JP2007274893A

JP2007274893A - 回路装置及び車両運行システム

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Publication number: JP2007274893A
Application number: JP2007125561A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Ogasa; 正道小笠; Takamitsu Yamamoto; 貴光山本; Yoshiteru Taguchi; 義晃田口
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2007-10-18
Also published as: JP4523954B2; JP2007282495A; JP4861489B2; JP4516581B2; JP2005237125A; JP3989450B2; JP2010172192A; JP2007228796A

Abstract

【課題】現行車両の回路構成にほとんど変更を加えずに、既存の車両回路の構成に応じて最小限の回路変更で直流及び交流の何れの電源でも蓄電部に充電することができる回路装置を提供する。
【解決手段】本発明の車両の回路装置は、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ａと、を備え、電流電圧制御部２Ａは、蓄電部１からモータ５に電源を供給する際には、直流を交流に変換するインバータとして作動し、充電接触子３Ａから蓄電部１に電源を供給する際には、コンバータとして作動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車両の列車に搭載されるバッテリなどの蓄電器に充電を行なう回路装置及び車両運行システムに関する。特には、既存の車両回路の構成に応じて最小限の回路変更で直流及び交流の何れの電源でも蓄電部に充電することができる回路装置及び車両運行システムに関する。

近年、電気車両において架線などの外部からの電源による車両の運行に加えて、車両内部に設けられたバッテリなどの蓄電部からの電源で車両を運行する方式が考えられている。

この様な電気車両による列車の運行の場合、できるだけエネルギの損失を抑え、いかに効率よく蓄電部を充電するかが問題となる。

例えば、パンタグラフとインバータの間に接触器を設け、回生ブレーキ時に接触器の回路を開いて、モータからの回生エネルギを架線に逃がさずにバッテリに蓄積することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。また、モータとバッテリの間にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、このＤＣ／ＤＣコンバータを制御してモータからの回生エネルギをバッテリに蓄積することができるようになっているものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１９９３５４公報特開２００３−１９９２０３公報

しかしながら、従来からの装置によれば、停車中や走行中に拘わらず、何れの場合でも効果的に蓄電部に充電することができるものがなかった。特に、直流インバータ電車の場合、停車中の給電では、地上設置の直流供給設備が必要となりコストがかかってしまうという課題があった。また、直流インバータ電車にも電力変換器を余分に付加する必要があり、車両回路の設計変更が生じ、コストがかかるという課題があった。

従って、本発明の目的は、直流インバータ電車などの現行車両の回路構成にほとんど変更を加えずに、既存の車両回路の構成に応じて最小限の回路変更で直流及び交流の何れの電源でも蓄電部に充電することができ、また、停車中のみならず走行中も蓄電部に充電することができる回路装置及び車両運行システムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の車両の回路装置は、電流と電圧を制御する電流電圧制御手段と、電流電圧制御手段からの出力で駆動するモータと、モータの駆動時に電源を供給する蓄電手段と、蓄電手段に電源を供給するための充電接触手段と、を備える車両の回路装置であって、電流電圧制御手段は、蓄電手段からモータに電源を供給する際には、直流を交流に変換するインバータとして作動し、充電接触手段から蓄電手段に電源を供給する際には、コンバータとして作動する、ことを特徴とする。

ここで、充電接触手段は、交流電源に接続される３相充電接触子であり、電流電圧制御手段は、蓄電手段からモータに電源を供給する際には、直流を交流に変換するＰＷＭインバータとして作動し、充電接触手段から蓄電手段に電源を供給する際には、ＰＷＭコンバータとして作動する、ことができる。

また、充電接触手段は、交流電源に接続される３相充電接触子及び直流電源に接続される２極充電接触子で構成され、電流電圧制御手段は、蓄電手段に電源を供給する際に、充電接触手段が３相充電接触子で作用する場合にはＰＷＭコンバータとして作動し、充電接触手段が２極充電接触子で作用する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータとして作動する、ことができる。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータは、３相ブリッジの単相チョッパ動作を行なう、ようにするとよい。

