JP2018107987A - 鉄道車両用回路システム - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる鉄道車両用回路システムを提供することである。【解決手段】実施形態の鉄道車両用回路システムは、電力変換部と、コンバータと、負荷用インバータと、蓄電部と、制御部と、を持つ。前記電力変換部は、架線から供給される電力を鉄道車両に搭載された走行用モータを駆動する電力に変換する。前記コンバータは、前記架線から供給される電力を直流電力に変換する。前記負荷用インバータは、前記コンバータから出力された電力を鉄道車両に搭載された負荷を駆動する電力に変換する。前記蓄電部は、前記負荷用インバータの入力側に電気的に接続される。前記制御部は、回生時において、前記電力変換部から出力された回生電力を、前記コンバータに入力させ、前記コンバータから出力された電力を前記蓄電部に入力させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、鉄道車両用回路システムに関する。

従来、鉄道車両の減速時に発生する回生エネルギーを蓄電装置に蓄積させ、蓄電装置から供給される電力を用いて走行用モータを駆動させ、走行用モータの駆動力により車輪を回転させて走行を行う鉄道車両が知られている。また、このような鉄道車両は架線から供給される電力を用いて走行用モータを駆動させて走行することもできる。ここで、鉄道車両に用いられるエネルギーは有限であることから、鉄道車両において用いられるエネルギーの利用効率を改善し、有効に活用されることが望ましい。

特開２０１２−１２５１２８号公報

本発明が解決しようとする課題は、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる鉄道車両用回路システムを提供することである。

実施形態の鉄道車両用回路システムは、電力変換部と、負荷用コンバータと、負荷用インバータと、蓄電部と、制御部と、を持つ。前記電力変換部は、架線から供給される電力を鉄道車両に搭載された走行用モータを駆動する電力に変換する。前記負荷用コンバータは、前記架線から供給される電力を直流電力に変換する。前記負荷用インバータは、前記負荷用コンバータから出力された電力を鉄道車両に搭載された負荷を駆動する電力に変換する。前記蓄電部は、前記負荷用インバータの入力側に接続される。前記制御部は、回生時において、前記電力変換部から出力された回生電力を、前記負荷用コンバータに入力させ、前記負荷用コンバータから出力された電力を前記蓄電部に入力させる。

第１の実施形態の鉄道車両用回路システムを用いた鉄道車両が架線に接触した状態を示す構成図。 第１の実施形態の鉄道車両用回路システムの動作を示すフローチャート。 第２の実施形態の鉄道車両用回路システムを示す構成図。 第３の実施形態の鉄道車両用回路システムを示す構成図。 実施形態の変形例を説明するための図。

以下、実施形態の鉄道車両用回路システムを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態の鉄道車両用回路システム１を用いた鉄道車両が架線Ｐに接触した状態を示す構成図である。鉄道車両用回路システム１（以下、単に回路システム１と称する）は、遮断器１２、充電回路１３、フィルタリアクトル１４、放電回路１６、フィルタコンデンサ１７、電力変換部２０、充電回路３０、蓄電部４０、負荷用コンバータ５０、負荷用インバータ５１、および制御部６０を有する。
回路システム１を搭載した鉄道車両は、架線Ｐに集電器２が接触することにより、架線Ｐから電力の供給を受けて走行用モータＭを駆動させ、図示しない線路上を走行する。また、架線Ｐから電力の供給を受けられない場合には、回路システム１の蓄電部４０から電力の供給を受けて走行用モータＭを駆動させる。このように、架線Ｐから供給される電力と蓄電部４０から供給される電力との少なくともいずれか一方の電力を用いるように、状況に応じて切替えて走行する鉄道車両をハイブリッド鉄道車両と称する場合もある。
また、回路システム１を搭載した鉄道車両は、架線Ｐまたは蓄電部４０から電力の供給を受けて、負荷３を駆動させる。負荷３は、車両に搭載される補機（例えば照明設備や冷暖房設備）である。負荷３を駆動する負荷用インバータ５１に供給される電力は、走行用モータＭを駆動する電力変換部２０に供給される電力の電圧よりも低い電圧である。

