述第1供电单元得到的电力并对驱动所述铁道车辆的电动机进行驱动的逆变器装置，所述电气铁道车辆的驱动系统的特征在于，具有：进行所述铁道车辆的驾驶指令的驾驶指令单元；和控制所述逆变器装置的控制组件，所述驾驶指令单元包含输出第1驾驶行驶模式指令、第2驾驶行驶模式指令、以及控制所述逆变器装置的控制指令的驾驶指令器，所述控制组件在从所述驾驶指令器接受到所述第1驾驶行驶模式指令时，将来自所述第1供电单元的电力供给到所述逆变器装置，在从所述驾驶指令器接受到所述第2驾驶行驶模式指令时，将来自所述第1供电单元的供电阻断，并且将来自所述第2供电单元的电力供给到所述逆变器装置，将对所述控制设备进行供给的第2供电单元作为所述车辆的驱动用电源。
发明效果
根据本发明，能提供能将对车上的控制设备供给电力的蓄电单元作为车辆的驱动用电源加以利用的驱动系统、车辆驱动方法。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而得以明确。
附图说明
图1是表示本发明的电气铁道车辆的驱动系统的结构的框图。
图2是表示本发明中的驾驶指令装置的内部结构的框图。
图3是表示滤波器充电电路切换组件的结构例的框图。
图4是表示本发明中的通常模式和蓄电装置行驶模式的切换时序图的特性图。
图5是表示在本发明的电气铁道车辆的驱动系统中对驾驶模式进行切换的处理动作的流程图。
具体实施方式
以下使用附图来说明实施例。
【实施例】
图1是表示本发明的电气铁道车辆的驱动系统的结构的框图。
电气铁道车辆的驱动系统具备集电装置1、控制电路用电源2、驾驶台3、逆变器装置12。
集电装置1构成从逆变器装置12的外部、例如从第三轨或架线对该逆变器装置12供给电力的第1供电单元(外部供电装置)。
从集电装置1供给的电压例如设为标称800V(500～900V)的直流电压，但该电压根据第三轨道或车辆行驶的位置等而变动。另外，在架线成为交流电源的情况下，需要具备变压器和整流装置。变压器或整流装置并未图示。
控制电路用电源2是对装备在车辆的车上的控制设备进行供给的电源，该电源设为能使控制设备正常(稳定)地动作的低电压，并且设定成足以使车辆移动给定的距离的电压。
控制电路用电源2例如在将集电装置1的电压设为800V的情况下，通过转换器装置将集电装置1的电压变换成作为其1/10的80V程度的低电压，控制电路用电源2由包含用该低电压进行充电的电池的蓄电池构成，这一点并未图示。
并且，该控制电路用电源2(以下称作蓄电池)构成第2供电单元(控制电路用供电装置)。
在本例中，使用能进行低压的充电的蓄电池，但并不限于蓄电池，只要是具有蓄电功能的装置(蓄电单元)即可。
总之，蓄电池2只要满足如下条件即可：低于从集电装置1供电的电压；在蓄电池行驶模式下使车上的控制设备无误差地动作；能使车辆以给定的设定最快速度(例如最高速度10k/m)行驶；能移动给定的设定距离(例如50m)；转矩最大输出为给定的设定值(例如通常额定输出的10％)。
换言之，只要是能作为驱动车辆的车辆驱动用加以利用的具有蓄电功能的低电压的电源即可。
所谓车上的控制设备，包含逆变器装置以及转换器装置的控制电路、ATC车上装置等车上信号设备、与驾驶台以及编组内的设备进行通信的中央控制装置、制动器控制装置等中的至少任意者。
驾驶台3具有由驾驶员操作的驾驶指令装置31。
驾驶指令装置31在图2中后述，是构成输出驾驶指令信息的驾驶指令器的专用装置，具有驾驶模式切换装置311以及控制器(主级主控制器3121、次级主控制器3122)312。
驾驶指令装置31的结构以及动作的详细情况后述。
驾驶模式切换装置311是在驾驶员进行了驾驶模式操作时将驾驶模式指令(控制指令)输出到控制组件4，经由该控制组件将使车辆行驶的驾驶模式切换成通常模式(以下称作通常行驶模式)或蓄电池模式(以下称作蓄电池行驶模式)中的任意一方的装置。
控制器(controller)312是将与驾驶模式指令相应的多个牵引力指令(动力运行控制指令)输出到控制组件4，经由该控制组件对车辆的输出、速度等进行远程控制的装置。
