JP5851925B2 - Electric railway vehicle drive system - Google Patents

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Description

本発明は、電気鉄道車両の駆動システムに関する。   The present invention relates to a drive system for an electric railway vehicle.

鉄道電気車両（以下、単に車両という。）に外部から電力を供給する方式としては、架線方式と、第三軌条方式が主流である。
架線方式は、車両屋根上の空間に架設された電線から、パンタグラフ等により給電する方式であり、設備上の自由度が高いことから、民鉄線などの都市間鉄道から新幹線まで広く採用されている。
一方、第三軌条方式は、車両が走行する空間が限られ、架線方式の電線を設備することが難しい地下鉄などで主に採用されている。走行用の２本のレールと並行に、電力供給用の第３のレールを併設し、車両の台車上に設備した集電靴が、第３のレール上に接触しながら走行して電力を供給する。
いずれの方式でも、変電所、送電線、架線にトラブルが発生すると、車両の走行が不能になり、車両が駅間に停車した場合、乗客は長時間閉じこめられることになる。このため、架線から電力供給が停止した場合でも、最寄り駅までの自立走行を可能とすることが強く求められる。 As a method for supplying electric power from the outside to a railway electric vehicle (hereinafter simply referred to as a vehicle), an overhead wire method and a third rail method are mainstream.
The overhead line system is a system that uses a pantograph, etc., to feed power from the electric wires installed in the space on the roof of the vehicle, and since it has a high degree of freedom in facilities, it is widely used from intercity railways such as private railway lines to the Shinkansen. .
On the other hand, the third rail system is mainly used in subways and the like where the space in which the vehicle travels is limited and it is difficult to install an overhead wire. In parallel with the two rails for traveling, a third rail for power supply is also provided, and the current collecting shoes installed on the carriage of the vehicle travel and supply power while in contact with the third rail To do.
In any system, when trouble occurs in a substation, a power transmission line, and an overhead line, the vehicle cannot travel, and if the vehicle stops between stations, passengers are confined for a long time. For this reason, even when the power supply from the overhead line stops, it is strongly required to be able to run independently to the nearest station.

一方、第三軌条方式では、車両機器が搭載されている床下と、第三軌条の位置が接近している。このため、車庫線において車両メンテナンスを行う場合、作業の種類によっては、安全を確保するため、第三軌条を敷設していない床下作業用区域に車両を引き込む場合がある。第三軌条が敷設されている区域から、床下作業用区域へ車両を移動する場合は、第三軌条は敷設されている区域で力行してある程度の速度まで加速した後、惰性により床下作業用区域に移動して目的の位置で停止する。
また、床下作業用区域から、第三軌条が敷設されている区域に移動する場合は、まず、床下作業用区域で、作業者が車両の集電靴に電力供給線をジャンパ線にて接続し、この電力によりある速度まで力行する。力行オフ後、惰性にて走行中している最中に、同じく作業者が集電靴からジャンパ線を引き抜き、車両はそのまま第三軌条が敷設されている区域まで移動する。 On the other hand, in the third rail system, the position of the third rail is close to the floor under which the vehicle equipment is mounted. For this reason, when performing vehicle maintenance on the garage line, depending on the type of work, in order to ensure safety, the vehicle may be drawn into an underfloor work area where a third rail is not laid. When moving a vehicle from an area where the third rail is laid to an underfloor work area, the third rail is powered in the area where it is laid and accelerated to a certain speed, and then the underfloor work area due to inertia. Move to and stop at the desired position.
In addition, when moving from the underfloor work area to the area where the third rail is laid, first, in the underfloor work area, the operator connects the power supply line to the current collector shoe of the vehicle with a jumper line. This power is used to power up to a certain speed. After turning off the power running, the worker pulls out the jumper wire from the current collector shoe while traveling by inertia, and the vehicle moves to the area where the third rail is laid.

このように、床下作業用区域から、第三軌条が敷設されている区域への移動は、作業者による手作業が介在するため、高電圧の電力が供給されている電力線（ジャンパ線）を車両に接続することによる、感電の危険性、ジャンパ線の引き抜きを、車両の走行状態で行うことによる、巻き込みの危険性をはらむ危険度の高い作業となっている。
このように、第三軌条方式の鉄道では、車庫線内の第三軌条を敷設できない区域で車両を運用するとき、現状では危険な作業を伴うため、やはり、第三軌条の終端と床下作業用区域の間を、自立走行可能とすることが求められている。 As described above, since the movement from the underfloor work area to the area where the third rail is laid involves manual work by the operator, a power line (jumper line) to which high-voltage power is supplied is connected to the vehicle. There is a high risk of electric shock due to the connection to the cable, and the risk of entrainment caused by pulling out the jumper wires while the vehicle is running.
In this way, in the third rail system railway, when operating the vehicle in the area where the third rail in the garage line can not be laid, it involves dangerous work at present, so again for the end of the third rail and underfloor work It is required to be able to run independently between areas.

