JP2019193405A - 電気車用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡素に形成された電気車用電源システムを提供する。【解決手段】電気車用電源システム１は、第１端子１１１、２１１と、第２端子１１２、２１２と、変換部１２、２２とを持つ。第１端子は、電気車ＥＴＡ、ＥＴＢの編成内に設けられている蓄電装置１４と架線Ｌの何れかに電気的に接続される。第２端子は、編成内の複数の電動機４１、４２と自電源装置１１と外部電源装置２１とともに引き通し線３１、３２に電気的に接続される。変換部は、第１動作状態において、複数の電動機と外部電源装置から供給される第１電力を第２端子から取り込み、自変換部の回生運転によって第１端子に直流電圧を発生させて蓄電装置を充電し、第２動作状態において、蓄電装置と架線の何れかから供給される第２電力を第１端子から取り込み、自変換部の力行運転によって第２電力の一部を第３電力に変換して、第３電力を第２端子から出力して、電力を変換する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電気車用電源システムに関する。

電気車用電源システムは、平常時において架線の電圧（以下、架線電圧という。）を電源として稼働して、編成を組む電気車の電動機に電力を供給する。また、架線の停電などの影響を軽減するために、蓄電装置をその編成内に設けておき、架線電圧が喪失した非平常時に、その蓄電装置を電源として稼働することがある。ただし、蓄電装置と、その蓄電装置の専用の充電装置とを、上記の編成内に搭載する場合、設置空間の制限などによりこれらの装置を設置することが困難な場合がある。

特開２０１４−９３７９１号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡素に形成された電気車用電源システムを提供することである。

実施形態によれば電気車用電源システムは、第１端子と、第２端子と、変換部とを持つ。第１端子は、電気車の編成内に設けられている蓄電装置と架線の何れかに電気的に接続される。第２端子は、前記編成内の複数の電動機と自電源装置と自電源装置とは異なる外部電源装置とが引き通し線に電気的に接続され、前記引き通し線に電気的に接続される。変換部は、第１動作状態と、第２動作状態との何れかの動作状態の下で、前記第１端子と前記第２端子との間で電力を変換する。第１動作状態において、変換部は、前記複数の電動機と前記外部電源装置から供給される第１電力を前記第２端子から取り込み、自変換部の回生運転によって前記第１端子に直流電圧を発生させて前記蓄電装置を充電する。第２動作状態において、変換部は、前記蓄電装置と前記架線の何れかから供給される第２電力を前記第１端子から取り込み、自変換部の力行運転によって前記第２電力の一部を第３電力に変換して、前記第３電力を前記第２端子から出力する。

第１の実施形態の電気車用電源システムの構成図。 第２の実施形態の電気車用電源システムの構成図。 第３の実施形態の電気車用電源システムの構成図。 第４の実施形態の電気車用電源システムの構成図。

以下、実施形態の電気車用電源システムを、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。

（第１の実施形態）
まず、電気車用電源システム１の構成について説明する。
図１は、第１の実施形態の電気車用電源システムを含む電気車用電源システムの構成図である。

電気車用電源システム１は、複数の電気車を含む編成に適用され、電源からの電力を電気車の電動機に供給する。電気車ＥＴＡと電気車ＥＴＢは、電気車の一例である。電気車の台数は、図に示した２台に制限されることなく、適宜変更できる。電気車ＥＴＡと電気車ＥＴＢに係る架線Ｌは、直流電力が供給される。

電気車用電源システム１は、電力変換装置１０と、電力変換装置２０と、引き通し線３１、３２と、受給電接触器装置３０とを備える。電力変換装置１０と、電力変換装置２０は、電気車用電源装置の一例である。電力変換装置１０と、電力変換装置２０の概要について説明する。

電力変換装置１０は、電気車ＥＴＡに設けられ、電気車ＥＴＡに設けられている複数の電動機４１と、電力変換装置２０とに電力を供給する。なお、複数の電動機４１の台数は、図に示した数に制限されることなく、適宜変更できる。

例えば、電力変換装置１０は、電気車用電源装置１１と、蓄電装置１４と、切替器１５とを備える。

電気車用電源装置１１は、複数の電動機４１等に電力を供給するための電力変換装置として機能し、さらに、蓄電装置１４を充電するための電力変換装置として機能する。電気車用電源装置１１は、直流電力を交流電力に変換するインバータであり、回生機能を有する。これに関する詳細な説明は後述する。