逆变器装置12具有控制组件4、外部电力电路切换开关装置(SW1：第1接触器)5、滤波器充电电路切换组件(SW3：电流阻断器)6、电压测量器7、控制电力电路切换开关装置(SW2：第2接触器)8、滤波器电路(LC电路)9、10、逆变器电路13。
另外，逆变器装置12具有二极管16。二极管16例如设置在外部电力电路切换开关装置(SW1)5与控制电力电路切换开关装置(SW2)8之间、或控制电力电路切换开关装置(SW2)8与蓄电池2之间的一方或两方。其理由后述。
控制组件4具有控制逆变器装置12的控制部、控制制动器控制装置15的制动器控制部。
逆变器控制部按照来自设置在驾驶台3的驾驶指令装置31(参考图2)的驾驶模式切换装置311以及控制器312的指令来进行所期望的逻辑计算处理，对外部电力电路切换开关装置(SW1)5、滤波器充电电路切换组件(SW3)6、控制电力电路切换开关装置(SW2)8、逆变器电路13等输出所期望的控制指令信息(以下仅略称作控制指令)。
另外，制动器控制部具有经由制动器控制装置15输出电气制动器151、其他制动器例如机械制动器152等的控制指令信息的控制部。
这些控制部可以由一个控制部来同时实现。
并且，控制组件4是包含按照存放于内部的程序来控制这些动作的处理器的装置。
外部电力电路切换开关装置(SW1)5被来自控制组件4的控制指令控制(接通、断开控制)。并且，是具有例如在将外部电力电路切换开关装置(SW1)5控制成断开(供电线的开放、切断)时阻断来自集电装置1的供电(电流)的接触器的装置。
滤波器充电电路切换组件装置(SW3)6是被来自控制组件4的控制指令控制(接通、断开控制)的充电电路切换组件。并且，是具有如下功能的装置：为了在将滤波器充电电路切换组件(SW3)6控制成投入即接通时，使得能对滤波器电路(LC电路)的滤波电容器(C)9进行充电，而将在逆变器装置12中流动的电流阻断。
滤波器充电电路切换组件(SW3)6的结构以及动作的详细情况后述。
电压测量器7是测量输入到逆变器电路13的电压的装置。由电压测量器7测量出的电压值被送往控制组件4。
控制电力电路切换开关装置(SW2)8被来自控制组件4的控制指令控制(开闭控制)。例如是具有在将控制电力电路切换开关装置(SW2)8控制成断开(供电线开放、切断)时阻断来自蓄电池2的供电(电流)的接触器的装置。
控制电力电路切换开关装置(SW2)8被控制成不与外部电力电路切换开关装置(SW1)5同时投入(接通)。即，控制电力电路切换开关装置(SW2)8在从外部电力电路切换开关装置(SW1)5断开起经过给定时间(例如1秒)后接通。这是为了不会因外部电力电路切换开关装置(SW1)5、控制电力电路切换开关装置(SW2)8的控制而使得逆变器装置12出现误动作，另外，还防止控制电路用电源2的破坏。
滤波器电路9、10具有滤波电容器(C)9和滤波电抗器(L)10，对经由外部电力电路切换开关装置(SW1)5、滤波器充电电路切换组件(SW3)6或控制电力电路切换开关装置(SW2)8供给的直流电力进行平滑，将该直流电力中包含的高频区域的变动量(高频分量)除去。
另外，滤波器电路中的滤波电容器(C)9具有在蓄电池行驶模式下接受来自蓄电池2的供电来进行给定时间充电的功能。因而，滤波器电路也称作滤波器充电电路。其充电量例如设定成最大2.5g。
逆变器电路13是被来自控制组件4的控制指令控制，将经由逆变器电路13输入的直流电力变换成可变电压可变频率(VVVF)的3相交流电力，从而驱动电动机11的装置。
电动机11是被逆变器电路13的3相交流电力驱动而产生机械动力的装置。机械动力成为车辆的动力源。被一个逆变器电路13驱动的电动机11并不限于一个，也可以是多个。接地14是进行接地的装置。
在本系统中，在将车辆从未铺设第三轨的作业用区域(例如车库)向铺设有第三轨的作业用区域(车库外)移动时，从驾驶台3的驾驶指令装置31的驾驶模式切换装置311对控制组件4送出与蓄电装置行驶模式(以下称作蓄电池行驶模式)关联的指令。