こうした自立走行を可能とするため、列車編成を構成する車両の少なくとも１車両に蓄電装置を搭載して架線など外部から電力を取得し、かつ、その電力を電力変換装置が消費していない状況では蓄電装置を充電し、架線など外部から電力を得られない状況では、蓄電装置の電力を電力変換装置に供給して、車両を加速させる電気鉄道車両の駆動システムについて、下記特許文献１に開示されている。   In order to enable such independent running, in a situation where a power storage device is mounted on at least one of the vehicles constituting the train formation to acquire power from outside such as an overhead line, and the power conversion device does not consume the power In a situation where the power storage device is charged and electric power cannot be obtained from the outside such as an overhead line, an electric railway vehicle drive system that accelerates the vehicle by supplying power from the power storage device to the power conversion device is disclosed in Patent Document 1 below. ing.

特開２０１０−１３０８２９号公報JP 2010-130829 A

図４に上記先行技術文献に開示されている「電気鉄道車両の駆動システム」の機器構成を示す。
蓄電手段１１５を充電するときは、断流器１０８ｄを開放したまま断流器１０８ｃを投入して、抵抗器１１４ｂを経由して充電電流が流れるようにする。集電装置１０３ａから得られる電力の電圧（対地電位）が、蓄電手段１１５の端子電圧（対地電位）よりも高位であれば、集電装置１０３ａから蓄電手段１１５に充電電流が流れる。一般に蓄電手段１１５の充電電流はその制限値（最大充電電流）が仕様として定められており、最大充電電流値を超えた充電はできない。このため、抵抗器１１４ｂを経由することで充電電流を制限する。すなわち、抵抗器１１４ｂは、集電装置１０３ａから得られる電力の電圧と、蓄電手段１１５の端子電圧の電圧差で、最大充電電流値以下で充電電流が通流するようにその抵抗値を設計する。 FIG. 4 shows a device configuration of an “electric railway vehicle drive system” disclosed in the above prior art document.
When charging the power storage means 115, the circuit breaker 108c is turned on with the circuit breaker 108d open so that a charging current flows through the resistor 114b. If the voltage (ground potential) of the power obtained from the current collector 103a is higher than the terminal voltage (ground potential) of the power storage means 115, a charging current flows from the current collector 103a to the power storage means 115. Generally, the limit value (maximum charging current) of the charging current of the power storage means 115 is determined as a specification, and charging exceeding the maximum charging current value cannot be performed. For this reason, the charging current is limited through the resistor 114b. That is, the resistor 114b is designed to have a resistance value such that a charging current flows below the maximum charging current value by a voltage difference between the power voltage obtained from the current collector 103a and the terminal voltage of the power storage unit 115. .

蓄電手段１１５に蓄電された電力で、インバータ回路１１２を動作させるときは、まず断流器１０８ｂ、１０８ｃを投入して蓄電手段１１５の電力を抵抗器１１４ｂを経由してフィルタコンデンサ１１１を充電する。このとき、蓄電手段１１５からフィルタコンデンサ１１１に突入電流が流れる可能性があるので、抵抗器１１４ｂはこの突入電流に対して充分な容量を考慮した設計とする。蓄電手段１１５の端子電圧と、フィルタコンデンサ１１１の端子電圧が等しくなった時点で、断流器１０８ｄを投入する。これにより、蓄電手段１１５からインバータ回路への電力供給が確立され、インバータ回路１１２を動作させることにより電動機１１３ａ、１１３ｂを駆動して車両１０１ａ、１０１ｂを加速させることができる。一般に蓄電手段１１５の放電電流はその制限値（最大放電電流）が仕様として定められており、最大放電電流値を超えた放電はできない。このため、インバータ回路１１２の動作による電動機１１３ａ、１１３ｂの駆動は、インバータ回路１１２の入力電流（消費電流）が、蓄電手段１１５の最大放電電流値を超えないように制御する。   When operating the inverter circuit 112 with the electric power stored in the electric storage means 115, first, the circuit breakers 108b and 108c are turned on to charge the filter capacitor 111 with the electric power of the electric storage means 115 via the resistor 114b. At this time, since there is a possibility that an inrush current flows from the storage means 115 to the filter capacitor 111, the resistor 114b is designed in consideration of a sufficient capacity for the inrush current. When the terminal voltage of the storage means 115 and the terminal voltage of the filter capacitor 111 become equal, the circuit breaker 108d is turned on. As a result, power supply from the power storage means 115 to the inverter circuit is established, and by operating the inverter circuit 112, the motors 113a and 113b can be driven to accelerate the vehicles 101a and 101b. In general, the limit value (maximum discharge current) of the discharge current of the power storage means 115 is determined as a specification, and discharge exceeding the maximum discharge current value cannot be performed. For this reason, the driving of the electric motors 113 a and 113 b by the operation of the inverter circuit 112 is controlled so that the input current (consumption current) of the inverter circuit 112 does not exceed the maximum discharge current value of the power storage means 115.