また、充電接触手段は、直流電源に接続される２極充電接触子であり、電流電圧制御手段は、充電接触手段と蓄電手段の間に接続される第１の電流電圧制御手段と、充電接触手段とモータの間に接続される第２の電流電圧制御手段と、を備え、第２の電流電圧制御手段は、モータに電源を供給する際には、直流を交流に変換するインバータとして作動し、モータからの回生エネルギを蓄電手段に蓄える際にはコンバータとして作動する、ことができる。

また、電流電圧制御手段に電源を供給するパンタグラフと、電流電圧制御手段に接続する電源の供給源を、蓄電手段又はパンタグラフの何れかに切り替える切替手段と、を備える、ことができる。

また、電流電圧制御手段に接続され、モータ方向と、充電接触手段方向と、蓄電手段方向の３方向に切り替え可能な３相一括３方向切替手段と、３相一括３方向切替手段と蓄電手段との間に設けられた接触手段と、を備える、ことができる。

また、３相一括３方向切替手段は、３つの３相接触器で構成され、３方向の切替は、当該３相接触器のインターロックによる方向切替で行なう、構成にすることができる。

また、上記構成において、パンタグラフ側に、直流電源に接続される２極充電接触子を備える、ことができる。

また、モータは、複数回路構成の誘導電動機または同期電動機であり、電流電圧制御手段は、モータが同期電動機の場合は、モータの１回路毎に設けられ、電流電圧制御手段に電源を供給するパンタグラフと、電流電圧制御手段に接続する電源の供給源を、蓄電手段又はパンタグラフの何れかに切り替える切替手段と、複数の電流電圧制御手段に接続され、モータ方向と、充電接触手段方向と、開放方向の３方向に切り替え可能な３相多回路一括３方向切替手段と、を備える、ことができる。

また、３相多回路一括３方向切替手段と充電接触手段方向との間に接続され、充電接触手段方向と、蓄電手段方向の２方向に切り替え可能な３相多回路一括２方向切替手段と、３相多回路一括２方向切替手段と蓄電手段との間に設けられた接触手段と、を備える、ことができる。

また、上記課題を解決するため、本発明の第１の態様の車両運行システムは、電気車両と、電源供給装置と、を備え、電源供給装置は、交流電流の電圧を制御するトランス回路を備え、電気車両の回路装置は、上述記載の車両の回路装置であり、電源供給装置と、電気車両の回路装置の充電接触手段とが接続される、ことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明の第２の態様の車両運行システムは、電気車両と、電源供給装置と、を備える車両運行システムにおいて、電源供給装置は、交流電流の電圧を制御するトランス回路と、交流を直流に変換する位相制御整流器を備え、電気車両の回路装置は、上述記載の車両の回路装置であり、電源供給装置の位相制御整流器と、電気車両の回路装置の充電接触手段とが接続される、ことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明の第３の態様の車両運行システムは、電気車両と、電源供給装置と、電源を供給するための架線と、を備える車両運行システムにおいて、電源供給装置は、交流電流の電圧を制御するトランス回路と、交流を直流に変換する位相制御整流器を備え、電気車両の回路装置は、上述記載の車両の回路装置であり、電源供給装置の位相制御整流器と、電気車両の回路装置の充電接触手段とが接続され、及び／又は架線と電気車両の回路装置の前記パンタグラフが接続される、ことを特徴とする。

本発明の車両の回路装置及び車両運行システムによれば、車両の回路装置に交流電源に接続される３相充電接触子及び／又は直流電源に接続される２極充電接触子を設けることにより、直流インバータ電車などの現行車両の回路構成にほとんど変更を加えずに、既存の車両回路の構成に応じて最小限の回路変更で直流及び交流の何れの電源でも蓄電部に充電することができ、また、停車中のみならず走行中も蓄電部に充電することができる。

以下、図面を参照して本発明の車両の回路装置及び車両運行システムの実施の形態を説明する。

図１は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ａと、電流電圧制御部２Ａとモータ５との間の回路の開閉を行なう接触器４Ａと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのスタティック・インバータ（ＳＩＶ）６と、電流電圧制御部２Ａ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、を備えている。

ここで、電流電圧制御部２Ａは、蓄電部１からモータ５に電源を供給する際には、直流を交流に変換するＰＷＭインバータとして作動し、充電接触子３Ａから蓄電部１に電源を供給する際には、位相同期方式のＰＷＭコンバータとして作動する。また、充電接触子３Ａは、交流電源に接続される３相充電接触子である。また、接触器４Ａは、モータが磁石機（同期電動機）の場合には通常装備されるものであり、新たな追加が不要であることが多い。この図においては、モータ５は、誘導電動機である。

