JP2008054408A - 鉄道車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリーズハイブリッド方式の鉄道車両の駆動装置において、エンジン停止を可能とする状況を適切に判断し、またエンジン発電の応答性を考慮して安定した力行性能を確保できるアイドルストップ制御方式を実現し、燃料消費量の低減とエンジン騒音の低減を可能とする、環境に優しい鉄道車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】鉄道車両の駆動装置におけるシステム統括制御部は、発電機の回転速度と、電動機の回転速度と、蓄電装置より得られる内部状態信号に基づいて、エンジンの発電電力の要否を判定して、エンジンへの運転指令、コンバータ装置への運転指令により発電状態を制御し、さらにエンジンの発電電力が不要な場合は、エンジン停止の可否を判定して、エンジンへの運転指令によりエンジンを停止させる指令を与えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両の駆動装置に係り、特に、発電手段と電力蓄積手段を設備したうえで、この両手段の発生する電力を利用して鉄道車両を駆動する技術に関する。

鉄道車両は、鉄の車輪がレール面上を転がることにより走行するため、走行抵抗が自動車に比べて小さいことが特徴である。特に、最近の電気鉄道車両では、制動時に主電動機を発電機として作用させることで制動力を得ると同時に、制動時に主電動機で発生する電気的エネルギを架線に戻して他車両の力行エネルギとして再利用する回生ブレーキ制御を行なっている。この回生ブレーキを備える電気鉄道車両は、回生ブレーキを備えていない電気鉄道車両に比べて、約半分のエネルギ消費で走行することが可能とされており、走行抵抗が小さい鉄道車両の特徴を生かした省エネ手法といえる。

一方、輸送密度が小さい地方路線などは、架線、変電所等のインフラが要らない気動車（ディーゼルカー）により、きめ細かな乗客サービスを低コストに実現している。しかし、気動車は、架線など他車両にエネルギを渡す手段がないため、電気鉄道車両のような回生エネルギの再利用は行なわれていなかった。このため、気動車で省エネルギを実現するためには、低燃費エンジンの開発に頼らざるを得ないと考えられていた。

このような気動車についても省エネルギを推進するひとつの方法として、エンジンと蓄電装置を組み合わせたハイブリッド気動車が考案された。ハイブリッド気動車は蓄電装置を設けることにより、制動時に発生する回生エネルギを蓄電装置でいったん吸収することが可能となり、この吸収した回生エネルギを力行時に必要なエネルギの一部として再利用することにより省エネルギを実現することができる。

ハイブリッド気動車については、例えば特許文献１の鉄道車両の駆動装置において述べられている。
図９に特許文献１におけるハイブリッド気動車システムの機器構成図を示す。エンジン１により駆動される発電機２が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置３と、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置４と、直流電力を充電および放電する機能を持つ蓄電装置８と、鉄道車両を駆動する電動機５を備え、コンバータ装置３の発生する直流電力と、蓄電装置８の発生する直流電力をインバータ装置４に供給するに際し、制御装置３９に蓄電装置８に蓄積する蓄電エネルギを車両速度に対する蓄電管理基準パターンとして設定し、このパターンによる蓄電量と蓄電装置８の実蓄電量との差分に応じてコンバータ装置の発生する直流電力を制御する。
特開２００４−２８２８５９号公報

ハイブリッド気動車は、蓄電装置により制動時の回生エネルギを回収し、それを再利用することにより省エネルギ効果を得る方式である。特に、エンジンの回転軸が車輪の回転と機械的に切り離されている「シリーズハイブリッド方式」では、エンジンの回転速度を車両速度とは関係なくきめられる特徴を持つ。このシリーズハイブリッド方式の機器構成では、エンジンによる発電が不要な場合に、エンジンを停止するアイドルストップを行うことができる。このアイドルストップにより、ハイブリッド気動車は燃料消費量の低減するメリットをさらに拡大することができる。また、従来の気動車では専用のモータによりエンジンに起動トルクを与えてエンジンを起動する。このため、頻繁にエンジンの停止／起動を避けるために、駅停車中においてもエンジンのアイドル運転を継続することが通常であり、駅構内における騒音の原因になっていた。

このシリーズハイブリッド方式のハイブリッド気動車については、当然、停車中においてもアイドルストップしてエンジンを完全に停止できるため、駅構内におけるエンジン騒音を低減することができる。
ところで、図９に示した、特許文献１の鉄道車両の駆動装置では、発明の実施の形態についての説明の中で、エンジン／コンバータの動作を、走行条件に応じて「停止」することが述べられている。しかし、エンジン／コンバータの動作停止については、その何れの動作を停止させるのかに関しては明らかにされていない。また、その具体的な停止制御の方法についても述べられていない。

シリーズハイブリッド方式によるハイブリッド気動車については、エンジン発電を必要としない状況においては、エンジンを停止することができる。しかし、実際の鉄道車両の運転を考慮した場合、エンジン停止状態からの再力行する場合など、エンジンの発電開始が遅れることが考えられる。このエンジンの発電電力が得られない期間は、力行電力のすべてを蓄電装置で負担しなければならないため、蓄電装置の負担が大きくなり、過大な放電電力による蓄電装置の故障等が発生する可能性がある。

すなわち、ハイブリッド気動車においてアイドルストップ制御を行うためには、
（１）運転状態と車両走行状態を基に、アイドルストップできる状況を適切に判断すること。
（２）エンジン開始指令から実際に発電電力を得るまでの応答性を考慮した力行性能の検討。
という、技術的課題を解決することが重要であり、それにより始めてアイドルストップ制御を実現できると考えられる。

本発明の目的は、エンジンにより駆動される発電設備に電力蓄積手段を組み合わせ、その両者により供給される直流電力をインバータ装置で交流電力に変換し、モータを駆動するシリーズハイブリッド方式の鉄道車両の駆動装置において、エンジン停止を可能とする状況を適切に判断し、またエンジン発電の応答性を考慮して安定した力行性能を確保できるアイドルストップ制御方式を実現し、燃料消費量の低減とエンジン騒音の低減を可能とする、環境に優しい鉄道車両の駆動装置を提供することにある。

本発明の鉄道車両の駆動装置は、エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有する直流電力発生手段と、直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、インバータ手段により駆動される電動機と、直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、これらの各手段を制御する制御手段と、発電手段の回転速度を検出する手段と、電動機の回転速度を検出する手段と、電力蓄積手段の蓄電量を検出する手段と、直流電力発生手段で変換された直流電力を検出する手段を備え、
制御手段は、電動機の速度と、電力蓄積手段の蓄電電力量に応じて、エンジンの運転状態を制御することを特徴とする。