上記先行技術文献に開示されている電気鉄道車両の駆動システムによれば、列車編成を構成する車両の少なくとも１車両に蓄電装置を搭載することで、架線など外部から電力を得られ、かつ、その電力を電力変換装置が消費していない状況では蓄電装置を充電し、架線など外部から電力を得られない状況では、蓄電装置の電力を電力変換装置に供給して、車両を加速させ、所望の距離を走行することが可能となる。   According to the electric railway vehicle drive system disclosed in the above prior art document, electric power can be obtained from the outside such as an overhead line by mounting the power storage device in at least one of the vehicles constituting the train formation, and In a situation where the power conversion device does not consume power, the power storage device is charged, and in a situation where power cannot be obtained from the outside such as an overhead line, the power of the power storage device is supplied to the power conversion device to accelerate the vehicle and It is possible to travel a distance.

しかし、現行の車両に、先行技術に開示される電気鉄道車両の駆動システムを構成する際には、次の点が大きな課題となる。
（１）走行用蓄電装置の追加
架線など外部から電力を得られない状況で走行を実現するため、走行用蓄電装置を専用に設けている。４両編成車両（２００ｔ）を１０ｋｍ／ｈで駆動するには数十ｋＷの電力が必要であり、例えばハイブリッド自動車用リチウムイオン電池を想定すると、蓄電装置は少なくとも０．１［ｍ３］と試算できる。適用する電池の種類・仕様にもよるが、従来の駆動システムに対する新たな機器増設となり、床下機器スペース確保等の課題が発生することが予想される。
（２）充電用機器の追加
架線など外部電力の電圧はＤＣ１５００Ｖ、ＤＣ６００Ｖ等の種類がある。これらを電源として走行用蓄電池を充電するため、電池の端子間出力電圧は電源電圧より低く設定している。
電池の充電時は、充電電流を超えないように、充電時には電源から電池までの経路に充電電流を調整する限流抵抗を設ける。一方、車両の走行時（放電時）は、インバータ装置に供給する電源電圧を一定に保つため、限流抵抗を介さない経路で蓄電装置からインバータ装置に電力供給する。すなわち、この充電時と放電時で異なる電力経路を構成するための接触器を設けている。この限流抵抗と接触器で構成する充電用機器は、蓄電装置と同様に従来の駆動システムに対する新たな機器増設となり、床下機器スペース確保等の課題が発生することが予想される。また、接触器の電圧仕様を外部電力の電圧仕様に合わせる必要があるため、機器小型化も難しい。 However, when configuring a drive system for an electric railway vehicle disclosed in the prior art on an existing vehicle, the following points are significant issues.
(1) Addition of traveling power storage device In order to realize traveling in a situation where electric power cannot be obtained from the outside such as an overhead line, a traveling power storage device is provided exclusively. To drive a four-car train (200t) at 10 km / h, several tens of kW of electric power is required. For example, assuming a lithium ion battery for a hybrid vehicle, the power storage device is estimated to be at least 0.1 [m 3 ] it can. Although it depends on the type and specification of the battery to be applied, it is expected that new equipment will be added to the conventional drive system and problems such as securing underfloor equipment space will occur.
(2) Addition of charging equipment There are various types of external power voltage such as overhead wires such as DC 1500V and DC 600V. In order to charge the traveling storage battery using these as a power source, the output voltage between the terminals of the battery is set lower than the power source voltage.
When charging the battery, a current limiting resistor for adjusting the charging current is provided in the path from the power source to the battery during charging so as not to exceed the charging current. On the other hand, when the vehicle is traveling (during discharging), power is supplied from the power storage device to the inverter device through a path that does not go through the current limiting resistor in order to keep the power supply voltage supplied to the inverter device constant. That is, a contactor for configuring different power paths at the time of charging and discharging is provided. The charging device composed of the current limiting resistor and the contactor is expected to cause a problem such as securing an underfloor device space due to the addition of a new device to the conventional drive system in the same manner as the power storage device. Moreover, since it is necessary to match the voltage specification of the contactor with the voltage specification of the external power, it is difficult to reduce the size of the device.

