JP2008141877A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路数を削減し装置の小型化と低コスト化を可能にした電気車制御装置を提供する。
【解決手段】電気車用電動機を駆動する複数台のＶＶＶＦインバータ５９，６０と、各ＶＶＶＦインバータ５９，６０に個別に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８と、各ＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８の出力に個別に接続されたリアクトル５５，５６を介して接続された蓄電装置５０とを備え、蓄電装置５０は、複数台のＶＶＶＦインバータ５９，６０で共通に使用されて、電気車用電動機の回生エネルギーを吸収する。
【選択図】図９

Description

本発明は、回生エネルギーを吸収する蓄電装置を使用した電気車制御装置に関する。

一般の電気車制御装置は、図１７に示すように、パンタグラフ２０１に接続されたＶＶＶＦインバータ２０２とＤＣ／ＤＣコンバータ２０３とによって電気車用電動機２０４を駆動制御する。電気車用電動機２０４で発生した回生エネルギーは、ＶＶＶＦインバータ２０２を介してパンタグラフ２０１に戻されている。

この電気車制御装置にフィルタコンデンサの過電圧抑制回路と充電回路を追加する構成も考えられるが、この構成では、ＶＶＶＦインバータ２０２とＤＣ／ＤＣコンバータ２０３それぞれ個別に過電圧抑制回路と充電回路を接続することになり、それに伴い回路数の増加によるコストアップと装置が大型化する可能性がある。また、ＶＶＶＦインバータ２０２とＤＣ／ＤＣコンバータ２０３それぞれに過電圧抑制回路、充電回路を個別に設けると、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２０３が過電圧保護動作時に過電圧抑制回路で放電した後の再起動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３だけ充電する必要があり、その充電時間だけＤＣ／ＤＣコンバータ２０３の起動のタイミングがＶＶＶＦインバータ２０２に対して遅れ、起動のタイミングを合わせることが難しい。

図１７に示す電気車制御装置にフィルタコンデンサを放電するための過電圧抑制回路と充電回路を追加した従来例を図１８に示す。

同図に示すように、パンタグラフ２０１とＶＶＶＦインバータ２０２間には充電回路２０５が介挿されている。この充電回路２０５には、開放接触器２０６、リアクトル２０７を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２０３からの回生エネルギーが供給されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３には、フィルタリアクトル２０８が接続されるとともに、蓄電装置２０９とリアクトル２１０が接続されている。さらに、逆流防止用のダイオード２１１を介して過電圧抑制回路２１２が接続されている。

そして、放電時には、蓄電装置２０９に蓄電された電流がリアクトル２１０、ダイオード２１１を介して放電電流として過電圧抑制回路２１２に供給され消費される。

図１９に他の従来例を示す。この従来装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３とＶＶＶＦインバータ２０２とが一つの装置としてではなく別体の装置で構成され、両者間はＶＶＶＦ開放接触器２１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ開放接触器２０６と、フィルタリアクトル２０７、フィルタリアクトル２１３を介して接続されている。フィルタコンデンサ２１４，２０８はＶＶＶＦインバータ２０２とＤＣ／ＤＣコンバータ２０３にそれぞれ個別に設けられている。

図２０はさらに他の従来例を示している。同図に示すように、この従来例では、放電回路は存在せず、蓄電装置２０９に蓄えられたエネルギーは力行時にＶＶＶＦインバータ２０２を通して電動機２０４を加速するエネルギーに使うことで放電するようにしている。

さらに、他の従来例としては、特開２００２−３０５８０３号（特許文献１）に記載の“電気車”や、特開２００３−１８７０２号（特許文献２）に記載の“電気車の駆動システム”が知られている。
特開２００２−３０５８０３号 特開２００３−１８７０２号

しかしながら、上述した特許文献１、２に記載の従来例では、ＤＣ／ＤＣコンバータのフィルタコンデンサを放電する回路、充電する回路については記載されていない。

また、特許文献１、２の従来技術では、ＶＶＶＦインバータとＤＣ／ＤＣコンバータが別装置となっており、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させると電流リップルが多く発生し、地上側の信号機器に悪影響を及ぼす可能性がある。このことからＶＶＶＦインバータとＤＣ／ＤＣコンバータを別装置として車両に搭載する場合は、装置間の配線にリアクトルを挿入して電流リップルを低減する必要がある。