本願の回路システム１においては、架線Ｐから供給される電力を用いて鉄道車両を走行させる「通常モード」と、蓄電部４０から供給される電力を用いて鉄道車両を走行させる「自力走行モード」とがある。
通常モードで鉄道車両を走行させる場合、走行用モータＭを駆動する電力として架線Ｐから供給される電力が用いられ、負荷３を駆動する負荷用インバータ５１に供給される電力の電圧値よりも高い電圧値（例えば１５００［Ｖ］程度、以下「高電圧」という）の電力が走行用モータＭを駆動する電力変換部２０に供給される。
自力走行モードで鉄道車両を走行させる場合、走行用モータＭを駆動する電力として蓄電部４０から供給される電力が用いられ、通常モード時よりも低い電圧値（例えば７５０［Ｖ］程度、以下「低電圧」という）の電力が電力変換部２０に供給される。
また、回路システム１は、走行用モータＭによって発生する電力を回生する回生モードも有しており、通常モードにおける回生時には、高電圧の電力を用いて走行用モータＭが駆動され、高電圧の回生電力が生成される。
自力走行モードにおける回生時には、低電圧の電力を用いて走行用モータＭが駆動され、低電圧の回生電力が生成される。以下、自力走行モードのことを「自走モード」として説明する。

ヒューズＨは、架線Ｐと回路システム１との間に直列に接続される。ヒューズＨは、回路システム１を保護する保護回路である。例えば架線Ｐから供給される電力の電流が大電流であった場合、ヒューズＨは、ヒューズＨの内部が溶断されるなどして、架線Ｐと回路システム１との電気的な接続が遮断された遮断状態とする。

遮断器１２は、ヒューズＨと充電回路１３との間に電気的に直列に接続される。遮断器１２は、ヒューズＨと充電回路１３との間を導通状態または遮断状態とする。遮断器１２は、例えば高速度遮断器（High-Speed Breaker、ＨＢ）である。

充電回路１３は、遮断器１２とフィルタリアクトル１４との間に接続され、後述するフィルタコンデンサ１７を高電圧または低電圧の電力により充電する回路である。充電回路１３は、例えば、正極線ＬＰに電気的に接続された接触器ＬＢ、接触器ＬＢに対して電気的に並列に接続された接触器ＣＨＢおよび抵抗体ＣＨＲｅを有する。
充電回路１３は、制御部６０からの制御に基づき、接触器ＬＢ、ＣＨＢを導通状態又は遮断状態とする。充電回路１３は、フィルタコンデンサ１７の充電を開始する場合、まず接触器ＣＨＢを導通状態に切り替える。その後、充電回路１３は、接触器ＬＢを導通状態に切り替えると共に、接触器ＣＨＢを導通状態から遮断状態に切り替える。
接触器ＣＨＢが導通状態に切り替えられることにより、フィルタコンデンサ１７が充電される。そして、充電回路１３は、フィルタコンデンサ１７が充電された後に、接触器ＬＢを導通状態に切り替える。

フィルタリアクトル１４は、充電回路１３と放電回路１６との間に接続され、フィルタリアクトル１４に入力される電力に含まれる高周波成分を除去する。フィルタリアクトル１４は、例えば、架線Ｐから供給される電力に含まれる高周波成分や架線Ｐに戻す電力に含まれる制御信号等に起因する高周波成分を除去する。
放電回路１６は、フィルタリアクトル１４とフィルタコンデンサ１７との間において、正極線ＬＰと負極線ＬＮとの間に接続されるフィルタコンデンサ１７を放電する回路である。
放電回路１６は、フィルタコンデンサ１７と電気的に並列に接続された放電用スイッチ、および放電用スイッチと直列接続された抵抗体を含む。放電回路１６は、制御部６０からの制御に基づき、放電用スイッチを導通状態または遮断状態とする。放電回路１６は、フィルタコンデンサ１７の放電を開始する場合、放電用スイッチを導通状態とする。その後、フィルタコンデンサ１７の放電が終了したら、放電回路１６は、放電用スイッチを遮断状態とする。
フィルタコンデンサ１７は、電力変換部２０に供給する電力を平滑化する。

