JP2023148848A - 鉄道システム、車上装置及び電気車駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 地上の充電スタンドの電圧を昇圧して電気車の蓄電装置へ充電できるようにした、より簡素な鉄道システムを提供する。【解決手段】 地上から供給される電力により充電可能な蓄電装置を具備する電気車を稼働させる鉄道システムであって、地上には、電車線とは別系統の直流充電装置が配設され、電気車の車上装置として、電車線から集電装置を介して接続されスイッチング素子を有する少なくとも直流から交流への電力変換装置と、電力変換装置の交流側に接続された電動機と、を備え、直流充電装置により蓄電装置を充電するために必要な充電電圧は、直流充電装置の出力電圧を直流－直流電力変換装置が昇圧して確保する。直流－直流電力変換装置が車上の兼用機であれば、インバータモードからチョパモードへと切り替え可能な切り替えスイッチと、昇圧可能に形成されるチョッパ回路と、を有するが、専用機を備えても良い。【選択図】 図２

Description

本発明は鉄道システム、車上装置及び電気車駆動方法に関する。

近年の電気車において、架線からの電力供給が途絶えた緊急時には、車載畜電池に蓄えられた電力で、電気車に必要最小限の自力走行させることが考えられる。その車載畜電池は、充電機能も含めて、スペース、重量及び設備負担の点から、できるだけ小規模であることが好ましい。そこで、車載された複数の二次電池を並列接続することにより、低電圧の充電装置から充電し、この充電済の二次電池を直列接続につなぎ換えて、高電圧出力が得られるようにした電気車が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７－２２５３２３号公報

蓄電池電車は、架線等の電車線を備えて電力供給が維持された区間を通常の電車として走行し、電車線がない区間、又は電車線からの給電が途絶えた場合、車載蓄電池の電力によりある程度の自力走行が可能である。その車載蓄電池の容量に制約があっても、今後、地上の電気自動車（Battery Electric Vehicle、以下「ＥＶ」ともいう）用充電設備から電気車の車載蓄電池に対し、プラグイン方式による充電が容易になれば、列車運行計画の選択肢が広がる。

その際、高電圧駆動の電車と、比較的低電圧駆動のＥＶとの電圧格差が問題であり、その電圧格差を解消できて、なお簡素なシステムとすることが好ましい。本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地上の充電スタンドの電圧を昇圧して電気車の蓄電装置へ充電できるようにした、より簡素な鉄道システムを提供することにある。

上記課題を解決する本発明は、地上から供給される電力により充電可能な蓄電装置を具備する電気車を稼働させる鉄道システムであって、地上には、電車線とは別系統の直流充電装置が配設され、電気車の車上装置として、電車線から集電装置を介して接続されスイッチング素子を有する少なくとも直流から交流への電力変換装置と、電力変換装置の交流側に接続された電動機と、を備え、直流充電装置により蓄電装置を充電するために必要な充電電圧は、直流充電装置の出力電圧を直流－直流電力変換装置が昇圧して確保する。

本発明によれば、地上の充電スタンドの電圧を昇圧して電気車の蓄電装置へ充電できるようにした、より簡素な鉄道システムを提供できる。

本発明の実施例１に係る鉄道システム（以下、「本システム」ともいう）の概略図である。 図１の本システムの概略回路図である。 図１及び図２の本システムのモード別動作を示すタイミングチャートである。 図２の概略回路図に示した本システムの電力変換装置が三相インバータモードにスイッチ結線された回路図である。 図２の概略回路図に示した本システムの電力変換装置がチョッパモードにスイッチ結線された回路図である。 図１及び図２の本システムに対する変形例の回路図である。 本発明の実施例２に係る鉄道システム（これも「本システム」という）の回路図である。 本発明の実施例３に係る鉄道システム（これも「本システム」という）の回路図である。 本発明の実施例４に係る鉄道システム（これも「本システム」という）の回路図である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。実施例１は、図１～図６を用いて説明し、その変形例は、図６を用いて説明する。実施例２は、図７を用いて説明する。実施例３は、図８を用いて説明する。これら各実施例に応じた電力変換装置６Ａ～電力変換装置６Ｄを後述するが、区別の必要がなければ、まとめて電力変換装置６とする。文中の符号６Ｘは、電力変換装置（インバータ）６を異なるモードの直流－直流電力変換装置（チョッパ回路）６Ｘとして使用し、兼用機６Ｘともいうが、その符号６Ｘは不図示である。

図１は、本発明の実施例１に係る鉄道システムを示す概略図である。図１に示すように、車両８は、架線１から集電装置７を介して受電し、電動機５の駆動により、車輪３を回転させて、前進又は後進する。車両８を駆動する電機品、すなわち車上装置としての遮断器１１ａ、電力変換装置６Ａ、フィルタリアクトル１５、断流器箱、蓄電装置９、蓄電池１７、及び外部充電コネクタ１０は、各別の箱に格納されて床下に配設されている。なお、フィルタリアクトル１５については、詳細に後述する。

図１に示す各電機品は、別箱で記載しているが、電機品の一部もしくは全てを一体の箱に格納することにより、実装密度を高密度化しても良い。電気的なグラウンドとして、電力変換装置６Ａの低電位側は、車輪３を介してレール２に接続されている。電動機５は、台車４に搭載されており、その台車４は、車両８を支持している。

電動機５は、誘導電動機又は永久磁石同期電動機のどちらでも良い。なお、誘導電動機の場合、１台の電力変換装置６Ａで複数の電動機を駆動できる。しかし、同期電動機の場合、１台の電力変換装置６Ａで駆動できる電動機は１台に限られる。架線１の電圧は直流６００Ｖ、直流７５０Ｖ、直流１５００Ｖ、直流３０００Ｖ等である。なお、実施例１では架線１の電圧は直流１５００Ｖとしている。以下、本システムの構成を説明する。

図２は、図１の本システムの概略回路図である。本システムは、架線１の電力を集電装置７で受電し、遮断器１１ａ及びフィルタリアクトル１５を介して電力変換装置６Ａに電力を供給する。遮断器１１ａとフィルタリアクトル１５の間には電力変換装置６Ａの一部として接触器１２ａ，１４ａ及び充電抵抗１３ａで構成される充電回路が搭載されている。なお、これらの充電回路は電力変換装置６Ａとは別箱で実装されても良い。