控制组件4在从驾驶指令装置31侧接受到蓄电池行驶模式指令时，首先输出将外部电力电路切换开关装置(SW1)5控制成断开(供电线开放、切断)而将集电装置1与逆变器装置12的连接断开(供电线开放、切断)的控制指令。然后，输出将控制电力电路切换开关装置(SW2)8控制成接通(供电线连接)而将蓄电池2和逆变器装置12连接的控制指令。
在此，在外部电力电路切换开关装置(SW1)5发生故障而不能断开的情况下，控制组件4进行控制，使得控制电力电路切换开关装置(SW2)8不能接通。这是为了防止来自集电装置1的电力经由控制电力电路切换开关装置(SW2)8供给到蓄电池2而使蓄电池破损。
在接受到通常行驶模式指令时，就会反过来。另外，由于通常行驶模式时的动作是众所周知的，因此省略其说明。
另外，控制组件4在从驾驶指令装置31侧接受到蓄电池行驶模式指令时，输出对滤波器充电电路切换组件(SW3)6进行控制(接通、断开)的控制指令。
即，与对外部电力电路切换开关装置(SW1)5、控制电力电路切换开关装置(SW2)8进行控制的控制指令不同地，输出滤波器充电电路切换组件(SW3)6中的充电阻断(CHK)控制指令、电流阻断(LB)控制指令等。
另外，控制组件4在从驾驶指令装置31侧以所期望的定时接受到蓄电池行驶模式指令(Battery Mode)时，进行控制，使得逆变器装置12成为蓄电模式(Storage Mode)状态。
基于这些控制指令的各开关装置和充电阻断器、电流阻断器的控制后述。
另外，控制组件4在接受到来自驾驶指令装置31的制动器指令时，输出对制动器控制装置15进行控制来将电气制动器151断开而将其他制动器即机械制动器152接通的控制指令。其理由在于，防止控制设备的破坏，并且防止蓄电池本身发生损坏。需要说明的是，所谓其他制动器，例如是机械制动器、空气制动器、液压制动器等。
由此，能在蓄电池行驶模式下从蓄电池2对逆变器装置12的主电路(滤波器电路9、10、逆变器电路13)供给电力。
另外，这时，利用在滤波电容器(C)9中充电、蓄电的电力来对逆变器装置12中的逆变器电路13进行驱动，从而能通过电动机11使车辆行驶。
换言之，蓄电池2作为电动机11的驱动用电源加以利用。
另外，控制组件4在蓄电池行驶模式下，在由电压测量器7测定的电压值低于预先设定的值(基准电压)时，例如在降低到55V以下时，输出对逆变器装置12进行控制例如将逆变器电路13断开的控制指令。即，在蓄电池行驶模式下，考虑到安全行驶而禁止蓄电池2下的车辆行驶。可以使得预先设定的值(基准电压)能够根据需要而进行变更。
另外，控制组件4具有如下功能：在外部电力电路切换开关装置(SW1)5因某些理由发生故障从而接触器不能断开的情况下，进行控制，使得不将控制电力电路切换开关装置(SW2)8接通。这是为了使得从集电装置1供给的高电压不会被供给到蓄电池2侧，从而防止该蓄电池破损。
二极管16也同样是为了阻止从集电装置1供给的电力被供给到蓄电池2侧。
总之，通过设置防止从集电装置1供给到逆变器装置12的电力被供给到蓄电池2侧的单元、即蓄电池破坏防止单元，能防止在外部电力电路切换开关装置(SW1)5的故障基础上的蓄电池破坏。
图2是表示本发明中的驾驶指令装置31的内部结构的一例的框图。
驾驶指令装置31具有驾驶模式切换装置311、主干控制装置(以下称作控制器)312、控制器切换开关313、车辆移动控制指令装置315。
驾驶模式切换装置311、控制器312、控制器切换开关313构成专用的驾驶指令器(专用装置)。
驾驶模式切换装置311具有切换驾驶模式的驾驶模式切换操作杆3111。
驾驶模式切换操作杆3111根据驾驶员的判断而被操作(蓄电操作等)，是将驾驶模式切换成通常行驶模式和蓄电池行驶模式中的任意一方的操作杆。
对应于由该操作杆切换的驾驶模式而从驾驶模式切换装置311输出的驾驶模式指令(通常行驶模式或蓄电池行驶模式)被供给到逆变器装置12的控制组件4。由于在蓄电池行驶模式下，从蓄电池2供给的电力被充电、蓄电到滤波电容器(C)9，因此蓄电池行驶模式也能称作蓄电模式。