電力変換部２０は、架線Ｐから供給される直流電力を鉄道車両に搭載された走行用モータＭを駆動する交流電力に変換する。電力変換部２０は、例えばスイッチング素子を含み、制御部６０からの制御信号に基づき、スイッチング素子を導通状態または遮断状態に切り替えることにより、直流電力を交流電力に変換する。

充電回路３０は、充電回路１３と同等の構成であるため、説明を省略する。ただし、充電回路１３が架線Ｐから供給される高電圧の電力を用いてフィルタコンデンサ１７を充電させるのに対し、充電回路３０は、蓄電部４０から供給される低電圧の電力を用いてフィルタコンデンサ１７に充電させる点において異なる。

蓄電部４０は、第１の端子が負荷用インバータ５１の入力側と接続される。蓄電部４０は、制御部６０からの制御信号に基づき、負荷用インバータ５１に蓄電部４０が蓄電した電力を供給する。
また、蓄電部４０は、第２の端子が放電回路１６の入力側と接続される。蓄電部４０は、制御部６０からの制御信号に基づき、電力変換部２０に蓄電部４０が蓄電した電力を供給する。
蓄電部４０は、制御部６０からの制御信号に基づき、回生時において電力変換部２０から供給される回生電力を蓄電する。
ここで、蓄電部４０に蓄電する電力の電圧範囲は低電圧である。このため、電力変換部２０から供給される回生電力が高電圧である場合、高電圧の回生電力の電力を低電圧の回生電力に変換した後に、蓄電部４０に蓄電される必要がある。
本実施形態の回路システム１においては、後述する負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の回生電力を低電圧の回生電力に変換する。

負荷用コンバータ５０は、入力された直流電力を、所望の電流および電圧を有する直流電力に変換して出力する。負荷用コンバータ５０は、例えばスイッチング素子を含む。負荷用コンバータ５０は、制御部６０からの制御信号に基づき、スイッチング素子を導通状態または遮断状態に切り替えることにより、架線Ｐから供給される直流電力を所望の電流および電圧を有する直流電力に変換する。
負荷用インバータ５１は、負荷用コンバータ５０からの出力された電力を負荷３を駆動する交流電力に変換する。

制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現されるソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアにより実現されてもよい。

制御部６０は、充電回路１３、放電回路１６、電力変換部２０、充電回路３０、蓄電部４０、負荷用コンバータ５０、および負荷用インバータ５１を制御する。
また、制御部６０は、図示しない鉄道車両の運転台等に設けられたコントローラから送信される制御信号を受信する。コントローラから送信される制御信号には、通常モードか否かを示す情報が含まれる。また、コントローラから送信される制御信号には、力行か否かを示す情報が含まれる。制御部６０は、コントローラから受信した制御信号に基づき、通常モードか否かを判定する。また、制御部６０は、コントローラから受信した制御信号に基づき、力行か否かを判定する。

制御部６０は、通常モードにおける力行時には、架線Ｐから供給される電力を、符号ＴＲＭに示すように、架線Ｐ、ヒューズＨ、遮断器１２、充電回路１３、フィルタリアクトル１４、および放電回路１６を経由して、電力変換部２０に入力させる。架線Ｐから供給される電力は高電圧であるため、通常モードにおける力行時には、走行用モータＭは、高電圧により駆動される。
また、制御部６０は、通常モードにおける力行時には、蓄電部４０から供給される電力を、符号ＴＲＨに示すように蓄電部４０から負荷用インバータ５１に入力する。