蓄電装置１４は、複数の電気車を駆動させるだけの電力量を保持可能な容量の２次電池である。この図に示す蓄電装置１４の正極側が切替器１５に接続され、負極側が電気車ＥＴＡの車体に接地される。蓄電装置１４は、図示しない複数のセル電池を有し、複数のセル電池の状態を検出する電池監視部（不図示）を有するものであってもよい。例えば、蓄電装置１４は、電力変換装置１０の筐体（不図示）の外部に配置してもよい。その場合には、蓄電装置１４を電池箱（不図示）に収容してもよい。蓄電装置１４は、電気車ＥＴＡに設けられていてもよく、他の電気車に設けることを制限することはない。

切替器１５は、集電装置１９に接続される第１電極と、蓄電装置１４の正極に接続される第２電極と、電気車用電源装置１１の第１端子１１１に接続される共通電極とを備える。切替器１５は、制御部１３の制御により、共通電極の電気的な接続先を第１電極と第２電極の何れかに切り替えることで、電気車用電源装置１１の第１端子１１１の接続先を、集電装置１９と蓄電装置１４の何れかに切り替える。なお、切替器１５は電気車用電源装置１１に内蔵されていてもよい。ただし、切替器１５と電気車用電源装置１１とを別体にして、切替器１５を直流リンクに設けることにより保守性を高めることができる。

電力変換装置２０は、電気車ＥＴＢに設けられ、電気車ＥＴＢに設けられている複数の電動機４２と、電力変換装置１０とに電力を供給する。なお、複数の電動機４２の台数は、図に示した数に制限されることなく、適宜変更できる。例えば、電力変換装置２０は、電気車用電源装置２１を備える。

次に、電力変換装置１０の各部の詳細について説明する。
電気車用電源装置１１は、第１端子１１１と、第２端子１１２と、接地端子１１３と、インバータ１２（変換部）と、制御部１３とを備える。

第１端子１１１は、例えば、上記の編成内に設けられている蓄電装置１４と架線Ｌの何れかに、切替器１５を介して接続される。第２端子１１２は、引き通し線３１に電気的に接続される。接地端子１１３は、電気車ＥＴＡの車体を介して接地される。

なお、引き通し線３１には、複数の電動機４１と電気車用電源装置１１（自電源装置）と受給電接触器装置３０の第１端子とが接続される。受給電接触器装置３０の第２端子には、引き通し線３２が接続されている。引き通し線３２には、電気車用電源装置２１（外部電源装置）と、複数の電動機４２とが電気的に接続される。例えば、引き通し線３１と引き通し線３２は、３線式三相交流用のケーブルをそれぞれ有する。受給電接触器装置３０が導通状態にある場合に、引き通し線３１と引き通し線３２が電気的に接続される。

インバータ１２は、第１端子１１１側が直流電力を授受可能に形成され、第２端子１１２側が交流電力を授受可能に形成されている。インバータ１２は、上記の複数の電動機と、電気車用電源装置２１との少なくとも何れかから供給される第１電力を第２端子１１２から取り込み、自らの回生運転によって第１端子１１１に直流電圧を発生させて蓄電装置１４を充電する。このような動作状態をインバータ１２の第１動作状態という。上記の複数の電動機には、複数の電動機４１と複数の電動機４２が含まれる。インバータ１２は、蓄電装置１４と架線Ｌの何れかから供給される第２電力を第１端子１１１から取り込み、自らの力行運転によって、その第２電力の一部を第３電力に変換する。インバータ１２は、その第３電力を第２端子１１２から出力する。このような動作状態をインバータ１２の第２動作状態という。インバータ１２は、少なくとも上記の第１動作状態と第２動作状態との何れかの動作状態の下で、第１端子１１１と第２端子１１２との間で電力を変換する。図１の中の矢印は、第２動作状態において、電力が供給される方向の一例を示す。