控制器312具有主级主控制器(以下略记为主级主控)3121、次级主控制器(以下略记为次级主控)3122。
主级主控3121是在由驾驶员将驾驶模式切换操作杆3111切换成蓄电池模式即蓄电模式时输出多个牵引力指令(P+、P、N、B、B+、EB)的装置，这些牵引力指令通过控制器切换开关313而作为动力运行控制指令被送往控制组件4。
次级主控3122是输出单一的牵引力指令(P)的装置，该控制指令通过控制器切换开关313而作为动力运行控制指令(驱动力指令：Powering command)被送往控制组件4。
控制器切换开关313是切换主级主控3121和次级主控3122的装置。并且，在控制器切换开关313将驾驶模式切换操作杆3111切换成通常行驶模式时，进行切换，使得主级主控3121的牵引力指令(档位输出指令)成为有效，次级主控3122的牵引力指令(档位输出指令)成为无效(如图示那样)。
在将驾驶模式切换操作杆3111切换成蓄电池行驶模式的情况下，就会反过来。
车辆移动控制指令装置315输出使车辆向前进或后退的方向移动行驶的指令，作为前进/后退(Forward/Backward)控制指令送往控制组件4。
在此，在蓄电池行驶模式下使车辆移动(行驶)的情况下，即，在使车辆从没有第三轨的区间移动到有第三轨的区间的情况下，可以限制车辆的最大速度。例如，设定为使得车辆能以最大速度10km/h程度的低速行驶。
另外，同车辆的最大速度的设定一起还限定电动机11的输出性能。例如，电动机转矩的最大输出设定为通常额定输出的10％。
另外，在通过蓄电池2使车辆行驶的距离中存在限制，虽然也有赖于蓄电池2的容许容量和车辆的重量，但考虑到安全性，该距离可以限定成恒定。例如，将能通过蓄电池2使车辆行驶的距离设为50m。该距离50m是足以使车辆从没有第三轨的区间移动到有第三轨的区间的距离。
需要说明的是，在通常行驶模式下，在车辆减速时，能使由使用电动机11来作为发电机的电气制动器产生的电能作为再生电流返回到集电装置1侧的架线。
另一方面，在蓄电池行驶模式下，由于使用蓄电池2，因此若使再生电流返回到蓄电池2，则逆变器电路13等控制设备就会有可能因蓄电池2的电压上升而被破坏，而且蓄电池本身有可能会发生损坏。
因此，禁止使再生电流从逆变器装置12流向蓄电池2。
因此，在蓄电池行驶模式下使车辆行驶时，利用控制组件4来进行控制，使得电气制动器不能使用，并控制成仅能使用其他制动器。
另外，蓄电池2的电压例如设为低到集电装置1的输入电压800V(500～900V)的1/10～1/5的输入电压80V(50～120V)的电源容量。并且，在控制组件4中，对应于来自蓄电池2的低的电源容量来进行所期望的逻辑计算处理，输出合适的控制指令。
根据上述的理由，蓄电池行驶模式时的控制动作需要发出与通常行驶模式时的控制动作不同的控制指令。
图3是表示滤波器充电电路切换组件(SW3)6的一个结构例的框图。
滤波器充电电路切换组件(SW3)6具有电流阻断部即充电阻断器(CHK)61、电流阻断器(LB)62、以及充电电阻器(CHRe)63。
充电阻断器(CHK)61和充电电阻器(CHRe)63串联连接，它们与电流阻断器(LB)62并联连接。
充电阻断器(CHK)61是具有根据来自控制组件4的控制指令将在逆变器装置12中流动的电流阻断的功能的装置。
电流阻断器(LB)62是具有根据来自控制组件4的控制指令将在逆变器装置12中流动的电流阻断的功能的装置。
充电电阻器(CHRe)63是具有对滤波电容器(C)9进行充电(Filter capacitorVoltage)的功能的装置。
图4是表示本发明中的通常行驶模式和蓄电池行驶模式的切换时序图的特性图。
在图4中，示出来自驾驶指令装置31的操作指令为蓄电池操作(BatteryOperation)/蓄电操作(Storage Operation)时的逆变器装置12的各部的动作状态。在同图中作为蓄电操作(Storage Operation)(参考图4B)、蓄电模式(Storage Mode)来说明(参考图4D)。