制御部６０は、通常モードの回生時には、走行用モータＭによって発電され、電力変換部２０から出力された回生電力を、符号ＴＫに示すように、放電回路１６、充電回路１３、遮断器１２、および負荷用コンバータ５０を経由して蓄電部４０に入力させる。電力変換部２０から出力された高電圧の回生電力は、負荷用コンバータ５０に入力されることにより低電圧の回生電力に変換されて出力される。つまり、高電圧の回生電力は、負荷用コンバータ５０を用いて降圧される。これにより、蓄電部４０には、高電圧の電力を活用して低電圧の回生電力が蓄電される。

制御部６０は、自走モードにおける力行時には、蓄電部４０から供給される電力を、符号ＧＲに示すように、充電回路３０、および放電回路１６を経由して、電力変換部２０に入力させる。蓄電部４０から供給される電力は低電圧であるため、自走モードにおける力行時には、走行用モータＭは、低電圧により駆動される。
また、制御部６０は、自走モードにおいては、蓄電部４０から供給される電力を、符号ＴＲＨに示すように蓄電部４０から負荷用インバータ５１に入力する。

制御部６０は、自走モードにおける回生時には、走行用モータＭによって発電され、電力変換部２０から出力された低電圧の回生電力を、符号ＧＫに示すように、放電回路１６、および充電回路３０を経由して、蓄電部４０に入力させる。電力変換部２０から出力された低電圧の回生電力は、低電圧の電力により走行用モータＭを駆動しているため回生電力も低電圧であることから、蓄電するために低電圧の回生電力に変換する必要がなく、このまま蓄電部４０に蓄電することが可能である。

制御部６０は、架線Ｐから電力の供給を開始する場合、架線Ｐから供給される電力により、フィルタコンデンサ１７を充電させる。この場合、制御部６０は、充電回路１３を用いてフィルタコンデンサ１７を充電させる。
また、制御部６０は、蓄電部４０から電力の供給を開始する場合、架線Ｐから供給される電力により充電されていたフィルタコンデンサ１７を放電する。そして、制御部６０は、蓄電部４０から供給される電力により、フィルタコンデンサ１７を充電させる。この場合、制御部６０は、放電回路１６を用いてフィルタコンデンサ１７を放電させる。また、制御部６０は、充電回路３０を用いてフィルタコンデンサ１７を充電させる。

ここで、回路システム１の動作について図２を用いて説明する。図２は、回路システム１の動作を示すフローチャートである。

制御部６０は、コントローラから送信される制御信号に基づき、通常モードであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。次いで、制御部６０は、コントローラから送信される制御信号に基づき、力行時か否かを判定する（ステップＳ１２）。
制御部６０は、通常モードにおける力行時には、架線Ｐから供給される直流電力を電力変換部２０に出力する。電力変換部２０は、架線Ｐから供給される直流電力を交流電力に変換して走行用モータＭに供給する（ステップＳ１３）。この場合、走行用モータＭに供給される電力は、高電圧の電力である。
また、制御部６０は、蓄電部４０に蓄電されている蓄電電力量等の情報に基づき、蓄電部４０から供給される電力を負荷３に出力するか否かを判定する（ステップＳ１４）。例えば、制御部６０は、蓄電電力量が予め決められた基準値以上である場合に負荷３へ出力すると判定し、予め決められた基準値未満である場合に負荷３へ出力しないと判定する。制御部６０は、蓄電部４０から供給される電力を負荷３へ出力すると判定する場合、蓄電部４０から供給される電力を負荷３へ出力する（ステップＳ１５）。

制御部６０は、通常モードにおける力行時でない場合であって、回生可能な電力が得られる場合（例えば、回生ブレーキが動作中である場合）には、電力変換部２０に回生電力を生成させる。この場合に電力変換部２０に生成させた回生電力は、高電圧の電力である。制御部６０は、電力変換部２０によって生成された高電圧の回生電力を、負荷用コンバータ５０に入力させる。負荷用コンバータ５０は、高電圧の回生電力を低電圧の回生電力に変換することで降圧して出力する。これにより、蓄電部４０には、低電圧の回生電力が蓄電される（ステップＳ１６）。

