JP2010063288A

JP2010063288A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2010063288A
Application number: JP2008227323A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Toda; 伸一戸田; Yosuke Nakazawa; 洋介中沢; Ikuo Yasuoka; 育雄安岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】フィルタリアクトルとしてインダクタンスが小さいものを選定することでフィルタリアクトルの外形とコストを削減できる車両用電源装置を提供する。
【解決手段】本発明は、直流電源から集電する集電器１と、集電器が取り込んだ電力を遮断する回路遮断器２と、回路遮断器に接続されたフィルタリアクトル５と、フィルタリアクトルに接続され、フィルタリアクトルとの間でフィルタを構成するフィルタコンデンサ６と、フィルタリアクトルに対してフィルタコンデンサと並列に接続され、直流電力を一定周波数、一定電圧の交流電力に変換して出力するインバータ７とを備え、フィルタリアクトル５とフィルタコンデンサ６とを、それらの共振周波数が３５〜４０Ｈｚになる組み合わせにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータにより直流電力を一定周波数、一定電圧の交流電力に変換して負荷に供給する車両用電源装置に関する。

一般に、電気車の架線または電車線から集電器にて取り込んだ直流電力を一定周波数、一定電圧に変換して車両用電源として出力する車両用電源装置は、架線からの入力部分にフィルタリアクトルを設けている。このフィルタリアクトルは当該車両用電源装置が使用しているインバータのスイッチング素子が故障により短絡した場合に、架線からの短絡電流の立ち上がりを抑え、短絡電流が過大になる前に高速度回路遮断器を遮断し、架線が短絡することにより変電所が停止することを防止するためのものである。

このフィルタリアクトルのインダクタンスはインバータの入力側（直流側）に設けられたフィルタコンデンサとの間のＬＣ共振周波数が、使用される鉄道路線の信号設備の軌道回路で使用している周波数に影響を与えないように選定される。

信号設備で使用している周波数は関東地区では１５〜３５Ｈｚおよび４０〜６０Ｈｚ、関西地区では２０〜４０Ｈｚおよび５０〜７０Ｈｚである。そのため、従来は、ＬＣ共振周波数がこれらの周波数よりも小さい１５Ｈｚ以下の周波数となるようにフィルタリアクトルとフィルタコンデンサの組み合わせを決めていた。そしてこの場合、フィルタコンデンサの容量はインバータの制御により自ずと決まり、自由に選定することはできないため、従来からフィルタリアクトルとして適切な値のものを選定することでＬＣ共振周波数が１５Ｈｚ以下の周波数になるようにしていた。例えば、フィルタコンデンサ容量を１００００μＦであるとすると、ＬＣ共振周波数を１５Ｈｚ以下にするためには、フィルタリアクトルとしてそのインダクタンスが１２ｍＨ以上となるものを選定していた。

ところが、一般に１２ｍＨ以上のインダクタンスを有する車両電源装置用のリアクトルは空芯型ではなく鉄心型とならざるを得ず、外形が大きくなりコストも高くなるので、それらの削減を図ることが従来の課題となっていた。また、鉄心型のリアクトルは大きな電流が流れると鉄心の飽和によりインダクタンスが低下する特性があるので、上で述べたインバータの短絡時の架線からの短絡電流の流れ込みが起きたときにはフィルタリアクトルのインダクタンスが低下し、短絡電流の増大抑制機能を充分に発揮できない問題点もあった。

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、入力側のフィルタリアクトルとフィルタコンデンサとのＬＣ共振周波数が信号設備の軌道回路で使用している周波数の帯域に重ならないような仕様のフィルタリアクトルを採用することにより、フィルタリアクトルとしてそのインダクタンスが従来よりも小さいものを選定することができ、フィルタリアクトルの外形とコストを削減することができる車両用電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、直流電源から集電する集電器と、前記集電器が取り込んだ電力を遮断する回路遮断器と、前記回路遮断器に接続されたフィルタリアクトルと、前記フィルタリアクトルに接続され、前記フィルタリアクトルとの間でフィルタを構成するフィルタコンデンサと、前記フィルタリアクトルに対して前記フィルタコンデンサと並列に接続され、直流電力を一定周波数、一定電圧の交流電力に変換して出力するインバータとを備えた車両用電源装置において、前記フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとを、それらの共振周波数が３５〜４０Ｈｚになる組み合わせにしたことを特徴とする。