図２は、電気車両に給電するための電源供給装置を示す。図２において、この電源供給装置は、交流電源を供給する地下トラフや電柱などの電源供給部１１Ａと、電源供給部１１Ａからの交流電源をそのまま交流電源として電気車両に給電する摺動導電板装置１０Ａと、備えている。

図３は、摺動導電板装置１０Ａの回路構成を示す図である。図３において、この摺動導電板装置１０Ａの回路構成は、単純なトランス１２のみの構成であり、電源側端子１２Ａからの６６００［Ｖ］〜２２０００［Ｖ］の３相交流の電源を４４０［Ｖ］〜６００［Ｖ］の３相交流にして車両側接触子１２Ｂから出力する。車両の停車中に、この車両側接触子１２Ｂと車両の充電接触子３Ａが電気的に接続され蓄電部１に充電される。

充電中は、接触器４Ａが開放され、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータとして作動する。また、蓄電部１は、リチウム（Ｌｉ＋）バッテリで構成するとよい。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータとして作動する。

図４は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａ，２Ｂと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ｂと、電流電圧制御部２Ａとモータ５との間の回路の開閉を行なう接触器４Ａと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのＳＩＶ６と、電流電圧制御部２Ａ，２Ｂ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

ここで、充電接触子３Ｂは、交流電源に接続される３相充電接触子及び直流電源に接続される２極充電接触子で構成されている。そして、電流電圧制御部２Ｂは、蓄電部１に電源を供給する際に、充電接触子３Ｂが３相充電接触子で作用する場合にはＰＷＭコンバータとして作動し、充電接触子３Ｂが２極充電接触子で作用する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータとして作動し、３相ブリッジのチョッパ動作を行なう。また、接触器４Ａは、磁石機であり、モータ５は、誘導電動機である。

図５は、電気車両に給電するための電源供給装置を示す。図５において、この電源供給装置は、交流電源を供給する地下トラフや電柱などの電源供給部１１Ａと、電源供給部１１Ａからの交流電源を直流電源に変換して電気車両に給電する摺動導電板装置１０Ｂと、備えている。

図６は、摺動導電板装置１０Ｂの回路構成を示す図である。図６において、この摺動導電板装置１０Ｂの回路構成は、電源側端子１２Ａからの６６００［Ｖ］〜２２０００［Ｖ］の３相交流の電源を４４０［Ｖ］〜６００［Ｖ］の３相交流に変換するトランス１２と、トランス１２からの交流を直流に変換して車両側接触子１３Ａから出力する位相制御整流器１３と、を備えている。充電接触子３Ｂが２極充電接触子として作用する場合、車両の停車中に、パンタグラフ９Ａがたたまれて架線と離れることで、充電接触子３Ｂは架線と電気的に切り離される。そして、摺動導電板装置１０Ｂとの接触により、車両側接触子１２Ｂと充電接触子３Ｂが電気的に接続され、蓄電部１に充電される。

充電接触子３Ｂが２極充電接触子として充電中は、接触器４Ａが開放され、電流電圧制御部２Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータとして作動する。このとき、車輪９Ｂに接続される相の下側アームを常時通電し、パンタグラフ９Ａに接続される相による単相チョッパ動作を行う。一方、充電接触子３Ｂが３相充電接触子で作用する場合には、図２及び図３の構成の充電装置を利用し、電流電圧制御部２Ｂは、三相ＰＷＭコンバータとして作動する。また、蓄電部１は、例えば、リチウムイオン（Ｌｉ＋）バッテリで構成するとよい。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。

図７は、電気車両に給電するための電源供給装置を示す。図７において、この電源供給装置は、交流電源を供給する地下トラフや電柱などの電源供給部１１Ａと、パンタグラフ９Ａ（図４）に電源を供給する剛体架線１１Ｂと、電源供給部１１Ａからの交流電源を直流電源に変換して剛体架線１１Ｂまたは電気車両に給電する摺動導電板装置１０Ｂと、備えている。図７の構成によれば、パンタグラフ９Ａから直流電源が供給され、接触器４Ａが開放され、電流電圧制御部２ＢがＤＣ／ＤＣコンバータとして作動することによって蓄電部１に充電される。パンタグラフ９Ａからの給電を専らとする場合、摺動導電板装置１０Ｂは摺動導電部を設けず、交流を直流に変換する機能のみを装備させることもできる。