さらに、特許文献１、２の従来技術では、蓄電装置に蓄えられたエネルギーは電気車が力行中に電気車を加速するエネルギーとして放電する構成となっており、電気車が力行しないと、蓄電装置に蓄えられたエネルギーは放電することはできない。従って、電気車が蓄電装置にエネルギーを蓄えた状態で車庫へ戻ってきて長時間停車している間（制御電源が完全にＯＦＦになっている状態）は、蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放電する手段はなかった。蓄電装置はＥＤＬＣ（Electric Double Layer Capacitors：電気二重層キャパシタ）で構成されているが、長時間エネルギーを蓄え続けると寿命が低下するという特性を持っている。また、長時間停車して電気車を整備する場合等に蓄電装置にエネルギーが蓄えられていると感電のおそれもある。

また、図１８に示した従来例では、蓄電装置２０９に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２０３に過電圧抑制回路２１２を取り付ける場合、蓄電装置２０９にはＶＶＶＦインバータ２０２の回生動作時のエネルギーが蓄えられているため、過電圧抑制回路動作時に蓄電装置２０９に蓄えられたエネルギーが、図１８に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３を経由して過電圧抑制回路２１２に放電されしまい、過電圧抑制回路２１２が容量オーバーで焼損してしまう可能性がある。

さらに、図１９に示した従来例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ動作時のリップル電流を装置の外に出すので、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３とＶＶＶＦインバータ２０２と間に電流リップル低減用のリアクトルを接続する必要がある。

さらに、図２０に示した従来例では、放電回路は存在せず、蓄電装置２０９に蓄えられたエネルギーは力行時にＶＶＶＦインバータ２０２を通して電動機２０４を加速するエネルギーに使うことで放電する手段しかない。

本発明は上記事情に鑑み、ＶＶＶＦインバータとＤＣ／ＤＣコンバータで充電回路、過電圧抑制回路を共有することで回路数を削減し装置の小型化と低コスト化を可能にした電気車制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明に係る請求項１に記載の電気車制御装置は、電気車用電動機を駆動する複数台のＶＶＶＦインバータと、各ＶＶＶＦインバータに個別に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータと、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に個別に接続されたリアクトルを介して接続された蓄電装置とを備え、前記蓄電装置は、複数台のＶＶＶＦインバータで共通に使用されて、前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収することを特徴としている。

請求項２に記載の電気車制御装置は、電気車用電動機を駆動する複数台のＶＶＶＦインバータと、各ＶＶＶＦインバータに個別に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に個別に接続された開放用の接触器とリアクトルを介して接続され、複数台のＶＶＶＦインバータで共通に使用されて、前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収する蓄電装置とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータの故障時には該当する開放用の接触器を開放することで該当するＤＣ／ＤＣコンバータを開放し冗長性を確保することを特徴としている。

請求項３に記載の電気車制御装置は、電気車用電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収するための蓄電装置と、この蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータ用に設けられ、前記蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放電する過電圧抑制回路とを備えたことを特徴としている。

請求項４に記載の電気車制御装置は、電気車用電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収するための蓄電装置と、この蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＶＶＶＦインバータ用に設けられ、前記蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放電する過電圧抑制回路とを備えたことを特徴としている。

請求項５に記載の電気車制御装置は、請求項３または４に記載の電気車制御装置において、前記過電圧抑制回路は、電気車が停車中に動作して前記蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放電することを特徴としている。

本発明によれば、電動機を駆動するＶＶＶＦインバータとＤＣ／ＤＣコンバータで充電回路、過電圧抑制回路を共有することで回路数を削減し装置の小型化と低コスト化が可能となる。また、ＶＶＶＦインバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータの故障時には共有化された過電圧抑制回路により双方のフィルタコンデンサの放電を行い、再起動時に共有化された充電回路を動作させることによりＤＣ／ＤＣコンバータとＶＶＶＦインバータ双方を同時に充電することができ、その結果、起動のタイミングを合わせることが可能となる。