制御部１３は、電力変換装置１０内の各部の状態に関するデータを収集し、そのデータなどに基づいて電力変換装置１０内の各部を制御する。

例えば、制御部１３は、切替器１５の状態について、切替器１５が第１端子１１１を蓄電装置１４に電気的に接続する状態と、切替器１５が第１端子１１１を架線Ｌに電気的に接続する状態の何れの状態にあるかのデータを収集する。制御部１３は、インバータ１２の稼働状態、出力電流、入力電圧、出力電圧などのデータを収集する。制御部１３は、集電装置１９が、架線Ｌに接触している状態と、架線Ｌから離れている状態の何れの状態にあるかのデータを収集する。制御部１３は、集電装置１９が接触している架線Ｌの充電状態に関するデータを収集する。制御部１３は、蓄電装置１４の充電量、端子電圧、良否判定の結果などのデータを収集する。制御部１３は、インバータ１２の動作状態を制御する。制御部１３は、集電装置１９を制御して、その集電装置１９を架線Ｌに接触させる。制御部１３は、切替器１５を制御して、その接続先を切り替える。制御部１３は、蓄電装置１４を制御して、その充放電を許可する。

次に、電力変換装置２０の各部の詳細について説明する。
電気車用電源装置２１は、第１端子２１１と、第２端子２１２と、接地端子２１３と、インバータ２２（変換部）と、制御部２３とを備える。

第１端子２１１は、架線Ｌに接続される。第２端子２１２は、引き通し線３２に電気的に接続される。接地端子２１３は、車体を介して接地される。なお、引き通し線３２には、複数の電動機４２と電気車用電源装置２１（自電源装置）と受給電接触器装置３０の第２端子とが接続される。

インバータ２２は、インバータ１２と同様に形成され、第１端子２１１側が直流電力を授受可能に形成され、第２端子２１２側が交流電力を授受可能に形成されている。インバータ２２は、上記の複数の電動機から供給される第１電力を第２端子２１２から取り込み、自らの回生運転によって第１端子２１１に直流電圧を発生させて架線Ｌに電力を送る。このような動作状態をインバータ２２の第１動作状態という。上記の複数の電動機には、複数の電動機４１と複数の電動機４２が含まれる。インバータ２２は、架線Ｌから供給される第２電力を第１端子２１１から取り込み、自らの力行運転によって、その第２電力の一部を第３電力に変換する。インバータ２２は、その第３電力を第２端子２１２から出力する。このような動作状態をインバータ１２の第２動作状態という。インバータ２２は、少なくとも上記の第１動作状態と第２動作状態との何れかの動作状態の下で、第１端子２１１と第２端子２１２との間で電力を変換する。

制御部２３は、電力変換装置２０内の各部の状態に関するデータを収集し、そのデータなどに基づいて電力変換装置２０内の各部を制御する。

例えば、制御部２３は、インバータ２２の稼働状態、出力電流、入力電圧、出力電圧などのデータを収集する。制御部２３は、集電装置２９が、架線Ｌに接触している状態と、架線Ｌから離れている状態の何れの状態にあるかのデータを収集する。制御部２３は、集電装置２９が接触している架線Ｌの充電状態に関するデータを収集する。

制御部２３は、インバータ１２の動作状態を制御する。制御部２３は、集電装置２９を制御して、その集電装置２９を架線Ｌに接触させる。

電気車用電源システム１の作用について説明する。
電気車用電源システム１には、いくつかの動作状態が規定されており、それらについて順に説明する。

最初に基本動作状態について説明する。基本動作状態は、架線Ｌから受電する際に選択される。

例えば、制御部１３は、基本動作状態にする場合、下記の制御を実施する。
制御部１３は、集電装置１９を架線Ｌに接触させる。制御部１３は、架線Ｌ側を選択するように切替器１５を切り替える。この制御により切替器１５は、インバータ１２と架線Ｌとが電気的に接続される。架線Ｌが加圧状態にあれば、インバータ１２の第１端子１１１に架線Ｌの電圧が掛る。例えば、その電圧が架線Ｌからの電力を変換可能な電圧である場合、制御部１３は、インバータ１２を、力行運転で稼働させる。これにより、インバータ１２は、架線Ｌから受ける電力を変換して、その電力の一部を電動機４１などに供給する。

制御部２３は、基本動作状態にする場合、下記の制御を合わせて実施する。制御部２３は、集電装置１９を架線Ｌに接触させることにより、インバータ２２と架線Ｌとが電気的に接続される。架線Ｌが加圧状態にあれば、インバータ２２の第１端子２１１に架線Ｌの電圧が掛る。制御部２３は、制御部１３と同様にインバータ２２を、力行運転で稼働させる。これにより、インバータ２２は、架線Ｌから受ける電力を変換して、その電力の一部を電動機４２などに供給する。