そこで、本発明の目的は、架線など外部から電力を得られない状況において、走行用の専用蓄電装置や、この蓄電装置を充電するための充電用機器を追加することなく、現行の車両に配備され、補助電源装置により充電され、車両用制御電源、表示灯、非常灯等の負荷に電力を供給する制御電源用蓄電装置の一部から、インバータ装置に電力を供給することで、自立走行を可能する、電気鉄道車両の駆動システムを提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to deploy to current vehicles without adding a dedicated power storage device for traveling or charging equipment for charging the power storage device in a situation where electric power cannot be obtained from the outside such as an overhead line. Independent drive by supplying power to the inverter device from a part of the control power storage device that is charged by the auxiliary power supply and supplies power to the load such as the vehicle control power supply, indicator light, and emergency light. An object of the present invention is to provide a drive system for an electric railway vehicle.

一般に鉄道車両においては、インバータ制御装置と、それにより駆動されてけん引力を発生する三相交流電動機を備えており、このインバータ装置を含め、車両内の機器を制御するための車両用制御電源として、あるいは、架線や第三軌条などの給電手段から電力が得られない場合でも、表示灯、非常灯等の補機に一定時間電力を供給するための補助電源として、蓄電装置を備えており、この蓄電装置は補助電源装置から電力を供給して充電される。   In general, a railway vehicle includes an inverter control device and a three-phase AC motor that is driven thereby to generate a traction force. As a vehicle control power source for controlling equipment in the vehicle, including the inverter device. Or, even when power cannot be obtained from power supply means such as overhead wires and third rails, it has a power storage device as an auxiliary power source for supplying power to auxiliary machines such as indicator lights and emergency lights for a certain period of time. This power storage device is charged by supplying power from the auxiliary power supply.

そこで、本発明では、新たな走行用蓄電装置や充電用機器を追加することなく、上述のように、一般に鉄道車両に備えられた蓄電装置を利用して、緊急時の走行を可能するため、この蓄電装置を二つに区分する接触器を設け、一方はこれまでどおり、車両用制御電源、補機の電源用として電力供給を分担させ、他方はインバータ装置への電力供給を分担させることにより、車両用制御電源、補助電源を確保した上で、インバータ装置への電力供給を可能とすることで、必要最小限の走行を可能にする。
これらの二つに区分された蓄電手段は、前記接触器の切り換えにより、補助電源装置の電力により個別に充電できる構成として、両者の蓄電量を等しくする充電操作を可能とする。 Therefore, in the present invention, without adding a new traveling power storage device or charging equipment, as described above, in general, using the power storage device provided in the railway vehicle, to enable emergency travel, By providing a contactor that divides this power storage device into two parts, one side shares power supply for vehicle control power supply and auxiliary power supply as before, and the other side shares power supply for inverter device In addition, by securing the vehicle control power supply and auxiliary power supply, it is possible to supply power to the inverter device, thereby enabling the minimum required travel.
The storage means divided into these two parts can be charged individually by the electric power of the auxiliary power supply device by switching the contactor, and can perform a charging operation in which both storage amounts are equal.