また、本発明によれば、蓄電装置に放電回路を設けて、その放電回路を電気車が長時間の停車中に動作させることにより蓄電装置に長時間エネルギーを蓄えたまま放置されることを防止し、蓄電装置の寿命を延ばし、さらに電気車の整備も安全に行うことが可能となる。

《第１の実施形態》
図１は本発明に係る電気車制御装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、この電気車制御装置は、パンタグラフ１から取り込まれた直流電圧を高速度遮断器２を介して充電する充電回路３と、この充電回路３に対してＶＶＶＦ開放接触器４、フィルタリアクトル６を介して接続されたＶＶＶＦインバータ１２とを備え、このＶＶＶＦインバータ１２によって駆動用電動機１５が駆動制御されている。また、充電回路３に対してＤＣ／ＤＣコンバータ開放接触器５、フィルタリアクトル６を介して接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１３を備えている。ＶＶＶＦインバータ１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ１３にはそれぞれフィルタコンデンサ１０，１１が接続されている。

また、フィルタリアクトル６の出側には、ＶＶＶＦ放電用ダイオード８が接続され、フィルタリアクトル７の出側には、ＤＣ／ＤＣコンバータ放電用ダイオード９が接続されている。そして、各ダイオード８，９の出側（カソード側）には、ＶＶＶＦインバータ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１３とで共通に使用される過電圧抑制回路１４が接続されている。

さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３には、リアクトル１６と、電動機１５の回転中に発生する回生エネルギーを吸収するために電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）やリチウムイオン電池、鉛シール電池等で構成された蓄電装置１７が接続されている。

前記充電回路３は、充電回路接触器１８と、この充電回路接触器１８と並列接続された充電抵抗１９とを備えている。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

＜過電圧抑制回路の動作＞
図１に示すように、ＶＶＶＦインバータ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１３とで充電回路３を共有したシステムでは、起動時に双方のフィルタコンデンサ１０，１１の各電圧を一致させる必要がある。そこで過電圧抑制回路１４を共有してＶＶＶＦインバータ１２のフィルタコンデンサ１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１３のフィルタコンデンサ１１は必ず同時に放電させるようにしている。

すなわち、過電圧抑制回路１４はＶＶＶＦインバータ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１３で共有されているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のフィルタコンデンサ１１の過電圧検知時には過電圧抑制回路１４が動作しＶＶＶＦインバータ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１３の双方のフィルタコンデンサ１０，１１の電圧を放電することができる。

このように過電圧抑制回路を共有することにより装置の小型化と低コスト化を実現した電気車制御装置を提供することが出来る。

図２を用いて第１の実施形態の動作を詳細に示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のフィルタコンデンサ１１の過電圧が検出されると（図２（ａ））、過電圧抑制回路１４を動作させ（同図（ｃ））、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のフィルタコンデンサ１１を放電させる。同時に、ＶＶＶＦインバータ１２のフィルタコンデンサ１０も放電させる。一方、ＶＶＶＦインバータ１２のフィルタコンデンサ１０の過電圧検知（同図（ｂ））時にも過電圧抑制回路１４が動作し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とＶＶＶＦインバータ１２のフィルタコンデンサ１１，１０が放電される。

このように過電圧抑制回路１４をＶＶＶＦインバータ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１３で共有することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３またはＶＶＶＦインバータ１２のフィルタコンデンサ過電圧保護発生時には両方のフィルタコンデンサ１１，１０を放電することができ、次の再起動のタイミングを合わせることが可能な電気車制御装置を提供することが出来る。

＜充電回路の動作＞
上述したように、ＶＶＶＦインバータ１２の回生エネルギーを吸収するための電気二重層コンデンサ等で構成される蓄電装置１７にはＤＣ／ＤＣコンバータ１３が接続され、また、ＶＶＶＦインバータ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１３にはそれぞれフィルタコンデンサ１０，１１が接続されている。それぞれのフィルタコンデンサ１０，１１にはそれぞれの開放接触器４，５を通して共有化された充電回路３が接続されている。