本発明によれば、エンジンにより駆動される発電設備に電力蓄積手段を組み合わせ、その両者により供給される直流電力をインバータ装置で交流電力に変換し、モータを駆動するシリーズハイブリッド方式の鉄道車両の駆動装置において、エンジン停止を可能とする状況を適切に判断し、またエンジン発電の応答性を考慮して安定した力行性能を確保できるアイドルストップ制御方式を実現し、燃料消費量の低減とエンジン騒音の低減を可能とする、環境に優しい鉄道車両の駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施例１の電気車の制御装置における基本構成を示す図である。
エンジン１は、システム統括制御部９の指令Ｓｅに従って軸トルクを出力する。
発電機２は、エンジン１の軸トルクを入力として、これを３相交流電力に変換して出力する。コンバータ装置３は、発電機２から出力される３相交流電力を入力としてこれを直流電力に変換して出力する。ここで、コンバータ装置３は、システム統括制御部９からの指令Ｓｃに基づいた直流電圧となるように電圧制御する。

インバータ装置４は、コンバータ装置３から出力される直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。電動機５は、インバータ装置４が出力する３相交流電力を入力としてこれを軸トルクに変換して出力する。ここで、インバータ装置４は、電動機５の出力トルクがシステム統括制御部９からの指令Ｓｉに基づいたトルクを出力するように、後述の回転速度信号Ｆｒ＿ｉｎｖを参照し、インバータ装置４の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。
減速器６は、電動機５の軸トルク出力を回転数の減速により増幅して出力し、輪軸７を駆動して電気車を加減速する。

システム統括制御部９は、蓄電装置８の内部状態信号Ｓｐ１を入力として、エンジン１に運転指令Ｓｅ、コンバータ装置３に運転指令Ｓｃ、インバータ装置４に運転指令Ｓｉ、遮断器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに動作指令Ｓｂ、蓄電装置８内に配置する充放電制御装置への動作指令Ｓｐ２を出力し、２次電池蓄電量を一定範囲内とするようにこれらの機器の総合的な動作状態を制御する。また、速度センサ１３ａ，１３ｂおよび速度演算部１４ａ，１４ｂにより得られる速度情報と、蓄電装置８より得られる内部状態信号に基づいて、エンジン１、コンバータ装置３、インバータ装置４、蓄電装置８、遮断機１２を単独、または総合的に制御することを可能としている。

サービス電源用インバータ装置１０は、コンバータ装置３とインバータ装置４間の直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。さらにサービス電源用変圧器１１により電気車の照明や空調機などに供給するサービス電源電圧に調整して各サービス機器に供給する。

遮断器１２ａは、コンバータ装置３とインバータ装置４の間の直流電力部でコンバータ装置３の入力端子の直近に配置する。エンジン１およびコンバータ装置３が故障等により動作しない間は、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｂにより遮断器１２ａを開放し、コンバータ装置３への電力供給を遮断して機器の安全性を確保する。同様に、コンバータ装置３とインバータ装置４との間の直流電力部の電圧が過大になったとき、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｂにより遮断器１２ａを開放し、コンバータ装置３への電力供給を遮断してコンバータ装置３の故障を防止する。

遮断器１２ｂは、コンバータ装置３、インバータ装置４の間の直流電力部とサービス電源用インバータ装置１０の間に配置する。直流電力部の電圧がサービス電源用インバータ装置１０の入力許容電圧を超過したとき、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｂにより遮断器１２ｂを開放し、コンバータ装置３、インバータ装置４からサービス電源用インバータ装置１０に供給する電力を遮断してサービス電源用インバータ装置１０の故障を防止する。

遮断器１２ｃは、コンバータ装置３、インバータ装置４の間の直流電力部と蓄電装置８入出力端子の間に配置する。蓄電装置８の蓄電許容量が超過したとき、あるいは、直流電力部との入出力電流が蓄電装置８の入出力許容電流値を超過したとき、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｂにより遮断器１２ｃを開放し、コンバータ装置３とインバータ装置４との間の直流電力部から蓄電装置８に供給する電力を遮断して蓄電装置８の故障を防止する。

遮断器１２ｄは、コンバータ装置３とインバータ装置４の間の直流電力部でインバータ装置４の入力端子の直近に配置する。インバータ装置４が故障等により動作しない間は、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｂにより遮断器１２ｄを開放し、インバータ装置４への電力供給を遮断して誤動作を防止する。同様に、コンバータ装置３、蓄電装置８からインバータ装置４への供給電力が過大になったとき、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｂにより遮断器１２ｄを開放しインバータ装置４への電力供給を遮断して故障を防止する。

速度センサ１３ａは発電機２の回転速度を検出し、速度演算器１４ａにおいて回転速度信号Ｆｒ_ｃｎｖに変換する。
速度センサ１３ｂは電動機５の回転速度を検出し、速度演算器１４ｂにおいて回転速度信号Ｆｒ_ｉｎｖに変換する。
この構成により、以下の動作を実現できる。

エンジン１の軸出力により発電機２を駆動し、発電機２が発生した３相交流電力をコンバータ装置３により直流電力に変換する。この直流電力はインバータ装置４により３相交流電力に変換して電動機５を駆動する。電動機５の軸出力を減速機６により減速し輪軸７を回転させ車両の駆動力を得る。また、コンバータ装置３とインバータ装置４の間の直流電力部に蓄電装置８を接続し、直流電力の過不足分を蓄電装置８に充放電することができる。すなわち、本発明における鉄道車両の駆動装置はシリーズ・ハイブリッド方式の機器構成としている。

また、システム統括制御部９を備えることにより、速度センサ１３ａ，１３ｂおよび速度演算部１４ａ，１４ｂにより得られる速度情報と、蓄電装置８より得られる内部状態信号に基づいて、エンジン１、コンバータ装置３、インバータ装置４、蓄電装置８、遮断機１２を単独、または総合的に制御することを可能としている。

この構成によれば、システム統括制御部９は、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる発電機２の回転速度Ｆｒ_ｃｎｖと、速度センサ１３ｂおよび速度演算部１４ｂにより得られる電動機５の回転速度Ｆｒ_ｉｎｖと、蓄電装置９より得られる内部状態信号Ｓｐ１に基づいて、エンジン１の発電電力の要否を判定して、エンジン１への運転指令Ｓｅ、コンバータ装置３への運転指令Ｓｃにより発電状態を制御し、さらにエンジン１の発電電力が不要な場合は、エンジン停止の可否を判定して、エンジン１への運転指令Ｓｅによりエンジンを停止させる指令を与えることができる。すなわち、アイドルストップ制御を実現することができ、燃料消費量の低減と、エンジン動作音の低減を図ることができる。

