JP5766358B2 - エンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置に関する。

従来のエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置は、エンジンで発電機を駆動し、発電機で発生した交流電力をコンバータで直流電力に変換すると共に、コンバータからの直流電力と電力貯蔵装置からの直流電力とをインバータで交流電力に変換し、この交流電力でモータを駆動することにより車両に対し推進力を与えている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１３４６０４号公報

しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術では、車両に搭載された複数のモータが１つの電力変換器で駆動されるように構成されているため、例えば電力貯蔵装置の貯蔵電力で力行が行われる際、各モータが同時に制御される。従って、従来技術では、一方のモータだけでも十分な駆動力が得られる場合においても他方のモータも駆動されるため、鉄道車両の更なる高効率化を図ることができないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のモータが１つの電力変換装置によって駆動される構成であっても鉄道車両の更なる高効率化を図ることができるエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、エンジンで駆動される発電機と、直流共通部に接続可能に構成される直流電力供給源としての電力貯蔵装置と、それぞれが前記直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して前記第１の入出力端とは異なる第２の入出力端側から所望の交流電力を出力し、前記第２の入出力端側から交流電力が入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側から所望の直流電力を出力する第１および第２の電力変換器と、前記第１および第２の電力変換器の双方で駆動可能に構成される第１のモータと、前記第１の電力変換器のみで駆動可能に構成される第２のモータとに区分される複数のモータと、前記発電機の電気的な接続先を、前記第２の電力変換器の第２の入出力端側から前記第１の電力変換器の第２の入出力端側に切り替え、または前記第１のモータの電気的な接続先を、前記第１の電力変換器の第２の入出力端側から前記第２の電力変換器の第２の入出力端側に切り替える開閉器群と、前記第１および第２の電力変換器の動作態様に応じて、前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器および前記開閉器群の動作を制御する制御部と、を備え、前記開閉器群は、一端が前記第１の電力変換器および前記第２のモータに接続される第１の接触器と、一端が前記第１のモータに接続され、他端が前記第１の接触器の他端に接続される第２の接触器と、一端が前記第２の電力変換器に接続される第３の接触器と、一端が前記発電機に接続され、他端が前記第３の接触器の他端に接続される第４の接触器と、一端が前記第１の接触器と前記第２の接触器との接続端に接続され、他端が前記第３の接触器と前記第４の接触器との接続端に接続される第５の接触器とを有し、前記制御部は、ブレーキ時において、前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より低い場合、前記第１の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記第１のモータおよび前記第２のモータからの回生電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に充電させると共に、前記エンジンを駆動して前記発電機を発電させ前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記発電機からの発電電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に充電させ、前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より高い場合、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記直流共通部を介して前記第１の電力変換器から供給される直流電力を交流電力に変換して前記発電機を動作させることを特徴とする。

この発明によれば、複数のモータと第１の電力変換器と第２の電力変換器との間の接続状態が制御装置によって制御されることにより、一方のモータが第１の電力変換器によって駆動され他方のモータが第２の電力変換器によって駆動されるようにしたので、複数のモータが１つの電力変換装置で駆動される構成であっても鉄道車両の更なる高効率化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る推進制御装置の構成図である。 図２は、発車時の各機器の状態を表す図である。 図３は、電力貯蔵装置の貯蔵電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。 図４は、発電機の発電電力と電力貯蔵装置の貯蔵電力とを用いて各モータを駆動する場合の動作を示す図である。 図５は、惰行時の各機器の状態を表す図である。 図６は、ブレーキ時の各機器の状態を示す図である。 図７は、停車時における各機器の状態を表す図である。 図８は、第１の電力変換器が故障した場合における各機器の状態を表す図である。 図９は、第２の電力変換器が故障した場合における各機器の状態を表す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る推進制御装置の構成図である。 図１１は、発車時の各機器の状態を表す図である。 図１２は、電力貯蔵装置の貯蔵電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。 図１３は、各発電機の発電電力と電力貯蔵装置の貯蔵電力とを用いて第１のモータを駆動する場合の動作を示す図である。 図１４は、惰行時の各機器の状態を表す図である。 図１５は、ブレーキ時の各機器の状態を示す図である。 図１６は、停車時における各機器の状態を表す図である。 図１７は、第１の電力変換器が故障した場合における各機器の状態を表す図である。 図１８は、第２の電力変換器が故障した場合における各機器の状態を表す図である。 図１９は、第３の電力変換器が故障した場合における各機器の状態を表す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置（以下、単に「推進制御装置」と称する）について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る推進制御装置の構成図である。実施の形態１に係る推進制御装置は、第１のモータ４と、第２のモータ４Ａと、ディーゼルエンジン７と、発電機５と、第１の電力変換器１と、第２の電力変換器２と、電力貯蔵装置９と、推進制御装置全体の動作を統括する制御装置１００とを主要構成部として構成される。

また、推進制御装置は、これら各主要構成部間に介在して電力の供給経路を自在に変更するための高速度遮断器１０、第１の断流器１１、第２の断流器１２、第３の断流器１３、第４の断流器１４、第１の接触器７１、第２の接触器７２、第３の接触器７３、第４の接触器７４、第５の接触器７５、および第６の接触器７６を備えて構成される。第２の断流器１２には第１の充電抵抗３０が並列に接続され、第４の断流器１４には第２の充電抵抗３１が並列に接続されている。

なお、推進制御装置は、これらの各構成部に加え、第１の電流検出器６０、第２の電流検出器６１、第３の電流検出器６３、第４の電流検出器８０、および第５の電流検出器８１を備えている。また、推進制御装置は、電圧を検出する第１の電圧検出器５０、第２の電圧検出器５１、第３の電圧検出器５３、および第４の電圧検出器５４を備えている。

つぎに、推進制御装置を構成する各部の接続関係および、概略の機能について説明する。ディーゼルエンジン７は、電力を発生する電力供給源の１つである発電機５に接続される。発電機５は、ディーゼルエンジン７により駆動される交流発電機である。すなわち、ディーゼルエンジン７および発電機５は、交流電力供給源として機能する。発電機５は、第１の接触器７１、第４の接触器７４、および第５の接触器７５を介して第１の電力変換器１に接続されると共に、第３の接触器７３および第４の接触器７４を介して第２の電力変換器２に接続される。また、発電機５は、第２の電力変換器２により交流電力が供給されて交流電動機としても動作する。

電力貯蔵装置９は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、フライホイール等を貯蔵手段とする電気エネルギーの貯蔵装置であり、電力を発生する他の電力供給源として、高速度遮断器１０、第１の断流器１１、および第２の断流器１２を介して第１の電力変換器１に接続され、直流電力を充放電する。さらに、電力貯蔵装置９は、高速度遮断器１０、第３の断流器１３、および第４の断流器１４を介して第２の電力変換器２に接続され、直流電力を充放電する。