具体地，示出：外部电力电路切换开关装置(SW1)5的动作状态(图4A)、控制电力电路切换开关装置(SW2)8的动作状态(图4C)、蓄电池行驶模式(Battery Mode)下的蓄电模式(Storage Mode)的动作状态(图4D)、车辆的前进(Forward)/后退(Backward)状态(图4E)、滤波器充电电路切换组件6(充电阻断器/CHK)61的动作状态(图4F)、(电流阻断器/LB)62的动作状态(图4G)、向滤波电容器(C)9充电的充电电压(Filter capacitor Voltage)的状态(图4H)、电动机11的转矩输出(驱动力：powering)的状态(图4I)。
首先，若说明将驾驶模式从通常行驶模式切换到蓄电池行驶模式(蓄电模式)的情况下的动作、即车辆驱动处理动作，则如以下那样。
(1)蓄电操作表征驾驶模式指令，若从通常行驶模式切换成蓄电池行驶模式(蓄电模式)，则在时间t1蓄电操作成为上升沿。该蓄电操作在时间t10成为下降沿。即，该蓄电操作指令在时间t1～t10的期间持续(参考图4B)。
若从蓄电操作在时间t1成为上升沿起经过给定时间、例如经过1秒(1s)，则在时间t2外部电力电路切换开关装置(SW1)5断开，将通常行驶模式开放、切断(参考图4A)。
在此，在从使蓄电模式成为上升沿的时间t1起经过给定时间后在时间t2将外部电力电路切换开关装置(SW1)5断开的理由是为了防止蓄电操作指令的误探测。
(2)若从外部电力电路切换开关装置(SW1)5在时间t2断开后进一步经过给定时间、例如经过1秒(1s)，则在时间t3，控制电力电路切换开关装置(SW2)8接通(参考图4C)。由此，驾驶模式切换成蓄电模式(参考图4D)。该蓄电模式在时间t3～t11持续。
在此，改变外部电力电路切换开关装置(SW1)5和控制电力电路切换开关装置(SW2)8的控制定时的理由是，考虑到在外部电力电路切换开关装置(SW1)5的切断中会产生延迟，而防止外部电力电路切换开关装置(SW1)5和控制电力电路切换开关装置(SW2)8同时接通。
(3)若在时间t3控制电力电路切换开关装置(SW2)8接通，则成为蓄电模式的动作状态(参考图4D)。蓄电模式在时间t3～t11持续(参考图4C)。
(4)在蓄电模式的动作状态下，例如在时间t4使得使车辆前进或后退的前进(Forward)/后退(Backward)指令成为上升沿(参考图4E)。
(5)于是，滤波器充电电路切换组件6中的充电阻断器(CHK)61在时间t4接通(参考图4F)，滤波器电路中的滤波电容器(C)9开始充电(参考图4H)。该充电控制成在时间t5成为最大，例如成为2.5g。时间t4～t5的时间例如设为2.5秒(2.5s)。
(6)并且，若从将充电阻断器(CHK)61在时间t4接通起经过2.5秒(2.5s)(≤2.5s)，则在时间t5将滤波器充电电路切换组件6中的电流阻断器(LB)62接通(参考图4G)。电流阻断器(LB)62的接通在处于蓄电模式的动作状态的期间、即在时间t5～t10持续。
(7)这时，给定时间滤波器电路中的滤波电容器(C)9在时间t4开始充电，在时间t5充电充满，成为最大。该最大充电从时间t5持续到时间t10，在时间t10以后减少(参考图4H)。
(8)并且，若在电流阻断器(LB)62接通的状态下接受到来自驾驶指令装置31中的次级主控3122的牵引力指令即驱动力指令(参考图4I)，则对应于该指令将电动机11驱动。该电动机11的驱动源是从蓄电池2供给的电力，是对滤波电容器(C)9进行充电的电压。即，在蓄电池行驶模式时，将蓄电池2作为车辆驱动用电源加以利用。
接下来，若说明从蓄电池行驶模式(蓄电模式)切换成通常行驶模式的情况下的动作，则如以下那样。
(1)若从蓄电池行驶模式(蓄电模式)切换成通常行驶模式，则蓄电操作在时间t10成为下降沿，控制电力电路切换开关装置(SW2)8在时间t11成为下降沿。即，蓄电模式被解除。
(2)若蓄电操作成为下降沿从而蓄电模式被解除，则在时间t10将电流阻断器(LB)62断开(切断)。