また、アイドルストップ制御により、エンジン１による発電電力を得られない間、システム統括制御部９は、速度センサ１３ｂおよび速度演算部１４ｂにより得られる電動機５の回転速度Ｆｒ_ｉｎｖと、蓄電装置８より得られる内部状態信号Ｓｐ１に基づいて、インバータ装置４への運転指令Ｓｉを出力し、インバータ装置４により駆動される電動機５の出力を蓄電装置８の最大出力限界に応じて制限する制御を可能とする。すなわち、アイドルストップによりエンジン１の発電電力を得られない間は、蓄電装置８の放電電力のみで安定した加速を実現することができる。

さらに、システム統括制御部９は、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる発電機２の回転速度Ｆｒ_ｃｎｖと、速度センサ１３ｂおよび速度演算部１４ｂにより得られる電動機５の回転速度Ｆｒ_ｉｎｖと、蓄電装置９より得られる内部状態信号Ｓｐ１に基づいて、エンジン１の起動、停止の要否を判定してコンバータ装置３に運転指令Ｓｃを出力し、エンジン１の起動、停止を発電機２のトルクにより制御する。すなわち、エンジン１の起動と停止を発電機２のトルクにより迅速に制御することにより、アイドルストップ制御時のエンジン発電開始時間を短縮し、蓄電装置８の放電電力のみで加速する時間を短縮し、車両の加速性能の低下を最小限とすることができる。

図２は本発明の実施例２のアイドルストップ制御を実現する構成を示す図である。
エンジン１は、エンジン制御部１９の燃料噴射量指令Ｆ_ｅｎｇに基づいて軸トルクを出力する。発電機２は、エンジン１の軸トルクを入力として、これを３相交流電力に変換して出力する。コンバータ装置３は、発電機２から出力される３相交流電力を入力としてこれを直流電力に変換して出力する。ここで、コンバータ装置３は、システム統括制御部９からの指令Ｓｃに基づいた直流電圧となるように、ＰＷＭ制御器（ベクトル制御演算器）２０の出力するゲート信号Ｖｐを介して電圧制御する。

システム統括制御部９は、蓄電装置８の内部状態信号Ｓｐ１を入力として、エンジン制御装置１９に運転指令Ｓｅ、定電力制御器（電流指令発生器）２１に運転指令Ｓｃ、図示していないインバータ装置４に運転指令Ｓｉ、図示していない遮断器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに動作指令Ｓｂ、蓄電装置８内に配置する充放電制御装置への動作指令Ｓｐ２を出力し、蓄電装置８の蓄電量を一定範囲内とするようにこれらの機器の総合的な動作状態を制御する。

速度センサ１３ａは発電機２の回転速度を検出し、速度演算器１４ａにおいて発電機ロータ周波数Ｆｒ_ｃｎｖに変換する。
フィルタコンデンサ１５は、コンバータ装置３で変換された直流電力について、特に高周波数で変動する電圧成分を平滑化し、直流部の電圧を安定させる。
電流センサ１６は、コンバータ装置３からフィルタコンデンサ１５を介して直流部に流入、あるいは直流部から流出する電流を検出する。
抵抗器１７は、直流部へ流入、あるいは直流部から流出する電流を分流し、電圧センサ１８は抵抗器１７の両端電圧は、抵抗器１７を流れる電流値に比例する原理により、直流部の電位差を検出する。

エンジン制御装置１９は、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｅと、速度演算部１４ｂからの回転速度信号Ｆｒ_ｇｅｎを入力し、エンジン１の出力を調整する燃料噴射量指令Ｆ_ｅｎｇを出力する。

定電力制御器２１は、システム統括制御部９からの動作指令Ｓｃと、速度演算部１４ａからの回転速度信号Ｆ_ｃｎｖと、電流センサ１６からの直流部電流検出値Ｉｃｎｖ、電圧センサ１８からの直流部電圧検出値Ｖｃｎｖを入力とし、後述のＰＷＭ制御器２０の電圧制御量を決定する電圧指令Ｖｃ_ｃｎｖを出力する。

ＰＷＭ制御器２０は、定電圧制御器２１からの電圧指令Ｖｃ_ｃｎｖと、速度演算部１４ｂからのＦｒ_ｃｎｖを入力とし、コンバータ装置３を構成する図示していないスイッチング素子のオン／オフによりＰＷＭ制御を駆動するためのスイッチング素子ゲート信号Ｖｐを出力する。

この構成により、以下の動作を実現できる。
本発明の実施例２における鉄道車両の駆動装置は、システム統括制御部９を備え、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる速度情報と、図示していない、速度センサ１３ｂおよび速度演算部１４ｂにより得られる速度情報と、蓄電装置８より得られる内部状態信号に基づいて、エンジン１、コンバータ装置３を単独、または総合的に制御することを可能としている。

この構成によれば、システム統括制御部９は、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる発電機２の回転速度Ｆｒ_ｃｎｖと、図示していない速度センサ１３ｂおよび速度演算部１４ｂにより得られる電動機５の回転速度Ｆｒ_ｉｎｖと、蓄電装置８より得られる内部状態信号Ｓｐ１に基づいて、エンジン１の発電電力の要否を判定して、エンジン１への運転指令Ｓｅ、コンバータ装置３への運転指令Ｓｃにより発電状態を制御し、さらにエンジン１の発電電力が不要な場合は、エンジン停止の可否を判定して、エンジン１への運転指令Ｓｅによりエンジンを停止させる指令を与えることができる。すなわち、アイドルストップ制御を実現することができ、燃料消費量の低減と、エンジン動作音の低減を図ることができる。

図３は本発明の実施例３のアイドルストップ制御の制御条件の一例を示す模式図である。
ここでは、アイドルストップ制御条件の一例として、「(1)制御マップ」と「(2)制御マトリクス」で条件を決める方式について説明する。
「(1)制御マップ」は、横軸（Ｘ軸）を車両の走行速度Ｖｃａｒ、縦軸（Ｙ軸）を前述した蓄電装置８の蓄電量ＳＯＣとした平面である。この両者の関係より蓄電装置８の蓄電状態の良否を判断する。ここで、図中の軌跡Ｋは、車両が停止状態から速度７０ｋｍ／ｈまｄｅ加速（力行）し、惰行した後に、停車まで減速（制動）した場合における、一般的な車両速度Ｖｃａｒと蓄電量ＳＯＣの関係を示している。この軌跡Ｋは、
（ａ）加速時：蓄電装置８の蓄電エネルギを車両の運動エネルギに変換されるため、車両速度Ｖｃａｒが上がるに従い、蓄電装置８の蓄電量ＳＯＣは徐々に減少する。
（ｂ）惰行時：走行抵抗により車両速度Ｖｃａｒは徐々に下がるが、エンジン発電電力により蓄電量ＳＯＣは徐々に増加する。
（ｃ）減速時：車両の運動エネルギが蓄電装置８の蓄電エネルギに変換されるため、車両速度Ｖｃａｒが下がるに従い、蓄電装置８の蓄電量ＳＯＣは徐々に増加する。（回生ブレーキ）
という状態を示している。

