JP2010130772A - 鉄道車両駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型、軽量化が可能で、架線停電時に蓄電装置に蓄積された電力により自走運転が可能な鉄道車両駆動システムを提供することを目的とする。
【解決手段】フィルタリアクトルと、このフィルタリアクトルと接続され、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの交流側に接続されたモータと、前記インバータの直流入出力端子間に接続されたコンデンサと、このコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、高速度遮断器よりも架線側に接続された接触器と、この接触器と前記インバータの直流出力端子と接続されるバッテリと、前記接触器の動作を制御する接触器制御部とを有し、この接触器制御部は、前記電圧検出器により検出された電圧値に基づき、前記複数の接触器の制御を行うことを特徴とする鉄道車両駆動システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両駆動システムに関する。

従来の鉄道車両駆動システムは、図３に示すように、架線と接触し架線電力の授受を行うパンタグラフ１と、パンタグラフ１と接続され電流の遮断が可能な高速度遮断器２と、この高速度遮断器２と接続され、充電抵抗３と接触器４とから構成される並列回路と、この並列回路と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５と接続され直流電力を交流電力に変換するインバータ６と、インバータ６の直流側の入出力端子間に接続されたコンデンサ７と、インバータ６の直流出力端に接続された車輪９と、インバータ６の交流側に接続されたモータ８とから構成されている。

従来の鉄道駆動車両システムでは、パンタグラフ１を介して供給される架線電力を電源として、インバータ６で電力変換を行い、インバータ６により変換された電力によりモータ８で推進力を得るのが一般的であった。

ところが、近年、鉄道車両が駅間で運行中に変電所が停電を起こした場合であっても、少なくとも駅で乗客を降ろし乗客の安全性を確保したいという要望が高まっている。

この要望を満たすものとして、図４に示すような、バッテリ１５を搭載した鉄道車両駆動システムが考案されている。

図４に示した鉄道車両駆動システムにおいて、バッテリ１５は、インバータ６の直流入出力端子間に接続されたチョッパー装置１０と、チョッパリアクトル１１、第２の充電抵抗１２と第２の接触器１３とから構成される並列回路、第２の高速度遮断器１４を介して接続されている（特許文献１参照）。

このように構成された鉄道車両駆動システムは、例えば架線停電時にも、バッテリ１５を電力供給源として鉄道車両を動作させることが出来るので、架線停電時に立ち往生した車両を最寄の駅まで自力走行（自走運転）させることが可能になり、乗客が線路を最寄り駅まで歩行することにならず、安全性の向上、復旧作業の迅速化などのメリットがある。

また、回生ブレーキ時に架線へ回生できない電力を、一時的にバッテリ１５に蓄積し、次の加速時に必要な電力をバッテリ１５から放出することも出来るので、省エネルギー化を図ることが出来た。
特開２００６−６７６８３号公報

しかしながら、図４に示した鉄道車両駆動システムでは、チョッパ装置１０は、大容量の瞬時電力を制御することが必要なため、装置が大型化、高コスト化してしまうという問題があった。また、チョッパ装置１０を構成するＩＧＢＴ素子が短絡故障を起こした場合にバッテリから流れ続ける電流を遮断するための第２の高速度遮断器１４や、停電が起こったりインバータ６を再起動する際に流れるラッシュ電流を抑制するための充電抵抗１２や、コンデンサ７の充電完了後にこの充電抵抗１２を短絡する接触器１３も必要なため、装置全体としては、かなり大きくなってしまい、実用化の阻害要因のひとつとなっていた。

そこで、本発明は、小型、軽量化が可能で、架線停電時に蓄電装置に蓄積された電力により自走運転が可能な鉄道車両駆動システムを提供することを目的とする。

上記課題は、パンタグラフと接続された電源側接触器とこの電源側接触器と接続された高速度遮断器と、この高速度遮断器と直列接続され、第１の接触器と充電抵抗から構成される並列回路と、この並列回路に接続されたフィルタリアクトルと、このフィルタリアクトルと接続され、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの交流側に接続されたモータと、前記インバータの直流入出力端子間に接続されたコンデンサと、このコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、前記高速度遮断器と前記電源側接触器の中間に接続された第２の接触器と、この第２の接触器と前記インバータの直流出力端子と接続されるバッテリと、前記電源側接触器、前記高速度遮断器、前記第１の接触器、前記第２の接触器の動作を制御する接触器制御部とを有し、この接触器制御部は、前記電圧検出器により検出された電圧値に基づき、前記電源側接触器、前記高速度遮断器、前記第１の接触器、前記第２の接触器の制御を行うことにより達成することが出来る。