第１の電力変換器１は、ＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＡＣ変換器として動作する。第１の電力変換器１がＡＣ／ＤＣ変換器として動作するとき、第１の電力変換器１の第１のモータ４側に位置する第２の入出力端Ａ２側には、第１のモータ４からの回生電力、第２のモータ４Ａからの回生電力、または発電機５で発電された交流電力が供給される。第１の電力変換器１ではこれらの回生電力および交流電力が直流電力に変換され、この直流電力は、電力貯蔵装置９に充電される。

第１の電力変換器１がＤＣ／ＡＣ変換器として動作するとき、第１の電力変換器１の直流共通部２０側に位置する第１の入出力端Ａ１側には、電力貯蔵装置９からの直流電力または第２の電力変換器２からの直流電力が供給される。第１の電力変換器１ではこれらの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力は第１のモータ４および第２のモータ４Ａの少なくとも一方に供給される。この交流電力によって第１のモータ４および第２のモータ４Ａが駆動される。なお、第１のモータ４の回転軸と第２のモータ４Ａの回転軸は、それぞれ減速歯車（図示せず）に接続され、各回転軸が回転することにより、減速歯車に設けられた車軸を介して車輪が回転して車両が走行する。

第２の電力変換器２は、ＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＡＣ変換器として動作する。第２の電力変換器２がＡＣ／ＤＣ変換器として動作するとき、第２の電力変換器２の発電機５側に位置する第２の入出力端Ｂ２側には、発電機５で発電された交流電力が供給される。第２の電力変換器２では、この交流電力が直流電力に変換され、この直流電力は電力貯蔵装置９に充電される。

第２の電力変換器２がＤＣ／ＡＣ変換器として動作するとき、第２の電力変換器２の直流共通部２０側に位置する第１の入出力端Ｂ１側には、第１のモータ４からの回生電力、または電力貯蔵装置９からの直流電力が供給される。第１の電力変換器１ではこの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力は第１のモータ４または発電機５に供給される。この交流電力によって第１のモータ４または発電機５が駆動される。

第１のモータ４は、第１の電力変換器１からの交流電力または第２の電力変換器２からの交流電力の供給を受けて、駆動力（推進力）を発生する。第２のモータ４Ａは、第１の電力変換器１からの交流電力の供給を受けて駆動力を発生する。

高速度遮断器１０は、直流共通部２０と電力貯蔵装置９との間に挿入される。第１の断流器１１および第２の断流器１２は、直列に接続されて直流共通部２０と第１の電力変換器１との間に挿入される。第３の断流器１３および第４の断流器１４は、直列に接続されて直流共通部２０と第２の電力変換器２との間に挿入される。第６の接触器７６は、第１の電力変換器１と第２のモータ４Ａとの間に挿入される。第１の接触器７１および第２の接触器７２は、直列に接続されて第１の電力変換器１と第１のモータ４との間に挿入される。第３の接触器７３および第４の接触器７４は、直列に接続されて第２の電力変換器２と発電機５との間に挿入される。

第１の接触器７１と第２の接触器７２は一端同士が接続され、また第３の接触器７３と第４の接触器７４は一端同士が接続される。第１の接触器７１および第２の接触器７２の接続端と、第３の接触器７３および第４の接触器７４の接続端との間には、第５の接触器７５が挿入される。

つぎに、各センサについて説明する。第３の電圧検出器５３は、電力貯蔵装置９の電圧ＥＢを検出する。第３の電流検出器６３は、電力貯蔵装置９に流出入する直流電流ＩＢを検出する。第４の電圧検出器５４は、直流共通部２０の電圧ＥＳを検出する。第１の電圧検出器５０は、第１のフィルタコンデンサ４０の電圧ＥＦＣ１を検出する。第１の電流検出器６０は、第１の電力変換器１に流出入する直流電流ＩＳ１を検出する。第４の電流検出器８０は、第１の電力変換器１に流出入する交流電流ＩＭ１を検出する。同様に、第２の電圧検出器５１は、第２のフィルタコンデンサ４１の電圧ＥＦＣ２を検出する。第２の電流検出器６１は、第２の電力変換器２に流出入する直流電流ＩＳ２を検出する。第５の電流検出器８１は、第２の電力変換器２に流出入する交流電流ＩＭ２を検出する。

第１の速度検出器９０は、第１のモータ４の回転速度（モータ回転速度）ＰＧ１を検出する。第２の速度検出器９１は、発電機５の回転速度（発電機回転速度）ＰＧ２を検出する。第３の速度検出器９３は、第２のモータ４Ａの回転速度（モータ回転速度）ＰＧ３を検出する。

上記の各センサで検出された検出値は、図示のように制御装置１００に入力される。また、制御装置１００には図示しない運転台からの運転指令も入力される。制御装置１００は、運転指令により車両の運転モードを切り替え、各種のセンサからの検出値に基づき、上記した各電力変換器の図示しないスイッチング素子を制御する信号（ＰＷＭ１、ＰＷＭ２）、高速度遮断器１０のオン／オフを制御する信号（ＨＢ）、各断流器のオン／オフを制御する信号（ＬＢ１１〜２２）、各接触器のオン／オフを制御する信号（ＬＳ１１〜２２）を生成して制御対象の各部に出力する。また、制御装置１００にはそれらの機器からのアンサーバックが入力される。

なお、図１では、煩雑さを避けるため、遮断器、各断流器および各接触器に対する制御信号の図示を省略している。また、図１では、ディーゼルエンジン７、発電機５、第１のモータ４、第２のモータ４Ａ、および電力貯蔵装置９が、それぞれ「ＥＮＧ１」、「Ｇ１」、「Ｍ１」、「Ｍ２」、「ＢＡＴ」と表記される。また、第１の電力変換器１および第２の電力変換器２に関しては、その機能に着目した表記としており、例えば、第１の電力変換器１がＡＣ／ＤＣ変換器として動作する場合が「ＣＮＶ１」であり、ＤＣ／ＡＣ変換器として動作する場合が「ＩＮＶ１」である。同様に、第２の電力変換器２がＡＣ／ＤＣ変換器として動作する場合が「ＣＮＶ２」であり、ＤＣ／ＡＣ変換器として動作する場合が「ＩＮＶ２」である。

つぎに、実施の形態１に係る推進制御装置における各モード別の動作について説明する。図２は、発車時の各機器の状態を表す図である。発車を示す運転指令が制御装置１００に入力された場合、制御装置１００は、ディーゼルエンジン７の騒音を低減するため、発電機５を使用せず、第１の電力変換器１をインバータ動作させて電力貯蔵装置９からの直流電力を交流電力に変換して、第１のモータ４および第２のモータ４Ａを駆動する。