なお、力行時に運動エネルギに変換される蓄電装置８の蓄電エネルギと、制動時に運動エネルギから変換される蓄電装置８の蓄電エネルギは、通常は等しくならない。これは、車両の走行時には、勾配抵抗、曲線抵抗、車両抵抗（機械抵抗、空気抵抗）による車両抵抗によるエネルギ損失、あるいは機器の動作よるエネルギ損失が必ず存在ためである。本発明の実施例３における鉄道車両の駆動装置では、これらのエネルギ損失をエンジン発電電力で補償することにより、継続的に車両が走行することができる。その原理を以下に示す。

軌跡Ｋの下側に位置している曲線Ｌは、前述の損失がない、あるいは少ない場合に車両が加速したときに蓄電装置８の蓄電エネルギを車両の運動エネルギに変換される様子を示している。同じく、軌跡Ｋの上側に位置している曲線Ｍは、前述の損失がない、あるいは少ない場合に車両が減速したときに車両の運動エネルギが蓄電装置８の蓄電エネルギに変換される様子を示している。また、直線Ｎは蓄電装置８の放電限界（ＳＯＣ_ｍｉｎ）を示し、直線Ｏは蓄電装置８の充電限界（ＳＯＣ_ｍａｘ）を示している。

これらの曲線Ｌ、曲線Ｍ、直線Ｎ、直線Ｏで区切られた、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄを設ける。ここで、領域Ａ、領域Ｂは、曲線Ｌ、曲線Ｍに囲まれた領域であり、理想的な蓄電量範囲である。本発明の実施例３における鉄道車両の駆動装置では、その時点の車両速度Ｖｃａｒと、蓄電装置８の蓄電量ＳＯＣの関係がどの領域に該当するかを判断し、同時に車両の運転状態を反映して、エンジン運転状態を切替えることにより、エネルギ損失の大小によらず蓄電装置８の蓄電量ＳＯＣを理想的な領域Ａ、領域Ｂの蓄電状態に収めるように制御する。

ところで、上記のように蓄電装置８の蓄電量ＳＯＣを制御する場合、エンジンによる発電が不要な状態が必ず存在する。これは、おもに比較的蓄電量が高く推移している状況であり、(1)制御マップにおける領域Ｄにあたる。ただし、蓄電量ＳＯＣが領域Ｄ内にあっても、運転状態が力行の場合はエンジンによる発電アシストが必要である。また、減速（制動）時は、省エネルギの観点から回生エネルギを最大限充電するため、エンジンによる発電は中止する。さらに、停止時において比較的蓄電量ＳＯＣが高い（領域Ａ）場合は、蓄電装置８の蓄電エネルギのみで車両の補機類（サービス機器）に電力を供給するだけでよいため、エンジンによる発電は必要ない。

このように、エンジンによる発電が不要な場合、エンジンをアイドル運転としておくことが一般的である。しかし、本発明における鉄道車両の駆動装置は、エンジンと駆動系（車輪）が機械的に接続されていないシリーズハイブリッド方式なので、たとえ走行中でもエンジンによる発電が不要なときは、エンジンの運転を停止すること（アイドルストップ）ができる。

「(2)制御マトリクス」は、車両の運転指令ＮＴＣ（（１）停車、（２）惰行、（３）力行（加速）、（４）制動（減速）、（５）定速運転、（６）抑速運転）と、(1)制御マップの領域（領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ）に対して、アイドルストップできる状態を示す制御条件の一例である。この制御マトリクスにおいて、アイドルストップできる状態を「○」、アイドルストップできない状態を「×」、設定のなし（車両の運転状態と(1)制御マップの組合せが存在しない）の状態を「−」で示している。

蓄電装置８の蓄電量に最も余裕のある領域Ｄでは、「（２）惰行、（４）制動」時にアイドルストップする。なお、「（３）力行（加速）」時と、加速モードがある「（５）定速運転」時はエンジンの発電運転が必要なのでアイドルストップできない。また、「（６）抑速運転」時はエンジンは負荷運転（エンジンブレーキ）動作となる。

また、停車を含む低速運転状態である領域Ａでは、「（１）停車、（２）惰行、（４）制動（減速）」時にアイドルストップする。「（３）力行（加速）」時はエンジンの発電運転が必要なのでアイドルストップできない。

一方、蓄電装置８の蓄電量ＳＯＣを一定量確保している領域Ｂでは、「（４）制動、（６）抑速運転」時にアイドルストップする。「（２）惰行時、（３）力行（加速）」時とはエンジンの発電運転が必要なのでアイドルストップできない。

以上のエンジンによる発電が不要なときにエンジンを停止するアイドルストップを実現する。

この制御方式によれば、システム統括制御部９は、発電機２の回転速度Ｆｒ_ｃｎｖと、運転台からの運転指令ＮＴＣと、蓄電装置８より得られる蓄電量ＳＯＣを基に、「(1)制御マップ」と「(2)制御マトリクス」を参照して、エンジン１の発電電力の要否を判定して、エンジン１の発電電力が不要な場合は、エンジン停止の可否を判定して、エンジン１を停止させる指令を与えることができる。すなわち、アイドルストップ制御を実現することができ、燃料消費量の低減と、エンジン動作音の低減を図ることができる。

図４は本発明の実施例４における力行電力制御を実現する制御ブロック図である。
システム統括制御部９は、エネルギ管理制御部２３と、エンジン発電出力制御部２４により構成される。

エネルギ管理制御部２３は、速度検出器１４ｂで演算された電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖ、図示していない蓄電装置８で演算される蓄電量ＳＯＣ、図示していない運転台からの運転指令に基づいて、その時点でエンジン発電の有無を判定し、エンジン発電中断信号Ｎｏ_ｇｅｎを出力する。

なお、エネルギ管理制御部２３は、速度検出器１４ｂで演算された電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖ、図示していない蓄電装置８で演算される蓄電量ＳＯＣの情報に基づいて、その時点で必要な発電電力Ｐ_ｇｅｎを算出し、エンジン発電出力指令部２４入力するが、本図面が示す力行電力制御には使用しない信号なので説明は省略する。

ここで、力行電力制御はインバータ装置４において実現する機能であり、励磁電流指令生成部２５、トルク電流指令生成部２６、トルク電流リミット値生成部２７、低位選択器２８、選択器２９、変化率リミッタ３０によりその機能を実現する。