この状態で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の開放接触器５とＶＶＶＦインバータ１２の開放接触器４を閉じると、それぞれのフィルタコンデンサ１１，１０には充電回路３内の充電抵抗１９を通してパンタグラフ１から電流が供給され充電される。その後、充電回路３内の充電回路接触器１８を閉じるとそれぞれのフィルタコンデンサ１０，１１はパンタグラフ１と同電位となり充電が完了する。このように充電回路３を共有することにより装置の小型化と低コスト化を実現した電気車制御装置を提供することが出来る。

図３を用いて動作を詳述すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の開放接触器５とＶＶＶＦインバータ１２の開放接触器４を同時に閉じると（図３（ｃ）、（ｄ））、それぞれのフィルタコンデンサ１１，１０には充電回路３内の充電抵抗１９を通してパンタグラフ１から電流が供給され充電される（同図（ａ）、（ｂ））。その後、充電回路３内の充電回路接触器１８を閉じると（同図（ｅ））、それぞれのフィルタコンデンサ１１，１０はパンタグラフ１と同電位となり充電が完了する（同図（ａ）、（ｂ））。

このように、共有された充電回路３を動作させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とＶＶＶＦインバータ１２の充電タイミングを一致させることが可能な電気車制御装置を提供することができる。

《第２の実施形態》
図４は本発明に係る電気車制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。

第２の実施形態では、蓄電装置１７に蓄電装置開放接触器２０が接続される構成となっている。過電圧抑制回路１４の動作時に蓄電装置開放接触器２０を開放することにより、過電圧抑制回路１４を通して蓄電装置１７の電荷を放電させることができる。これにより、過電圧抑制回路１４が容量オーバーで焼損することを防止する電気車制御装置を提供することができる。

《第３の実施形態》
図５は本発明に係る電気車制御装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１、図４と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。

第３の実施形態では、蓄電装置１７に対し２台の蓄電装置開放接触器２０，２１を直列配置するようにしている。これにより、２台の蓄電装置開放接触器２０，２１の一方が開放されない場合でも他方を開放することで確実に開放でき信頼性が向上し、過電圧抑制回路動作時に確実に蓄電装置を開放することが可能な電気車制御装置を提供することができる。

《第４の実施形態》
図６は本発明に係る電気車制御装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１、図４、図５と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。

第４の実施形態では、２台のＶＶＶＦインバータ２８，２９を設け、これらＶＶＦインバータ２８，２９と蓄電装置１７に接続された１台のＤＣ／ＤＣコンバータ１３とで過電圧抑制回路１４を共有するようにしたものである。

このように、２台のＶＶＶＦインバータ２８，２９を設ける構成にあっても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

なお、図６はＶＶＶＦインバータを２台で構成するようにしているが、ＶＶＶＦインバータは４台並列に接続するようにしても良い。

《第５の実施形態》
図７は本発明に係る電気車制御装置の第５の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図５と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。

図７に示す第５の実施形態では、２台直列に接続する蓄電装置開放接触器の一方の接触器２０をリアクトル１６の蓄電装置１７側へ配し、もう一方の接触器２１をＤＣ／ＤＣコンバータ装置１３側へ配したものである。その他の構成は図５に示した第３の実施形態と同様である。

このように構成することによっても、２台の蓄電装置開放接触器２０，２１の一方が開放されない場合でも他方を開放することで確実に開放でき信頼性が向上し、過電圧抑制回路動作時に確実に蓄電装置を開放することが可能な電気車制御装置を提供することができる。

《第６の実施形態》
図８は本発明に係る電気車制御装置の第６の実施形態の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、この電気車制御装置は、パンタグラフ４１から取り込まれた直流電圧を開放接触器４２、フィルタリアクトル４３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４８と、ＶＶＶＦインバータ４６とに導き、ＶＶＶＦインバータ４６によって駆動用電動機４９が駆動制御されるように構成されている。