本発明により、小型、軽量化が可能で、架線停電時に蓄電装置に蓄積された電力により自走運転が可能な鉄道車両駆動システムを提供することが出来る。

（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両駆動システムについて、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両駆動システムの回路図である。尚、図４と同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。

第一の実施の形態の鉄道車両駆動システムは、架線と接触し架線電力の授受を行うパンタグラフ１と、パンタグラフ１と接続され電流の遮断が可能な高速度遮断器２と、この高速度遮断器２と接続され、充電抵抗３と第１の接触器４とから構成される並列回路と、この並列回路と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５と接続され直流電力を交流電力に変換するインバータ６と、インバータ６の直流側の入出力端子間に接続されたコンデンサ７と、インバータ６の直流出力端に接続された車輪９と、インバータ６の交流側に接続されたモータ８と、高速度遮断器２とパンタグラフ１の間（架線電源側）に接続された電源切替用接触器１６と、電源切替用接触器１６と高速度遮断器２の中間と、電源マイナス側とに、第２の接触器１３を介して接続されたバッテリ１５と、バッテリ１５の正負端子間に接続されたバッテリ充電器１７と、コンデンサ７の電圧を検出する電圧検出器１８と、電圧検出器１８により検知された電圧に基づき電源切替用接触器１６、第１の接触器４、第２の接触器１３の動作を制御する接触器制御部１９とから構成されている。

本実施の形態の鉄道車両駆動システムにおいて、架線の停電が発生していない通常時に、インバータ６を起動する際には、ラッシュ電流が流れるのを防ぐため、電源切替用接触器１６、高速度遮断器２を閉じ、第１の接触器４と第２の接触器１３とを開き、充電抵抗３を介してフィルターコンデンサ７を充電する。フィルタコンデンサ７の充電が完了した後、接触器３を閉じるように、接触器制御部１９が各接触器を制御する。インバータ６は、接触器３が閉じられた後に、起動し、パンタグラフ１を介して供給された架線電力を交流電力に変換し、モータ８に供給する。

架線電圧が停電していない通常状態においては、第２の接触器１３はオフでバッテリ１５は架線およびインバータ６から切り離されており、バッテリ１５は、バッテリ充電器１７により常時満充電または、バッテリ寿命などで決まる満タンに近い最適な充電状態に常時充電されている。

接触器制御部１９は、電圧検出器１８により検出されるコンデンサ電圧が所定値を下回った場合に、架線の停電を検知し、停電を検知した際には、電源切替用接触器１６をオフ（開き）、高速度遮断器２を開き、第１の接触器３を開いて架線から当該システムを切り離す。その後第２の接触器１３を投入し、高速度遮断機２を投入する。第２の接触器１３と高速度遮断器２を投入することにより、バッテリ１５から充電抵抗３を介してフィルタコンデンサ７が充電される。充電完了後、第１の接触器３を投入して充電抵抗３を短絡する。その後インバータ６を動作させ、モータに交流電力を供給することにより、バッテリ１５を電源として車両を自走運転させる。

このように構成された鉄道車両駆動システムは、架線と切り離された状態のみで、バッテリ１５を使用し、電力を供給する構成としているため、従来装置で必要としていた昇圧回路（チョッパ回路）を設ける必要がない。

また、高速度遮断器２よりも架線側に第２の接触器１３と電源切替用接触器１６を設けているため、架線と切り離した後に、バッテリ１５によりインバータ６を起動する際にも、通常運転で使用する充電抵抗３及び第１の接触器４を利用することが出来る。

また、架線と切り離された状態かつインバータ６の動作中に図示しないインバータ素子が短絡故障した場合であっても、通常運転で使用しているフィルタリアクトル５により短絡電流増加率は低減され、その間に高速度遮断機２をオフさせることが出来るので、これにより、短絡電流を遮断することが出来る。

上述したように、本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両駆動システムは、パンタグラフ１と高速度遮断器２の間に電源切替用接触器１６を設け、電源切替用接触器１６と高速度遮断器２の中間とインバータのマイナス側に、架線停電時に電力を供給するバッテリ１５を設け、バッテリ１５を停電時からの電力は停電時のみに使用する構成としているため、高速度遮断器２、充電抵抗４、第１の接触器３、フィルタリアクトル５を共用とすることが出来るため、従来の蓄電手段を備えた鉄道車両駆動システムよりも小型化することが出来る。