また、本発明は、直流電源から集電する集電器と、前記集電器が取り込んだ電力を遮断する回路遮断器と、前記回路遮断器に接続されたフィルタリアクトルと、前記フィルタリアクトルに接続され、前記フィルタリアクトルとの間でフィルタを構成するフィルタコンデンサと、前記フィルタリアクトルに対して前記フィルタコンデンサと並列に接続され、直流電力を一定周波数、一定電圧の交流電力に変換して出力するインバータとを備えた車両用電源装置において、前記フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとを、それらの共振周波数が４０〜５０Ｈｚになる組み合わせにしたことを特徴とする。

本発明の車両用電源装置によれば、フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとをそれらの共振周波数が３５〜４０Ｈｚになる組み合わせにしているので、関東地区の電気車に使用することで、入力側のフィルタリアクトルとフィルタコンデンサのＬＣ共振周波数が関東地区の鉄道信号設備で使用している１５〜３５Ｈｚおよび４０〜６０Ｈｚの周波数の帯域に重ならず、しかも、フィルタコンデンサとしてその容量がインバータの制御により決まるほぼ固定的な従来と同様の仕様のものを採用する場合にフィルタリアクトルとして従来よりもインダクタンスの小さなものを採用でき、フィルタリアクトルの外形とコストを削減することができる。

また、本発明の車両用電源装置によれば、フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとをそれらの共振周波数が４０〜５０Ｈｚになる組み合わせにしているので、関西地区の電気車に使用することで、入力側のフィルタリアクトルとフィルタコンデンサとのＬＣ共振周波数が関西地区の鉄道信号設備で使用している２０〜４０Ｈｚおよび５０〜７０Ｈｚの周波数の帯域に重ならず、しかも、フィルタコンデンサとしてその容量がインバータの制御により決まるほぼ固定的な従来と同様の仕様のものを採用する場合にフィルタリアクトルとして従来よりもインダクタンスの小さなものを採用でき、フィルタリアクトルの外形とコストを削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

＜第１の実施の形態＞図１は、本発明の第１の実施の形態の関東地区の鉄道用の車両用電源装置を示していて、この車両用電源装置は、架線から直流電力を取り込む集電装置１、集電装置１からの電源の取り込みを高速度で遮断する高速度遮断器２、充電抵抗短絡用接触器３、充電抵抗器４、フィルタリアクトル５、フィルタコンデンサ６、インバータ７、ＡＣリアクトル８、ＡＣコンデンサ９、交流電圧を変圧する変圧器１０、負荷（Ｌ）１３への出力を開閉する３相接触器１１から構成されている。尚、図１において、符号１２は車輪である。

高速度遮断器２は、直流電源である架線とインバータ７との回路の接続・切り離しを行う。充電抵抗短絡用接触器３と充電抵抗器４は、インバータ７を起動する前にフィルタコンデンサ６を充電するためのものである。フィルタリアクトル５は架線からインバータ７へ流れる電流を平滑する働きをする。フィルタコンデンサ６はインバータ７の直流側電圧を平滑する働きをする。

フィルタリアクトル５とフィルタコンデンサ６とは、それらのＬＣ共振周波数が３５〜４０Ｈｚになるように選定されている。信号設備で使用されている周波数は関東地区では１５〜３５Ｈｚおよび４０〜６０Ｈｚである。そして、フィルタコンデンサ６の容量はインバータ７の制御により決まり、約１００００μＦであり、これに対して、ＬＣ共振周波数が３５〜４０Ｈｚになるように、フィルタリアクトル５としてそのインダクタンスが約４．４〜５．２ｍＨとなる空芯型のものを選定する。

ＡＣリアクトル８とＡＣコンデンサ９は、インバータ７の出力する各相の電流、電圧のパルス波形の正弦波波形に整形する。

上記構成の車両用電源装置では、インバータ７を起動する前に高速度遮断器２を投入し、充電抵抗器４で制限された電流によってフィルタコンデンサ６を充電する。フィルタコンデンサ６の充電が完了した後に充電抵抗用接触器３を投入して架線とインバータ７を接続する。充電抵抗用接触器３の投入タイミングについては、充電抵抗器４の抵抗値とフィルタコンデンサ６の容量から求められる充電時間を考慮する。

このように本実施の形態の車両用電源装置によれば、フィルタリアクトル５とフィルタコンデンサ６とのＬＣ共振周波数について、それが３５〜４０Ｈｚになるようにフィルタリアクトル５のインダクタンスを選定しているので、本実施の形態の車両用電源装置を関東地区の５０Ｈｚ地域を走行する鉄道車両で使用することにより、ＬＣ共振周波数が鉄道信号設備の軌道回路で使用している周波数帯１５〜３５Ｈｚおよび４０〜６０Ｈｚに重なることがなく、しかも従来では、ＬＣ共振周波数が１５Ｈｚ以下となるように選定していたフィルタリアクトル５のインダクタンスをＬＣ共振周波数が２倍以上になるものを選定することができ、そのためフィルタリアクトル５としてインダクタンスが従来の１／２以下の小さなものを選定することができ、フィルタリアクトル５の外形を小さくでき、またコストも抑制できる。またフィルタリアクトル５のインダクタンスが小さいことから、従来の鉄心型ではなくて空芯型のものを使用でき、従来の鉄心型のフィルタリアクトルのようにインバータ７が短絡したときの短絡電流による鉄心の飽和によってインダクタンスが低下して短絡電流増大の抑制が十分できないということがなく、短絡電流が流れてもインダクタンスが低下することがないために短絡電流の抑制も十分に行える。