電力変換装置６Ａは集電装置７で受電した直流電力を交流電力に変換する機能を有し、スイッチＳ１，Ｓ２、フィルタキャパシタ１６、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６、逆並列還流ダイオード（以下、単に「ダイオード」ともいう）Ｄ１～Ｄ６で構成されている。スイッチング素子Ｑ１－Ｑ２群は直列接続されてＵ相を構成する。

同様に、スイッチング素子Ｑ３－Ｑ４群は直列接続されてＶ相を構成する。同様に、スイッチング素子Ｑ５－Ｑ６群は直列接続されてＷ相を構成している。実施例１の電力変換装置６Ａは、一例として２レベルの回路構成として説明するが、実施例２として図７に示す電力変換装置６Ｃのように、３レベル以上のマルチレベルの回路構成でも適用可能である。

スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の場合、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の主端子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードＤ１～Ｄ６が必要である。ダイオードＤ１～Ｄ６は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がオフ時に還流電流を流す。

これに対し、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）の場合、ダイオードＤ１～Ｄ６として、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを用いても良い。このように、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＭＯＳＦＥＴ等のため、ボディダイオードを有する場合、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と逆並列にダイオードを接続せず、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用して良い（図７及び図８に記載された同類の素子にも適用可）。

ボディダイオードを環流ダイオードとして使用することでダイオードＤ１～Ｄ６のチップを削減でき、電力変換装置６Ａを小型化できる。また、直列接続された他方のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６（例えばＱ１とＱ２）は、同一パッケージに収納されて、２ｉｎ１のパッケージに形成されたものを用いても良い。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ、マルチゲートＩＧＢＴでも良い（図７及び図８に記載された同類の素子にも適用可）。

スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びダイオードＤ１～Ｄ６の半導体材料は、Ｓｉ（シリコン）やＳｉよりもバンドギャップが広い半導体であるＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）でも良い。これらのワイドバンドギャップ半導体は、Ｓｉに比べて発生損失を低減できるため、電力変換装置６Ａを小型化できる。（図７及び図８に記載された同類の素子にも適用可）。

本システムは、蓄電池１７とその遮断器１１ｂ及び接触器１２ｂ，１４ｂと充電抵抗１３ｂから構成される充電回路を有している。蓄電池１７は、遮断器１１ｂ及び充電回路を介してフィルタキャパシタ１６に対して並列に接続される。このため、蓄電池１７の電圧と架線１の電圧は、概ね一致し１５００Ｖである。したがって、蓄電池１７は、架線１から取得した電力でも充電できる。

なお、架線１に電力を供給する変電所（図示しない）が、ダイオード整流器を採用している場合、電力制御ができず、かつ架線電圧が大きく変動することがある。このような場合、変電所と、蓄電池電車と、少なくとも何れかにおいて、何らかの対策しなければ、架線１と蓄電池１７との電位差により、蓄電池に過大な充電電流が流れることが危惧される。その対策の１つとして、変電所側が充電電力を制御可能な設備とし、過大な充電電流を低減するようにしても良い。

それとは別の対策として、変電所が上述のダイオード整流器のため電力制御ができない場合、本システム側で、以下のように蓄電池１７を充電制御することもできる。まず、車両８が加速（力行）する場合を説明する。車両８の力行時において、本システムは、架線１から電力供給を受けて電動機５を駆動するとともに、接触器１２ｂ，１４ｂ又は遮断器１１ｂを釈放し、架線１から蓄電池１７を切り離すことで、力行により電圧の低下した架線１の影響を蓄電池１７が受けないように制御する。

一方、車両８の減速時において、本システムは、接触器１２ａ，１４ａ又は遮断器１１ａを釈放することにより、架線１と切り離すとともに接触器１４ｂ及び遮断器１１ｂを投入することにより、電動機５からの回生電力を蓄電池１７の充電のみに振り向ける。このように、ダイオード整流器を採用した変電所のため、蓄電池電車にとって必ずしも好適な電力環境でない場合であっても、本システムは、上述した制御により、架線１からの供給電力と、力行電力需要と、回生電力供給と、蓄電池１７の充電と、様々な場合に応じて最適の対応ができる。

また、本システムは地上に直流充電装置２０を有している。この直流充電装置２０は、車上の外部充電コネクタ１０を介して電力変換装置６Ａに接続される。外部充電コネクタ１０の高電位側は、接触器１４ａとフィルタリアクトル１５の間に接続され、低電位側はフィルタキャパシタ１６の低電位側に接続される。直流充電装置２０の出力電圧は架線１の電圧である１５００Ｖよりも低く、例えば３５０Ｖである。

電力変換装置６Ａは、スイッチＳ１，Ｓ２を備えている。スイッチＳ１の基端はフィルタリアクトル１５に接続され、末端はフィルタキャパシタ１６の高電位側に接続される。スイッチＳ２も基端はスイッチＳ１と同様にフィルタリアクトル１５に接続され、末端はスイッチング素子Ｑ１とＱ２の間、すなわちＵ相の中間端子に接続される。なお、スイッチＳ１，Ｓ２の基端と末端とは、図２、図６及び図７と整合する便宜上の呼び方であり、実際には、以下にいうａ，ｂ，ｃ接点で特定される。

電力変換装置６Ａは、スイッチＳ２の末端はＵ相の中間端子に接続しているが、Ｖ相又はＷ相の中間端子でも良い。また、スイッチＳ１，Ｓ２は、ａ接点あるいはｂ接点のスイッチとしているが、ｃ接点のスイッチでも良く、その場合はスイッチの小型化が可能となる。なお、ａ接点、ｂ接点、ｃ接点のスイッチとは、リレーの動作と端子との関係に対する一般的呼称であるため、図示を省略するが、次のとおりである。

ａ接点とは、コイルに電流を流すとＮＯ（Normally Open）端子とつながりＯＮ状態となる端子をいう。ｂ接点（Brake Contact）とは、コイルに電流を流すとＮＣ（Normally Close）端子から離れてＯＦＦ状態となる端子をいう。ｃ接点とは、電流を流さないとＮＣ端子（ｂ接点）とつながり、電流を流すとＮＯ端子(ａ接点)とつながる端子をいう。