励磁電流指令生成部２５は、速度検出器１４ｂで演算された電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖと、図示していない運転台からの運転指令ＮＴＣを入力とし、電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖに対する励磁電流指令特性曲線を参照して、励磁電流指令Ｉｄｐ_ｉｎｖを出力する。

トルク電流指令生成部２６は、速度検出器１４ｂで演算された電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖと、図示していない運転台からの運転指令ＮＴＣを入力とし、電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖに対するトルク電流指令特性曲線を参照して、トルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖを出力する。

ここで、励磁電流指令生成部２５、トルク電流指令生成部２６は、ベクトル制御により駆動制御するインバータ装置が一般的に備えている機能であり、インバータ装置により駆動される電動機の出力トルクは、トルク電流指令生成部２６が出力するトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖに比例するように追従制御するものである。また、励磁電流指令生成部２５、トルク電流指令生成部２６の図示において、ロータ周波数Ｆｒに対する特性曲線は各々１種類を代表して示している。励磁電流指令生成部２５、トルク電流指令生成部２６のロータ周波数Ｆｒに対する特性曲線は複数備えることを想定しており、その選択は運転指令ＮＴＣにより行う。

トルク電流リミット値生成部２７は、速度検出器１４ｂで演算された電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖを入力とし、電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖに対するトルク電流リミット値特性曲線を参照して、トルク電流リミット値Ｌｍｔ_ｉｑｐを出力する。

ここで、トルク電流リミット値生成部２７におけるトルク電流リミット値特性曲線とは、図示していない蓄電装置８の最大出力性能Ｐ_ｂｔｒ［Ｗ］に応じて決定する。以下に、図示していない電動機５を３相誘導電動機とした場合の、トルク電流リミット値Ｌｍｔ_ｉｑｐの算出方法の一例を示す。

トルク電流リミット値Ｌｍｔ_ｉｑｐ［Ａ］は、図示していないインバータ装置４の機器損失ξ_ｉｎｖ、図示していない電動機５の機器損失ξ_ｍｔｒ、極対数Ｐｅａｒ、励磁インダクタンスＬ、図示していない減速機６の機器効率ξ_ｇｅａｒ、および速度検出器１４ｂで演算された電動機ロータ周波数Ｆｒ_ｉｎｖ［Ｈｚ］を用いて次式で表わされる。

低位選択器２８は、トルク電流指令生成部２６が出力するトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖと、トルク電流リミット値生成部２７が出力するトルク電流リミット値Ｌｍｔ_ｉｑｐのうち、小さい値を選択して制限つきトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_ｌｍｔを出力する。

選択器２９ａは、トルク電流指令生成部２６が出力するトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖと、低位選択器２８が出力する制限つきトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_ｌｍｔと、エネルギ管理制御部２３が出力するエンジン発電中断信号Ｎｏ_ｇｅｎを入力とし、エンジン発電中断信号Ｎｏ_ｇｅｎが「０（Ｌｏｗ）」のときはトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖを選択し、エンジン発電中断信号Ｎｏ_ｇｅｎが「１（Ｈｉｇｈ）」のときは制限つきトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_ｌｍｔを選択し、その結果としてトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_０を出力する。

選択器２９ｂは、励磁電流指令生成部２５が出力する励磁電流指令Ｉｄｐ_ｉｎｖと、運転指令ＮＴＣを入力とし、運転指令ＮＴＣが「力行」指令以外のときは零出力を選択し、運転指令ＮＴＣが「力行」指令であるときは、励磁電流指令Ｉｄｐ_ｉｎｖを選択し、その結果として励磁電流指令Ｉｄｐ_ｉｎｖ_ａを出力する。

選択器２９ｃは、選択器２９ａが出力するトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_０と、運転指令ＮＴＣを入力とし、運転指令ＮＴＣが「力行」指令以外のときは零出力を選択し、運転指令ＮＴＣが「力行」指令であるときは、トルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_０を選択し、その結果としてトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_ａとして出力する。

変化率リミッタ３０ａは、選択器２９ｂが出力する励磁電流指令Ｉｄｐ_ｉｎｖ_ａを入力とし、励磁電流指令Ｉｄｐ_ｉｎｖ_ａの時間当たりの変化率を制限して、ＰＷＭ制御部２０へ入力する最終的な励磁電流指令であるＩｄｐ０_ｉｎｖを出力する。

変化率リミッタ３０ｂは、選択器２９ｃが出力するトルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_ａを入力とし、トルク電流指令Ｉｑｐ_ｉｎｖ_ａの時間当たりの変化率を制限して、ＰＷＭ制御部２０へ入力する最終的なトルク電流指令であるＩｑｐ０_ｉｎｖを出力する。

この構成により、以下の動作を実現できる。
システム統括制御部９を備え、速度センサ１３ｂおよび速度演算部１４ｂにより得られる速度情報と、蓄電装置８より得られる内部状態信号に基づいて、インバータ装置４を制御することを可能としている。

この構成によれば、アイドルストップ制御により、エンジン１による発電電力を得られない間、システム統括制御部９は、速度センサ１３ｂおよび速度演算部１４ｂにより得られる電動機５の回転速度Ｆｒ_ｉｎｖと、蓄電装置８より得られる蓄電量ＳＯＣに基づいて、インバータ装置４へのトルク電流指令Ｉｑｐ０_ｉｎｖを出力し、インバータ装置４により駆動される電動機５の出力を蓄電装置９の最大出力限界に応じて制限する制御を可能とする。すなわち、アイドルストップによりエンジン１の発電電力を得られない間は、蓄電装置８の放電電力のみで安定した加速を実現することができる。

図５は本発明の実施例５における力行電力制御の動作の一例を示す模式図である。
図５において、（ａ）はアイドルストップ時に、力行電力を制限する必要がない場合の、車両速度に対する、エンジン１と蓄電装置８が負担する力行電力の割合を模式的に示した図である。一方、（ｂ）はアイドルストップ時に、力行電力を制限する場合の、車両速度に対する、エンジン１と蓄電装置８が負担する力行電力の割合を模式的に示した図である。横軸（Ｘ軸）は車両速度Ｖ、縦軸（Ｙ軸）はエンジン１、または蓄電装置８により負担する力行電力を示している。