より具体的には、本発明の電気鉄道車両の駆動システムは、車両の外部から電力を得る第一の給電手段と、車両に設備され、車両用制御電源及び表示灯や非常灯を含む補機に電力を供給する電源として、蓄電手段を備えた複数の第二の給電手段と、前記第一の給電手段より得られる直流電力をより低電圧の直流電力に変換し、前記複数の第二の給電手段のそれぞれを充電すると共に前記補機へ前記直流電力を供給する複数の第一の電力変換手段と、前記第一の給電手段より得られる直流電力を交流電力に変換する第二の電力変換手段と、該交流電力による駆動され、車両をけん引する力を発生する交流電動機と、前記複数の第二の給電手段に充電された直流電力より電力供給され、前記第一および前記第二の電力変換手段の動作を制御する制御手段を備え、前記第一の給電手段より得られる直流電力を前記第二の電力変換装置に供給して交流電動機を駆動し、かつ前記複数の第二の給電手段に充電された直流電力を前記制御手段に供給する第一の機器動作モードと、複数の第二の給電手段のうち、特定の第二の給電手段に充電された直流電力を前記車両用制御電源及び前記表示灯や前記非常灯を含む前記補機の電源として供給し、残りの第二の給電手段に充電された直流電力を、前記第二の電力変換装置に供給して、前記交流電動機を駆動する第二の機器動作モードを備え、前記第一の機器動作モードまたは前記第二の機器動作モードを選択して構成する電力供給選択手段と、前記第一の給電手段から供給される電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、を備え、前記電力供給選択手段は、前記第一の機器動作モードから前記第二の機器動作モードへ切替を行う際に、運転台のスイッチ入力に基づき、前記特定の第二の給電手段と前記補機の間に設けられた第一の接触器を投入し、更に、前記電圧検出手段の電圧検出値が零近傍である場合に、前記残りの第二の給電手段と前記第二の電力変換装置の間に設けられた第二の接触器を投入する。 More specifically, an electric railway vehicle drive system according to the present invention includes a first power supply unit that obtains electric power from the outside of the vehicle, and an auxiliary device that is installed in the vehicle and includes a vehicle control power source, an indicator light, and an emergency light. A plurality of second power supply means provided with power storage means, and a DC power obtained from the first power supply means is converted into a lower-voltage DC power as a power source for supplying power to the plurality of second power supplies. second power conversion for converting each a plurality of first power conversion means for supplying the DC power to the auxiliary machine which charges the power supply unit, the DC power obtained from said first feed means into AC power Means, an AC motor driven by the AC power and generating a force for towing the vehicle, and DC power charged to the plurality of second power feeding means, and the first and second powers. Control that controls the operation of the conversion means Comprising means, the DC power obtained from the first feed unit is supplied to the second power conversion device to drive the AC motor, and the DC power charged in the plurality of second power supply means a first device operation mode to the control unit, among the plurality of second power supply means, a particular second feeding means and said vehicle control collector DC power charged in Minamoto及 beauty the lights, the the supplied as a power supply for auxiliary equipment including emergency lights, the DC power charged in the rest of the second feeding means, is supplied to the second power converter, a second for driving the AC motor of the apparatus A power supply selection means comprising an operation mode and selecting and configuring the first device operation mode or the second device operation mode; and a voltage for detecting a voltage value of power supplied from the first power supply means comprising a detection unit, wherein the power supply selection A stage is provided between the specific second power feeding means and the auxiliary device based on a switch input of a cab when switching from the first device operation mode to the second device operation mode. The first contactor is inserted, and further, provided when the voltage detection value of the voltage detection means is near zero, provided between the remaining second power supply means and the second power converter. Turn on the second contactor .

本発明によれば、従来の列車システムに備えられている制御装置に電力を供給する、蓄電機能を備えた蓄電手段を活用することで、新たな機器を追加することなく、第三軌条や架線などの給電手段がない区間での自立走行を可能とする。そして、自立走行する際は、蓄電手段を「制御電源用」と「自立走行用」の二つに区分することで、安定な制御装置への電力供給と、走行距離に応じて十分なインバータ装置への電力供給を両立するとともに、自立走行しないときは、二つに区分した蓄電手段へ個別充電により両者の蓄電量を等しくして、従来どおりの十分な制御電源への電力供給量を確保できる。   According to the present invention, a third rail or overhead line can be supplied without adding new equipment by utilizing power storage means having a power storage function that supplies power to a control device provided in a conventional train system. This makes it possible to run independently in a section where there is no power supply means. And, when running independently, the power storage means is divided into two for "control power supply" and "for self-sustained travel", so that the power supply to a stable control device and sufficient inverter device according to the travel distance When not running independently, it is possible to secure the sufficient amount of power supply to the control power supply as before by equalizing the amount of electricity stored in the two storage units by individual charging. .

本発明の電気鉄道車両の駆動システムにおける一実施形態の基本構成を示す図The figure which shows the basic composition of one Embodiment in the drive system of the electric railway vehicle of this invention. 本発明の電気鉄道車両の駆動システムの一実施形態における機器構成を示す図The figure which shows the apparatus structure in one Embodiment of the drive system of the electric railway vehicle of this invention. 本発明の電気鉄道車両の駆動システムの一実施形態における機器動作を示す波形図The wave form diagram which shows the apparatus operation | movement in one Embodiment of the drive system of the electric railway vehicle of this invention. 従来の電気鉄道車両車の駆動システムを示す図The figure which shows the drive system of the conventional electric railway vehicle

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の電気鉄道車両の駆動システムにおける一実施形態の基本構成を示す図である。
車両１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、列車編成を構成する車両、またはその一部を示している。
車両１ａと車両１ｂは車間連結器２ａにより、車両１ｂと車両１ｃは車間連結器２ｂにより、そして、車両１ｃと車両１ｄは車間連結器２ｃによりそれぞれ連結されている。 FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an embodiment of a drive system for an electric railway vehicle according to the present invention.
Vehicles 1a, 1b, 1c, and 1d indicate vehicles constituting a train organization or a part thereof.
The vehicles 1a and 1b are connected by an inter-vehicle connector 2a, the vehicles 1b and 1c are connected by an inter-vehicle connector 2b, and the vehicles 1c and 1d are connected by an inter-vehicle connector 2c.