次に、第１の動作状態について説明する。第１の動作状態は、蓄電装置１４から放電する際に選択される。制御部１３は、第１の動作状態にする場合、下記の制御を実施する。

制御部１３は、切替器１５を制御して、蓄電装置１４を選択するように切り替える。この制御により切替器１５は、インバータ１２と蓄電装置１４とを電気的に接続する。制御部１３は、蓄電装置１４に対し放電を許可する。これにより、インバータ１２は、蓄電装置１４を電源として使用して、蓄電装置１４からの電力を変換して各部に供給する。この放電に伴い蓄電装置１４の蓄電量が減少する。

次に、第２の動作状態について説明する。第２の動作状態は、蓄電装置１４を充電する際に選択される。制御部１３は、第２の動作状態にする場合、下記の制御を実施する。

制御部１３は、切替器１５を制御して、蓄電装置１４を選択するように切り替える。この制御により切替器１５は、インバータ１２と蓄電装置１４とを電気的に接続する。制御部１３は、さらに交流電力を直流電力に変換するためのインバータ１２の変換動作（力行運転）を停止させて、回生運転を可能にする。

なお、電気車用電源システム１は、受給電接触器装置３０の導通状態により電力の供給範囲を調整できる。例えば、受給電接触器装置３０を遮断状態にすると、引き通し線３１と３２は、受給電接触器装置３０によって分離される。受給電接触器装置３０は、引き通し線３１と３２を分離することで、引き通し線３１と３２の電圧を独立に制御することができる。

受給電接触器装置３０は、引き通し線３１と３２を導通させると、引き通し線３１と３２の電圧がともに変化する。例えば、インバータ１２、２２の一方の交流電力の供給が停止しても、他方からそれを補う交流電力を引き通し線３１と３２の双方に供給することができる。

さらに、インバータ１２の交流電力の供給を停止して回生運転させることにより、インバータ１２は、インバータ２２からの電力の一部を変換して、蓄電装置１４を充電することができる。

以上の実施形態によれば、電力変換装置１０は、第１端子１１１と、第２端子１１２と、インバータ１２とを備える。第１端子１１１は、電気車の編成内に設けられている蓄電装置１４と架線Ｌの何れかに電気的に接続される。その編成内の複数の電動機４１等と電力変換装置１０と電力変換装置１０とは異なる電力変換装置２０とが引き通し線３１、３２に電気的に接続され、第２端子１１２は、その引き通し線３１に電気的に接続される。インバータ１２は、第１動作状態と第２動作状態との何れかの動作状態の下で、前記第１端子と前記第２端子との間で電力を変換する。

インバータ１２は、第１動作状態の下で、複数の電動機４１等と電力変換装置２０の少なくとも何れかから供給される第１電力を前記第２端子から取り込み、インバータ１２の回生運転によって第１端子１１１に直流電圧を発生させて蓄電装置１４を充電する。インバータ１２は、第２動作状態の下で、蓄電装置１４と架線Ｌの何れかから供給される第２電力を第１端子１１１から取り込み、インバータ１２の力行運転によって第２電力の一部を第３電力に変換して、第３電力を第２端子１１２から出力する。これにより、蓄電装置１４に充電された電力で複数の電動機４１等を駆動させることができる。

また、上記の実施形態によれば、電力変換装置１０は、非常時などの架線Ｌの電圧が喪失した場合に、蓄電装置１４を電源として使用して、架線の電圧の有無に依らずに電動機４１等の負荷に電力を供給することができる。蓄電装置１４の電力によって電力変換装置１０を稼働させることができる。
また、電力変換装置１０は、切替器１５を切り替えることにより、インバータ１２の回生運転によって発生する電力を、蓄電装置１４の充電に利用することが可能になる。このように、蓄電装置１４に接続される専用の充電装置を別途設けることなく、電気車用電源装置１１がその充電装置を兼ねることができ、簡素に形成された電気車用電源装置１１を提供することが可能となる。これに伴い、上記により保守性を高め、経済的な効果を奏することも可能になる。

また、上記の電気車用電源システム１は、電気車ＥＴＡの車内又は床下に十分な艤装スペースを確保できない状況にあったとしても、蓄電装置１４を設けることが可能であれば、蓄電装置１４に接続される専用の充電装置を別途設けることなく蓄電装置１４の充放電を可能にする。