具体的に説明すると、制御装置１００は、電力貯蔵装置９の電圧ＥＢが正常な範囲の電圧であることを確認したとき、高速度遮断器１０をオンにする。また、制御装置１００は、直流共通部２０の電圧ＥＳが正常な範囲の電圧であることを確認したとき、第１の断流器１１をオンにする。そして、第１の充電抵抗３０で電流が制限されながら第１のフィルタコンデンサ４０が充電される。制御装置１００は、第１のフィルタコンデンサ４０が所定の電圧まで充電されたことを、第１の電圧検出器５０で検出すると第２の断流器１２をオンし、第１の充電抵抗３０を短絡する。また、制御装置１００は、第５の接触器７５がオフであることを確認して、第６の接触器７６をオン、第１の接触器７１をオン、第２の接触器７２をオン、第３の接触器７３をオフ、第４の接触器７４をオフにする。そして、制御装置１００は、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させる。

第１の電力変換器１では、電力貯蔵装置９からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により第１のモータ４および第２のモータ４Ａが駆動され、車両が走行する。なお、その他の機器はオフの状態とする。この動作によれば、電力貯蔵装置９の貯蔵電力を用いて第１のモータ４および第２のモータ４Ａが駆動されるため、ディーゼルエンジン７の騒音を低減できる。

図３は、電力貯蔵装置９の貯蔵電力を用いてディーゼルエンジン７の始動を行う場合の動作を示す図である。エンジンハイブリッド鉄道車両が所定の速度に達したとき（所定の走行距離、所定の経過時間、運転士の操作、鉄道システムからの指令でもよい）、制御装置１００は、第３の断流器１３をオンし、第２の充電抵抗３１で電流を制限しながら、第２のフィルタコンデンサ４１を充電する。制御装置１００は、第２の電圧検出器５１で検出された電圧ＥＦＣ２により、第２のフィルタコンデンサ４１が所定の電圧まで充電されたことを確認したとき、第４の断流器１４をオンし、第２の充電抵抗３１を短絡する。また、制御装置１００は、第５の接触器７５がオフであることを確認して、第３の接触器７３をオン、第４の接触器７４をオンにする。そして、制御装置１００は、第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ２）として動作させる。

第２の電力変換器２では、電力貯蔵装置９からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により発電機５をモータとして動作させ、ディーゼルエンジン７を始動する。

図４は、発電機５の発電電力と電力貯蔵装置９の貯蔵電力とを用いて各モータを駆動する場合の動作を示す図である。図３の動作でディーゼルエンジン７が始動した場合、制御装置１００は、第２の電力変換器２のインバータ動作を一旦停止させた後に、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として再起動させる。そして、制御装置１００は、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させる。

第１の電力変換器１では、電力貯蔵装置９および第２の電力変換器２からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により第１のモータ４および第２のモータ４Ａが駆動され、車両が加速する。

図５は、惰行時の各機器の状態を表す図である。運転台からの力行指令がオフされると、制御装置１００は、第１の電力変換器１のインバータ動作を停止させ、第１の断流器１１をオフ、第２の断流器１２をオフにする。このとき、電力貯蔵装置９の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が低い場合、ディーゼルエンジン７で駆動される発電機５の発電が継続され、その発電電力は第２の電力変換器２で直流電力に変換されて電力貯蔵装置９に充電される。なお、電力貯蔵装置９のＳＯＣの値は、図示しない電池監視装置からの情報や、電力貯蔵装置９の電圧ＥＢ、電流ＩＢなどから求める。

図６は、ブレーキ時の各機器の状態を示す図である。ブレーキ時には、制御装置１００は第１のモータ４および第２のモータ４Ａを発電機として動作させ、これらのモータからの回生電力が第１の電力変換器１に入力される。制御装置１００は、第１の電力変換器１をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ１）として動作させ、第１の電力変換器１では第１のモータ４および第２のモータ４Ａからの回生電力が直流電力に変換され（回生ブレーキ）、この直流電力は電力貯蔵装置９に充電される。

このとき、回生電力による充電だけでは電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低い場合、制御装置１００はディーゼルエンジン７を駆動させ、発電機５からの発電電力が第２の電力変換器２に入力される。また、制御装置１００は、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として動作させ、第２の電力変換器２では発電機５からの発電電力が直流電力に変換され、この直流電力は電力貯蔵装置９に充電される。

一方、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合や電力貯蔵装置９が充電できない場合、制御装置１００は、第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ２）として動作させる。第１の電力変換器１からの直流電力は直流共通部２０を介して第２の電力変換器２に入力され、第２の電力変換器２はこの直流電力を交流電力に変換して、発電機５をモータとして動作させる。従って、ディーゼルエンジン７がエンジンブレーキ（さらには排気ブレーキ）として動作し、電力が消費される。なお、図６には、説明を簡単化するため、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合における状態が示されている。

図６に示される動作により、回生ブレーキを継続することができ、ブレーキシューの消耗を抑制できる。そのため、ブレーキシューの消耗に伴う異臭を抑制することができると共に、ブレーキシューの寿命が延びさらにその交換周期が延びコストを低減することができる。

図７は、停車時における各機器の状態を表す図である。車両が停車している場合において、例えば図示しない補助電源装置による車内の電力消費量（照明や空調等）が多いとき、あるいは電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低いとき、制御装置１００はディーゼルエンジン７を駆動させ、発電機５からの発電電力が第２の電力変換器２に入力される。また、制御装置１００は、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として動作させ、第２の電力変換器２では発電機５からの発電電力が直流電力に変換され、この直流電力が電力貯蔵装置９に充電される。

なお、電力貯蔵装置９のＳＯＣが高い場合や図示しない補助電源装置による車両内の電力消費量が少ない場合、制御装置１００は、ディーゼルエンジン７を停止させる。このことによりディーゼルエンジン７の騒音低減や燃料消費を抑えることが出来る。

図８は、第１の電力変換器１が故障した場合における各機器の状態を表す図である。制御装置１００は、第１の電力変換器１の故障を検出した場合、まず、第１の断流器１１、第２の断流器１２、第１の接触器７１、および第６の接触器７６をオフする。このことにより、第１の電力変換器１の第１の入出力端Ａ１が電力貯蔵装置９から切り離され、第１の電力変換器１の第２の入出力端Ａ２が第１のモータ４および第２のモータ４Ａから切り離される。

次に、制御装置１００は、第２の電力変換器２のコンバータ動作を停止させ、さらに第４の接触器７４をオフする。このことにより、第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２が発電機５から切り離される。

その後、制御装置１００は、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合、第５の接触器７５をオンし、第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ２）として動作させる。第２の電力変換器２は、電力貯蔵装置９からの直流電力を交流電力に変換して第１のモータ４を駆動する。なお、図８には、説明を簡単化するため、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合における状態が示されている。

一方、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低い場合、制御装置１００は、第２の電力変換器２のインバータ動作を停止させる。また、制御装置１００は、第５の接触器７５をオフし、第４の接触器７４をオンする。このことにより、第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２が第１のモータ４から切り離される。その後、制御装置１００は、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として動作させる。第２の電力変換器２は、発電機５からの発電電力を直流電力に変換し、電力貯蔵装置９を充電する。

第２の電力変換器２によるインバータ動作とコンバータ動作とが繰り返されることにより、第１の電力変換器１が故障した場合でも本線上で立ち往生しダイヤを乱すことなく最寄の駅等に退避でき、さらには車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限までディーゼルエンジン７を駆動し車両を走行させることが可能である。