＜第２の実施の形態＞次に、本発明の第２の実施の形態の車両用電源装置について説明する。本実施の形態の回路構成は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。本実施の形態の特徴は、関西地区の６０Ｈｚ区域を走行する鉄道車両用の車両用電源装置であることを特徴とする。

すなわち、関西地区の６０Ｈｚ地域では、鉄道信号設備の軌道回路で使用している周波数帯は２０〜４０Ｈｚおよび５０〜７０Ｈｚであるので、フィルタリアクトル５とフィルタコンデンサ６としてそのＬＣ共振周波数が、この周波数帯２０〜４０Ｈｚおよび５０〜７０Ｈｚを避けて４０〜５０Ｈｚになるようにフィルタリアクトル５のインダクタンスを選定した点にある。つまり、従来ではＬＣ共振周波数が１５Ｈｚ以下となるように設定していたフィルタリアクトル５のインダクタンスを、その２倍以上にする。ここでも、フィルタコンデンサ６の容量は、インバータ７により制限を受け固定的な値のもの、約１００００μＦであり、これに対して、ＬＣ共振周波数が４０〜５０Ｈｚになるように、フィルタリアクトル５としてそのインダクタンスが約３．９〜４．６ｍＨとなるものを選定する。

本実施の形態によれば、フィルタリアクトル５とフィルタコンデンサ６とのＬＣ共振周波数について、それが４０〜５０Ｈｚになるようにフィルタリアクトル５のインダクタンスを選定しているので、本実施の形態の車両用電源を関西地区の６０Ｈｚ地域を走行する鉄道車両で使用することにより、ＬＣ共振周波数が鉄道信号設備の軌道回路で使用している周波数帯２０〜４０Ｈｚおよび５０〜７０Ｈｚになることがなく、しかも従来よりもＬＣ共振周波数が２倍以上になるフィルタリアクトル５を選定することができ、そのためフィルタリアクトル５としてインダクタンスが従来の１／２以下の小さなものを選定することができ、フィルタリアクトル５の外形を小さくでき、またコストも抑制できる。またフィルタリアクトル５のインダクタンスが小さいことから、従来の鉄心型ではなくて空芯型のものを使用でき、従来の鉄心型のフィルタリアクトルのようにインバータ７が短絡したときの短絡電流による鉄心の飽和によってインダクタンスが低下して短絡電流増大の抑制が十分できないということがなく、短絡電流が流れてもインダクタンスが低下することがないために短絡電流の抑制も十分に行える。

図１は、本発明の１つの実施の形態の車両用電源装置の回路図。

符号の説明

１：集電装置
２：高速度遮断器
３：充電抵抗短絡用接触器
４：充電抵抗器
５：フィルタリアクトル
６：フィルタコンデンサ
７：インバータ

Claims

直流電源から集電する集電器と、前記集電器が取り込んだ電力を遮断する回路遮断器と、前記回路遮断器に接続されたフィルタリアクトルと、前記フィルタリアクトルに接続され、前記フィルタリアクトルとの間でフィルタを構成するフィルタコンデンサと、前記フィルタリアクトルに対して前記フィルタコンデンサと並列に接続され、直流電力を一定周波数、一定電圧の交流電力に変換して出力するインバータとを備えた車両用電源装置において、
前記フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとを、それらの共振周波数が３５〜４０Ｈｚになる組み合わせにしたことを特徴とする車両用電源装置。
直流電源から集電する集電器と、前記集電器が取り込んだ電力を遮断する回路遮断器と、前記回路遮断器に接続されたフィルタリアクトルと、前記フィルタリアクトルに接続され、前記フィルタリアクトルとの間でフィルタを構成するフィルタコンデンサと、前記フィルタリアクトルに対して前記フィルタコンデンサと並列に接続され、直流電力を一定周波数、一定電圧の交流電力に変換して出力するインバータとを備えた車両用電源装置において、
前記フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとを、それらの共振周波数が４０〜５０Ｈｚになる組み合わせにしたことを特徴とする車両用電源装置。
前記フィルタリアクトルは、空芯型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源装置。