（ａ）において、速度Ｖ０から速度Ｖ１までは、エンジン１による発電を行わないアイドルストップ状態である。このとき、力行電力の全てを蓄電装置８の放電電力Ｐ_ｂａｔ_１が負担している。車両速度がＶ１になった時点で、エンジン１による発電を開始することにより、一旦、力行電力の全てをエンジン１による発電電力Ｐ_ｅｎｇ_１により負担する。このとき、速度Ｖ１において、蓄電装置８の放電電力Ｐ_ｂａｔ_１と、エンジン１による発電電力Ｐ_ｅｎｇ_１が等しいことから、速度Ｖ１までの速度域では、必要な力行電力を蓄電装置８のみで負担している。車両速度Ｖ１からＶ２までは、エンジン１による発電電力Ｐ_ｅｎｇ_１を、蓄電装置８の放電電力Ｐ_ｂａｔ_２で補足して、必要な力行電力を得る。車両速度が速度Ｖ２よりも高い速度域では、必要な力行電力に対して、エンジン１による発電電力Ｐ_ｅｎｇ_１は過剰であるため、その差分が蓄電装置８へ充電電力Ｐ_ｂａｔ_３として蓄電される。

このように、（ａ）はアイドルストップする速度Ｖ０から速度Ｖ１の速度域で必要な力行電力を、蓄電装置８のみで負担できる場合を示している。これに対し、（ｂ）は蓄電装置８の出力性能が充分に得られない状況において、力行を行った場合の状況を示している。ここで、蓄電装置８の出力性能を充分に得られない場合としては、蓄電装置８自体の出力性能が小さい場合のほか、寒冷地において蓄電装置８の保温が充分でないために充放電特性が低下している状況、蓄電量が少ないために放電特性が低下している状況が考えられる。

（ｂ）において、速度Ｖ０から速度Ｖ１までは、エンジン１による発電を行わないアイドルストップ状態である。このとき、速度Ｖ０からＶ１´までは、力行電力の全てを蓄電装置８の放電電力Ｐ_ｂａｔ_１が負担している。しかし、この速度Ｖ０における蓄電装置８の放電電力Ｐ_ｂａｔ_１は、蓄電装置８の放電性能の最大限界であるため、Ｐ_ｂａｔ_１よりも大きい放電はできない。このため、速度Ｖ１´からＶ１までは、力行電力はＰ_ｂａｔ_１に制限され、必要な力行電力全てを負担することは出来ない。このとき、蓄電装置８からＰ_ｂａｔ_１よりも大きい電力を放電しようとした場合、蓄電装置８における放電性能の最大限界を超えると、蓄電装置８の出力電圧が低下する。蓄電装置８の出力電圧が極端に低下したときは、一般的に蓄電装置８を保護するために放電を禁止する保護機能を設けるので、車両の力行を継続できなくなる。本発明では、このようにエンジン１による発電を行わない状況で、蓄電装置８における放電性能の最大限界を超えることがないように、インバータ装置４の力行電力を、蓄電装置８の放電電力を最大限界よりも小さく抑えることにより、安定した力行動作を継続することができる。

その後、車両速度がＶ１になった時点で、エンジン１による発電を開始することにより、一旦、力行電力の全てをエンジン１による発電電力Ｐ_ｅｎｇ_１により負担する。エンジン１による発電を開始した後は、エンジン１の発電電力Ｐ_ｅｍｇ_１と、蓄電装置８の放電電力Ｐ_ｂａｔ_２により、必要な力行電力を得られるため、インバータ装置４の力行電力を、蓄電装置８の放電電力を最大限界よりも小さく抑える必要はない。車両速度Ｖ１からＶ２までは、エンジン１による発電電力Ｐ_ｅｎｇ_１を、蓄電装置８の放電電力Ｐ_ｂａｔ_２で補足して、必要な力行電力を得る。車両速度が速度Ｖ２よりも高い速度域では、必要な力行電力に対して、エンジン１による発電電力Ｐ_ｅｎｇ_１は過剰であるため、その差分が蓄電装置８へ充電電力Ｐ_ｂａｔ_３として蓄電される。

この制御方式により、アイドルストップ制御により、エンジン１による発電電力を得られない間、インバータ装置４により駆動される電動機５の出力を蓄電装置９の最大出力限界に応じて制限するように制御できる。すなわち、アイドルストップによりエンジン１の発電電力を得られない間は、蓄電装置８の放電電力のみで安定した加速を実現することができる。

図６は本発明の実施例６におけるエンジン起動停止制御を実現する制御ブロック図である。
システム統括制御部９は、エネルギ管理制御部２３と、エンジン発電制御部２４により構成される。

エネルギ管理制御部２３は、速度検出器１４ａで演算された発電機ロータ周波数Ｆｒ_ｃｎｖ、図示していない蓄電装置８で演算される蓄電量ＳＯＣの情報に基づいて、その時点で必要な発電電力Ｐ_ｇｅｎを算出する。

エンジン発電出力指令部２４は、エネルギ管理制御部２３で演算された発電電力に対して、あらかじめ設定しておくエンジンノッチに適合するノッチ段を選択する。

エンジン制御装置１９は、エンジン出力特性パターン発生器３１、エンジン出力特性選択部３２、エンジン出力制御部３３で構成される。

エンジン出力特性パターン発生器３１は、発電機ロータ周波数（エンジン回転速度）Ｆｒ_ｃｎｖを入力とし、それに対応する出力値を対応づけて出力する。
エンジン出力特性パターン発生器３１は、必要な出力パターン数に応じてあらかじめ複数準備する。ここでは、本発明の実施例６における鉄道車両の駆動装置の例として、特にエンジン起動停止制御に関する説明を簡便に行うために、エンジンのアイドル運転を実現するエンジン出力特性パターン３１ａと、エンジンを停止状態とするエンジン出力特性パターン３１ｂの２種類のパターンのみを抜粋して示している。

エンジン出力特性パターン３１ａは、アイドル運転を実現するエンジン出力パターンであり、アイドリング回転速度でエンジン出力がエンジンの機械抵抗と吊り合う目標点を設定し、エンジンの回転速度が目標回転速度よりも大きくなるとエンジン出力が減少し、エンジンの回転速度が目標回転速度よりも小さくなるとエンジン出力が増加するエンジン出力特性とする。

エンジン出力特性パターン３１ｂは、エンジンを停止状態とするエンジン出力特性パターンであり、エンジンの回転速度によらず、エンジン出力は零とする。このエンジン特性パターンを選択した場合は、後述のエンジン出力制御部の出力である燃料噴射量Ｆ_ｅｎｇは零となる。

エンジン出力特性選択部３２は、エンジン発電出力指令部２４が出力するエンジン発電指令Ｓｅに応じて、エンジン出力特性３１における、エンジン出力指令パターン３１ａ、３１ｂを選択して出力する。ここで、エンジン出力特性における、エンジン出力パターン３１ａ、３１ｂは、本発明における鉄道車両の駆動装置の一実施形態として、特にエンジン起動停止制御に関する説明を簡便に行うために、２種類のパターンのみを抜粋して示しているものであり、エンジン出力特性２５における、エンジン出力パターンの数を制限するものではない。