図３は、図１及び図２の本システムのモード別動作を示すタイミングチャートである。図３の横軸は時間、縦軸は上から車両走行指令（Vehicle running command）、遮断器１１ａの指令（Command of circuit breaker 11a）、スイッチＳ１の指令（Command of switch S1）、電力変換装置６Ａの動作（Motin of power converter 6A）、外部充電指令（External charging command）、スイッチＳ２の指令（Command of switch S2）である。以下、タイミングチャートを説明する。

時刻ｔ０において、車両８の前進、後進又は加速、減速の指令に備えて、遮断器１１ａとスイッチＳ１が投入されている。

時刻ｔ１において、車両の運転士のノッチ操作に基づいて、車両情報制御装置（不図示）から車両走行指令がＯＮとなり、電力変換装置６Ａは三相インバータモードで動作する。電力変換装置６Ａの三相インバータモード（Three-phase inverter mode）の詳細は後述する。

時刻ｔ２において、車両走行指令がＯＦＦになると、電力変換装置６Ａも動作を停止する。

時刻ｔ３において、直流充電装置２０から充電する外部充電指令がＯＮ状態になると、蓄電池１７を充電するモードとなる。このとき、架線１と直流充電装置２０とでは、それぞれの電圧が異なるため、両者を電気的に切り離す必要があることから、遮断器１１ａを開放する。なお、遮断器１１ａを開放する代わりに接触器１２ａ，１４ａを開放しても良い。また、スイッチＳ１を開放しスイッチＳ２を投入する。

時刻ｔ４において、電力変換装置６Ａはチョッパモード（Chopper mode）として動作を開始し、直流充電装置２０から電力変換装置６Ａを介して蓄電池１７を充電する。電力変換装置６Ａのチョッパモードの詳細は後述する。

図４は、図２の概略回路図に示した本システムの電力変換装置６Ａが三相インバータモードにスイッチ結線された回路図である。なお、電力変換装置６Ａが三相インバータモードで動作するとき、直流充電装置２０は接続しないため図示していない。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することでフィルタキャパシタ１６からパルス状の交流電力を出力する。この交流電力は、電動機５に供給されて、機械エネルギーに変換されることにより、車両８を前進又は後進させる。

なお、フィルタキャパシタ１６の初期充電は、接触器１４ａを開放、接触器１２ａを投入することで充電抵抗１３ａを介して行われる。フィルタキャパシタ１６の初期充電が完了すると、接触器１２ａは開放、接触器１４ａが投入される。フィルタキャパシタ１６とフィルタリアクトル１５は、フィルタ回路を構成しており、電力変換装置６Ａから架線１に流れるノイズ電流を低減している。

車両８を加速する場合、架線１から集電装置７を介して電力を受電し、遮断器１１ａ、フィルタリアクトル１５、電力変換装置６Ａを介して電動機５に電力を供給する。若しくは、遮断器１１ａを開放すれば、電力変換装置６Ａは、蓄電池１７から電力を供給されるので、架線１に接続された変電所（不図示）からの受電電力を削減することができる。

なお、蓄電池１７は、車両８が停車中と、加速（力行）中と、の少なくとも何れかのタイミングで充電すれば良い。その充電中は、接触器１２ｂを投入、接触器１４ｂを開放して充電抵抗１３ｂを介することで、蓄電池１７の充電電流を制限することができる。あるいは、接触器１２ｂを開放し、接触器１４ｂを投入することで充電抵抗１３ｂを介することなく、蓄電池１７を急速充電することができる。

車両８を減速するブレーキ動作の場合、電動機５が発電機として機能し、回生電力が発生する。回生電力は、電力変換装置６Ａにより、交流－直流電力変換され、フィルタリアクトル１５、遮断器１１ａ、集電装置７、及び架線１を介して他の車両（不図示）が加速（力行）するための電力などに利用される。

回生電力を蓄電池１７に充電する際には、架線１と電気的に切り離すため、遮断器１１ａを開放するもしくは接触器１２ａ，１４ａを開放すれば良い。この際、電動機５のブレーキトルクを通常時よりも低くすることによって、蓄電池１７の充電電流を制限し、蓄電池１７の劣化を抑制することができる。以上より、電力変換装置６Ａが三相インバータモードで動作する場合は、車両８を前進、後進又は加速、減速する際に電動機５の電力を制御する。

図５は、図２の概略回路図に示した本システムの電力変換装置６Ａがチョッパモードにスイッチ結線された回路図である。電力変換装置６Ａは等価変換している。また、前述のとおり、遮断器１１ａを単独で開放するか、又は、２つの接触器１２ａ，１４ａを両方ともに開放するか、何れかで架線１と直流充電装置２０を電気的に切り離している。

電力変換装置６Ａがチョッパモードで動作する際は、直流充電装置２０が外部充電コネクタ１０を介して接続される。ここで、フィルタリアクトル１５が昇圧リアクトル１５として機能し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びダイオードＤ１，Ｄ２がチョッパ回路として機能することで昇圧チョッパ回路が構成される。

すなわち、直流充電装置２０の出力電圧３５０Ｖに対して、昇圧チョッパを介することで１５００Ｖを出力し、蓄電池１７を充電することができる。このとき、接触器１２ｂは開放し、接触器１４ｂ及び遮断器１１ｂは投入状態とすることで、充電抵抗１３ｂを介することなく直流充電装置２０で蓄電池１７の充電電流を制御できる。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングに伴うリプル電流を吸収するキャパシタ（不図示）は、直流充電装置２０の内部と、電力変換装置６Ａと、少なくとも何れかに搭載すると良い。

本システムのスイッチＳ１，Ｓ２を電力変換装置６Ａに搭載した構成により、直流充電装置２０の出力電圧が蓄電池１７の電圧よりも低い場合も蓄電池１７を充電することができる。すなわち、電力変換装置６Ａは、フィルタリアクトル１５を昇圧チョッパモードに適用し、直流－直流電力変換装置６Ｘとして動作することにより、直流充電装置２０の出力電圧の不足分を補足する。その結果、車両８や地上側に昇圧チョッパを新規搭載する必要がなく、本システムの小型化が可能となる。さらに、図７の実施例２で後述するように、電力変換装置６Ａは、２レベルの回路構成で昇圧動作することも可能である。