なお、上記の電気車用電源システム１は、電力変換装置１０と電力変換装置２０との間に受給電接触器装置３０が設けられている。切替器１５は、受給電接触器装置３０が導通状態のまま、架線Ｌからの受電と蓄電装置１４の充電とを切り替えてもよい。このように、切替器１５を操作することができれば、架線Ｌからの受電と蓄電装置１４の充電とを切り替える手順を簡素化できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。第２の実施形態では、交流き電方式への適用例について説明する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

まず、電気車用電源システム１Ａの構成について説明する。図２は、第２の実施形態の電気車用電源装置の構成図である。電気車ＥＴＡと電気車ＥＴＢに係る架線ＬＡは、交流電圧で加圧される。

電気車用電源システム１Ａは、電力変換装置１０Ａと、電力変換装置２０Ａと、引き通し線３１、３２と、受給電接触器装置３０（受給電接触器）とを備える。
電力変換装置１０Ａと、電力変換装置２０Ａは、電気車用電源システム１の電力変換装置１０と、電力変換装置２０に対応する。

電力変換装置１０Ａは、電気車用電源装置１１Ａと、蓄電装置１４と、切替器１５と、コンバータ１７を備える。

電力変換装置２０Ａは、電気車用電源装置２１Ａと、コンバータ２７とを備える。

電気車用電源システム１Ａは、上記の通り第１の実施形態の電気車用電源システム１に対して、コンバータ１７、２７をさらに備え、電気車用電源装置１１、１２に代えて電気車用電源装置１１Ａ、１２Ａを備える点が異なっている。

電力変換装置１０Ａのコンバータ１７は、第１端子が集電装置１９に接続され、第２端子が切替器１５の第１端子に接続されている。つまり集電装置１９と、コンバータ１７と、切替器１５は、記載の順に電気的に直列に接続される。コンバータ１７は、き電線側の交流電力と電気車用電源装置１１Ａ側の直流電力とを変換する電力変換器である。

電気車用電源装置１１Ａは、第１端子１１１と、第２端子１１２と、接地端子１１３と、インバータ１２（変換部）と、制御部１３Ａとを備える。第１端子１１１は、例えば、切替器１５を介して、上記の編成内に設けられている蓄電装置１４とコンバータ１７の何れかに接続される。制御部１３Ａは、第１の実施形態の制御部１３と同様の項目に関する情報の収集と制御を実施する。さらに、制御部１３Ａは、コンバータ１７の状態に関する情報を収集し、コンバータ１７の電力変換を制御する。

電力変換装置２０Ａのコンバータ２７は、第１端子が集電装置２９に接続され、第２端子が電気車用電源装置２１Ａの第１端子２１１に接続されている。

電気車用電源装置２１Ａは、第１端子２１１と、第２端子２１２と、接地端子２１３と、インバータ２２（変換部）と、制御部２３Ａとを備える。制御部２３Ａは、第１の実施形態の制御部２３と同様の項目に関する情報の収集と制御を実施する。さらに、制御部２３Ａは、コンバータ２７の状態に関する情報を収集し、コンバータ２７の電力変換を制御する。なお、コンバータ２７は、コンバータ１７と同様のものである。

電気車用電源システム１Ａの作用について説明する。
コンバータ１７、２７は、架線ＬＡの電圧（以下、架線電圧という。）を直流電圧に変換する。インバータ１２、２２は、その直流電圧を、上記の架線電圧の交流とは異なる交流に変換する。上記以外の本実施形態における電気車用電源システム１Ａの作用は、前述の第１の実施形態に示した基本動作状態、第１の動作状態、第２の動作状態の各動作状態における各部の作用と同様である。

上記の実施形態によれば、切替器１５は、第１端子１１１を、交流で加圧される架線ＬＡと蓄電装置１４の何れかに電気的に接続する。例えば、架線ＬＡが交流で加圧されるとしても、コンバータ１７、２７がそれを直流電圧に変換することにより第１の実施形態と同様の効果を奏する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。第３の実施形態では、編成内の引き通し線が１系統に集約され、編成内の各インバータ回路が並列同期運転を行う事例について説明する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