図９は、第２の電力変換器２が故障した場合における各機器の状態を表す図である。制御装置１００は、第２の電力変換器２の故障を検出した場合、図９に示されるように、第３の断流器１３、第４の断流器１４、および第３の接触器７３をオフする。このことにより、第２の電力変換器２の第１の入出力端Ｂ１が電力貯蔵装置９から切り離され、第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２が発電機５から切離される。

このとき、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合、制御装置１００は、第５の接触器７５をオフし、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させることで、電力貯蔵装置９の貯蔵電力を用いて第１のモータ４および第２のモータ４Ａを駆動させる。

一方、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低い場合、制御装置１００は、第１の電力変換器１のインバータ動作を停止させ、さらに第２の接触器７２および第６の接触器７６をオフする。このことにより、第１の電力変換器１の第２の入出力端Ａ２が第１のモータ４および第２のモータ４Ａから切り離される。その後、制御装置１００は、第５の接触器７５をオンし、第１の電力変換器１をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ１）として動作させる。第１の電力変換器１では発電機５の発電電力が直流電力に変換され、この直流電力が電力貯蔵装置９に充電される。

第１の電力変換器１によるインバータ動作とコンバータ動作とが繰り返されることにより、第２の電力変換器２が故障した場合でも本線上で立ち往生しダイヤを乱すことなく最寄の駅等に退避でき、さらには車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限までディーゼルエンジン７を駆動し車両を走行させることが可能である。

なお、実施の形態１では、例えば図２に示されるように２台のモータが第１の電力変換器１によって制御される例が示されているが、一方のモータが第１の電力変換器１で制御され、他方のモータが第２の電力変換器２で制御されるように構成してもよい。例えば車両の負荷や路線状態に応じて、制御装置１００は、第６の接触器７６をオン、第１の接触器７１をオフ、第２の接触器７２をオン、第３の接触器７３をオン、第４の接触器７４をオフ、第５の接触器７５をオンにし、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させ、第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ２）として動作させる。従って、第２のモータ４Ａは第１の電力変換器１によって制御され、第１のモータ４は第２の電力変換器２によって制御される。この動作によれば、複数のモータが１つの電力変換装置で駆動される場合に比べて、各モータを個別に制御することができるため、車両性能の向上を図ることができる。

また、実施の形態１では、１つの第１のモータ４と１つの第２のモータ４Ａが用いられているが、第１のモータ４と第２のモータ４Ａの数はこれに限定されるものではなく、第１のモータ４と第２のモータ４Ａはそれぞれ複数であってもよいし、一方のモータのみが２台以上であってもよい。なお、第１の電力変換器１が２台以上用いられる場合、第１の接触器７１と第２の接触器７２は、第１の電力変換器１と各第１のモータ４との間にそれぞれ設けられる。また、第５の接触器７５は、第１のモータ４に対応付けて複数設けられる。

以上説明したように、実施の形態１に係る推進制御装置によれば、ディーゼルエンジン７で駆動される発電機５と、直流共通部２０に接続可能に構成される直流電力供給源としての電力貯蔵装置９と、それぞれが前記直流共通部２０に接続可能に構成され、前記直流共通部２０からの直流電力が第１の入出力端Ａ１側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して前記第１の入出力端Ａ１、Ｂ１とは異なる第２の入出力端側Ａ２、Ｂ２から所望の交流電力を出力し、前記第２の入出力端Ａ２、Ｂ２側から交流電力が入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第１の入出力端Ａ１、Ｂ１側から所望の直流電力を出力する第１および第２の電力変換器１、２と、第１および第２の電力変換器の双方で駆動可能に構成される第１のモータ４と、第１の電力変換器１のみで駆動可能に構成される第２のモータ４Ａとに区分される複数のモータと、発電機５の電気的な接続先を、前記第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２側から第１の電力変換器１の第２の入出力端Ａ２側に切り替え、または前記第１のモータ４の電気的な接続先を、前記第１の電力変換器１の第２の入出力端Ａ２側から前記第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２側に切り替える開閉器群（７１、７２、７３、７４、７５）と、第１および第２の電力変換器１、２の動作態様に応じて、前記第１の電力変換器１、前記第２の電力変換器２および前記開閉器群の動作を制御する制御部（制御装置１００）と、を備えるように構成されている。この構成により、複数のモータと第１の電力変換器１と第２の電力変換器２との間の接続状態が制御され、一方のモータが第１の電力変換器１によって駆動され、他方のモータが第２の電力変換器２によって駆動される。その結果、複数のモータ（４、４Ａ）が１つの電力変換装置（１）で制御される構成であっても鉄道車両の更なる高効率化を図ることができる。また、複数のモータが１つの電力変換装置で駆動される場合に比べて、各モータを個別に制御することができるため、車両性能の向上を図ることができる。

また、実施の形態１に係る制御装置１００は、前記第１の電力変換器１が故障した場合、前記電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低いときには、前記第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記発電機５に前記第２の電力変換器２からの交流電力を供給させ、前記ディーゼルエンジン７が始動した後に前記第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記電力貯蔵装置９に前記第２の電力変換器２からの直流電力を供給させ、前記電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高いときには、前記第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第１のモータ４に前記第２の電力変換器２からの交流電力を供給させるように構成されている。従って、第２の電力変換器２によるインバータ動作とコンバータ動作とが繰り返され、第１の電力変換器１が故障した場合でも本線上で立ち往生しダイヤを乱すことなく最寄の駅等に退避でき、さらには車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限までディーゼルエンジン７を駆動し車両を走行させることが可能である。

また、実施の形態１に係る前記制御装置１００は、前記第２の電力変換器２が故障した場合、前記電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低いときには、前記第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記発電機５に前記第１の電力変換器１からの交流電力を供給させ、前記ディーゼルエンジン７が始動した後に前記第１の電力変換器１をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記電力貯蔵装置９に前記第１の電力変換器１からの直流電力を供給させ、前記電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高いときには、前記第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第１のモータ４に前記第１の電力変換器１からの交流電力を供給させるように構成されている。従って、第１の電力変換器１によるインバータ動作とコンバータ動作とが繰り返され、第２の電力変換器２が故障した場合でも本線上で立ち往生しダイヤを乱すことなく最寄の駅等に退避でき、さらには車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限までディーゼルエンジン７を駆動し車両を走行させることが可能である。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る推進制御装置の構成図である。実施の形態１との相違点は、直流共通部２０に接続された第３の電力変換器３と、第３の電力変換器３に接続された発電機５Ａと、発電機５Ａに接続されたディーゼルエンジン７Ａとが追加されている点と、制御装置１００の代わりに制御装置１１０が用いられている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