電力変換装置６Ａは、三相インバータモードと、チョッパモードと、それぞれの動作に応じて制御部（不図示）を切り替える必要がある。この切り替えに合わせて、三相インバータモードと、チョッパモードと、それぞれの動作に最適なスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のキャリア周波数に変更すると良い。例えば、チョッパモードのキャリア周波数を低減することにより、直流－直流電力変換装置６Ｘのスイッチング損失を低減し、電力変換装置６の寿命を向上させることができる。

ここで、電動機５への誘導障害等を考慮する。図２の本システムにおいて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の損失や寿命を考慮すると、インバータ動作の最高周波数に比べ、昇圧チョッパの効率を高めたくても、その周波数を極端に高くはできない。このように動作モード別の周波数に大差無ければ、誘導障害等に関係する電圧変化率ｄｖ／ｄｔも大差無い。また、電動機５の端子に対し、昇圧チョッパ動作による誘導障害等の電圧が印可されても、中性点電圧は、インバータ動作中と同じ値（入力電圧Ｅｄ／６）である。したがって、電動機５への漏洩電流による誘導障害は、問題ないと考えられる。

図２の実施例１では、車上機器の小型化に向けて、昇圧チョッパレス（昇圧専用の部品増加を避ける）化しつつ、直流充電装置２０の低圧出力と、蓄電池１７の高圧と、の電位差を解消する。そのため、図２の電力変換装置（インバータ）６Ａのうち一相のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をチョッパ動作させると、電動機５に中性点電圧（Ｅｄ／６）が発生する。このとき、他の二相のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６、及びダイオードＤ１１～Ｄ６は、全てオフ状態のため、電動機５には電流が流れない。したがって、停車して充電中の電車８が動いてしまう危険は無い。

［変形例］
図６は、図１及び図２の本システムに対する変形例の回路図である。図６の変形例の電力変換装置６Ｂには、実施例１の電力変換装置６Ａに対してスイッチＳ３，Ｓ４が追加されており，その他の構成は実施例１と同様であるため説明を省略する。スイッチＳ３の基端は、スイッチＳ２と同様にフィルタリアクトル１５に接続され、末端は、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の間、すなわちＶ相の中間端子に接続される。

スイッチＳ４の基端は、スイッチＳ３と同様にフィルタリアクトル１５に接続され、末端はスイッチング素子Ｑ５とＱ６の間、すなわちＷ相の中間端子に接続される。図６の電力変換装置６Ｂは、チョッパモードにおいて、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４が投入され、スイッチＳ１は開放される。これにより、電力変換装置６Ｂは、フィルタリアクトル１５が昇圧リアクトル１５として機能して、直流－直流電力変換装置６Ｘとなる。

この直流－直流電力変換装置６Ｘは、そのＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成していたスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６及びダイオードＤ１～Ｄ６が、それぞれチョッパ回路として機能するので三相の昇圧チョッパ回路が構成される。この三相の昇圧チョッパ回路は、一相の昇圧チョッパ回路に比べ、蓄電池１７の充電電力を増大することができるので、蓄電池１７をより急速に充電することができる。

図７は、本発明の実施例２に係る鉄道システム（これも「本システム」という）６Ｃの回路図である。この電力変換装置６Ｃは、３レベルのインバータで構成される。以下、スイッチング素子については、図２及び図７の符号のみで説明する。

ここで、地上設備としての直流充電装置２０から、車上の蓄電池１７を充電する動作フローを説明する。まず、スイッチＳ２をＯＮに接続する。なお、三相構成のＵ相について、図２のＱ１は、図７のＱ１ｕ＋Ｑ２ｕに相当する。同様に、図２のＱ２は、図７のＱ３ｕ＋Ｑ４ｕに相当する。

すなわち、Ｑ１ｕ＋Ｑ２ｕでチョッパの上アームを構成し、Ｑ３ｕ＋Ｑ４ｕでチョッパの下アームを構成する。図２に記載のスイッチング素子と、図７に記載のスイッチング素子と、の関係は、三相構成のＶ相とＷ相についても同様である。３レベル回路の利点は、２レベル回路に比べて、スイッチング素子Ｑ１ｕ等の定格電圧を大きく低減できる。例えば、２レベル回路でスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６それぞれの定格電圧が３３００Ｖの場合、３レベル回路は１７００Ｖで足りる。

図８は、本発明の実施例３に係る鉄道システム（これも「本システム」という）６Ｄの回路図である。この電力変換装置６Ｄは、交流き電区間用にＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータで構成される。ここで、交流架線１もしくは地上設備２０から蓄電池１７を充電するフローを説明する。交流架線１（例えば２０ｋＶ)から充電する場合、まず、接触器１４ａを接続する。次に、スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０が交流から直流へコンバータ動作して蓄電池１７を充電する。

図８の実施例３に係る本システムは、地上設備である直流充電装置２０の接続点が接触器１４ａの両端である点のほか、以下の動作フローに技術的特徴がある。

直流充電装置２０から充電する場合、接触器１２ａ，１４ａ、及び遮断器１１ａも開放する。このとき、変圧器１８の漏れインダクタンスが実施例２，３の昇圧リアクトル１５に相当し、スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０が実施例２，３の直流－直流電力変換装置６Ｘ、すなわち、チョッパ回路によるＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。なお、不図示の符号６Ｘは、符号６を異なるモードで使用していることを明示する。

次に、Ｑ７とＱ９を同時にＯＮして昇圧リアクトル１５にエネルギーを蓄積する。Ｑ７とＱ９を同時にＯＦＦすることでＤ７から蓄電池１７を充電し、Ｄ１０を経由してトランス二次側へ戻る。このような、チョッパモードにおいて、インバータ(Ｑ１～Ｑ６)は、何れもＯＦＦ状態である。図８のＱ７～Ｑ１０は、従来であればＡＣ／ＤＣコンバータとして動作するのみであるが、実施例３では昇圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータとしても動作することに、技術的特徴がある。