このように構成された鉄道車両駆動システムは、小型、軽量化が可能で、架線停電時に蓄電装置に蓄積された電力により鉄道車両を自走運転させることが出来る。

（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両駆動システムについて、図を参照し詳細に説明する。図２は、本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両駆動システムの回路図である。尚、図１に記載したものと同一の構造を取るものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両駆動システムは、放電防止ダイオード２０と電流抑制抵抗２１からなる直列回路を、第２の接触器と並列に、電源切替用接触器１６と高速度遮断器２の中間とバッテリ１５の間に接続し、バッテリ充電器１７を備えていない点で、第１の実施の形態の鉄道車両駆動システムと異なる。

通常運転時には、放電防止ダイオード２０と電流抑制抵抗２１から成る直列回路を介して、架線電力がバッテリ１５に充電されるため、バッテリ１５は、常に満充電に近い状態に維持される。

架線が停電した場合には、第１の実施の形態の鉄道車両駆動システムと同様に、電源側接触器１６、高速度遮断器２、第１の接触器３、第２の接触器１３を開き、その後、第２の接触器１３、高速度遮断器２を投入し、コンデンサ７を充電後、第１の接触器３を投入し、インバータ６へ電力を供給し、鉄道車両を駆動させる。

このように構成された鉄道車両駆動システムは、バッテリ充電器を省略することが出来るので、第１の実施の形態の鉄道車両駆動システムよりも、更に小型・軽量化することが出来る。

第１の実施の形態の鉄道車両駆動システムの回路図である。 第２の実施の形態の鉄道車両駆動システムの回路図である。 従来の鉄道車両駆動システムの回路図である。 蓄電手段を搭載した従来の鉄道車両駆動システムの回路図である。

符号の説明

１ パンタグラフ
２ 高速度遮断器
３ 充電抵抗
４ 接触器
５ フィルタリアクトル
６ インバータ
７ フィルタコンデンサ
８ モータ
９ 車輪
１０ 双方向チョッパ
１１ チョッパリアクトル
１２ 充電抵抗
１３ 接触器
１４ 高速度遮断器
１５ バッテリ
１６ 接触器
１７ バッテリ充電器
１８ 電圧検出器
１９ 接触器制御部
２０ 放電防止ダイオード
２１ 電流抑制抵抗

Claims (4)

1. パンタグラフと接続された電源側接触器と
   この電源側接触器と接続された高速度遮断器と、
   この高速度遮断器と直列接続され、第１の接触器と充電抵抗から構成される並列回路と、
   この並列回路に接続されたフィルタリアクトルと、
   このフィルタリアクトルと接続され、直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   このインバータの交流側に接続されたモータと、
   前記インバータの直流入出力端子間に接続されたコンデンサと、
   このコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記高速度遮断器と前記電源側接触器の中間に接続された第２の接触器と
   この第２の接触器と前記インバータの直流出力端子と接続されるバッテリと、
   前記電源側接触器、前記高速度遮断器、前記第１の接触器、前記第２の接触器の動作を制御する接触器制御部とを有し、
   この接触器制御部は、前記電圧検出器により検出された電圧値に基づき、前記電源側接触器、前記高速度遮断器、前記第１の接触器、前記第２の接触器の制御を行うことを特徴とする鉄道車両駆動システム。
2. 前記請求項１記載の鉄道車両駆動システムにおいて、
   前記接触器制御部は、前記電圧検出器により検出された電圧値に基づき、架線の停電を検知した場合には、前記電源側接触器、前記高速度遮断器、前記第１の接触器の開放し、その後第２の接触器と前記高速度遮断器と投入することを特徴とする鉄道車両駆動システム。
3. 前記請求項１又は前記請求項２記載の鉄道車両駆動システムにおいて、
   前記バッテリには、バッテリ充電器が接続されていることを特徴とする鉄道車両駆動システム。
4. 前記請求項１又は請求項２記載の鉄道車両駆動システムにおいて、
   放電防止ダイオードと電流抑制抵抗から構成される直列回路が、前記第２の接触器と並列かつ、前記高速度遮断器と前記電源側接触器の中間と前記バッテリの間に接続されることを特徴とする鉄道車両駆動システム。

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