実施の形態２に係る推進制御装置は、第１のモータ４と、第２のモータ４Ａと、ディーゼルエンジン７と、発電機５と、ディーゼルエンジン７Ａと、発電機５Ａと、制御装置１１０と、第１の電力変換器１と、第２の電力変換器２と、第３の電力変換器３と、電力貯蔵装置９と、を主要構成部として構成される。図１０では、説明を簡単化するため第２のモータ４Ａが省略されているが、実施の形態１と同様に第２のモータ４Ａを設けてもよいし、第２のモータ４Ａを省いて構成してもよい。

実施の形態２に係る推進制御装置には２つのディーゼルエンジン７、７Ａが用いられ、ディーゼルエンジン７Ａは、電力を発生する電力供給源の１つである発電機５Ａに接続される。発電機５Ａは、ディーゼルエンジン７Ａにより駆動される交流発電機であり、第３の電力変換器３により交流電力が供給されて交流電動機としても動作する。

第３の電力変換器３は、ＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＡＣ変換器として動作する。第３の電力変換器３がＡＣ／ＤＣ変換器として動作するとき、第３の電力変換器３の発電機５Ａ側に位置する第２の入出力端Ｃ２側には、発電機５Ａで発電された交流電力が供給される。第３の電力変換器３ではこの交流電力が直流電力に変換され、この直流電力は電力貯蔵装置９に充電される。

第３の電力変換器３がＤＣ／ＡＣ変換器として動作するとき、第３の電力変換器３の直流共通部２０側に位置する第１の入出力端Ｃ１側には、電力貯蔵装置９からの直流電力が供給される。第３の電力変換器３ではこの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力は発電機５Ａに供給され、発電機５Ａが駆動される。

第５の断流器１５および第６の断流器１６は、直列に接続されて直流共通部２０と第３の電力変換器３との間に挿入される。第５の電圧検出器５２は、第３のフィルタコンデンサ４２の電圧ＥＦＣ３を検出する。第４の電流検出器６２は、第３の電力変換器３に流出入する直流電流ＩＳ３を検出する。第６の電流検出器８２は、第３の電力変換器３に流出入する交流電流ＩＭ３を検出する。第４の速度検出器９２は、発電機５Ａの回転速度（発電機回転速度）ＰＧ４を検出する。これらの各センサで検出された検出値は、制御装置１１０に入力される。なお、制御装置１１０には、これらの検出値の他にも、実施の形態１の制御装置１００に入力される検出値と同等のものが入力され、さらに図示しない運転台からの運転指令も入力される。

制御装置１１０は、運転指令により車両の運転モードを切り替え、各種のセンサからの検出値に基づき、上記した各電力変換器の図示しないスイッチング素子を制御する信号（ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３）、高速度遮断器１０のオン／オフを制御する信号（ＨＢ）、各断流器のオン／オフを制御する信号（ＬＢ１１〜３２）、各接触器のオン／オフを制御する信号（ＬＳ１１〜２２）を生成して制御対象の各部に出力する。また、制御装置１１０にはそれらの機器のアンサーバックが入力される。

なお、図１０では、ディーゼルエンジン７Ａ、発電機５Ａがそれぞれ「ＥＮＧ２」、「Ｇ２」と表記される。また、第３の電力変換器３に関しては、その機能に着目した表記としており、第３の電力変換器３がＡＣ／ＤＣ変換器として動作する場合が「ＣＮＶ３」であり、ＤＣ／ＡＣ変換器として動作する場合が「ＩＮＶ３」である。

つぎに、実施の形態２に係る推進制御装置における各モード別の動作について説明する。

図１１は、発車時の各機器の状態を表す図である。発車を示す運転指令が制御装置１１０に入力された場合、制御装置１１０は、ディーゼルエンジン７およびディーゼルエンジン７Ａの騒音を低減するため、第１の電力変換器１をインバータ動作させる。第１の電力変換器１では電力貯蔵装置９からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により第１のモータ４が駆動する。

具体的に説明すると、制御装置１１０は、電力貯蔵装置９の電圧ＥＢが正常な範囲の電圧であることを確認したとき、高速度遮断器１０をオンにする。また、制御装置１１０は、直流共通部２０の電圧ＥＳが正常な範囲の電圧であることを確認したとき、第１の断流器１１をオンにする。そして、第１の充電抵抗３０で電流が制限されながら第１のフィルタコンデンサ４０が充電される。制御装置１１０は、第１のフィルタコンデンサ４０が所定の電圧まで充電されたことを、第１の電圧検出器５０で検出すると第２の断流器１２をオンし、第１の充電抵抗３０を短絡する。また、制御装置１１０は、第５の接触器７５がオフであることを確認して、第１の接触器７１をオン、第２の接触器７２をオン、第３の接触器７３をオフ、第４の接触器７４をオフにする。そして、制御装置１１０は、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させる。第１の電力変換器１では、電力貯蔵装置９からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により第１のモータ４が駆動され、車両が走行する。なお、その他の機器はオフの状態とする。この動作によれば、電力貯蔵装置９の貯蔵電力を用いて第１のモータ４が駆動されるため、ディーゼルエンジン７、７Ａの騒音が低減される。

図１２は、電力貯蔵装置９の貯蔵電力を用いてディーゼルエンジン７、７Ａの始動を行う場合の動作を示す図である。エンジンハイブリッド鉄道車両が所定の速度に達したとき（所定の走行距離、所定の時間、運転士の操作、鉄道システムからの指令でもよい）、制御装置１１０は、第３の断流器１３をオンし、第２の充電抵抗３１で電流を制限しながら、第２のフィルタコンデンサ４１を充電する。制御装置１１０は、第２の電力変換器５１で検出された電圧により、第２のフィルタコンデンサ４１が所定の電圧まで充電されたことを確認したとき、第４の断流器１４をオンし、第２の充電抵抗３１を短絡する。また、制御装置１１０は、第５の接触器７５がオフであることを確認して、第３の接触器７３をオン、第４の接触器７４をオンにする。そして、制御装置１１０は、第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ２）として動作させる。第２の電力変換器２では、電力貯蔵装置９からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により発電機５をモータとして動作させ、ディーゼルエンジン７を始動する。

同様に、制御装置１１０は、第５の断流器１５をオンし、第３の充電抵抗３２で電流を制限しながら、第３のフィルタコンデンサ４２を充電する。制御装置１１０は、第５の電圧検出器５２で検出された電圧により、第３のフィルタコンデンサ４２が所定の電圧まで充電されたことを確認したとき、第６の断流器１６をオンし、第３の充電抵抗３２を短絡する。そして、制御装置１１０は、第３の電力変換器３をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ３）として動作させる。第３の電力変換器３では、電力貯蔵装置９からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により発電機５Ａをモータとして動作させ、ディーゼルエンジン７Ａを始動する。

なお、実施の形態２に係る推進制御装置では、ディーゼルエンジン７とディーゼルエンジン７Ａの始動タイミングをずらすことにより、電力貯蔵装置９からの放電電力の最大値を低減でき、電力貯蔵装置９の劣化を抑制することができ寿命を延ばすことができる。例えば、ディーゼルエンジン７が始動したことを制御装置１１０で確認された後に、ディーゼルエンジン７Ａを始動するように構成してもよい。このように構成すれば、車両の周辺状況により、例えば車両が駅などの人の多い場所の近傍に存在するような場合には、ディーゼルエンジン７、７Ａの騒音による影響を低減することができる。なお、２つのディーゼルエンジン７、７Ａはどちらから始動してもよい。