図８は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａ，２Ｃと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ｃと、電流電圧制御部２Ａとモータ５との間の回路の開閉を行なう接触器４Ａと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのＳＩＶ６と、電流電圧制御部２Ａ，２Ｃ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。なお、接触器４Ａは、モータ５が磁石機（同期電動機）で、各モータごとに電流電圧制御部２が対応する場合に必要となる。

充電接触子３Ｃは、２極充電接触子であり、図５〜７の構成の充電装置を利用して蓄電部１に充電され、充電中は、電流電圧制御部２Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータとして作動する。図８では、電流電圧制御部２Ｃを単相チョッパ動作する場合の図として描かれているが、三相出力各々にリアクトルを接続してまとめることで三相チョッパ動作を行うことができる。また、蓄電部１は、リチウムイオン（Ｌｉ＋）バッテリ、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、フライホイール（ＦＷ）などで構成することができる。フライホイールの場合には、電流電圧制御部２Ｃの三相分出力回路に三相フライホイールモータを接続する。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。

図９は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ａと、電流電圧制御部２Ａとモータ５との間の回路の開閉を行なう接触器４Ａと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのスタティック・インバータ（ＳＩＶ）６と、電流電圧制御部２Ａ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、電流電圧制御部２Ａに接続する電源の供給源を、蓄電部１又はパンタグラフ９Ａの何れかに切り替える切替器１４Ａと、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

ここで、電流電圧制御部２Ａは、蓄電部１からモータ５に電源を供給する際には、直流を交流に変換するＰＷＭインバータとして作動し、充電接触子３Ａから蓄電部１に電源を供給する際には、ＰＷＭコンバータとして作動する。また、充電接触子３Ａは、交流電源に接続される３相充電接触子である。また、接触器４Ａは、モータ５が磁石機（同期電動機）の場合には通常装備されるものであり、新たな追加が不要であることが多い。この図では、モータ５は、誘導電動機である。図９の構成においては、充電接触子３Ａからの充電の際には、切替器１４Ａを蓄電部１側に接続し、図１〜図３で説明したように充電する。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。

図１０は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する複数の電流電圧制御部２Ａと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ａと、複数の電流電圧制御部２Ａに接続され、モータ５方向と、充電接触子３Ａと、開放方向の３方向に切り替え可能な３相多回路一括３方向の切替器１４Ｂと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのスタティック・インバータ（ＳＩＶ）６と、複数の電流電圧制御部２Ａ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、複数の電流電圧制御部２Ａに接続する電源の供給源を、蓄電部１又はパンタグラフ９Ａの何れかに切り替える切替器１４Ａと、切替器１４Ｂと充電接触子３Ａとの間に設けられた平滑リアクトル７Ａ，７Ｂと、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

ここで、電流電圧制御部２Ａは、蓄電部１からモータ５に電源を供給する際には、直流を交流に変換するＰＷＭインバータとして作動し、充電接触子３Ａから蓄電部１に電源を供給する際には、位相同期方式のＰＷＭコンバータとして作動する。また、充電接触子３Ａは、交流電源に接続される３相充電接触子である。また、モータ５は、複数回路構成の永久磁石式の同期電動機である。電流電圧制御部２Ａは、モータ５の１回路毎に設けられる。図１０の構成においては、充電接触子３Ａからの充電の際には、切替器１４Ａを蓄電器１側に接続し、切替器１４Ｂは電流電圧制御部２Ａと充電接触子３Ａを接続して、図１〜図３で説明したように充電する。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。

図１１は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ａと、電流電圧制御部２Ａに接続され、モータ５方向と、充電接触子３Ａ方向と、蓄電部１方向の３方向に切り替え可能な３相一括３方向の切替器１４Ｃと、３相一括３方向の切替器１４Ｃと蓄電部１との間に設けられた接触器４Ｂと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのスタティック・インバータ（ＳＩＶ）６と、電流電圧制御部２Ａ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、切替器１４Ｃと接触器４Ｂとの間に設けられた平滑リアクトル７Ａと、電流電圧制御部２Ａに接続する電源の供給源を、蓄電部１又はパンタグラフ９Ａの何れかに切り替える切替器１４Ａと、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