特に、第６の実施形態では、電気二重層コンデンサ等で構成された蓄電装置５０にリアクトル４４を介して接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４８とＶＶＶＦインバータ４６と双方で共有されたフィルタコンデンサ４７を車両制御装置４５内に収める構成となっている。

ＶＶＶＦインバータ４６とＤＣ／ＤＣコンバータ４８を一つの箱に収めて双方のフィルタコンデンサ４７を共有することで装置の小型化が達成できる。さらにＶＶＶＦインバータ４６とＤＣ／ＤＣコンバータ４８が一つの箱に入ることから、ＤＣ／ＤＣコンバータ動作時に発生するリップル電流が装置の外へ出ることがなく、また、フィルタリアクトルの数を削減でき、かつ信号機器への悪影響もない電気車制御装置を提供することができる。

《第７の実施形態・・・請求項１に対応》
図９は本発明に係る電気車制御装置の第７の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図８と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。第７の実施形態は請求項１に対応する。

第７の実施形態では、２台のＶＶＶＦインバータ５９，６０に個別にＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８が配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７とＶＶＶＦインバータ５９はフィルタコンデンサ６１を共有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５８とＶＶＶＦインバータ６０はフィルタコンデンサ６２を共有するように構成されている。また、２台のＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８はそれぞれリアクトル５５，５６を介して共通の蓄電装置５０に接続されている。蓄電装置５０は、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池等で構成されている。

また、蓄電装置５０は、放電スイッチ５１を介して放電抵抗５２へ接続されている。蓄電装置５０に蓄えられたエネルギーは、放電スイッチ５１をオンさせることにより、放電抵抗５２で消費され、蓄電装置５０に蓄えられたエネルギーが放電されるようになっている。

このように、蓄電装置５０を複数台のＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８、ＶＶＦインバータ５９，６０で共有することにより、システムを小型化した電気車制御装置を提供することができる。

また、一般に電気二重層コンデンサ等で構成された蓄電装置５０は大きなエネルギーが長時間たまっていると寿命が低下する特性があるため、車両が長時間停車中は放電スイッチ５２を閉じて蓄電装置５０に蓄えられたエネルギーを放電させ、放電抵抗５２で消費させることによって、蓄電装置５０に長時間エネルギーが蓄えられて蓄電装置５０の寿命が短くなることを防止することができる。さらに電気車の整備時には蓄電装置５０のエネルギーは放電されているので、安全に整備作業を行うことができる。

《第８の実施形態・・・請求項２に対応》
図１０は本発明に係る電気車制御装置の第８の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図８，９と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。第８の実施形態は請求項２に対応する。

第８の実施形態では、２台のＶＶＶＦインバータ５９，６０に個別にＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８が配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７とＶＶＶＦインバータ５９はフィルタコンデンサ６１を共有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５８とＶＶＶＦインバータ６０はフィルタコンデンサ６２を共有している。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７にはリアクトル５５が、ＤＣ／ＤＣコンバータ５８にはリアクトル５６がそれぞれ開放接触器６５、６６を介して接続されている。リアクトル５５とリアクトル５６のもう一方の端子には蓄電装置５０接続され、２台のＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８で蓄電装置５０を共有する構成となっている。また、蓄電装置５０は、放電スイッチ５１を介して放電抵抗５２へ接続されている。蓄電装置５０に蓄えられたエネルギーは、放電スイッチ５１をオンさせることにより、放電抵抗５２で消費され、蓄電装置５０に蓄えられたエネルギーが放電されるようになっている。

したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８のとちらか一方が故障した場合には、開放接触器６５、６６の内で架線側に接続された開放接触器と、蓄電装置５０側に接続された開放接触器の何れか一方の開放接触器を開放して電気的に故障装置を開放する。このように動作することにより、共有化された蓄電装置５０を故障していないＤＣ／ＤＣコンバータとＶＶＶＦインバータで活用することができる。

このような構成とすることによりシステムの冗長性を確保した電気車制御装置を提供することが出来る。

《第９の実施形態・・・請求項２に対応》
図１１は本発明に係る電気車制御装置の第９の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図８，９，１０と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。第９の実施形態は請求項２に対応する。