図１３は、各発電機の発電電力と電力貯蔵装置９の貯蔵電力とを用いて第１のモータ４を駆動する場合の動作を示す図である。図１２に示される動作によりディーゼルエンジン７が始動した場合、制御装置１１０は、第２の電力変換器２のインバータ動作を一旦停止させた後に、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として再起動させる。同様に、制御装置１１０は、第３の電力変換器３のインバータ動作を一旦停止させた後に、第３の電力変換器３をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ３）として再起動させる。そして、制御装置１１０は、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させる。第１の電力変換器１では、電力貯蔵装置９、第２の電力変換器２、および第３の電力変換器３からの直流電力が交流電力に変換され、この交流電力により第１のモータ４が駆動され、車両が加速する。

図１４は、惰行時の各機器の状態を表す図である。運転台からの力行指令がオフされると、制御装置１１０は、第１の電力変換器１のインバータ動作を停止させ、第１の断流器１１をオフ、第２の断流器１２をオフにする。このとき、電力貯蔵装置９の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が低い場合、ディーゼルエンジン７で駆動される発電機５の発電が継続され、その発電電力は、第２の電力変換器２で直流電力に変換されて電力貯蔵装置９に充電される。同様に、ディーゼルエンジン７Ａで駆動される発電機５Ａの発電が継続され、その発電電力は、第３の電力変換器３で直流電力に変換されて電力貯蔵装置９に充電される。電力貯蔵装置９のＳＯＣの値によっては、ディーゼルエンジン７、７Ａの何れかを停止して合計の発電電力を低減させてもよくディーゼルエンジンの騒音を低減できる。

図１５は、ブレーキ時の各機器の状態を示す図である。ブレーキ時には、制御装置１１０は、第１のモータ４を発電機として動作させ、第１のモータ４からの回生電力が第１の電力変換器１に入力される。制御装置１１０は、第１の電力変換器１をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ１）として動作させ、第１の電力変換器１は、第１のモータ４からの回生電力を直流電力に変換し、電力貯蔵装置９を充電する。

このとき、回生電力による充電だけでは電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低い場合、制御装置１１０は、ディーゼルエンジン７を駆動させ、発電機５からの発電電力が第２の電力変換器２に入力される。また、制御装置１１０は、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として動作させ、第２の電力変換器２は、発電機５からの発電電力を直流電力に変換し、電力貯蔵装置９を充電する。同様に、制御装置１１０は、ディーゼルエンジン７Ａを駆動させ、発電機５Ａからの発電電力が第３の電力変換器３に入力される。また、制御装置１１０は、第３の電力変換器３をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ３）として動作させ、第３の電力変換器３は、発電機５Ａからの発電電力を直流電力に変換し、電力貯蔵装置９を充電する。

一方、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合や電力貯蔵装置９が充電できない場合、制御装置１１０は、第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ２）として動作させる。第１の電力変換器１からの直流電力は、第２の電力変換器２に入力され、第２の電力変換器２は、この直流電力を交流電力に変換して発電機５をモータとして動作させ、ディーゼルエンジン７をエンジンブレーキ（さらには排気ブレーキ）として動作させ電力を消費させる。同様に、制御装置１１０は、第３の電力変換器３をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ３）として動作させる。第１の電力変換器１からの直流電力は、第３の電力変換器３に入力され、第３の電力変換器３は、この直流電力を交流電力に変換して発電機５Ａをモータとして動作させ、ディーゼルエンジン７Ａをエンジンブレーキ（さらには排気ブレーキ）として動作させ電力を消費させる。なお、図１５には、説明を簡単化するため、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合における状態が示されている。

図１５に示される動作により、回生ブレーキを継続することができ、ブレーキシューの消耗を抑制できる。そのため、ブレーキシューの消耗に伴う異臭を抑制することができると共に、ブレーキシューの寿命が延びその交換周期が延びコストを低減することができる。また、実施の形態２に係る推進制御装置は、ディーゼルエンジン７、７Ａの何れかのみをエンジンブレーキとして動作させるように構成してもよい。このように構成すれば、ディーゼルエンジン７、７Ａの騒音を低減することができる。

図１６は、停車時における各機器の状態を表す図である。制御装置１１０は、車両が停車している場合において、例えば図示しない補助電源装置による車内の電力消費量などが多いとき、あるいは電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低いとき、制御装置１１０はディーゼルエンジン７を駆動させ、発電機５からの発電電力が第２の電力変換器２に入力される。また、制御装置１１０は、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として動作させ、第２の電力変換器２は、発電機５からの発電電力を直流電力に変換し、電力貯蔵装置９を充電する。

同様に、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低いときなどには、制御装置１１０はディーゼルエンジン７Ａを駆動させ、発電機５Ａからの発電電力が第３の電力変換器３に入力される。また、制御装置１１０は、第３の電力変換器３をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ３）として動作させ、第３の電力変換器３は、発電機５Ａからの発電電力を直流電力に変換し、電力貯蔵装置９を充電する。

電力貯蔵装置９のＳＯＣが高い場合や図示しない補助電源装置による車両内の電力消費量が少ない場合、制御装置１１０は、ディーゼルエンジン７またはディーゼルエンジン７Ａを停止させる。このことにより騒音低減や燃料消費を抑えることが出来る。

図１７は、第１の電力変換器１が故障した場合における各機器の状態を表す図である。制御装置１１０は、第１の電力変換器１の故障を検出した場合、まず、第１の断流器１１、第２の断流器１２、および第１の接触器７１をオフする。このことにより、第１の電力変換器１の第１の入出力端Ａ１が電力貯蔵装置９から切り離され、第１の電力変換器１の第２の入出力端Ａ２が第１のモータ４から切離される。

次に、制御装置１１０は、第２の電力変換器２のコンバータ動作を停止させ、さらに第４の接触器７４をオフする。このことにより、第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２が発電機５から切り離される。その後、制御装置１１０は、第５の接触器７５をオンし、第２の電力変換器２をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ２）として動作させ、第３の電力変換器３をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ３）として動作させる。このことにより、第３の電力変換器３で変換された直流電力が第２の電力変換器２に供給され、第２の電力変換器２は、電力貯蔵装置９および第３の電力変換器３からの直流電力を交流電力に変換して第１のモータ４を駆動する。

このように実施の形態２に係る推進制御装置では、第１の電力変換器１が故障した場合でも、第２の電力変換器２をインバータ動作させると共に第３の電力変換器３をコンバータ動作させることができる。そのため、車両に搭載の燃料タンクの軽油の容量の下限までディーゼルエンジン７Ａを駆動し車両を走行させることができると共に、第１のモータ４を継続的に駆動することができ、実施の形態１に比べて車両速度を高めることが可能であり、または走行距離を延ばすことができる。