図９は、本発明の実施例４に係る鉄道システム（これも「本システム」という）の回路図である。図２の実施例１では、スイッチＳ１，Ｓ２の操作により、電力変換装置６Ａをインバータ回路の機能から、直流－直流電力変換装置（昇圧チョッパ回路）６Ｘの機能へと、切り替えて使用した。これに対し、図９の実施例４では、電力変換装置６Ａをインバータ機能に固定しておき、専用の昇圧チョッパ回路を予め組み込まれた蓄電装置（以下、「専用機」、「直流－直流電力変換装置」又は「蓄電装置」ともいう）９Ｆを備え、使用する点が異なる。また、図２の実施例１では、フィルタリアクトル１５が主回路に１か所のみであるが、図９の実施例４では、３か所に配設されている点も異なる。また、架線１からの充電のみならず外部充電コネクタ１０を介して直流充電装置２０から蓄電池１７を充電できる。ここで、架線１及び蓄電池１７の電圧は等しく（例えば１５００Ｖ）とし、直流充電装置２０の電圧は、例えば３５０Ｖとする。

図９に示すように、専用の昇圧チョッパ回路は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、ダイオードＤ１１，Ｄ１２及びフィルタキャパシタ１９により構成される。フィルタリアクトル１５ａは、図２と同様で主回路に配設されている。フィルタリアクトル１５ｂは、蓄電装置９Ｆの主回路寄りに配設されている。

図９の実施例４の本システムは、直流充電装置２０から適宜に昇圧して蓄電池１７に充電する場合、不図示の制御部により、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２が適切な周波数でチョッパ動作する。蓄電池１７が放電する場合、制御部によりチョッパ回路のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２はオフする一方で、ダイオードＤ１１が順方向オンする。

このように、図９の実施例４の本システムは、車上の蓄電装置９Ｆに直流－直流電力変換装置（昇圧チョッパ回路）を設けることで、主目的が自動車用として地上に設置されている低電圧の直流充電装置２０を、電車駆動用である高電圧の蓄電池１７にも兼用利用できる。つまり、両者の電位差を解消できて、これら相互の設備利用率を高められる。また、架線１から蓄電池１７を充電する場合には電圧が同レベルであるため、昇圧チョッパ回路をスイッチング動作せずスイッチング素子Ｑ１１をオン状態としても良い。このようにすることで、昇圧チョッパのスイッチング損失を低減することができ、充電効率を向上することができる。もしくは充電抵抗１３ｂを用いて蓄電池１７を充電することで昇圧チョッパを用いずに過大な充電電流を抑制することができる。

［補足］
近年、全地球規模での脱炭素化の流れに沿って、ＥＶの普及が進んでいる。それに伴って、今後ガソリンスタンドの大半が充電スタンドに置き換わった場合、過疎路線であっても鉄道沿線や駅近くにまで、充電スタンドの進出が想定される。また、ＥＶ充電器は、急速充電のニーズが高まっており、充電装置の容量も蓄電池電車にも供給可能な程に増大している。例えば、CHAdeMO規格は、５００ｋＷ対応も制定されつつあり、架線を介した充電に匹敵する。これに関連した僻地へのエネルギー輸送について、タンクローリーと、電線路と、相互間の優劣が問われる。

［蓄電池電車］
また、僻地でなくとも、電気車８の保安上の課題として、トンネルや橋梁等で緊急避難が困難な区間、又は駅間において、停電その他で架線１からの電力供給が途絶えた電気車には、自力走行して最寄り駅等の安全地帯まで移動できる能力が求められている。また、ほとんどの電気車８は、デッドセクション等で停車したら自力脱出困難になるため、停車禁止位置も設定されており、そこで立ち往生した場合に備え、簡素な自力脱出手段も望まれていた。この要望に蓄電池電車８は対応できる。

［僻地鉄道］
また、過疎路線を軽負担で維持するため、必要な区間のみに架線１を残しておき、僻地区間の架線１を撤去して保守負担を軽減し、これら両区間を連通して気動車、蓄電池電車又はハイブリット電車を運行させることも考えられる。その場合、電気車、気動車、ハイブリット電車、といった異種類の動力車操縦者運転免許についての有資格者を確保する必要もあり、運転本数が少ないにもかかわらず、人員負担が増大してしまう。

一方、鉄道事業者としては、限られた路線のために気動車の免許を取得させる負担は避けたい。また、免許の問題がなければ、電気車の運転士を非電化区間に配置転換することもできる。現状において、人員確保の点で比較的容易な電気車のみの運転資格保有者か、その次に確保が容易と見込まれるハイブリット電車の運転資格保有者だけで、人員配置を済ませることが好ましい。これに対し、非電化区間を運行する蓄電池電車８は、電気車免許の保有者で運転できることが多い（出願時の日本では順法範囲）。

［リアクトル］
電気車８において、電力変換装置６は、半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６（以下、「半導体」と略す）によるインバータ制御やチョッパ制御等を適宜に織り交ぜて電動機５に流れる電流を制御する。電気車８が直流で受電する方式ならば、フィルタリアクトル１５が不可欠な装備とされるが、その理由は以下の通りである。

電機子チョッパ制御やＶＶＶＦ制御のように、半導体で制御を行なう装置は、その半導体でスイッチング動作や変調動作することにより、電流制御や周波数制御を行なうが、それに伴って高調波等の電気的ノイズ（以下、「高調波ノイズ」又は「高周波」ともいう）を発生する。

この高調波ノイズが架線１に漏洩すると、その乱れた波形に応じた電磁誘導を引き起こす。電気車８の主電源となる大電流が流れる架線１で電流変動があれば、電磁誘導により、その架線１の周りに発生している磁場の強さも一緒に変動し、その磁場の変動が架線１の近くに敷設されたレール２の電流に影響を及ぼす。

また、ほとんどの鉄道で、線路上の特定区間に列車が存在するかどうかを検知する軌道回路が採用されおり、これにより閉塞のための信号装置を作動させる。軌道回路を形成する鉄道のレール２には、信号や踏切等の保安システムの微弱電流が流れている。この微弱電流は、高調波による架線１の磁場変動の影響を受けて変動することがある。これが軌道回路に対する誘導障害である。