第９の実施形態では、４台のＶＶＶＦインバータ５９，６０，８３，８４に個別にＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８，７９，８０が配置され、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８，７９，８０は開放接触器６５，６６，７７，７８とリアクトル５５，５６，７５，７６を介して、共有された蓄電装置５０へ接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５７とＶＶＶＦインバータ５９はフィルタコンデンサ６１を共有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５８とＶＶＶＦインバータ６０はフィルタコンデンサ６２を共有している。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ７９とＶＶＶＦインバータ８３はフィルタコンデンサ８１を共有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８０とＶＶＶＦインバータ８４はフィルタコンデンサ８２を共有している。また、蓄電装置５０は、放電スイッチ５１を介して放電抵抗５２へ接続されている。蓄電装置５０に蓄えられたエネルギーは、放電スイッチ５１をオンさせることにより、放電抵抗５２で消費され、蓄電装置５０に蓄えられたエネルギーが放電されるようになっている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８，７９，８０の何れかが故障した場合は架線側に接続された開放接触器６３，６４，７１，７２と蓄電装置５０側に接続された開放接触器６５，６６，７７，７８のうち該当するＤＣ／ＤＣコンバータに接続された開放接触器のみを開放して電気的に故障装置を開放する。

このように動作することにより、共有化された蓄電装置５０を故障していないＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８，７９，８０とＶＶＶＦインバータ５９，６０，８３，８４で活用することができ、これによって、システムの冗長性を確保した電気車制御装置を提供することが出来る。

《第１０の実施形態》
図１２は本発明に係る電気車制御装置の第１０の実施形態の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、この電気車制御装置は、パンタグラフ９１から取り込まれた直流電圧を開放接触器９２、フィルタリアクトル９３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ９４と、ＶＶＶＦインバータ９５とに導き、ＶＶＶＦインバータ９５によって駆動用電動機９６が駆動制御されるように構成されている。

特に、第１０の実施形態では、ＶＶＶＦインバータ９５に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ９４は電気二重層コンデンサ等で構成された蓄電装置９７にリアクトル１００を介して接続され、この蓄電装置９７は放電スイッチ９８を介して放電抵抗９９へ接続されている。蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーは、放電スイッチ９８をオンさせることにより、放電抵抗９９で消費され、蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーは放電される。

このように、蓄電装置９７に放電抵抗９９を接続することにより、必要に応じて蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーを放電抵抗９９を通して放電することができる。

また、一般に電気二重層コンデンサ等で構成された蓄電装置９７は大きなエネルギーが長時間たまっていると寿命が低下する特性があるため、車両が長時間停車中は放電スイッチ９８を閉じて蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーを放電し、放電抵抗９９で消費させることによって、蓄電装置９７に長時間エネルギーが蓄えられて蓄電装置９７の寿命が短くなることを防止することができる。さらに電気車の整備時には蓄電装置９７のエネルギーは放電され、安全に整備作業を行うことができる。

《第１１の実施形態・・・請求項３に対応》
図１３は本発明に係る電気車制御装置の第１１の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１２と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。第１１の実施形態は請求項３に対応する。

同図に示すように、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池等等で構成された蓄電装置９７に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ９４は過電圧抑制回路１０１に接続されている。この過電圧抑制回路１０１は、回生エネルギーを蓄えた蓄電装置９７の電荷を消費する容量を持っており、この過電圧抑制回路１０１を動作させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータフィルタコンデンサ１０４が放電されると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４を通して蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーも放電させることができる。

このような構成とすることにより、蓄電装置９７の放電回路をＤＣ／ＤＣコンバータ９４の過電圧抑制回路１０１と共用することができ、蓄電装置専用に放電回路を持つ必要がなくなるため、装置の小型化を実現できる。

また、図１３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４の過電圧抑制回路１０１を動作させることにより、蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーを放電し、蓄電装置９７に長時間エネルギーが蓄えられることはなくなり、蓄電装置９７の寿命を延ばすことができ、また電気車の整備の際に蓄電装置９７のエネルギーは放電され安全に整備作業を行うことができる。