(3)在将电流阻断器(LB)62断开(切断)后，蓄积于滤波电容器(C)9的电压从时间t10起逐渐下降(参考图4H)。
(4)在将电流阻断器(LB)62断开(切断)后、例如在1秒(1s)后，在时间t11将控制电力电路切换开关装置(SW2)8断开(切断)，阻断来自蓄电池2的供电。于是，驾驶模式从蓄电池行驶模式(蓄电模式)进入到通常行驶模式的状态，蓄电操作在时间t10成为下降沿(参考图4B)。
(5)在通常行驶模式状态下，虽未图示，但外部电力电路切换开关装置(SW1)5对应于从控制组件4输出的重置(Reset)信号而接通，能恢复成从集电装置1供电的供电状态。
图5是表示在本发明的电气铁道车辆的驱动系统中切换驾驶模式的情况下的控制组件4所进行的处理动作的流程图。
控制组件4从驾驶台3的驾驶指令装置31接受通常行驶模式指令来掌控逆变器装置12的外部电力电路切换开关装置(SW1)5、控制电力电路切换开关装置(SW2)8、滤波器充电电路切换组件(SW3)6、逆变器电路13的动作控制，按照存放于内部的程序来控制上述各开关装置和滤波器充电电路切换组件的动作。
基于图5的流程图的动作如以下那样。
步骤S101：控制组件4开始与驾驶指令装置31的驾驶模式相应的处理。
步骤S102：控制组件4判定驾驶模式是否是通常行驶模式。
步骤S103：控制组件4在步骤S102中判定为是通常行驶模式的情况下(“是”)，将控制电力电路切换开关装置(SW2)8断开(供电线开放、切断)，将来自控制电路用电源2的供电切断。
步骤S105：控制组件4在步骤S102中将来自控制电路用电源2的供电切断的状态下，将外部电力电路切换开关装置(SW1)5接通，使得能进行来自集电装置1的供电。
步骤S104：控制组件4在步骤S102中判定为不是通常行驶模式的情况下(“否”)，将外部电力电路切换开关装置(SW1)5断开(供电线开放、切断)，将来自集电装置1的供电切断。
步骤S106：控制组件4在步骤S104中将外部电力电路切换开关装置(SW1)5断开(供电线开放、切断)的状态下，将控制电力电路切换开关装置(SW2)8接通，使得能进行来自蓄电池2的供电。
步骤S107：控制组件4在步骤S105中使得能进行来自集电装置1的供电的情况下，另外，在步骤S106中设为使得能进行来自蓄电池2的供电的状态的情况下，将滤波器充电电路切换组件6中的充电阻断器(CHK)61接通，通过来自集电装置1的供电或来自蓄电池2的供电来对滤波器电路中的滤波电容器(C)9进行充电。
步骤108：控制组件4在步骤S107中向滤波电容器(C)9的充电、蓄电成为最大时，将滤波器充电电路切换组件6中的充电阻断器(CHK)61断开(阻断)。
步骤109：控制组件4在步骤S107中向滤波电容器(C)9的充电、蓄电成为最大时，将滤波器充电电路切换组件6中的电流阻断器(LB)62接通。
步骤S110：控制组件4结束与驾驶模式相应的处理。
根据以上所述的实施例，由于在处于非通常行驶模式时，通常使得对车辆所具备的车上的控制设备供给电力的控制电路用电源、例如蓄电池(蓄电单元)构成为能够经由逆变器装置的控制电路(滤波器电路、逆变器电路)等对电动机供给电力，因此即使没有来自车辆的外部(第三轨或架线等电力供给单元)的电力供给，也能自行使车辆从未铺设第三轨的作业用区域向铺设有第三轨的作业用区域移动。另外，由于逆变器装置并不将另外的专用蓄电装置搭载在车上，因此不需要其装备作业，另外，不需要确保用于其的设置空间，能谋求省空间且低成本。
另外，本发明并不限定于上述的实施例，而是包含各种变形例。例如，上述的实施例为了易于理解地说明本发明而详细进行了说明，但并不一定限定于具备所说明的全部结构。另外，能对实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。另外，上述的各结构、功能等可以通过由控制组件中的处理器解释、执行实现各个功能的程序从而用软件来实现。实现各功能的程序能存放在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等记录装置、或IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