ここで、電流電圧制御部２Ａは、蓄電部１からモータ５に電源を供給する際には、直流を交流に変換するＰＷＭインバータとして作動し、充電接触子３Ａから蓄電部１に電源を供給する際には、位相同期方式のＰＷＭコンバータとして作動する。また、充電接触子３Ａは、交流電源に接続される３相充電接触子である。また、モータ５は、誘導電動機である。図１１の構成においては、充電接触子３Ａからの充電の際には、切替器１４Ｃで充電接触子３Ａと平滑リアクトル７Ａとを接続し、接触器４Ｂを閉じて、図１〜図３で説明したように充電する。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、切替器１４Ｃでモータ５と電流電圧制御部２Ａとを接続し、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。さらに、パンタグラフ９Ａからは、図７の剛体架線１１Ｂから充電ができ、切替器１４Ａをパンタグラフ９Ａ側に閉じ、切替器１４Ｃで電流電圧制御部２Ａと平滑リアクトル７を接続し、接触器４Ｂを閉じて蓄電部１に充電する。このとき、電流電圧制御部２Ａは、三相ブリッジによる単相、二相、または三相チョッパ動作を行う。

ここで、３相一括３方向の切替器１４Ｃは、図１２に示すように３つの３相接触器で構成し、３方向の切替は、当該３相接触器のインターロックによる方向切替で行なうようにすることもできる。

図１３は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する複数の電流電圧制御部２Ａと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ａと、複数の電流電圧制御部２Ａに接続され、モータ５方向と、充電接触子３Ａと、開放方向の３方向に切り替え可能な３相多回路一括３方向の切替器１４Ｂと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのスタティック・インバータ（ＳＩＶ）６と、複数の電流電圧制御部２Ａ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、複数の電流電圧制御部２Ａに接続する電源の供給源を、蓄電部１又はパンタグラフ９Ａの何れかに切り替える切替器１４Ａと、切替器１４Ｂと充電接触子３Ａとの間に設けられた平滑リアクトル７Ｂ，７Ｃと、平滑リアクトル７Ｂ，７Ｃと充電接触子３Ａとの間に設けられ、充電接触子３Ａと、蓄電部１方向の２方向に切り替え可能な３相多回路一括２方向の切替器１４Ｄと、３相多回路一括２方向の切替器１４Ｄと蓄電部１との間に設けられた接触器４Ｂと、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

ここで、電流電圧制御部２Ａは、蓄電部１からモータ５に電源を供給する際には、直流を交流に変換するＰＷＭインバータとして作動し、充電接触子３Ａから蓄電部１に電源を供給する際には、位相同期方式のＰＷＭコンバータとして作動する。また、充電接触子３Ａは、交流電源に接続される３相充電接触子である。また、モータ５は、永久磁石式の同期電動機である。図１３の構成においては、充電接触子３Ａからの充電の際には、切替器１４Ｄで充電接触子３Ａと平滑リアクトル７Ｂ、７Ｃとを接続し、切替器１４Ｂで電流電圧制御部２Ａと平滑リアクトル７Ｂ、７Ｃを接続し、さらに切替器１４Ａを蓄電部１側に閉じて、図１〜図３で説明したように充電する。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、切替器１４Ｂでモータ５と電流電圧制御部２Ａとを接続し、切替器１４Ａは蓄電部１側に閉じ、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。さらに、パンタグラフ９Ａからは、図７の剛体架線１１Ｂから充電ができ、切替器１４Ａをパンタグラフ９Ａ側に閉じ、切替器１４Ｂで電流電圧制御部２Ａと平滑リアクトル７Ｂ，７Ｃを接続し、切替器１４Ｄで平滑リアクトル７Ｂ，７Ｃと接触器４Ｂを接続し、接触器４Ｂを閉じて蓄電部１に充電する。このとき、電流電圧制御部２Ａは、三相ブリッジによる単相、二相、または三相チョッパ動作を行う。