《第１２の実施形態・・・請求項３に対応》
図１４は本発明に係る電気車制御装置の第１２の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１２と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。第１２の実施形態は請求項３に対応する。

第１２の実施形態では、過電圧抑制回路１０８がＤＣ／ＤＣコンバータ９４とＶＶＦインバータ９５とで共用される構成となっている。すなわち、過電圧抑制回路１０８はＶＶＶＦインバータ９５の直流過電圧抑制とＤＣ／ＤＣコンバータ９４の直流過電圧抑制の両方を行う。

この場合、過電圧抑制回路１０８には、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池等で構成された蓄電装置９７で蓄えられた回生エネルギーを消費できるだけの容量を持たせている。これにより、過電圧抑制回路１０８を動作させたとき、ＶＶＶＦインバータフィルタコンデンサ１０７とＤＣ／ＤＣコンバータフィルタコンデンサ１０４とが放電されると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４を通して蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーも放電させることができる。

このような構成とすることにより、蓄電装置９７の放電回路をＤＣ／ＤＣコンバータ９４の過電圧抑制回路１０８と共用することができ、蓄電装置９７専用に放電回路を持つ必要がなくなるため、装置の小型化を実現できる。

《第１３の実施形態・・・請求項４に対応》
図１５は本発明に係る電気車制御装置の第１３の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１２，１３，１４と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。第１３の実施形態は請求項４に対応する。

第１３の実施形態では、２台のＶＶＶＦインバータ１１２，１１３と、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池等等で構成された蓄電装置９７に接続された１台のＤＣ／ＤＣコンバータ９４とでシステムを構成している。また、過電圧抑制回路１０８は蓄電装置９７に蓄えられた回生エネルギーを消費できるだけの容量を持っている。

過電圧抑制回路１０８が動作すると、ＶＶＶＦインバータ１１２とＶＶＶＦインバータ１１３とＤＣ／ＤＣコンバータ９４のフィルタコンデンサ電圧が放電されると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９４を通して蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーも放電される。

このように、蓄電装置９７の放電回路をＤＣ／ＤＣコンバータ９４の過電圧抑制回路１０８と共用することができ、蓄電装置９７専用に放電回路を持つ必要がなくなるため、装置の小型化を実現できる。

なお、図１５では、ＶＶＶＦインバータを２台で説明したが、４台以上であって同様の構成で実現できる。

《第１４の実施形態》
図１６は本発明に係る電気車制御装置の第１４の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１２，１３，１４，１５と同一構成部分には同一符号を付してその説明は省略する。

第１４の実施形態では、４台のＶＶＶＦインバータ１１２，１１３，１３２，１３３とＤＣ／ＤＣコンバータ１２８，１２９，１３０，１３１とで、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池等等で構成された１台の蓄電装置９７を共有している。また、過電圧抑制回路１０８は、蓄電装置９７に蓄えられた回生エネルギーを消費できるだけの容量を持っている。

過電圧抑制回路１０８が動作すると、４台のＶＶＶＦインバータ１１２，１１３，１３２，１３３のフィルタコンデンサ１４８，１４９，１５０，１５１と共に蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーも、４台のＤＣ／ＤＣコンバータ１２８，１２９，１３０，１３１を通って放電される。このシステムでは冗長性を確保するために、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１２８，１２９，１３０，１３１にはその架線側に開放接触器１２０，１２１，１２２，１２３が、また蓄電装置側には、開放接触器１２４，１２５，１２６，１２７がそれぞれ設けられている。開放されているＤＣ／ＤＣコンバータ１２８，１２９，１３０，１３１に接続される開放接触器は開放されている。