この構成により、以下の動作を実現できる。
システム統括制御部９を備え、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる速度情報と、蓄電装置８より得られる内部状態信号に基づいて、エンジン１、コンバータ装置３を単独、または総合的に制御することを可能としている。

この構成によれば、システム統括制御部９は、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる発電機２の回転速度Ｆｒ_ｃｎｖと、蓄電装置９より得られる蓄電量ＳＯＣに基づいて、エンジンの起動、停止の要否を判定してコンバータ装置３にトルク電流指令値Ｉｑｐ０_ｃｎｖを出力し、エンジンの起動、停止を発電機２のトルクにより制御する。すなわち、エンジン１の起動と停止を発電機２のトルクにより迅速に制御することにより、アイドルストップ制御時のエンジン発電開始時間を短縮し、蓄電装置８の放電電力のみで加速する時間を短縮し、車両の加速性能の低下を最小限とすることができる。

図７は本発明の実施例７におけるエンジン起動停止制御の制御方式の一例を示す模式図である。
ここで、図７は、エンジン起動停止制御における、各位制御信号の動きと、エンジン回転速度の関係を示すタイムチャートである。

エンジン動作フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｏｐｒは、システム統括制御部９がエンジン制御装置１９に与えるエンジン運転指令信号であり、この信号が「１（Ｈｉｇｈ）」のとき、エンジン１は少なくともアイドル運転する。

エンジン自立フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｒｅｖは、エンジン１がエンジン制御装置１９で制御できる回転速度域に達したことを示す信号であり、エンジン１の回転速度が一定値以上であるときに「１（Ｈｉｇｈ）」となる。
エンジン確立フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｕｐは、エンジン１のアイドル運転が確立したことを示す信号であり、エンジン１の回転速度が、アイドル速度を一定時間継続したことを判定して「１（Ｈｉｇｈ）」となる。
エンジン制御フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｃｔｌは、エンジン起動制御、停止制御を動作させる指令信号である。図７ではＦｌｇ_ｅｎｇ_ｃｔｌが高位のとき起動制御、低位のとき停止制御を示すものとして区別している。

コンバータ励磁電流指令Ｉｄｐ_ｃｎｖは、エンジンへの駆動制御を行うための、コンバータの励磁電流指令値の動きを示している。
コンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖは、エンジン１への駆動制御を行うための、コンバータのトルク電流指令値の動きを示している。

エンジン回転速度（発電機ロータ周波数）Ｆｒ_ｃｎｖは、エンジン１に対してエンジン起動制御、停止制御を行った場合における、エンジン１の回転速度の動きを示している。

以下にエンジン起動制御、および停止制御の動作について時間を追って説明する。

（エンジン起動制御）
時間ｔ０において、エンジン１は停止状態であり、各指令信号は全て零である。
時間ｔ１において、エンジン動作フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｏｐｒが「１（Ｈｉｇｈ）」となる。同時にエンジン制御フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｃｔｒを「１（Ｈｉｇｈ）［高位］」として、エンジン起動制御を開始する。まず、コンバータ励磁電流指令Ｉｄｐ_ｃｎｖを立上げ、エンジン１の駆動トルク制御を準備する。

時間ｔ２において、コンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖを立上げる。これにより、エンジン１の回転速度を加速させる。

時間ｔ３において、エンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖは速度Ｆｒ_１に達する。エンジン１の回転速度がＦｒ_１以上のときエンジン制御装置１９で制御できため、エンジン自立フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｒｅｖを「１（Ｈｉｇｈ）」とする。また、コンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖは、速度Ｆｒ_１以上で徐々に絞り込み、回転速度Ｆｒ_ｃｎｖがアイドル回転速度Ｆｒ_ａに収束するように制御する。

時間ｔ４において、エンジン１の回転速度がアイドル回転速度Ｆｒ_ａを一定期間保持したことを確認して、エンジン確立フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｕｐを「１（Ｈｉｇｈ）」とすると同時に、エンジン制御フラグを「０（Ｌｏｗ）」に戻す。これによりコンバータ励磁電流指令Ｉｄｐ_ｃｎｖを零に立ち下げ、エンジン起動制御を完了する。

（エンジン停止制御）
時間ｔ５において、エンジン動作フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｏｐｒが「０（Ｌｏｗ）」となる。同時にエンジン制御フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｃｔｒを「１（Ｈｉｇｈ）［低位］」として、エンジン停止制御を開始する。まず、コンバータ励磁電流指令Ｉｄｐ_ｃｎｖを立上げ、エンジン１の駆動トルク制御を準備する。

時間ｔ６において、コンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖを立上げる。このとき、エンジン１の回転を減速させることから、コンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖは制動トルクを発生するように設定する。図７においては、起動制御時のコンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖを正値として、停止制御時はこれを負値としてエンジン１の回転速度を減速させる。

時間ｔ７において、エンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖは速度Ｆｒ_０に達する。この時点で、エンジン確立フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｕｐを「０（Ｌｏｗ）」とする。また、コンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖは、速度Ｆｒ_０以下で徐々に絞り込み、エンジン１が速度零で停止状態とするための準備を行う。

時間ｔ８において、エンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖは速度Ｆｒ_ａに達する。この時点で、エンジン自立フラグＦｌｇ_ｅｎｇ_ｒｅｖを「０（Ｌｏｗ）」とする。速度Ｆｒ_ａは速度演算部１４ａで判別できるエンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖの最低値であり、この速度以下では発電機５のトルク制御が出来なくなる。このため、エンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖは速度Ｆｒ_ａに達した時点で、コンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖを遮断する。

なお、時間ｔ８でコンバータトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖを遮断した場合、エンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖは極めて零に近い速度ではあるが、完全に停止はしていない。すなわち、本制御はエンジンの最終的な停止をエンジンの回転抵抗で行うことを想定している。これは、エンジン１の回転軸が逆回転するまでエンジン停止制御が継続するのを防ぐことが目的である。

この構成によれば、システム統括制御部９は、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる発電機２の回転速度Ｆｒ_ｃｎｖと、蓄電装置８より得られる蓄電量ＳＯＣに基づいて、エンジンの起動、停止の要否を判定してコンバータ装置３にトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖを出力し、エンジンの起動、停止を発電機２のトルクにより制御する。すなわち、エンジン１の起動と停止を発電機２のトルクにより迅速に制御することにより、アイドルストップ制御時のエンジン発電開始時間を短縮し、蓄電装置８の放電電力のみで加速する時間を短縮し、車両の加速性能の低下を最小限とすることができる。