附图标记的说明
1 集电装置
2 控制电路用电源(蓄电池)
3 驾驶台
31 驾驶指令装置(驾驶指令器)
312 控制器
3121 主级主控制器(主级主控)
3122 次级主控制器(次级主控)
4 控制组件
5 外部电力电路切换开关装置(SW1)
6 滤波器充电电路切换组件(SW3)
61 充电阻断器
62 电流阻断器
63 充电电阻器
7 电压测量器
8 控制电力电路切换开关装置(SW2)
9 滤波电容器
10 滤波电抗器
11 电动机
12 逆变器装置
13 逆变器电路
14 接地
311 驾驶模式切换装置
3111 驾驶模式切换操作杆

Claims (14)

1.一种电气铁道车辆的驱动系统，具备：
第1供电单元，从铁道车辆的外部获得电力；
第2供电单元，对装备在所述铁道车辆的车上的控制设备供给电力；和
逆变器装置，供给由所述第1供电单元得到的电力并对驱动所述铁道车辆的电动机进行驱动，
该电气铁道车辆的驱动系统的特征在于，具有：
驾驶指令单元，进行所述铁道车辆的驾驶指令；和
控制组件，控制所述逆变器装置，
所述驾驶指令单元包含输出第1驾驶行驶模式指令、第2驾驶行驶模式指令、以及控制所述逆变器装置的控制指令的驾驶指令器，
所述控制组件，
在从所述驾驶指令器接受到所述第1驾驶行驶模式指令时，将来自所述第1供电单元的电力供给到所述逆变器装置，
在从所述驾驶指令器接受到所述第2驾驶行驶模式指令时，将来自所述第1供电单元的供电阻断，并且将来自所述第2供电单元的电力供给到所述逆变器装置，
将对所述控制设备进行供给的第2供电单元作为所述铁道车辆的驱动用电源，
所述逆变器装置具有：
第1开关装置，将来自所述第1供电单元的电力供给到所述逆变器装置，或将供电阻断；
第2开关装置，将来自所述第2供电单元的电力供给到所述逆变器装置，或将供电阻断，
所述第1开关装置和所述第2开关装置被控制成不同时接通。
2.根据权利要求1所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
所述第2供电单元是输出额定电压低于所述第1供电单元的输出额定电压，且具有对能经由所述逆变器装置以及所述电动机使所述铁道车辆移动的电压进行蓄电的功能的电源装置，
所述逆变器装置具有：
充电电路切换组件，在将来自所述第2供电单元的电力供给到所述逆变器装置时，将在该逆变器装置中流动的电流阻断，将来自所述第2供电单元的电力充电到该逆变器装置中的具有充电功能的充电电路，
所述控制组件，
在接受到所述第2驾驶行驶模式指令时，将所述第1开关装置控制成断开，将所述第2开关装置控制成接通，在从所述驾驶指令器接受到蓄电模式指令的状态下接受到使所述铁道车辆移动的行驶指令时，将所述充电电路切换组件控制成接通，
将充电到所述充电电路的电压作为所述铁道车辆的驱动用电源。
3.根据权利要求2所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
所述充电电路是包含将被供给的电力中包含的高频分量除去的滤波电容器的滤波器充电电路，
所述充电电路切换组件是对所述滤波器充电电路进行接通、断开控制的滤波器充电电路切换组件，
所述第2开关装置在从所述第1开关装置断开起经过给定时间后接通。
4.根据权利要求3所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
所述滤波器充电电路切换组件包含：
充电阻断器，具有在接受到使所述铁道车辆移动的指令时接通从而将电流阻断的功能；和
电流阻断器，与该充电阻断器并联连接，具有在该充电阻断器经过给定时间后断开时接通从而将电流阻断的功能，
所述滤波器充电电路包含：
滤波电容器，具有将从所述第2供电单元供给的电力中包含的高频分量除去，且从所述充电阻断器接通起到所述电流阻断器断开为止用从所述第2供电单元供给的电力进行充电的功能。