制御部６０は、通常モードでない場合（すなわち自走モードである場合）、蓄電部４０から供給される電力を負荷３に出力する（ステップＳ１７）。また、制御部６０は、自走モードである場合において力行時には（ステップＳ１８）、電力変換部２０は、蓄電部４０から供給される電力を交流電力に変換して走行用モータＭに供給する（ステップＳ１９）。この場合、走行用モータＭに供給される電力は、低電圧の電力である。

制御部６０は、自走モードにおける力行時でない場合であって、回生可能な電力が得られる場合（例えば、回生ブレーキが動作中である場合）には、電力変換部２０に回生電力を生成させる。この場合、電力変換部２０に生成させた回生電力は、低電圧の電力である。制御部６０は、電力変換部２０が生成した低電圧の回生電力を蓄電部４０に入力させる。これにより、蓄電部４０には、電力変換部２０から出力された低電圧の回生電力が蓄電される（ステップＳ２０）。

以上説明した第１の実施形態によれば、回路システム１は、電力変換部２０から出力された高電圧の回生電力を、負荷用コンバータ５０に入力させ、負荷用コンバータ５０から出力された電力を蓄電部４０に入力させる。これにより、回路システム１によれば、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の回生電力を降圧し、低電圧の回生電力を蓄電部４０に蓄電することができ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。また、負荷用コンバータ５０を用いて蓄電部４０に蓄電させる電力の電圧を降圧するようにしたので、蓄電部４０に蓄電する電力を調整する専用の調整回路（例えば、チョッパ回路）を用いる必要がなく、省スペース化を実現することができる。

また、制御部６０は、蓄電部４０から出力する電力を、負荷用インバータ５１に入力させ、負荷３を駆動する交流電力に変換する。これにより、回路システム１によれば、通常モードの力行時においても蓄電部４０から出力する電力により負荷３を駆動することができ、架線Ｐから供給される電力の使用を減少させ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。

また、制御部６０は、自走モードにおいて、蓄電部４０から出力される電力を電力変換部２０に供給する。これにより、回路システム１によれば、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の電力を降圧して蓄電部４０に蓄電させるシステムにおいても、蓄電部４０から出力される電力を用いて走行用モータＭを駆動することができ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。

また、制御部６０は、自走モードにける回生時には、電力変換部２０から出力された回生電力を蓄電部４０に入力させる。これにより、回路システム１によれば、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の電力を降圧して蓄電部４０に蓄電させるシステムにおいても、自走モードにおける回生時の回生電力を蓄電部４０に蓄電することができ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。

また、制御部６０は、通常モードから自走モードに切り替える場合、充電回路３０を制御し、蓄電部４０から出力される電力によりフィルタコンデンサ１７を充電させる。これにより、回路システム１によれば、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の電力を降圧して蓄電部４０に蓄電させるシステムにおいても、自走モードにおいてフィルタコンデンサ１７により平滑化した電力を電力変換部２０に供給することができ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態について説明するための図である。前述の構成と同じ構成には、同じ符号を付し、その説明を省略する。

図３に示すように、第２の実施形態の回路システム１は、第１の実施形態の回路システム１に、さらに、チョッパ回路３２、接触器３６およびフィルタコンデンサ３３が追加される。

チョッパ回路３２は、電力変換部２０と蓄電部４０との間に接続される。チョッパ回路３２は、蓄電部４０から出力される電力の電圧を調整する。チョッパ回路３２は、回生時において、電力変換部２０から出力される回生電力を高電圧から低電圧に降圧して蓄電部４０へ出力する。また、チョッパ回路３２は、力行時において、蓄電部４０から出力される電力を低電圧から高電圧に昇圧して電力変換部２０へ供給する。

チョッパ回路３２は、例えばスイッチング素子、リアクトル、整流器、およびコンデンサ等を含む。チョッパ回路３２は、例えば制御部６０から出力される制御信号（例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号）に基づき、チョッパ回路３２のスイッチング素子のオンオフ制御を行う。これにより、チョッパ回路３２は、電力変換部２０から出力される回生電力を降圧したり、蓄電部４０から出力される電力を昇圧したりする。