このように、電力変換装置６から発生した高調波が架線１に流れると、それが原因で軌道回路に対して誘導障害が発生する。その結果、レール２を流れている信号保安システム等の電気信号が乱れて誤作動等を引き起こすことが危惧される。鉄道システムは、この誘導障害への防護対策を講じるように設計されている。

そのため、近年の半導体制御の鉄道車両（電気車）８には、電力変換装置６と架線１との間の電路にフィルタリアクトル１５を介在させることで、架線１に高周波を流入さない対策としている。このフィルタリアクトル１５の実体は、そこに流れる電流の変化を妨げようとする巨大なコイルであり、その性質を利用して、変化の激しい高調波ノイズを遮断する。

なお、高調波は、電気車８が架線１及びレール２に電気を戻す回生ブレーキ時のみならず、電動機５で加速している力行時にも発生する。また、フィルタリアクトル１５は、電力変換装置６から架線１側に漏洩する高調波に対してのみ除去する機能によって、誘導障害の原因を低減できる。一方、電力変換装置６からレール２側に漏洩する高調波は、ほとんど無いので、そちら側の対策は不要である。

［直流電車とチョッパ回路］
電気車８が直流電車の場合、電力変換装置６Ａ～６Ｃにおいて、コンバータ回路、インバータ回路、チョッパ回路を一体化できるほか、フィルタリアクトル１５が有るから、これを用いてチョッパ回路を構成できる。しかし、交流電車にはフィルタリアクトル１５が無いので、チョッパ回路を構成することが難しい。しかし、交流電車なら必須の変圧器１８に伴う漏れリアクタンスを応用して、リアクトル１５に代えたチョッパ回路を形成することも可能である。したがって、交流き電区間を走行する交流電車にも、本システムを適用可能である。なお、このチョッパ回路が発生する高周波は、フィルタリアクトル１５を用いることなく、無害化対策されるものとする。

本システムは、以下のように総括できる。
［１］図１，図２，図４～図９に示すように、本システムは、電車線１とは別系統の直流充電装置２０が地上に配設され、そこから供給される電力により充電可能な蓄電装置１７を具備する電気車８を稼働させる鉄道システムである。

電気車８の車上装置として、電力変換装置６と、電動機５と、を備える。電力変換装置６は、集電装置７を介して電車線１に連係し、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６，Ｑ１１，Ｑ１２を有し、少なくとも直流から交流へ電力変換する。

電動機５は、電力変換装置６の交流側、すなわちインバータ出力側に連係している。直流充電装置２０により蓄電装置１７を充電するために必要な充電電圧は、直流充電装置２０の出力電圧を直流－直流電力変換装置６Ｘ，９Ｆが昇圧して確保する。

電気車８が主に力行するときは、電力変換装置６はインバータモードである。また、充電モードでは、地上の充電スタンド２０の３５０Ｖといった低い電圧を直流－直流電力変換装置６Ｘ，９Ｆにより、架線と同じ１５００Ｖにまで昇圧して電気車８の蓄電装置９へ充電する。なお、ここで示した電圧値は、一例に過ぎない。

このように、直流－直流電力変換装置６Ｘ，９Ｆは、蓄電装置９に対し、例えば、１５００Ｖ又はその前後の充電電圧を印加しての充電可能である。したがって、直流充電装置の出力電圧、例えば、３５０Ｖは、直流－直流電力変換装置６Ｘ，９Ｆを介して充電電圧の不足分１１５０Ｖを補足可能である。

なお、昇圧チョッパモードの実現手段は、図２～図８の電力変換装置６を直流－直流電力変換装置６Ｘにモード切り替えて用いる形態に限定されない。例えば、図９に示すように、低電圧の直流充電装置２０から、高電圧の蓄電池１７を充電するとき、蓄電装置９Ｆに常設された直流－直流電力変換装置（チョッパ回路）を不図示の制御部が起動して用いる形態でも良い。このように、本発明によれば、地上の充電スタンド２０の比較的低い電圧を必要なだけ昇圧して電気車８の蓄電装置９へ充電できるような、より簡素な鉄道システムを提供できる。

一例として、僻地の終着駅の近くにＥＶ用の充電スタンド２０があれば、これを鉄道システムとして常用する効率的な列車運行計画も可能である。逆に鉄道事業者が自前の鉄道システムのなかで、蓄電池電車８用に設けた簡素な直流充電装置２０をＥＶ用の充電スタンド２０として、公衆利用に供しても良い。

［２］図９に示すように、上記［１］において、車上の直流－直流電力変換装置として、常設のチョッパ回路を有する専用機９Ｆをさらに備えても良い。すなわち、図２、図４～図８の蓄電装置９の代わりに、図９の専用機９Ｆで車上装置を構成すれば良い。なお、昇圧機能は、兼用機６Ｘと、専用機９Ｆと、少なくとも何れかにあれば良く、両方に重複しても構わない。

［３］上記［１］において、直流－直流電力変換装置６Ｘは、兼用機６Ｘであり、昇圧可能に形成されるチョッパ回路を形成可能な形態で車上に配設されている。兼用機６Ｘは、インバータモードからチョパモードへと切り替え可能な切り替えスイッチＳ１，Ｓ２を有する。兼用機６Ｘは、蓄電装置１７を充電するとき、スイッチＳ１，Ｓ２により、電力変換装置６の機能を切り替えて形成される。

例えば、電力変換装置６が三相インバータであれば、その三相を構成するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のうち、少なくとも一相を構成するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ２（一例）及びリアクトル１５を兼用することにより、兼用機６Ｘのチョッパ回路を形成する。リアクトル１５は、インバータモードにおいて、高周波フィルタとして機能するように、集電装置２と、電力変換装置６と、の間に介挿される結線であり、チョパモードにおいて、電流の変化を妨げながら、その変化速度に応じた電圧を発生する昇圧素子として機能するように結線される。

