JP2007244035A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、２台の補助電源装置のうちの一台が故障した場合でも、ブレーキ用コンプレッサの起動が可能な電気車制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
車両に搭載された送風機と、車両に搭載されたブレーキ用コンプレッサと、前記送風機に電力を供給する第１の補助電源装置と、前記ブレーキ用コンプレッサに電力を供給する第２の補助電源装置と、前記複数の送風機と前記補助電源装置の間に各々設けられた接触器とを有し、前記第１の補助電源装置又は前記第２の補助電源装置のうちどちらかが故障し、正常な補助電源装置から、前記送風機と前記ブレーキ用コンプレッサの両方に電力を供給する場合であって、前記ブレーキ用コンプレッサを起動させる場合には、前記接触器を一時的に開き、前記ブレーキ用コンプレッサの起動が完了したら、前記接触器を順次閉じていくことを特徴とする電気車制御装置
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車制御装置に関する。

従来の電気車には、車両内の電気機器等に風を送風するブロア（送風機）と、このブロアに電力を供給する第１の補助電源装置と、車両にブレーキをかけるブレーキ装置と、このブレーキ装置を駆動するために必要なブレーキ用コンプレッサと、このブレーキ用コンプレッサに電力を供給する第２の補助電源装置が設けられている。
特開平６−１７８４０２号公報

しかしながら、例えば、第１の補助電源装置と第２の補助電源装置のいずれかが故障し、一台の補助電源装置によって、ブロアやブレーキ用コンプレッサ等の機器全てに電力を供給しなけらばならなくなった場合に、ブレーキ用コンプレッサを起動しようとすると、必要な電流量が定格電流の１５０％（一般的な許容基準）を越えてしまう場合もあった（図２のＴ１〜Ｔ２の間で越えている）。そのため、システム全体を起動するのに必要な電力／電流が、補助電源装置の定格電力／電流を超えてしまうため、システムを起動することができなかった。

この問題を解決するために、一台でシステム全体を起動できる定格電力を、第１の補助電源装置と第２の補助電源装置に持たせた場合、装置の大きさが大きくなりすぎるため、あまり現実的ではない。

そこで、本発明は、補助電源装置の定格電力以上の起動電力を必要とするシステムを起動・運転することが出来る電気車制御装置を提供することを目的とする。

上記課題は、車両に搭載された送風機と、車両に搭載されたブレーキ用コンプレッサと、前記送風機と前記ブレーキ用コンプレッサに電力を供給する補助電源装置とを有し、前記ブレーキ用コンプレッサを起動する場合には、前記送風機への電力供給を抑えることにより達成することができる。

上記課題は、車両に搭載された送風機と、車両に搭載されたブレーキ用コンプレッサと、前記送風機に電力を供給する第１の補助電源装置と、前記ブレーキ用コンプレッサに電力を供給する第２の補助電源装置とを有し、前記第１の補助電源装置又は前記第２の補助電源装置のうちどちらかに異常があり異常のある補助電源装置の動作を停止させ、正常な補助電源装置から、前記送風機と前記ブレーキ用コンプレッサの両方に電力を供給する場合に、前記ブレーキ用コンプレッサを起動させる際には、前記送風機への電力供給を一時的に抑えることにより達成することができる。

上記課題は、電力を変換し交流電力を出力する補助電源装置と、補助電源装置の出力側に接続された複数の回転電機とを有し、前記複数の回転電機のうち間欠的に運転される回転電機が起動する際に、他の回転電機への電力供給を一時的に抑えることにより達成することが出来る。

上記課題は、電気車用電源の出力に電動送風機、コンプレッサ等の回転電機が複数個接続された電源装置において、複数個の回転電機のうち間欠的に運転される回転電機が起動する際に、電源装置の出力周波数を一時的に下げ所定時間後に前記回転電機を起動し始めることにより達成することが出来る。