フィルタコンデンサ３３は、チョッパ回路３２と放電回路１６との間において、チョッパ回路３２と電気的に並列に接続される。フィルタコンデンサ３３は、チョッパ回路３２に入出力される電力を平滑化する。
接触器３６は、制御部６０の制御に基づき、チョッパ回路３２と電力変換部２０とを遮断状態または接続状態にする。

制御部６０は、チョッパ回路３２と、接触器３６とを制御する。制御部６０は、通常モードの回生時には、電力変換部２０から出力された回生電力を、符号ＴＫａに示すように、放電回路１６、チョッパ回路３２、および充電回路３０を経由して蓄電部４０に入力させる。電力変換部２０から出力された高電圧の回生電力は、チョッパ回路３２に入力されることにより降圧され、低電圧の回生電力として出力される。これにより、蓄電部４０には、低電圧の回生電力が蓄電される。

また、制御部６０は、力行時には、蓄電部４０から出力された電力を、チョッパ回路３２に入力させる。蓄電部４０から出力された低電圧の電力は、チョッパ回路３２に入力されることにより昇圧されて、高電圧の電力として出力される。電力変換部２０には、チョッパ回路３２から出力された高電圧の電力が供給される。
制御部６０は、チョッパ回路３２と電力変換部２０との間において、例えば異常な電流が流れた場合等に、回路システム１を保護するために接触器３６を遮断状態とする。これにより、制御部６０は、回路システム１において異常な電流が流れたことに起因する回路システム１の不具合が発生することを抑制する。また、制御部６０は、後述する第３の実施形態の回路システム１において、通常モードから自走モードに切り替える場合に接触器３６を遮断状態とする。第２の実施形態の回路システム１においては、上述した異常な電流が流れた場合等の異常時を除き、通常時には、接触器３６を接続状態とする。

以上説明した第２の実施形態によれば、回路システム１は、通常モードにおける回生時において、電力変換部２０から出力される回生電力を、チョッパ回路３２により降圧して蓄電部４０へ出力する。これにより、回路システム１によれば、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の電力を降圧して蓄電部４０に蓄電させるシステムにおいても、チョッパ回路３２を用いて回生電力を降圧し、降圧した電力を蓄電部４０に蓄電することができ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。
また、回路システム１は、チョッパ回路３２により、力行時において、蓄電部４０から出力される回生電力を昇圧して電力変換部２０へ出力する。これにより、回路システム１によれば、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の電力を降圧して蓄電部４０に蓄電させるシステムにおいても、チョッパ回路３２を用いて蓄電部４０から出力される電力を昇圧し、昇圧した電力を電力変換部２０に供給することができ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態について説明するための図である。前述の構成と同じ構成には、同じ符号を付し、その説明を省略する。

図４に示すように、第３の実施形態の回路システム１には、第１の実施形態における回路システム１の充電回路３０が含まれない。また、第３の実施形態の回路システム１には、第１の実施形態における回路システム１に、第２の実施形態におけるチョッパ回路３２と、フィルタコンデンサ３３と、接触器３６とが追加される。さらに、第３の実施形態の回路システム１においては、チョッパ回路３２と充電回路１３の入力側とを電気的に接続する接続線ＬＨ、および接触器３４、３５が追加される。

すでに説明したように、通常モードから自走モードに切り替える場合、制御部６０は、架線Ｐから供給される電力により充電されていたフィルタコンデンサ１７を放電し、蓄電部４０からの電力によりフィルタコンデンサ１７を充電し直す。そして、第１の実施形態および第２の実施形態においては、架線Ｐから供給される電力によりフィルタコンデンサ１７を充電する場合は充電回路１３を用い、蓄電部４０からの電力によりフィルタコンデンサ１７を充電する場合には充電回路３０を用いている。
第３の実施形態においては、架線Ｐから供給される電力によりフィルタコンデンサ１７を充電する場合にも、蓄電部４０からの電力によりフィルタコンデンサ１７を充電する場合にも、充電回路１３を用いる。