図１４は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、パンタグラフ９Ａ側に設けられた、直流電源に接続される２極充電接触子である充電接触子３Ｃと、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ａと、電流電圧制御部２Ａに接続され、モータ５方向と、充電接触子３Ａ方向と、蓄電部１方向の３方向に切り替え可能な３相一括３方向の切替器１４Ｃと、３相一括３方向の切替器１４Ｃと蓄電部１との間に設けられた接触器４Ｂと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのスタティック・インバータ（ＳＩＶ）６と、電流電圧制御部２Ａ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、切替器１４Ｃと接触器４Ｂとの間に設けられた平滑リアクトル７Ａと、電流電圧制御部２Ａに接続する電源の供給源を、蓄電部１又はパンタグラフ９Ａの何れかに切り替える切替器１４Ａと、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

ここで、電流電圧制御部２Ａは、蓄電部１からモータ５に電源を供給する際には、直流を交流に変換するＰＷＭインバータとして作動し、充電接触子３Ａから蓄電部１に電源を供給する際には、位相同期方式のＰＷＭコンバータとして作動する。また、充電接触子３Ａは、交流電源に接続される３相充電接触子である。また、モータ５は、誘導電動機である。図１１の構成においては、充電接触子３Ａからの充電の際には、切替器１４Ｃで充電接触子３Ａと電流電圧制御部２Ａとを接続し、切替器１４Ａを蓄電部１側に閉じて、図１〜図３で説明したように充電する。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、切替器１４Ｃでモータ５と電流電圧制御部２Ａとを接続し、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。さらに、パンタグラフ９Ａ側に設けられた充電接触子３Ｃ又はパンタグラフ９Ａからは、図５及び図７の摺動導電板装置１０Ｂ又は図７の剛体架線１１Ｂから充電ができ、切替器１４Ａをパンタグラフ９Ａ側に閉じ、切替器１４Ｃで電流電圧制御部２Ａと平滑リアクトル７を接続し、接触器４Ｂを閉じて蓄電部１に充電する。このとき、電流電圧制御部２Ａは、三相ブリッジによる単相、二相、または三相チョッパ動作を行う。

図１５は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａ，２Ｂと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ｄと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのＳＩＶ６と、電流電圧制御部２Ａ，２Ｂ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

ここで、充電接触子３Ｄは、交流電源に接続される３相充電接触子３Ｄ−１〜３及び直流電源に接続される２極充電接触子３Ｄ−１，３Ｄ−４で構成されている。そして、電流電圧制御部２Ｂは、蓄電部１に電源を供給する際に、充電接触子３Ｄが３相充電接触子で作用する場合には位相同期方式のＰＷＭコンバータとして作動し、充電接触子３Ｄが２極充電接触子で作用する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータとして作動し、３相ブリッジの１相分を用いて単相チョッパ動作を行なう。また、モータ５は、誘導電動機である。

充電接触子３Ｂが２極充電接触子３Ｄ−１，３Ｄ−４として作用する場合、車両の停車中に、図６の車両側接触子１３Ａと車両の充電接触子３Ｄのパンタグラフ９Ａ及び車輪９Ｂに接続されている接触子３Ｄ−１，３Ｄ−４とが電気的に接続され蓄電部１に充電される。このとき、電流電圧制御部２Ｂは、接触子３Ｄ−１に接続される相による単相ＤＣ／ＤＣコンバータとして作動する。接触子３Ｄ−１，３Ｄ−２，３Ｄ−３の端子にリアクトルを各々接続してまとめることで、三相チョッパ動作を行うことも可能となる。一方、充電接触子３Ｄが３相充電接触子３Ｄ−１〜３で作用する場合には、図２及び図３の構成の充電装置を利用し、電流電圧制御部２Ｂは、位相同期方式のＰＷＭコンバータとして作動する。また、蓄電部１は、例えば、リチウムイオン（Ｌｉ＋）バッテリで構成するとよい。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータ（ＰＷＭインバータの回生動作）として作動する。

図１６は、本発明の車両の回路装置を示す図である。この回路装置は、走行及び停車中に電源を供給するパンタグラフ９Ａと、電流と電圧を制御する電流電圧制御部２Ａ，２Ｃと、電流電圧制御部２Ａからの出力で駆動するモータ５と、モータ５の駆動時に電源を供給する蓄電部１と、蓄電部１に電源を供給するための充電接触子３Ｃと、車両の空調や照明などの補機に電源を供給するためのＳＩＶ６と、電流電圧制御部２Ａ，２Ｃ及びＳＩＶ６側にそれぞれ設けられたリアクトル７及び直流コンデンサ８と、回路構成上のグランドである車輪９Ｂと、を備えている。