まず、電気車用電源システム１Ｂの構成について説明する。図３は、第３の実施形態の電気車用電源装置の構成図である。
電気車用電源システム１Ｂは、電力変換装置１０と、電力変換装置２０と、引き通し線３３を備える。上記の通り、電気車用電源システム１Ｂは、第１の実施形態の電気車用電源システム１から、引き通し線３１、３２の間に設けられていた受給電接触器装置３０が削除されており、それに代わる引き通し線３３が、編成内の全車両に渡って設けられている。なお、電気車用電源システム１Ｂにおける、電力変換装置１０、２０は、互いに並列に接続されといて、並列同期運転が可能なものである。

電気車用電源システム１Ｂの作用について説明する。
電気車用電源システム１Ｂについての説明は、受給電接触器装置３０に関すること以外の第１の実施形態の説明を参照する。

ここで第１の実施形態の事例と対比する。前述の第１の実施形態では、受給電接触器装置３０によって給電範囲を調整する。例えば、受給電接触器装置３０を遮断状態にしている場合、受給電接触器装置３０を導通状態にするまで、蓄電装置１４からの電力を供給できない範囲が生じる。給電範囲外に設けられた電動機４２などの負荷は、給電されない停電状態の期間が生じうる。

これに対し、上記の実施形態によれば、受給電接触器装置３０がなく、インバータ１２の給電範囲は、例えば、引き通し線３３が設けられている電気車の編成全体に及ぶ。これにより、蓄電装置１４に充電された電力を利用する際などに、受給電接触器装置３０を操作することなく、引き通し線３３に接続されている全ての負荷に蓄電装置１４からの電力を供給することができる。

さらに、実施形態のインバータ１２、２２は、並列同期運転が可能である。各インバータが互いに並列同期運転すると、引き通し線３３が加圧される。
なお、インバータ１２、２２のうちの少なくとも１台のインバータが引き通し線に電圧を印加していれば、その電圧により引き通し線３３が加圧された状態に維持される。仮に、インバータ１２の動作状態を、基本動作状態から、第１の動作状態又は第２の動作状態に遷移させたとしても、インバータ１２以外の少なくとも１台のインバータ回路が引き通し線に電圧を加圧していれば、引き通し線が加圧された状態に維持される。つまり、インバータ２２がインバータ１２の状態変化に応じることなく加圧状態を継続することにより、引き通し線が継続的に加圧される。これにより、制御部１３は、負荷に対する給電を停止することなく、インバータ１２の動作状態を切り替えることができ、蓄電装置の充電又は放電を始めることが可能となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。第４の実施形態では、動作状態の切り替え時に停電が生じないようにする事例について説明する。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

まず、電気車用電源システム１Ｃの構成について説明する。図４は、第４の実施形態の電気車用電源装置の構成図である。
電気車用電源システム１Ｃは、電力変換装置１０Ｃと、電力変換装置２０と、引き通し線３１、３２と、受給電接触器装置３０とを備える。

電力変換装置１０Ｃは、電力変換装置１０に対応する。例えば、電力変換装置１０Ｃは、電気車用電源装置１１と、蓄電装置１４と、切替器１５と、充電ダイオード１８（整流器）とを備える。

充電ダイオード１８は、アノードが蓄電装置１４の正極に、カソードが電気車用電源装置１１の第１端子１１１に接続されている。図４に示すように切替器１５は、集電装置１９に接続される第１電極と、蓄電装置１４の正極に接続される第２電極と、電気車用電源装置１１の第１端子１１１に接続される共通電極とを備える。

電気車用電源システム１Ｃの作用について説明する。
上記の通り、電力変換装置１０Ｃにおける蓄電装置１４の正極からインバータ１２に向かう電流の経路は、切替器１５を通る経路と、充電ダイオード１８を通る経路の２つになる。電力変換装置１０Ｃは、上記の２つの経路を有することで、蓄電装置１４の電圧よりも架線電圧の方が高い場合には、インバータ１２は、架線Ｌ側を電源にして稼働する。蓄電装置１４の電圧よりも架線電圧の方が低い場合には、インバータ１２は蓄電装置１４側を電源にして稼働する。

上記の実施形態によれば、電気車用電源システム１Ｃは、充電ダイオード１８は、切替器１５の第２電極と、切替器１５の共通電極に並列に接続され、蓄電装置１４から放電される際の電流の向きが順方向になるように配置されていることにより、蓄電装置を放電させる方向の電流を流す。仮に、架線Ｌにおける瞬間停電の発生の際又はデッドセクションを通過する際に、架線電圧を瞬間的に喪失することがあっても、電気車用電源システム１Ｃは、切替器１５の切り替え操作を必要とすることなく、蓄電装置１４を電源として、電動機４１などを機能させるための電力を確保できる。この切り替えは、充電ダイオード１８のスイッチングにより行われるため、瞬停が発生することなく、電源が切り替わる。