5.根据权利要求2所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
所述第2供电单元由具有蓄电功能的蓄电池构成，
所述电气铁道车辆的驱动系统还具有电压测量器，
所述电压测量器测定供给到所述逆变器装置的电压，将测定出的电压供给到所述控制组件，
所述控制组件，
在由所述电压测量器测定出的电压值降低到基准值以下时，将所述逆变器装置的逆变器电路控制成断开状态。
6.根据权利要求1所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
所述控制组件，
在接受到所述第2驾驶行驶模式指令的状态下从所述驾驶指令器接受到制动器指令时，将电气制动器控制成不能工作，对其他制动器进行工作控制。
7.根据权利要求2所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
所述逆变器装置还具有：
破坏防止单元，防止所述第2供电单元的破坏，
所述破坏防止单元在所述第1开关装置不能断开的情况下，阻止向所述第2供电单元供给由所述第1供电单元供给的电力。
8.根据权利要求2所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
所述控制组件，
在所述第1开关装置不能断开的情况下，输出禁止所述第2开关装置的接通的控制指令，将由所述第1供电单元供给的第1电力向所述第2供电单元的供给路径维持在阻断状态。
9.根据权利要求4所述的电气铁道车辆的驱动系统，其特征在于，
关于所述第2供电单元的电力容量，在从所述第2供电单元接受供电而使所述铁道车辆行驶的状态下，将所述铁道车辆的最高速度、最长行驶距离、所述电动机的输出性能设定在预先设定的基准值以内。
10.一种电气铁道车辆的驱动系统中的车辆驱动方法，是驱动电气铁道车辆的驱动系统中的车辆驱动方法，其中，所述驱动电气铁道车辆的驱动系统具备从由铁道车辆的外部供电的第1供电单元接受第1电力来驱动电动机的逆变器装置，该电气铁道车辆的驱动系统中的车辆驱动方法的特征在于，
所述逆变器装置的控制组件，
在从驾驶指令器接受到第1通常行驶模式指令时，接受从所述第1供电单元供给的第1电力来驱动所述电动机，
在从所述驾驶指令器接受到第2非通常行驶模式指令时，将来自所述第1供电单元的第1电力阻断，并且接受来自对装备在所述铁道车辆的车上的控制设备供给电力的第2供电单元的第2电力来驱动所述电动机，
通过来自第2供电单元的所述第2电力来驱动所述电气铁道车辆，
将来自所述第1供电单元的电力供给到所述逆变器装置或将供电阻断的第1开关装置和将来自所述第2供电单元的电力供给到所述逆变器装置或将供电阻断的第2开关装置被控制成不同时接通。
11.根据权利要求10所述的电气铁道车辆的驱动系统中的车辆驱动方法，其特征在于，
所述控制组件进一步地，
在接受到所述第2非通常行驶模式指令的状态下从所述驾驶指令器接受到制动器指令时，将电气制动器控制成不能工作，对其他制动器进行工作控制。
12.根据权利要求10所述的电气铁道车辆的驱动系统中的车辆驱动方法，其特征在于，
所述控制组件进一步地，
在不能将来自所述第1供电单元的第1电力阻断的情况下，阻止向所述第2供电单元供给从所述第1供电单元供给的第1电力。
13.根据权利要求10所述的电气铁道车辆的驱动系统中的车辆驱动方法，其特征在于，
所述控制组件进一步地，
在不能将来自所述第1供电单元的第1电力阻断的情况下，禁止来自所述第2供电单元的第2供电，将所述第1电力向所述第2供电单元的供给维持在阻断状态。
14.根据权利要求10所述的电气铁道车辆的驱动系统中的车辆驱动方法，其特征在于，
所述控制组件，
在所述第2供电单元的第2供电电压值降低到基准值以下时，将所述逆变器装置的逆变器电路控制成断开状态。
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