図１８は、第２の電力変換器２が故障した場合における各機器の状態を表す図である。制御装置１１０は、第２の電力変換器２の故障を検出した場合、図１８に示されるように、第３の断流器１３、第４の断流器１４、および第３の接触器７３をオフする。このことにより、第２の電力変換器２の第１の入出力端Ｂ１が電力貯蔵装置９から切り離され、第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２が発電機５から切離される。

このとき、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合、制御装置１１０は、第５の接触器７５をオフし、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させ、第３の電力変換器３をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ３）として動作させる。このことにより、第３の電力変換器３で変換された直流電力が第１の電力変換器１に供給され、第１の電力変換器１は、電力貯蔵装置９および第３の電力変換器３からの直流電力を交流電力に変換して第１のモータ４を駆動する。

このように実施の形態２に係る推進制御装置では、第２の電力変換器２が故障した場合でも、第１の電力変換器１をインバータ動作させると共に第３の電力変換器３をコンバータ動作させることができる。そのため、車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限ディーゼルエンジン７Ａを駆動し車両を走行させることができると共に、第１のモータ４を継続的に駆動することができるため、実施の形態１に比べて車両速度を高めることが可能であり、または走行距離を延ばすことができる。

図１９は、第３の電力変換器３が故障した場合における各機器の状態を表す図である。制御装置１１０は、第３の電力変換器３の故障を検出した場合、図１９に示されるように、第５の断流器１５、第６の断流器１６をオフする。このことにより、第３の電力変換器３の第１の入出力端Ｃ１が電力貯蔵装置９から切り離され、第３の電力変換器３の第２の入出力端Ｃ２が発電機５Ａから切離される。

このとき、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より高い場合、制御装置１１０は、第５の接触器７５をオフし、第１の電力変換器１をＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ１）として動作させ、第２の電力変換器２をＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ２）として動作させる。このことにより、第２の電力変換器２で変換された直流電力が第１の電力変換器１に供給され、第１の電力変換器１は、電力貯蔵装置９および第２の電力変換器２からの直流電力を交流電力に変換して第１のモータ４を駆動する。

このように実施の形態２に係る推進制御装置では、第３の電力変換器３が故障した場合でも、第１の電力変換器１をインバータ動作させると共に第２の電力変換器２をコンバータ動作させることができる。そのため、車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限までディーゼルエンジン７を駆動し車両を走行させることができると共に、第１のモータ４を継続的に駆動することができるため、実施の形態１に比べて車両速度を高めることが可能であり、または走行距離を延ばすことができる。

以上に説明したように、実施の形態２に係る推進制御装置では、前記発電機が、それぞれが第１のエンジン（７）と第２のエンジン（７Ａ）で駆動される第１の発電機（５）と第２の発電機（５Ａ）とに区分され、直流共通部２０に接続可能に構成され、前記直流共通部２０からの直流電力が第１の入出力端Ｃ１側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して第１の入出力端Ｃ１とは異なる第２の入出力端Ｃ２側から所望の交流電力を出力して前記第２の発電機５Ａに供給し、前記第２の発電機５Ａからの交流電力が第２の入出力端Ｃ２側から入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作して第１の入出力端Ｃ１側から所望の直流電力を出力する第３の電力変換器３と、を備え、制御装置１１０は、前記第１の電力変換器１が故障した場合、前記第３の電力変換器３をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第２の発電機５Ａに前記第３の電力変換器３からの交流電力を供給させ、前記発電機５Ａが始動した後に前記第３の電力変換器３をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記直流共通部２０に前記第３の電力変換器３からの直流電力を供給させるように構成されている。従って、第１の電力変換器１が故障した場合でも、第２の電力変換器２をインバータ動作させると共に第３の電力変換器３をコンバータ動作させることができ、車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限までディーゼルエンジンを駆動し車両を走行させることができると共に、実施の形態１に比べて車両速度を高めることが可能であり、または走行距離を延ばすことができる。

また、実施の形態２に係る制御装置１１０は、第２の電力変換器２が故障した場合、電力貯蔵装置９のＳＯＣが所定の値より低いときには、前記第３の電力変換器３をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第２の発電機に前記第３の電力変換器３からの交流電力を供給させ、第２のエンジン（７Ａ）が始動した後に前記第３の電力変換器３をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記直流共通部２０に前記第３の電力変換器３からの直流電力を供給させるように構成されている。従って、第２の電力変換器２が故障した場合でも、第１の電力変換器１をインバータ動作させると共に第３の電力変換器３をコンバータ動作させることができ、車両に搭載の燃料タンク（図示しない）の軽油の容量の下限までディーゼルエンジンを駆動し車両を走行させることができると共に、実施の形態１に比べて車両速度を高めることが可能であり、または走行距離を延ばすことができる。

なお、実施の形態１、２では、第１のモータ４と第２のモータ４Ａが用いられているが、第１のモータ４のみを用いる場合にも同様の効果を得ることができる。すなわち、実施の形態１、２にかかる推進制御装置は、第１の電力変換器１で駆動可能に構成されるモータ４と、発電機５の電気的な接続先を、前記第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２側から第１の電力変換器１の第２の入出力端Ａ２側に切り替え、または前記モータ（４）の電気的な接続先を、前記第１の電力変換器１の第２の入出力端Ａ２側から前記第２の電力変換器２の第２の入出力端Ｂ２側に切り替える開閉器群（７１、７２、７３、７４、７５）と、第１および第２の電力変換器１、２の動作態様に応じて、前記第１の電力変換器１、前記第２の電力変換器２および前記開閉器群の動作を制御する制御部（制御装置１００、１１０）と、を備えるように構成されている。この構成により、モータ（４）と第１の電力変換器１と第２の電力変換器２との間の接続状態が制御され、モータ（４）が第１の電力変換器１または第２の電力変換器２によって駆動される。

また、実施の形態１、２に述べた第１の入出力端側は、例えばスイッチング素子を直列に接続し、その直列接続されたスイッチング素子を複数並列して接続した端子側を表し、第２の入出力端側は、スイッチング素子を直列に接続し、その直列接続点の端子側を表す。

また、本実施の形態に示した、エンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、エンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置に適用可能であり、特に、複数のモータが１つの電力変換装置によって駆動される構成であっても鉄道車両の更なる高効率化を図ることができる発明として有用である。