また、電力変換装置６は、チョッパ回路の機能に切換え編成されて、昇圧動作に寄与するので、直流充電装置２０から供給された電力を必要な電圧に昇圧し、蓄電装置１７を充電するように接続される。なお、本システムにおいて、インバータと、直流昇圧回路と、同時に稼働させることはないので、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、電流容量を確保するために必要な素子数を必要なときだけ、直流昇圧回路用に切り替えて利用すれば良い。

本システムにおいて、直流充電装置２０から受電した低電圧の直流電力は、直流－直流電力変換装置６Ｘで必要なレベルの高電圧まで昇圧されて、電気車８の畜電装置９へ印加され、畜電装置９を充電する。

［４］図８に示すように、上記［３］の本システムは、交流き電区間を走行する交流電車にも適用され、変圧器１８の漏れリアクタンスをリアクトル１５に代用してチョッパ回路を形成しても良い。

［５］図２及び図７に示すように、上記［３］において、リアクトル１５の両端のうち、一端は集電装置２に接続され、他端は切り替えスイッチＳ１，Ｓ２の分岐基部に接続される。これらの切り替えスイッチＳ１，Ｓ２は、リアクトル１５の他端を少なくとも２回路の接点に分岐するように構成されている。

一方の切り替えスイッチＳ１に係る接点（以下、「スイッチＳ１」又は「接点Ｓ１」ともいう）は、電力変換装置６の直流母線に接続され、他方の切り替えスイッチＳ２に係る接点（接点Ｓ２）は電力変換装置６の交流側に接続される。図３に示すように、本システムは、力行を主とするインバータモードでは、スイッチＳ１がＯＮで、スイッチＳ２はＯＦＦであり、その逆でチョッパモードとなる。チョパモードにおけるリアクトル１５は、昇圧素子として機能するように結線される。

［６］図２，図４～図９に示すように、上記［５］において、電力変換装置６は２レベル又は３レベルのインバータを備える。このような２レベル又は３レベルのインバータを備えた電力変換装置６は、少なくとも一相を構成するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ２（一例）が、チョッパ回路の機能に切換え編成されて、昇圧動作に寄与する。これにより、本システムは、地上に配設された充電スタンド２０の比較的低い電圧を昇圧して電気車８の蓄電装置９に、それが必要とする高い電圧で充電できる。

［７］図６に示すように、上記［６］において、三相インバータを備える電力変換装置６は、地上の直流充電装置２０で急速充電する場合、全相分のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を直流昇圧回路用に切り替えて、専用利用すれば、三相分により一相の３倍の電流容量となる。

上述のように、本システムにおいて、インバータと、直流昇圧回路と、同時に稼働させることはないので、急速充電に必要な電流容量を確保するために必要なスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の全部を強力な直流昇圧回路用に切り替えて、専用利用すれば、直流－直流電力変換装置６Ｘの能力を最大限に発揮できる。

［８］上記［６］又は［７］において、電力変換装置６をインバータ動作させる場合のキャリア周波数と、電力変換装置６が直流－直流電力変換装置６Ｘとして動作する場合のキャリア周波数と、それぞれの動作に最適化し、異なる周波数に設定すると良い。

所望の電圧を得られる条件の周波数範囲内であれば、スイッチング周波数は、低いほど電力変換効率を高められる。この種の電力変換装置における損失総量は、スイッチングＯＮ時の導通発熱損に加えて、１回スイッチング（ＯＮ／ＯＦＦが遷移）する度に発生する損失にスイッチング回数を乗じた値となるからである。

［９］上記［１］において、電力変換装置６に搭載されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のうち、少なくとも一方は、シリコンＳｉよりバンドギャップが大きい半導体材料（シリコンカーバイト等）を母材とすることが好ましい。この母材による電力変換装置６を備えた本システムは、シリコンＳｉの母材よりも、発熱損失が少ないので、同じ電力容量ならば、Ｓｉに比べて発熱損失を低減できる。その結果、本システムは、電力変換装置６を小型化できる。

［１０］上記［１］において、電力変換装置６に搭載されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のうち、少なくとも一方は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又は、マルチゲートＩＧＢＴの電圧駆動型素子であることが好ましい。この構造による電力変換装置６を備えた本システムは、そうでないものよりも、発熱損失が少ないので、同じ電力容量ならば、発熱損失を低減できる。その結果、本システムは、電力変換装置６を小型化できる。

［１１］上記［１］～［１０］の何れかの直流－直流電力変換装置６Ｘ，９Ｆを電気車８に搭載して構成される車上装置であることが好ましい。このような車上装置は、地上の充電スタンド２０の低い電圧を昇圧して電気車８の蓄電装置９へ充電できるので、設備利用率を高められる。

また、架線１等の電車線を残された区間で、しかも電力供給が維持された区間は、蓄電池電車８を通常の電車８として走行しながら充電も可能であり、電車線１がない区間、又は電車線１からの給電が途絶えた場合にも車載蓄電池９の電力により自力走行できる。その車載蓄電池９の容量に制約があっても、地上のＥＶ用充電設備２０から電気車８の車載蓄電池９に対し、プラグイン方式による充電が容易であり、列車運行計画の選択肢が広がるとともに、列車運行への信頼性も高められる。

１ 架線、２ レール、３ 車輪、４ 台車、５ 電動機、６，６Ａ～６Ｄ 電力変換装置、６Ｘ 直流－直流電力変換装置（チョッパ回路によるＤＣ／ＤＣコンバータ）、７ 集電装置、８ 鉄道車両（電気車、蓄電池電車、電車、車両）、９ 蓄電装置、９Ｆ 直流－直流電力変換装置（昇圧チョッパ回路）付の蓄電装置、１０ 外部充電、１１ａ，１１ｂ 遮断器、１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ 接触器、１３ａ，１３ｂ 充電抵抗、１５，１５ａ～１５ｃ フィルタリアクトル（昇圧リアクトル）、１６，１９ フィルタキャパシタ、１７ 蓄電池、１８ 変圧器、２０ 直流充電装置（ＥＶ用の充電スタンド）、Ｑ１～Ｑ１２ スイッチング素子、Ｄ１～Ｄ１２ ダイオード、Ｓ１～Ｓ４ 切り替えスイッチ

Claims (21)