本発明により、補助電源装置の定格電力以上の起動電力を必要とするシステムを起動・運転することが出来る電気車制御装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の動作図である。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置において、架線と接触し架線電力を架線から受取るパンタフラフ１は、第１の補助電源装置２（ＳＩＶ）と、この第１の補助電源装置２と並列に設けられた第２の補助電源装置２と接続される。第１の補助電源装置２の出力側には、第１の接触器１９が接続される。接触器１９は、ブロア５（回転電機の一種）と、ブロア５と並列に設けられたブロア６（回転電機の一種）と、ブロア５及びブロア６と並列に設けられたブロア７（回転電機の一種）と接続される。第２の補助電源３の出力側には、第２の接触器２０が接続される。接触器２０は、電力変換装置（ＶＶＶＦインバータや補助電源装置等）のための冷却器へ送風するブロア８と、ブロア８と並列に設けられ電力変換装置（ＶＶＶＦインバータや補助電源装置等）のための冷却器へ送風するブロア９と、ブロア９と並列に設けられブレーキを駆動するために空気の圧縮を行うコンプレッサ１０（回転電機の一種）と、コンプレッサ１０と並列に設けられブレーキを駆動するために空気の圧縮を行うコンプレッサ１１と、コンプレッサ１１と並列に設けられ車両内のオイルを循環させるためのオイルポンプ１２（回転電機の一種）と、オイルポンプ１２と並列に設けられた空調装置１３と接続される。尚、補助電源装置３の定格電力（定格電流）は、システム全体（ブロア５、ブロア６、ブロア７、ブロア８、ブロア９、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１、オイルポンプ１２、空調装置１３）をいっせいに起動する際に必要な電力（電流）よりも小さい。同様に、補助電源装置４の定格電力も、システム全体のをいっせいに起動する際に必要な電力（電流）よりも小さい。

次に、補助電源装置２と補助電源装置３が共に正常である場合の動作について説明する。このように構成された電気車制御装置において、架線電力はパンタグラフ１を介して、図示しないトランスにより変圧され、補助電源装置２と補助電源装置３に供給される。補助電源装置２は、定電圧定周波数の交流電力に変換し、普段は閉じている接触器１９を介してブロア５、ブロア６、ブロア７に供給する。補助電源装置３は、トランスを介して供給された電力を、定電圧定周波数の交流電力に変換し、普段は閉じている接触器２０を介してブロア８、ブロア９、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１、オイルポンプ１２、エアコン１３に供給する。尚、補助電源装置２の交流出力側と補助電源装置３の交流出力側の間に設けられたスイッチ４は、補助電源装置２と補助電源装置３が共に正常である場合には開いている。

このように構成された電気車制御装置において、例えば補助電源装置２に異常が生じ補助電源装置２を停止させる場合、接触器１９を開き、スイッチ４を閉める。スイッチ４を閉じた場合、補助電源装置３により変換される交流電力はブロア５、ブロア６、ブロア７にも供給されることになる。つまり、補助電源装置２及び補助電源装置３が、正常な状態においては、２台の補助電源装置で電力を供給していたシステム全体（ブロア５、ブロア６、ブロア７、ブロア８、ブロア９、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１、オイルポンプ１２、空調装置１３）に、１台の補助電源装置３で電力を供給することになる。

このように構成された電気車制御装置において、補助電源装置３からシステム全体に電力を供給している状態で、ブレーキ用のコンプレッサ１０やブレーキ用のコンプレッサ１１を起動する動作について図２を参照し説明する。コンプレッサ１０やコンプレッサ１１を起動する場合には、補助電源装置３でコンプレッサ１０又はコンプレッサ１１の起動指令判断のフラグを立てる（時間Ｔ３）。補助電源装置３は、コンプレッサ１０又はコンプレッサ１１の起動指令のフラグを立てると、補助電源装置３は、周波数下げ指令を出力し、自機の出力周波数を５０ＨＺから４５ＨＺに５秒かけて下げる（Ｔ３から５秒かけて下げる）。コンプレッサ１０又はコンプレッサ１１は、補助電源装置３の出力周波数の下げ指令が出力されてから（Ｔ３から）、３００ｍｓ待ってＴ４の時点で起動する。尚、補助伝Ｇ年装置の出力周波数を下げる場合には、補助電源装置の許容変動周波数内である必要がり、通常は＋−１０%の範囲となっている。

補助電源装置３が、周波数下げ指令を出力し、自機の出力周波数３を低下させると、ブロア電流は、図２に示すように一時的に力行側から回生方向に向けて流れる。

このように構成された電気車制御装置は、ブロア電流が十分に下がると思われる３００ｍｓ後に、コンプレッサ１０、１１を起動するので、コンプレッサ１０、１１の大きな起動電流が流れても、ブロア電流が下がっているため、システム全体として必要な電流量は補助電源装置３の容量以内に納めることが出来る。また、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１は起動後は必要な電流が下がるので、ブロア電流の一時的な低下が終了した時点（Ｔ５）においても、システム全体として必要な電流料は補助電源装置３の容量以内に納めることが出来る。