上記の各実施形態の制御装置は、その少なくとも一部をソフトウェア機能部で実現してもよく、全てをＬＳＩ等のハードウェア機能部で実現してもよい。

少なくとも上記の何れかの実施形態によれば、電気車用電源装置は、第１端子と、第２端子と、変換部とを持つ。第１端子は、電気車の編成内に設けられている蓄電装置と架線の何れかに電気的に接続される。第２端子は、前記編成内の複数の電動機と自電源装置と自電源装置とは異なる外部電源装置とともに引き通し線に電気的に接続される。変換部は、前記複数の電動機と前記外部電源装置から供給される第１電力を前記第２端子から取り込み、自変換部の回生運転によって前記第１端子に直流電圧を発生させて前記蓄電装置を充電する第１動作状態と、前記蓄電装置と前記架線の何れかから供給される第２電力を前記第１端子から取り込み、自変換部の力行運転によって前記第２電力の一部を第３電力に変換して、前記第３電力を前記第２端子から出力する第２動作状態との何れかの動作状態の下で、前記第１端子と前記第２端子との間で電力を変換することにより、簡素に形成された電気車用電源装置を提供できる。これにより、蓄電装置に充電された電力で複数の電動機を駆動することが可能になる。

上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。そのため、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、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。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…電気車用電源システム、１０、１０Ａ、１０Ｃ、２０、２０Ａ…電力変換装置、１１、１１Ａ、１１Ｃ、２１、２１Ａ…電気車用電源装置、１２、２２…インバータ（変換部）、１３、１３Ａ、１３Ｃ、２３…制御部、１４…蓄電装置、１５…切替器、１７、２７…コンバータ、１８…充電ダイオード、１９、２９…集電装置、３０…受給電接触器装置（受給電接触器）、１１１、２１１…第１端子、１１２、２１２…第２端子、１１３、２１３…接地端子、ＥＴＡ、ＥＴＢ…電気車、Ｌ、ＬＡ…架線

Claims (6)

1. 電気車の編成内に設けられている蓄電装置と架線の何れかに電気的に接続される第１端子と、
   前記編成内の複数の電動機と自電源装置と自電源装置とは異なる外部電源装置とともに引き通し線に電気的に接続される第２端子と、
   前記複数の電動機と前記外部電源装置の少なくとも何れかから供給される第１電力を前記第２端子から取り込み、自変換部の回生運転によって前記第１端子に直流電圧を発生させて前記蓄電装置を充電する第１動作状態と、前記蓄電装置と前記架線の何れかから供給される第２電力を前記第１端子から取り込み、自変換部の力行運転によって前記第２電力の一部を第３電力に変換して、前記第３電力を前記第２端子から出力する第２動作状態との何れかの動作状態の下で、前記第１端子と前記第２端子との間で電力を変換する変換部と
   を備える電気車用電源システム。
2. 前記第１端子を、前記架線と前記蓄電装置の何れかに電気的に接続する切替器
   を備える請求項１記載の電気車用電源システム。
3. 前記切替器は、
   前記第１端子を、交流電圧が印加される前記架線と前記蓄電装置の何れかに電気的に接続する、
   請求項２記載の電気車用電源システム。
4. 前記自電源装置と前記外部電源装置との間に受給電接触器が設けられており、
   前記切替器は、
   前記受給電接触器が導通状態のまま、前記架線からの受電と前記蓄電装置の充電とを切り替え可能に形成されている、
   請求項２又は請求項３記載の電気車用電源システム。
5. 前記切替器は、
   前記架線に接続される第１電極と、
   前記蓄電装置に接続される第２電極と、
   前記第１端子に接続される共通電極と、
   を備え、
   さらに、前記第２電極と前記共通電極との間に並列に接続され、前記蓄電装置を放電させる方向の電流を流す整流器
   を備える、
   請求項２から請求項４の何れか１項に記載の電気車用電源システム。
6. 前記変換部は、互いに並列に接続することで並列同期運転が可能な複数の変換部を含む、
   請求項２から請求項５の何れか１項に記載の電気車用電源システム。

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