1. 地上から供給される電力により充電可能な蓄電装置を具備する電気車を稼働させる鉄道システムであって、
   前記地上には、電車線とは別系統の直流充電装置が配設され、
   前記電気車の車上装置として、
   前記電車線から集電装置を介して接続されスイッチング素子を有する少なくとも直流から交流への電力変換装置と、
   該電力変換装置の交流側に接続された電動機と、
   を備え、
   前記直流充電装置により前記蓄電装置を充電するために必要な充電電圧は、前記直流充電装置の出力電圧を直流－直流電力変換装置が昇圧して確保する、
   鉄道システム。
2. 前記直流－直流電力変換装置は車上に配設される専用機を備え、該専用機には昇圧用のチョッパ回路が常設された、
   請求項１に記載の鉄道システム。
3. 前記直流－直流電力変換装置は車上に配設される兼用機であり、
   該兼用機におけるインバータモードからチョパモードへと切り替え可能な切り替えスイッチと、
   昇圧可能に形成されるチョッパ回路と、
   を有し、
   前記蓄電装置を充電するときに、スイッチング素子を兼用しながら前記電力変換装置の機能を使い分けて形成され、
   前記電力変換装置の少なくとも一相に前記直流充電装置から電力供給されるように接続されて前記直流－直流電力変換装置として昇圧動作する、
   請求項１に記載の鉄道システム。
4. 交流き電区間を走行する交流電車に適用され、
   変圧器の漏れリアクタンスをリアクトルに代用して前記チョッパ回路を形成した、
   請求項３に記載の鉄道システム。
5. リアクトルの両端のうち、一端は前記集電装置に接続され、他端は前記切り替えスイッチの分岐基部に接続され、
   前記切り替えスイッチは、前記リアクトルの他端を少なくとも２回路の接点への分岐を形成しており、一方の接点は前記電力変換装置の直流母線に接続され、他方の接点は前記電力変換装置の交流側に接続される、
   請求項３に係る鉄道システム。
6. 前記電力変換装置は２又は３レベルのインバータを備える、
   請求項５に記載の鉄道システム。
7. 前記電力変換装置は三相インバータを備え、前記直流充電装置で急速充電する場合に前記電力変換装置の全相が前記直流－直流電力変換装置として動作する、
   請求項６に記載の鉄道システム。
8. 前記電力変換装置が前記インバータとして動作する場合のキャリア周波数と、前記電力変換装置が直流－直流電力変換装置として動作する場合のキャリア周波数が異なる、
   請求項６又は７に記載の鉄道システム。
9. 前記電力変換装置に搭載されるスイッチング素子のうち少なくとも一方はシリコン又はシリコンよりバンドギャップが大きい半導体材料を母材とする、
   請求項１に記載の鉄道システム。
10. 前記電力変換装置に搭載されるスイッチング素子のうち少なくとも一方はＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はマルチゲートＩＧＢＴの電圧駆動型素子である、
    請求項１に記載の鉄道システム。
11. 請求項１～１０の何れか１項に記載の鉄道システムにおける、
    前記直流－直流電力変換装置に形成される前記電力変換装置を前記電気車に搭載して構成される車上装置。
12. 電車線とは別系統で地上に配設された直流充電装置から充電可能な蓄電装置を具備する電気車を駆動する電気車駆動方法であって、
    前記電気車に配設された電力変換装置は、
    集電装置を介して前記電車線と連係された電力をスイッチング素子により少なくとも直流から交流へ変換して電動機と連係し、
    前記電気車が力行又回生するときは、前記電動機が前記電力変換装置の交流側と電力授受し、
    前記蓄電装置を充電するときは、直流－直流電力変換装置が、前記直流充電装置の出力電圧を昇圧して充電用に供給する、
    電気車駆動方法。
13. 前記直流－直流電力変換装置は車上に配設される専用機を備え、該専用機には昇圧用のチョッパ回路が常設された、
    請求項１２に記載の電気車駆動方法。
14. 車上に配設された前記直流－直流電力変換装置は兼用機であり、
    該兼用機は、
    切り替えスイッチによって、インバータモードからチョパモードへと切り替え、
    該チョパモードでは、チョッパ回路が昇圧可能に形成され、
    前記蓄電装置を充電するときに、スイッチング素子を兼用しながら前記電力変換装置の機能を使い分けて形成され、
    前記電力変換装置の少なくとも一相に前記直流充電装置から電力供給されるように接続されて前記直流－直流電力変換装置として昇圧動作する、
    請求項１２に記載の電気車駆動方法。
15. 交流き電区間を走行する交流電車に適用され、
    変圧器の漏れリアクタンスをリアクトルに代用して前記チョッパ回路を形成した、
    請求項１４に記載の電気車駆動方法。
16. リアクトルの両端のうち、一端は前記集電装置に接続され、他端は前記切り替えスイッチの分岐基部に接続され、
    前記切り替えスイッチは、前記リアクトルの他端を少なくとも２回路の接点への分岐を形成しており、一方の接点は前記電力変換装置の直流母線に接続され、他方の接点は前記電力変換装置の交流側に接続される、
    請求項１４に係る電気車駆動方法。
17. 前記電力変換装置は２レベル又は３レベルのインバータとして稼働する、
    請求項１６に記載の電気車駆動方法。
18. 前記直流充電装置で急速充電する場合、三相インバータを備える前記電力変換装置は、三相の全てが直流－直流電力変換装置として動作する、
    請求項１７に記載の電気車駆動方法。
19. 前記電力変換装置が前記インバータとして動作する場合のキャリア周波数と、前記電力変換装置が直流－直流電力変換装置として動作する場合のキャリア周波数と、を相違させる、
    請求項１７又は１８に記載の電気車駆動方法。
20. 前記電力変換装置を構成するスイッチング素子のうち少なくとも一部には、シリコン又はシリコンよりバンドギャップが大きい半導体材料を母材とするものが用いられる、
    請求項１２に記載の電気車駆動方法。
21. 前記電力変換装置を構成するスイッチング素子のうち少なくとも一部は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はマルチゲートＩＧＢＴの電圧駆動型素子が用いられる、
    請求項１２に記載の電気車駆動方法。
    

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