車両１ａは、台車４ａを介して輪軸５ａ、５ｂにより、また、台車４ｂを介して輪軸５ｃ、５ｄにより、図示していないレール面上に支持されている。車両１ｂは、台車４ｃを介して輪軸５ｅ、５ｆにより、また、台車４ｄを介して輪軸５ｇ、５ｈにより、図示していないレール面上に支持されている。車両１ｃは、台車４ｅを介して輪軸５ｉ、５ｊにより、また、台車４ｆを介して輪軸５ｋ、５ｌにより、図示していないレール面上に支持されている。車両１ｄは、台車４ｇを介して輪軸５ｍ、５ｎにより、また、台車４ｈを介して輪軸５ｏ、５ｐにより、図示していないレール面上に支持されている。   The vehicle 1a is supported on a rail surface (not shown) by the wheel shafts 5a and 5b through the carriage 4a and by the wheel shafts 5c and 5d through the carriage 4b. The vehicle 1b is supported on a rail surface (not shown) by the wheel shafts 5e and 5f through the carriage 4c and by the wheel shafts 5g and 5h through the carriage 4d. The vehicle 1c is supported on a rail surface (not shown) by the wheel shafts 5i and 5j through the carriage 4e and by the wheel shafts 5k and 5l through the carriage 4f. The vehicle 1d is supported on a rail surface (not shown) by the wheel shafts 5m and 5n through the cart 4g and by the wheel shafts 5o and 5p through the cart 4h.

車両１ａには、補助電源装置９ａ、蓄電手段として、蓄電装置８ａが搭載されており、補機２２ａには補助電源装置９ａ、または蓄電装置８ａより電力供給手段２４ａ介して電力が供給される。ここで、補機２２ａとしては、後述するように、蓄電手段接続装置７やパンタグラフ等の制御を含めた車両用制御電源、表示灯、非常灯等の負荷であり、架線からの電力供給が遮断された場合でも乗客の安全を確保するために必要な重要負荷を想定している。
車両用制御電源は一般にＤＣ１１０Ｖ（定格）の電圧仕様であることから、補助電源装置９ａからの供給電圧、蓄電装置８ａの出力電圧は、変動分を考えてＤＣ１１０Ｖ±３０％、あるいはそれ以下としてもよい。ダイオード手段２０ａは補助電源装置９ａの正側出力の電流方向を既定する。ダイオード手段２０ｂは補助電源装置９ａまたは蓄電装置８ａから、補機２２ａまたは車両間電力渡り手段２３ａを介して車両に供給される電力の電流方向を既定する。接地手段２１ｂは、補助電源装置９ａ、蓄電装置８ａの負側出力端子を接地する。 The vehicle 1a is equipped with an auxiliary power supply device 9a and a power storage device 8a as power storage means, and power is supplied to the auxiliary machine 22a from the auxiliary power supply device 9a or the power storage device 8a via the power supply means 24a. Here, as will be described later, the auxiliary machine 22a is a vehicle control power supply including control of the power storage means connecting device 7 and the pantograph, a load such as an indicator light, an emergency light, and the power supply from the overhead line is cut off. Even in such a case, an important load necessary for ensuring passenger safety is assumed.
Since the vehicle control power supply generally has a voltage specification of DC110V (rated), the supply voltage from the auxiliary power supply device 9a and the output voltage of the power storage device 8a may be DC110V ± 30% or less in consideration of fluctuations. Good. The diode means 20a determines the current direction of the positive output of the auxiliary power supply device 9a. The diode means 20b determines the current direction of the electric power supplied to the vehicle from the auxiliary power supply device 9a or the power storage device 8a via the auxiliary machine 22a or the inter-vehicle power transfer means 23a. The grounding means 21b grounds the negative output terminal of the auxiliary power supply device 9a and the power storage device 8a.

図２に示すように、蓄電装置８ａは、図示してない蓄電手段１７ａ、蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂで構成される。蓄電装置８ａは、図示していない蓄電手段１７ａの放電による出力を行い、充電のための入力を受ける入出力端子を２群設ける。一方は、補助電源装置９ａ、補機２２ａまたは車両間電力渡り手段２３ａを介して車両１ｂの電力供給手段電力２４ｂと接続され、これらより電力の入力を受け、あるいはこれらに電力を出力する端子群Ａ、他方は、車両間電力渡り線２３ｄ、２３ｅを介して車両１ｂに備えられる蓄電手段接続装置７と接続され、蓄電手段接続装置７を介して、同じく車両１ｂに備えられるインバータ駆動装置６ａに電力を出力する端子群Ｂである。蓄電装置８ａに備えられ、図示していない蓄電手段１７ａから端子群Ａに至る経路に蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂを配置し、電力の入出力を制御できるようにする。   As shown in FIG. 2, the power storage device 8a includes a power storage means 17a and power storage means contactors 18a and 18b (not shown). The power storage device 8a is provided with two groups of input / output terminals that perform output by discharging a power storage means 17a (not shown) and receive input for charging. One is connected to the power supply means power 24b of the vehicle 1b through the auxiliary power supply 9a, the auxiliary machine 22a or the inter-vehicle power transfer means 23a, and receives a power input from these or a terminal group for outputting power to them A, the other is connected to the power storage means connecting device 7 provided in the vehicle 1b via the inter-vehicle power crossovers 23d, 23e, and is connected to the inverter drive device 6a also provided in the vehicle 1b via the power storage means connecting device 7. This is a terminal group B that outputs power. Power storage means contactors 18a and 18b are arranged in a path from power storage means 17a (not shown) to terminal group A, provided in power storage device 8a, so that input / output of power can be controlled.