チョッパ回路３２、フィルタコンデンサ３３、および接触器３６については、第２の実施形態で説明したものと同様については説明を省略する。

接触器３４は、フィルタコンデンサ３３に電気的に直列に接続され、制御部６０からの制御信号に基づき、チョッパ回路３２の正極側端子とフィルタコンデンサ３３の正極側端子とを遮断状態としたり接続状態としたりする。接触器３４が遮断状態である場合、フィルタコンデンサ３３には電力が充電されない。接触器３４が通電状態である場合、フィルタコンデンサ３３に電力を充電することができる。

接続線ＬＨは、チョッパ回路３２と充電回路１３の入力側とを電気的に接続する。
接触器３５は、接続線ＬＨに設けられ、制御部６０からの制御信号に基づき、チョッパ回路３２と充電回路１３の入力側とを遮断状態としたり接続状態としたりする。
制御部６０は、接触器３４、３５、および３６を制御する。制御部６０は、通常モードから自走モードに切り替える場合、接触器３５を通電状態とし、接触器３６を遮断状態とする。これにより、符号ＧＪに示すように、チョッパ回路３２、接触器３５、充電回路１３、フィルタリアクトル１４、放電回路１６を経由して、蓄電部４０から出力された電圧がフィルタコンデンサ１７に入力される。このようにして、蓄電部４０から出力された電圧がフィルタコンデンサ１７に入力されることにより、蓄電部４０からの電力によりフィルタコンデンサ１７を充電することができる。
また、制御部６０は、通常モードから自走モードに切り替える場合、接触器３４を遮断状態とする。これにより、フィルタコンデンサ３３に余分な電力が充電されないようにする。

以上説明した第３の実施形態によれば、制御部６０は、充電回路１３を制御し、フィルタコンデンサ１７を充電させる。これにより、回路システム１は、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の電力を降圧して蓄電部４０に蓄電させるシステムにおいても、充電回路１３を有効に用いることができ、また、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。また、充電回路３０を用いる必要がなくなり、省スペース化を実現することができる。

また、制御部６０は、通常モードから自走モードに切り替える場合、接触器３４を開放する。これにより、回路システム１は、負荷用コンバータ５０を用いて高電圧の電力を降圧して蓄電部４０に蓄電させるシステムにおいても、フィルタコンデンサ３３に余分な電力が充電されないようにすることができ、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。

（実施形態の変形例）
実施形態の変形例について図５を用いて説明する。図５は、第１の実施形態の変形例について説明するための図である。図５は、図１の回路システムにおける負荷用コンバータ５０として用いられる絶縁型コンバータ５０ａの構成を示す構成図である。
図５に示すように、絶縁型コンバータ５０ａは、インバータ５００と、巻線５０１、二巻線５０２と、整流器５０３と、を有する。

インバータ５００は、架線Ｐから供給される直流電力を、交流電力に変換する。インバータ５００は、例えばスイッチング素子を含み、スイッチング素子を導通状態と遮断状態とに切り替えることで、直流電力を交流電力に変換する。
巻線５０１は、インバータ５００と接続される。
巻線５０２は整流器５０３と接続される。巻線５０１と巻線５０２とは電気的に絶縁される。巻線５０１を一次側巻線とし、巻線５０２二次側巻線として、絶縁トランス５０４が形成される。
整流器５０３は、二次側の変圧器５０２より入力される変圧された交流電力を整流し、直流電力に変換する。これにより、整流器５０３から出力される電力は、変圧された直流電力となる。

以上説明した変形例によれば、負荷用コンバータ５０として絶縁型コンバータ５０ａを用いるようにした。これにより、回路システム１によれば、絶縁型コンバータ５０ａにより、架線Ｐと負荷用インバータ５１とを電気的に絶縁することができ、架線Ｐから供給される高電圧の電力が誤って高圧のまま負荷用インバータに出力されてしまうことを抑制することができる。