１ 第１の電力変換器、２ 第２の電力変換器、３ 第３の電力変換器、４ 第１のモータ、４Ａ 第２のモータ、５ 発電機（第１の発電機）、５Ａ 発電機（第２の発電機）、７ ディーゼルエンジン（第１のエンジン）、７Ａ ディーゼルエンジン（第２のエンジン）、９ 電力貯蔵装置、１０ 高速度遮断器、１１ 第１の断流器、１２ 第２の断流器、１３ 第３の断流器、１４ 第４の断流器、１５ 第５の断流器、１６ 第６の断流器、２０ 直流共通部、３０ 第１の充電抵抗、３１ 第２の充電抵抗、３２ 第３の充電抵抗、４０ 第１のフィルタコンデンサ、４１ 第２のフィルタコンデンサ、４２ 第３のフィルタコンデンサ、５０ 第１の電圧検出器、５１ 第２の電圧検出器、５２ 第５の電圧検出器、５３ 第３の電圧検出器、５４ 第４の電圧検出器、６０ 第１の電流検出器、６１ 第２の電流検出器、６２ 第４の電流検出器、６３ 第３の電流検出器、７１ 第１の接触器、７２ 第２の接触器、７３ 第３の接触器、７４ 第４の接触器、７５ 第５の接触器、７６ 第６の接触器、８０ 第４の電流検出器、８１ 第５の電流検出器、８２ 第６の電流検出器、９０ 第１の速度検出器、９１ 第２の速度検出器、９２ 第４の速度検出器、９３ 第３の速度検出器、１００，１１０ 制御装置（制御部）。

Claims (6)

1. エンジンで駆動される発電機と、
   直流共通部に接続可能に構成される直流電力供給源としての電力貯蔵装置と、
   それぞれが前記直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して前記第１の入出力端とは異なる第２の入出力端側から所望の交流電力を出力し、前記第２の入出力端側から交流電力が入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側から所望の直流電力を出力する第１および第２の電力変換器と、
   前記第１および第２の電力変換器の双方で駆動可能に構成される第１のモータと、前記第１の電力変換器のみで駆動可能に構成される第２のモータとに区分される複数のモータと、
   前記発電機の電気的な接続先を、前記第２の電力変換器の第２の入出力端側から前記第１の電力変換器の第２の入出力端側に切り替え、または前記第１のモータの電気的な接続先を、前記第１の電力変換器の第２の入出力端側から前記第２の電力変換器の第２の入出力端側に切り替える開閉器群と、
   前記第１および第２の電力変換器の動作態様に応じて、前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器および前記開閉器群の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記開閉器群は、
   一端が前記第１の電力変換器および前記第２のモータに接続される第１の接触器と、
   一端が前記第１のモータに接続され、他端が前記第１の接触器の他端に接続される第２の接触器と、
   一端が前記第２の電力変換器に接続される第３の接触器と、
   一端が前記発電機に接続され、他端が前記第３の接触器の他端に接続される第４の接触器と、
   一端が前記第１の接触器と前記第２の接触器との接続端に接続され、他端が前記第３の接触器と前記第４の接触器との接続端に接続される第５の接触器とを有し、
   前記制御部は、ブレーキ時において、
   前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より低い場合、前記第１の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記第１のモータおよび前記第２のモータからの回生電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に充電させると共に、前記エンジンを駆動して前記発電機を発電させ前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記発電機からの発電電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に充電させ、
   前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より高い場合、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記直流共通部を介して前記第１の電力変換器から供給される直流電力を交流電力に変換して前記発電機を動作させることを特徴とするエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１の電力変換器が故障した場合、前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より低いときには、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記発電機に前記第２の電力変換器からの交流電力を供給させ、前記エンジンが始動した後に前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記電力貯蔵装置に前記第２の電力変換器からの直流電力を供給させ、
   前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より高いときには、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第１のモータに前記第２の電力変換器からの交流電力を供給させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置。
3. 前記発電機は、それぞれが第１のエンジンと第２のエンジンで駆動される第１の発電機と第２の発電機とに区分され、
   前記直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して第１の入出力端とは異なる第２の入出力端側から所望の交流電力を出力して前記第２の発電機に供給し、前記第２の発電機からの交流電力が第２の入出力端側から入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作して第１の入出力端側から所望の直流電力を出力する第３の電力変換器と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の電力変換器が故障した場合、前記第３の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第２の発電機に前記第３の電力変換器からの交流電力を供給させ、前記発電機が始動した後に前記第３の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記直流共通部に前記第３の電力変換器からの直流電力を供給させることを特徴とする請求項２に記載のエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記第２の電力変換器が故障した場合、前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より低いときには、前記第１の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記発電機に前記第１の電力変換器からの交流電力を供給させ、前記エンジンが始動した後に前記第１の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記電力貯蔵装置に前記第１の電力変換器からの直流電力を供給させ、
   前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より高いときには、前記第１の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第１のモータに前記第１の電力変換器からの交流電力を供給させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置。
5. 前記発電機は、それぞれが第１のエンジンと第２のエンジンで駆動される第１の発電機と第２の発電機とに区分され、
   前記直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して第１の入出力端とは異なる第２の入出力端側から所望の交流電力を出力して前記第２の発電機に供給し、前記第２の発電機からの交流電力が第２の入出力端側から入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作して第１の入出力端側から所望の直流電力を出力する第３の電力変換器と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第２の電力変換器が故障した場合、前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より低いときには、前記第３の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記第２の発電機に前記第３の電力変換器からの交流電力を供給させ、前記第２のエンジンが始動した後に前記第３の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記直流共通部に前記第３の電力変換器からの直流電力を供給させることを特徴とする請求項４に記載のエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置。
6. エンジンで駆動される発電機と、
   直流共通部に接続可能に構成される直流電力供給源としての電力貯蔵装置と、
   それぞれが前記直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して前記第１の入出力端とは異なる第２の入出力端側から所望の交流電力を出力し、前記第２の入出力端側から交流電力が入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側から所望の直流電力を出力する第１および第２の電力変換器と、
   前記第１および第２の電力変換器の双方で駆動可能に構成されるモータと、
   前記発電機の電気的な接続先を、前記第２の電力変換器の第２の入出力端側から前記第１の電力変換器の第２の入出力端側に切り替え、または前記モータの電気的な接続先を、前記第１の電力変換器の第２の入出力端側から前記第２の電力変換器の第２の入出力端側に切り替える開閉器群と、
   前記第１および第２の電力変換器の動作態様に応じて、前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器および前記開閉器群の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記開閉器群は、
   一端が前記第１の電力変換器に接続される第１の接触器と、
   一端が前記モータに接続され、他端が前記第１の接触器の他端に接続される第２の接触器と、
   一端が前記第２の電力変換器に接続される第３の接触器と、
   一端が前記発電機に接続され、他端が前記第３の接触器の他端に接続される第４の接触器と、
   一端が前記第１の接触器と前記第２の接触器との接続端に接続され、他端が前記第３の接触器と前記第４の接触器との接続端に接続される第５の接触器とを有し、
   前記制御部は、ブレーキ時において、
   前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より低い場合、前記第１の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記モータからの回生電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に充電させると共に、前記エンジンを駆動して前記発電機を発電させ前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて前記発電機からの発電電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に充電させ、
   前記電力貯蔵装置の充電状態が所定の値より高い場合、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて前記直流共通部を介して前記第１の電力変換器から供給される直流電力を交流電力に変換して前記発電機を動作させることを特徴とするエンジンハイブリッド鉄道車両の推進制御装置。

Images