以上、補助電源装置２が故障し、動作不能になった場合の動作について説明したが、補助電源装置３が故障し、補助電源装置２のみで動作させる場合にも同様に、接触器２０と閉じ、スイッチ４を入れて、コンプレッサ１０又は、且つコンプレッサ１１を起動する場合には、補助電源装置２の出力周波数を下げ、周波数の下げ指令を出力後、所定時間後にフロア１０、ブロア１１を起動させる。

このように構成された電気車制御装置は、システム全体を一斉起動する際に必要な電力量（電流量）よりも、定格電力（電流）が低い補助電源装置でも、起動電流が大きな機器（本実施の形態の場合は、コンプレッサ）を起動することが出来る。また、本実施の形態の電気車制御装置は、従来の電気車制御装置のよりも低い定格電力（電流）で良いので、装置自体の大きさも小型化することができる。

尚、本実施の形態で、電流を遮断するもの（電流遮断手段）として、スイッチや接触器としているが、電流を遮断できるものであれば良いので、特に限定しない。

（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置について図を参照し詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図４は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の動作図である。尚、図１及び図２に記載したものと同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、ブロア電流を検出するための電流検出器２１を、スイッチ４よりもブロア側に備えている。

補助電源装置２及び補助電源装置３が両方とも正常な場合の動作は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置と同じであるため、補助電源装置２若しくは補助電源装置３のうちのどちらかに異常があり、異常がある補助電源装置を停止させ、残りの正常な補助電源装置でシステム全体を起動する場合の動作について説明する。

補助電源装置３に異常があり、補助電源装置３の動作を停止し、補助電源装置２のみでシステム全体に電力を供給する場合、接触器２０を開き、補助電源装置３と電気的に接続されていたブロア８、ブロア９、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１、オイルポンプ１２、空調装置１３を、電気的に切り離す。その後、スイッチ４を閉じ、ブロア８、ブロア９、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１、オイルポンプ１２、空調装置１３を補助電源装置２と電気的に接続する。

このように構成された電気車制御装置において、起動電流が高く、間欠的に起動するブレーキ用コンプレッサ１０及びブレーキ用コンプレッサ１１を起動する場合には、コンプレッサの起動指令判断のフラグを補助電源装置２で立て、補助電源装置２の出力周波数下げ指令を出力し、所定時間かけて補助電源装置の出力周波数を５０ＨＺから４５ＨＺに下げる。その間、電流検出器２１により検出されるブロア電流が、所定値を下回った時点（図２のＴ６時点）で、コンプレッサ１０又はコンプレッサ１１を起動する。

このように構成された電気車制御装置は、ブロア電流が一定以上下がった時点で、コンプレッサ１０やコンプレッサ１１の起動をするので、補助電源装置の定格電力（電流）の範囲内で確実にコンプレッサ１０やコンプレッサ１１の起動を行うことが出来る（補助電源装置２が異常の場合も同様の動作を行う）。

また本実施の形態の電気車制御装置も、システム全体を一斉起動する際に必要な電力量（電流量）よりも、定格電力（電流）が低い補助電源装置でも、起動電流が大きな機器（本実施の形態の場合は、コンプレッサ）を起動することが出来る。また、本実施の形態の電気車制御装置は、従来の電気車制御装置のよりも低い定格電力（電流）で良いので、装置自体の大きさも小型化することができる。

尚、本実施の形態の電気車制御装置の変形例として、補助電源装置の出力する周波数を下げた後、電流検出器により検出されたブロア電流が回生方向になった時点で、コンプレッサを起動する構成や、コンプレッサに電流検出器を設けコンプレッサに電流が流れたことを検知して一気に周波数を下げるという構成も考えられる。この変形例の場合も、第２の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。

（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置について図を参照し詳細に説明する。図５は、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図６は、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置の動作図である。尚、図１乃至図４に記載したものと同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置は、ブロア５の交流電力入力側に設けられたスイッチ１４と、ブロア６の交流電力入力側に設けられたスイッチ１５、ブロア７の交流電力入力側に設けられたスイッチ１６、冷却器用ブロア８の交流電力入力側に設けられたスイッチ１７、冷却器用ブロア９の交流電力入力側に設けられたスイッチ１８を備えていることを特徴のひとつとしている。