充電接触子３Ｃは、２極充電接触子であり、図５〜７の構成の充電装置を利用して蓄電部１に充電され、充電中、電流電圧制御部２Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータとして作動する。また、蓄電部１は、リチウムイオン（Ｌｉ＋）バッテリ、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、フライホイール（ＦＷ）などで構成することができる。また、モータ５からの回生エネルギを蓄電部１に蓄える際には、電流電圧制御部２Ａは、ＰＷＭコンバータとして作動する。

以上のように、本発明の車両の回路装置及び車両運行システムによれば、車両の回路装置に交流電源に接続される３相充電接触子及び／又は直流電源に接続される２極充電接触子を設けることにより、直流インバータ電車などの現行車両の回路構成にほとんど変更を加えずに、既存の車両回路の構成に応じて最小限の回路変更で直流及び交流の何れの電源でも蓄電部に充電することができ、また、停車中のみならず走行中も蓄電部に充電することができる。また、パンタグラフからは、停車中及び走行中に拘わらず、通常の架線区間からも充電を行なえる。

本発明の車両の回路装置を示す図である。電気車両に給電するための電源供給装置を示す図である。図２の摺動導電板装置１０Ａの回路構成を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。電気車両に給電するための電源供給装置を示す図である。図５の摺動導電板装置１０Ｂの回路構成を示す図である。電気車両に給電するための電源供給装置を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。切替器の構成を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。本発明の車両の回路装置を示す図である。

符号の説明

１蓄電部
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ電流電圧制御部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ充電接触子
４Ａ，４Ｂ接触器
５モータ
６スタティック・インバータ（ＳＩＶ）
７リアクトル
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ平滑リアクトル
８直流コンデンサ
９Ａパンタグラフ
９Ｂ車輪
１０Ａ，１０Ｂ摺動導電板装置
１１Ａ電源供給部
１１Ｂ剛体架線
１２トランス
１２Ａ電源側接触子
１２Ｂ，１３Ａ車両側接触子
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ切替器

Claims

電流と電圧を制御する電流電圧制御手段と、
前記電流電圧制御手段からの出力で駆動するモータと、
前記モータの駆動時に電源を供給する蓄電手段と、
前記蓄電手段に電源を供給するために、直流電源に接続される２極充電接触子から構成される充電接触手段と、
を備える車両の回路装置であって、
前記電流電圧制御手段は、前記充電接触手段と前記蓄電手段の間に接続される第１の電流電圧制御手段と、前記充電接触手段と前記モータの間に接続される第２の電流電圧制御手段と、を備え、
前記蓄電手段から前記モータに電源を供給する際には、前記第２の電流電圧制御手段は、直流を交流に変換するインバータとして作動し、前記充電接触手段から前記蓄電手段に電源を供給する際には、前記第１の電流電圧制御手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータとして作動し、前記モータからの回生エネルギを前記蓄電手段に蓄える際には、前記第２の電流電圧制御手段は、交流を直流に変換するコンバータとして作動する、
ことを特徴とする車両の回路装置。
電気車両と、電源供給装置と、を備える車両運行システムにおいて、
前記電源供給装置は、交流電流の電圧を制御するトランス回路と、交流を直流に変換する位相制御整流器を備え、
前記電気車両の回路装置は、前記請求項１記載の車両の回路装置であり、
前記電源供給装置の位相制御整流器と、前記電気車両の回路装置の前記充電接触手段とが接続される、
ことを特徴とする車両運行システム。
電気車両と、電源供給装置と、電源を供給するための架線と、を備える車両運行システムにおいて、
前記電源供給装置は、交流電流の電圧を制御するトランス回路と、交流を直流に変換する位相制御整流器を備え、
前記電気車両の回路装置は、前記請求項１記載の車両の回路装置であり、
前記電源供給装置の位相制御整流器と、前記電気車両の回路装置の前記充電接触手段とが接続され、及び／又は前記架線と前記電気車両の回路装置の前記パンタグラフが接続される、
ことを特徴とする車両運行システム。