なお、以上説明した少なくともひとつの実施形態においては、架線Ｐから直流電力が供給される場合について説明したが、これに限定されない。架線Ｐから供給される電力は交流電力であってもよい。この場合、負荷用コンバータ５０は、例えばＡＣ／ＤＣコンバータが用いられる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、鉄道車両用回路システム１は、電力変換部２０と、負荷用コンバータ５０と、負荷用インバータ５１と、蓄電部４０と、制御部６０と、を持つ。これにより、鉄道車両用回路システム１によれば、鉄道車両において用いられる電力の有効活用を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…鉄道車両用回路システム、１２…遮断器、１３、３０…充電回路、２０…電力変換部、４０…蓄電部、５０…負荷用コンバータ、５１…負荷用インバータ、６０制御部、Ｐ…架線。

Claims (10)

1. 架線から供給される電力を鉄道車両に搭載された走行用モータを駆動する電力に変換する電力変換部と、
   前記架線から供給される電力を直流電力に変換する負荷用コンバータと、
   前記負荷用コンバータから出力された電力を鉄道車両に搭載された負荷を駆動する電力に変換する負荷用インバータと、
   前記負荷用インバータの入力側に電気的に接続される蓄電部と、
   回生時において、前記電力変換部から出力された回生電力を、前記負荷用コンバータに入力させ、前記負荷用コンバータから出力された電力を前記蓄電部に入力させる制御部と、
   を備える鉄道車両用回路システム。
2. 前記制御部は、前記蓄電部から出力される電力を、前記負荷用インバータに入力させ、
   前記負荷用インバータは、前記蓄電部から出力される電力を鉄道車両に搭載された負荷を駆動する電力に変換する、
   請求項１に記載の鉄道車両用回路システム。
3. 前記制御部は、自力走行モードにおいて、前記蓄電部から出力される電力を前記電力変換部に供給する、
   請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両用回路システム。
4. 前記制御部は、自力走行モードにおいて、回生時には前記電力変換部から出力された回生電力を前記蓄電部に入力させる、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鉄道車両用回路システム。
5. 前記蓄電部と前記電力変換部との間に電気的に接続される第１の充電回路と、
   前記電力変換部の電力供給側に設けられた第１のフィルタコンデンサと、をさらに備え、
   前記制御部は、通常モードから自力走行モードに切り替える場合、前記第１の充電回路を制御し、前記蓄電部から出力された電力により前記第１のフィルタコンデンサを充電させる、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鉄道車両用回路システム。
6. 前記負荷用コンバータは、絶縁型のコンバータである、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鉄道車両用回路システム。
7. 前記電力変換部と前記蓄電部との間に電気的に接続され、前記蓄電部に入力される電力又は前記蓄電部から出力される電力の電圧を調整するチョッパ回路をさらに備え、
   前記制御部は、回生時において、前記電力変換部から出力された電力をチョッパ回路に降圧させて前記蓄電部に入力させる、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鉄道車両用回路システム。
8. 前記制御部は、力行時において、前記蓄電部から出力される電力をチョッパ回路に昇圧させて前記電力変換部に入力させる、
   請求項７に記載の鉄道車両用回路システム。
9. 前記架線と前記電力変換部との間に電気的に接続される第２の充電回路と、
   前記電力変換部の電力供給側に設けられた第１のフィルタコンデンサと、をさらに備え、
   前記制御部は、通常モードから自力走行モードに切り替える場合、前記第２の充電回路を制御し、前記第１のフィルタコンデンサを充電させる、
   請求項７又は請求項８に記載の鉄道車両用回路システム。
10. 前記チョッパ回路に電気的に並列に接続される第２のフィルタコンデンサに電気的に直列に接続された開放器と、をさらに備え、
    前記制御部は、通常モードから自力走行モードに切り替える場合、前記開放器を開放する、
    請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の鉄道車両用回路システム。

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