このように構成された電気車制御装置において、補助電源装置２及び補助電源装置３が両方とも正常な場合の動作は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置と同じであるため、補助電源装置２若しくは補助電源装置３のうちのどちらかに異常があり、異常がある補助電源装置を停止させ、残りの正常な補助電源装置でシステム全体を起動する場合の動作について説明する。

補助電源装置３に異常があり、補助電源装置３の動作を停止し、補助電源装置２のみでシステム全体に電力を供給する場合、接触器２０を開き、補助電源装置３と電気的に接続されていたブロア８、ブロア９、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１、オイルポンプ１２、空調装置１３を、電気的に切り離す。その後、スイッチ４を閉じ、ブロア８、ブロア９、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１、オイルポンプ１２、空調装置１３を補助電源装置２と電気的に接続する。

このように構成された電気車制御装置において、起動電流が高く、間欠的に起動するブレーキ用コンプレッサ１０及びブレーキ用コンプレッサ１１を起動する場合には、コンプレッサの起動指令判断に基づき、ブロア５、ブロア６、ブロア７、ブロア８、ブロア９の各々の交流電力入力側に設けられたスイッチ１４、スイッチ１５、スイッチ１６、スイッチ１７、スイッチ１８を一斉に開く（図６でＴ３時点）。スイッチを開いた後、所定時間後（Ｔ７時点）でコンプレッサ１０及びコンプレッサ１１を起動する。コンプレッサが起動した後、各ブロアに設けられたスイッチは順々に閉じていき、突入電流が跳ね上がるのを防ぐ。

このように構成された電気車制御装置は、ブロア電流が十分に下がると思われる所定時間後に、コンプレッサ１０、１１を起動するので、コンプレッサ１０、１１の大きな起動電流が流れても、ブロアが電気的に切断され、ブロア電流が下がっているため、システム全体として必要な電流量は補助電源装置３の容量以内に納めることが出来る。また、コンプレッサ１０、コンプレッサ１１は起動後は必要な電流が下がるので、ブロア電流の一時的な低下が終了した時点においても、システム全体として必要な電流料は補助電源装置３の容量以内に納めることが出来る。

また本実施の形態の電気車制御装置も、システム全体を一斉起動する際に必要な電力量（電流量）よりも、定格電力（電流）が低い補助電源装置でも、起動電流が大きな機器（本実施の形態の場合は、コンプレッサ）を起動することが出来る。また、本実施の形態の電気車制御装置は、従来の電気車制御装置のよりも低い定格電力（電流）で良いので、装置自体の大きさも小型化することができる。

尚、本実施の形態の電気車制御装置の変形例としては、電流を検出する電流検出器を設け所定の電流値でコンプレッサを起動するという構成が考えられる。

（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置のシステム構成は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御システムと同じである。本実施の形態の電気車制御装置が第１の実施の形態の電気車制御システムと異なる点は、補助電源装置２若しくは補助電源装置３のうちのどちらかに異常があり、異常がある補助電源装置を停止させ、残りの正常な補助電源装置でシステム全体を起動する場合に、間欠的に運転を行うブロア５、ブロア６、ブロア７、ブロア８、ブロア９のいずれかを起動する場合に、正常な補助電源装置の出力周波数を所定時間をかけて下げ、他の回転機（ブロア）への電力供給を一時的に抑える点である。

このように構成された電気車制御装置は、ブロア電流が十分に下がると思われる所定時間後に、起動予定のブロアを起動するので、大きな起動電流が流れても、システム全体として必要な電流量は補助電源装置の容量以内に納めることが出来る。また、起動予定のブロアの起動後はシステム全体で必要な電流が下がるので、システム全体として必要な電流料は補助電源装置３の容量以内に納めることが出来る。

また本実施の形態の電気車制御装置も、システム全体を一斉起動する際に必要な電力量（電流量）よりも、定格電力（電流）が低い補助電源装置でも、起動電流が大きな機器（本実施の形態の場合は、コンプレッサ）を起動することが出来る。また、本実施の形態の電気車制御装置は、従来の電気車制御装置のよりも低い定格電力（電流）で良いので、装置自体の大きさも小型化することができる。