車両１ｂには、集電装置３ａ、インバータ駆動装置６ａ、補機２２ｂ、蓄電手段接続装置７が搭載されている。インバータ駆動装置６ａは、図示していない電力線から、集電装置３ａにより電力が供給される。この電力は、電力変換装置６ａにより、可変電圧可変周波数(VVVF)の交流電力に変換され、図示していない電動機に供給して、輪軸５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈを駆動する。
補機２２ｂには、車両間電力渡り手段２３ａ、２３ｂを介して、隣接する車両より電力が供給される。ここで、補機２２ｂとしては、前述の補機２２ａと同様、車両用制御電源、表示灯、非常灯等を想定している。 The vehicle 1b is equipped with a current collector 3a, an inverter drive device 6a, an auxiliary machine 22b, and a power storage means connection device 7. The inverter drive device 6a is supplied with power from a power line (not shown) by the current collector 3a. This electric power is converted into AC power of variable voltage variable frequency (VVVF) by the power converter 6a and supplied to an electric motor (not shown) to drive the wheel shafts 5e, 5f, 5g, and 5h.
Electric power is supplied to the auxiliary machine 22b from the adjacent vehicle via the inter-vehicle power transfer means 23a, 23b. Here, the auxiliary machine 22b is assumed to be a vehicle control power supply, an indicator lamp, an emergency lamp, and the like, similar to the auxiliary machine 22a described above.

蓄電手段接続装置７は、後述する主回路・蓄電手段間接触器と電圧検出器、電流検出器で構成される。主回路・蓄電手段間接触器は、蓄電装置８ａを構成する蓄電手段とインバータ駆動装置６ａの直流部間に設けられ、これを通流状態とすることで、蓄電装置８ａからインバータ駆動装置６ａに電力を供給することを可能とする。すなわち、蓄電手段接続装置７が備える主回路・蓄電手段間接触器の作用により、蓄電装置８ａの電力供給先を、補機または、インバータ駆動装置８ａの何れかを選択し、切り換えを可能とする。   The power storage means connection device 7 includes a main circuit / power storage means contactor, a voltage detector, and a current detector, which will be described later. The contactor between the main circuit and the power storage means is provided between the power storage means constituting the power storage device 8a and the direct current portion of the inverter drive device 6a. It is possible to supply power. That is, the power supply destination of the power storage device 8a is selected from the auxiliary machine or the inverter drive device 8a by the action of the main circuit / power storage means contactor provided in the power storage device connection device 7 to enable switching. .

車両１ｃには、集電装置３ｂ、インバータ駆動装置６ｂ、補機２２ｃが搭載されている。
インバータ駆動装置６ｂは、図示していない電力線から、集電装置３ｂにより電力が供給される。この電力は、電力変換装置６ｂにより、可変電圧可変周波数(VVVF)の交流電力に変換され、図示していない電動機に供給して、輪軸５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌを駆動する。
補機２２ｃには、電力供給手段２４ｃ、車両間電力渡り手段２３ｂ、２３ｃを介して、隣接する車両より電力が供給される。ここで、補機２２ｃは、前述の補機２２ａ、２２ｃと同様、車両用制御電源、表示灯、非常灯等を想定している。 The vehicle 1c is equipped with a current collector 3b, an inverter drive device 6b, and an auxiliary machine 22c.
The inverter drive device 6b is supplied with power from a power line (not shown) by the current collector 3b. This electric power is converted into AC power having a variable voltage and variable frequency (VVVF) by the power converter 6b and supplied to an electric motor (not shown) to drive the wheel shafts 5i, 5j, 5k, and 5l.
Electric power is supplied to the auxiliary machine 22c from the adjacent vehicle via the power supply means 24c and the inter-vehicle power transfer means 23b and 23c. Here, the auxiliary machine 22c is assumed to be a vehicle control power supply, an indicator light, an emergency light, and the like, similar to the auxiliary machines 22a and 22c described above.