図８は本発明の一実施形態におけるエンジン起動停止制御の動作の一例を示す模式図である。
図８において、（ａ）はエンジン１のアイドル状態からアイドルストップする際に、エンジン停止制御を行わない場合の、時間に対するエンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖの関係を、横軸（ｘ軸）を経過時間、横軸（ｙ軸）をエンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖとして模式的に示した図である。一方、（ｂ）はエンジン１のアイドル状態からアイドルストップする際に、エンジン停止制御を行った場合の、時間に対するエンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖの関係を、横軸（ｘ軸）を経過時間、横軸（ｙ軸）をエンジン回転速度Ｆｒ_ｃｎｖとして模式的に示した図である。

（ａ）において、期間(1)でエンジン１はアイドル運転を行っている。時刻ｔ３において、アイドル運転を中止し、期間(2)においてエンジン１の回転速度が徐々に減少して、時刻ｔ６で完全に停止する。いま、この期間(3)に、運転指令が「力行」に移り、エンジン発電を直ちに再開する必要がある場合を考える。期間(3)はエンジンの再起動処理期間であり、これが完了するまでエンジン１は停止状態を維持する必要がある。この処理が完了する時刻ｔ７よりエンジン起動制御を開始し、期間(4)にてアイドル運転を確立した後、時刻ｔ９でエンジン１の発電運転を開始し、期間(5)ではエンジン１の発電電力を得ることができる。仮に時刻ｔ４に運転指令が「力行」に移り、車両の加速を開始した場合、時刻ｔ４からｔ９までは、エンジン１の発電電力は得られないため、蓄電装置８のみで力行電力を負担する。

（ｂ）において、期間(1)でエンジン１はアイドル運転を行っている。時刻ｔ３において、アイドル運転を中止し、期間(2)においてエンジン１の回転速度が徐々に減少して、時刻ｔ４で完全に停止する。すなわち、エンジンの停止に要する期間は、（ａ）ではｔ３からｔ６まで要していたに対し、（ｂ）においてはエンジン停止制御を行っているため、ｔ３からｔ４までと短縮できることがわかる。いま、この期間(2)に、運転指令が「力行」に移り、エンジン発電を直ちに再開する必要がある場合を考える。期間(3)はエンジンの再起動処理期間であり、これが完了するまでエンジン１は停止状態を維持する必要がある。この処理が完了する時刻ｔ５よりエンジン起動制御を開始し、期間(4)にてアイドル運転を確立した後、時刻ｔ７でエンジン１の発電運転を開始し、期間(5)ではエンジン１の発電電力を得ることができる。仮に時刻ｔ４に運転指令が「力行」に移り、車両の加速を開始した場合、時刻ｔ４からｔ７までは、エンジン１の発電電力は得られないため、蓄電装置８のみで力行電力を負担する。

この構成によれば、システム統括制御部９は、速度センサ１３ａおよび速度演算部１４ａにより得られる発電機２の回転速度Ｆｒ_ｃｎｖと、蓄電装置９より得られる蓄電量ＳＯＣに基づいて、エンジンの起動、停止の要否を判定してコンバータ装置３にトルク電流指令Ｉｑｐ_ｃｎｖ出力し、エンジンの起動、停止を発電機２のトルクにより制御する。すなわち、エンジン１の起動と停止を発電機２のトルクにより迅速に制御することにより、アイドルストップ制御時のエンジン発電開始時間を短縮し、蓄電装置８の放電電力のみで加速する時間を短縮し、車両の加速性能の低下を最小限とすることができる。

本発明の実施例１の電気車の制御装置における基本構成を示す図。 本発明の実施例２におけるアイドルストップ制御を実現する構成を示す図。 本発明の実施例３のアイドルストップ制御の制御条件の一例を示す模式図。 本発明の実施例４における力行電力制御を実現する制御ブロック図。 本発明の実施例５における力行電力制御の動作の一例を示す模式図。 本発明の実施例６におけるエンジン起動停止制御を実現する制御ブロック図。 本発明の実施例６におけるエンジン起動停止制御の制御方式の一例を示す模式図。 本発明の実施例８におけるエンジン起動停止制御の動作の一例を示す模式図。 従来のハイブリッド気動車の制御装置の構成を示す図。

符号の説明

１ エンジン
２ 誘導発電機
３ コンバータ装置
４ インバータ装置
５ 電動機
６ 減速機
７ 輪軸
８ 蓄電装置
９ システム統括制御部
１０ サービス電源用インバータ装置
１１ 変圧器
１２ 遮断器
１３ 速度センサ
１４ 速度検出器
１５ フィルタコンデンサ
１６ 電流センサ
１７ 抵抗器
１８ 電圧センサ
１９ エンジン制御装置
２０ ＰＷＭ制御器（ベクトル制御演算器）
２１ 定電力制御器（電流指令発生器）
２２ 電流検出器
２３ エネルギ管理制御部
２４ エンジン発電出力制御部
２５ 励磁電流指令生成部
２６ トルク電流指令生成部
２７ トルク電流リミット値生成部
２８ 低位選択器
２９ 選択器
３０ 変化率リミッタ
３１ エンジン出力特性
３２ エンジン出力特性選択部
３３ エンジン出力制御部
３４ 発電機出力特性
３５ 発電機出力特性選択部
３６ 選択器
３７ 変化率リミッタ
３８ 発電機トルク制御選択部
３９ 制御装置

Claims (4)

1. エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、これらの各手段を制御する制御手段と、前記発電手段の回転速度を検出する手段と、前記電動機の回転速度を検出する手段と、前記電力蓄積手段の蓄電電力量を検出する手段と、前記直流電力発生手段で変換された直流電力を検出する手段を備え、
   前記制御手段は、前記電動機の回転速度と、前記電力蓄積手段の蓄電電力量に応じて、前記エンジンの運転状態を制御することを特徴とする鉄道車両の駆動装置。
2. 請求項１の鉄道車両の駆動装置において、
   前記制御手段は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記インバータ手段による前記電動機の出力を調整することを特徴とする鉄道車両の駆動装置。
3. 請求項１の鉄道車両の駆動装置において、
   前記制御手段は、前記コンバータ手段による前記発電手段の駆動トルクを調整することにより、前記エンジンの運転状態を制御することを特徴とする鉄道車両の駆動装置。
4. 請求項３の鉄道車両の駆動装置において、
   前記制御手段は、前記コンバータ手段による前記発電手段の駆動トルクを調整することにより、前記エンジンの運転状態を制御することを特徴とする鉄道車両の駆動装置。

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