尚、本実施の形態の電気車制御装置では、起動電流が大きな機器を起動する際に、起動する時点で既に起動している他の機器への供給電力を補助電源装置の出力周波数を下げる構成としており、所定時間後に起動予定の機器を起動する構成としているが、電流検出器等を用いて、所定の電流値迄下がった段階で起動予定の機器を起動するという構成でも良いし、各機器（ブロア５〜９、コンプレッサ１０，１１、オイルポンプ１２、空調装置）の交流電力入力側にスイッチ（接触器でも良い）を設けて、一時的に他の機器への電流を遮断するという構成でも良い。

また、本発明に基づく第１乃至第４の実施の形態の電気車制御装置では、２台の補助電源装置から電力を供給する構成としているが、１台、３台、４台の補助電源装置から電力を供給するシステム構成の電気車制御装置に本発明を適用しても、同様の効果を得ることが出来るので、２台のみに限定はしない。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。 本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の動作図である。 本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。 本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の動作図である。 本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。 本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置の動作図である。 従来の電気車制御装置の定格電力と必要な電力量の比較図である。

符号の説明

１ パンタグラフ
２ 第１の補助電源装置（ＳＩＶ）
３ 第２の補助電源装置（ＳＩＶ）
４ スイッチ
５ ブロア
６ ブロア
７ ブロア
８ 冷却器用のブロア
９ 冷却器用のブロア
１０ コンプレッサ
１１ コンプレッサ
１２ オイルポンプ
１３ 空調装置
１４ スイッチ
１５ スイッチ
１６ スイッチ
１７ スイッチ
１８ スイッチ
１９ 接触器
２０ 接触器
２１ 電流検出器

Claims (10)

1. 車両に搭載された送風機と、
   車両に搭載されたブレーキ用コンプレッサと、
   前記送風機と前記ブレーキ用コンプレッサに電力を供給する補助電源装置とを有し、
   前記ブレーキ用コンプレッサを起動する場合には、前記送風機への電力供給を抑えることを特徴とする電気車制御装置。
2. 車両に搭載された送風機と、
   車両に搭載されたブレーキ用コンプレッサと、
   前記送風機に電力を供給する第１の補助電源装置と、
   前記ブレーキ用コンプレッサに電力を供給する第２の補助電源装置とを有し、
   前記第１の補助電源装置又は前記第２の補助電源装置のうちどちらかに異常があり異常のある補助電源装置の動作を停止させ、正常な補助電源装置から、前記送風機と前記ブレーキ用コンプレッサの両方に電力を供給する場合に、前記ブレーキ用コンプレッサを起動させる際には、前記送風機への電力供給を一時的に抑えることを特徴とする電気車制御装置。
3. 前記請求項１及び請求項２記載の電気車制御装置において、
   前記送風機への電力供給は、前記補助電源から出力する周波数を下げることにより、抑えることを特徴とする電気車制御装置。
4. 前記請求項３記載の電気車制御装置において、
   前記補助電源から出力する周波数は、所定の時間で下げることを特徴とする電気車制御装置。
5. 前記請求項３及び請求子４記載の電気車制御装置において、
   前記ブレーキ用コンプレッサは、前記補助電源から出力する電力の周波数を下げる周波数下げ指令が出力されてから、所定時間後に起動させることを特徴とする電気車制御装置。
6. 前記請求項３及び請求項４記載の電気車制御装置において、
   前記送風機への供給される電流を検知する電流検知手段により、前記送風機へ供給される電流が回生方向になった場合に、前記ブレーキ用コンプレッサを起動することを特徴とする電気車制御装置。
7. 前記請求項３記載の電気車制御装置において、
   前記補助電源から出力する電力の周波数は、前記送風機の許容変動周波数内であることを特徴とする電気車制御装置。
8. 前記請求項２記載の電気車制御装置において、
   前記複数の送風機と前記補助電源装置の間に接触器を各々設け、前記ブレーキ用コンプレッサを起動する際には、前記接触器を一時的に開くことを特徴とする電気車制御装置。
9. 電力を変換し交流電力を出力する補助電源装置と、
   補助電源装置の出力側に接続された複数の回転電機とを有し、
   前記複数の回転電機のうち間欠的に運転される回転電機が起動する際に、他の回転電機への電力供給を一時的に抑えることを特徴とする電気車制御装置。
10. 電気車用電源の出力に電動送風機、コンプレッサ等の回転電機が複数個接続された電源装置において、複数個の回転電機のうち間欠的に運転される回転電機が起動する際に、電源装置の出力周波数を一時的に下げ所定時間後に前記回転電機を起動し始めることを特徴とする電気車制御装置。

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