過電流抑制回路１０８を動作させると、開放されていない何れかのＤＣ／ＤＣコンバータ１２８，１２９，１３０，１３１を通って蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーが放電される。このような構成とすることにより、蓄電装置９７の放電回路をＤＣ／ＤＣコンバータ１２８，１２９，１３０，１３１の過電圧抑制回路１０８と共用することができ、蓄電装置９７が専用に放電回路を持つ必要がなくなるため、装置の小型化を実現できる
以上の各実施の形態において、一般に電気二重層コンデンサ等で構成された蓄電装置は大きなエネルギーが長時間たまっていると寿命が低下する特性があるため、車両が長時間停車中には過電圧抑制回路１０８を動作させることにより蓄電装置９７に蓄えられたエネルギーを放電し、蓄電装置９７に長時間エネルギーが蓄えられて蓄電装置９７の寿命が短くなることを防止することができる。さらに電気車の整備時には蓄電装置のエネルギーは放電され、安全に整備作業を行うことができる。

本発明に係る電気車制御装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第１の実施形態の作用説明図。 本発明に係る電気車制御装置の第１の実施形態の作用説明図。 本発明に係る電気車制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第５の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第６の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第７の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第８の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第９の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第１０の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第１１の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第１２の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第１３の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る電気車制御装置の第１４の実施形態の構成を示すブロック図。 電気車制御装置の従来構成の一例を示すブロック図。 電気車制御装置の従来構成の一例を示すブロック図。 電気車制御装置の従来構成の一例を示すブロック図。 電気車制御装置の従来構成の一例を示すブロック図。

符号の説明

１，４１，９１：パンタグラフ
２：高速度遮断器
３：充電回路
４，４２，９２：ＶＶＶＦ開放接触器
５：ＤＣ／ＤＣコンバータ開放接触器
６，７，２４，２５：フィルタリアクトル
８，３０，３１：ＶＶＶＦ放電用ダイオード
９：ＤＣ／ＤＣコンバータ放電用ダイオード
１０，２６，２７：ＶＶＶＦフィルタコンデンサ
１１：ＤＣ／ＤＣコンバータフィルタコンデンサ
１２，２８，２９，４６，５９，６０，８３，８４，９５，１１２，１１３，１３２，１３３：ＶＶＶＦインバータ
１３，４８，５７，５８，７９，８０，９４，１２８，１２９，１３０，１３１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４，１０８：過電圧抑制回路
１５，１５−１，１５−２、４９，４９−１，４９−２，９６，９６−１，９６−２：駆動用電動機
１６：リアクトル
１７，５０，９７：蓄電装置
１８：充電回路接触器
１９：充電抵抗
２０，２１：蓄電装置開放接触器
２２，２３：ＶＶＶＦ開放接触器
５１，９８：放電スイッチ
５２，９９：放電抵抗

Claims (5)

1. 電気車用電動機を駆動する複数台のＶＶＶＦインバータと、
   各ＶＶＶＦインバータに個別に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータと、
   各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に個別に接続されたリアクトルを介して接続された蓄電装置とを備え、
   前記蓄電装置は、複数台のＶＶＶＦインバータで共通に使用されて、前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収する、
   ことを特徴とする電気車制御装置。
2. 電気車用電動機を駆動する複数台のＶＶＶＦインバータと、
   各ＶＶＶＦインバータに個別に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、
   各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に個別に接続された開放用の接触器とリアクトルを介して接続され、複数台のＶＶＶＦインバータで共通に使用されて、前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収する蓄電装置とを備え、
   ＤＣ／ＤＣコンバータの故障時には該当する開放用の接触器を開放することで該当するＤＣ／ＤＣコンバータを開放し冗長性を確保する、
   ことを特徴とする電気車制御装置。
3. 電気車用電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、
   前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収するための蓄電装置と、
   この蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
   このＤＣ／ＤＣコンバータ用に設けられ、前記蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放電する過電圧抑制回路と、
   を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
4. 電気車用電動機を駆動するＶＶＶＦインバータと、
   前記電気車用電動機の回生エネルギーを吸収するための蓄電装置と、
   この蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＶＶＶＦインバータ用に設けられ、前記蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放電する過電圧抑制回路と、
   を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
5. 請求項３または４に記載の電気車制御装置において、
   前記過電圧抑制回路は、電気車が停車中に動作して前記蓄電装置に蓄えられたエネルギーを放電する、
   ことを特徴とする電気車制御装置。

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