車両１ｄには、蓄電装置８ｂ、補助電源装置９ｂが搭載されている。補機２２ｄには補助電源装置９ｂまたは蓄電装置８ｂより電力供給手段２４ｄを介して電力が供給される。ここで、補機２２ｄは制御装置等を想定している。車両の制御電源は一般にＤＣ１１０Ｖ（定格）の電圧仕様であることから、補助電源装置９ｂからの供給電圧、蓄電装置８ｂの出力電圧は、変動分を考えてＤＣ１１０Ｖ±３０％、あるいはそれ以下としてもよい。ダイオード手段２０ｃは補助電源装置９ｂの正側出力の電流方向を既定する。ダイオード手段２０ｄは補助電源装置９ｂまたは蓄電装置８ｂから、補機２２ｄまたは車両間電力渡り手段２３ｃを介して車両に供給される電力の電流方向を既定する。接地手段２１ｃは、補助電源装置９ｂ、蓄電装置８ｂの負側出力端子を接地する。   A power storage device 8b and an auxiliary power supply device 9b are mounted on the vehicle 1d. Power is supplied to the auxiliary machine 22d from the auxiliary power supply device 9b or the power storage device 8b through the power supply means 24d. Here, the auxiliary machine 22d assumes a control device or the like. Since the control power supply of the vehicle generally has a voltage specification of DC110V (rated), the supply voltage from the auxiliary power supply device 9b and the output voltage of the power storage device 8b may be DC110V ± 30% or less in consideration of fluctuations. Good. The diode means 20c defines the current direction of the positive output of the auxiliary power supply device 9b. The diode means 20d determines the current direction of the electric power supplied to the vehicle from the auxiliary power supply device 9b or the power storage device 8b via the auxiliary machine 22d or the inter-vehicle power transfer means 23c. The grounding means 21c grounds the negative output terminal of the auxiliary power supply device 9b and the power storage device 8b.

蓄電装置８ｂは、図２に示すように、蓄電手段１７ｂ、蓄電手段接触器１８ｃ、１８ｄで構成される。蓄電装置８ｂは、図示していない蓄電手段１７ｂの放電による出力を行い、かつ充電のための入力を受ける入出力端子を設ける。すなわち、補助電源装置９ｂ、補機２２ｄまたは車両間電力渡り手段２３ｃを介して車両１ｃの電力供給手段電力２４ｃと接続され、これらより電力の入力、あるいはこれらに電力を出力する端子群Ａである。蓄電装置８ｂに備えられ、図示していない蓄電手段１７ｂから端子群Ａに至る経路に蓄電手段接触器１８ｃ、１８ｄを配置し、電力の入出力を制御できるようにする。   As shown in FIG. 2, the power storage device 8b includes a power storage means 17b and power storage means contactors 18c and 18d. The power storage device 8b is provided with an input / output terminal that performs output by discharging the power storage means 17b (not shown) and receives an input for charging. That is, the terminal group A is connected to the power supply means power 24c of the vehicle 1c via the auxiliary power supply device 9b, the auxiliary machine 22d, or the inter-vehicle power transfer means 23c, and inputs power from them or outputs power to them. . The power storage device contactors 18c and 18d are arranged in a path from the power storage device 17b (not shown) to the terminal group A, which is provided in the power storage device 8b, so that power input / output can be controlled.

本実施形態では、車両１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで構成された列車編成のうち、車両１ａには蓄電装置８ａ、補助電源装置９ａ、車両１ｂにはインバータ駆動装置６ａ、蓄電手段接続装置７、車両１ｃにはインバータ駆動装置６ｂ、車両１ｄには蓄電装置８ｂ、補助電源装置９ｂが搭載されている例を示している。しかし、本発明が適用される車両として、蓄電装置８ａ、８ｂ、補助電源装置９ａ、９ｂの搭載位置を、列車編成の先頭に位置する車両１ａ、１ｄに限定するものではない。本発明の鉄道車両の駆動システムは、列車編成を構成する車両のうち、複数の車両に蓄電装置、補助電源装置を搭載して、集電装置で電力を得られる状況では、蓄電装置から列車内の制御装置に電力を供給するとともに、補助電源装置により蓄電装置を充電する。また、集電装置で電力を得られない状況では、その状況を判別して、特定の蓄電装置は、特定のインバータ駆動装置に電力を供給し、特定のインバータ駆動装置は可変電圧可変周波数(VVVF)の交流電力に変換して、電動機を駆動し車両を加速させる。   In the present embodiment, among train formations composed of vehicles 1a, 1b, 1c, and 1d, the vehicle 1a has a power storage device 8a, an auxiliary power supply device 9a, and the vehicle 1b has an inverter drive device 6a, a power storage means connection device 7, In the example, an inverter drive device 6b is mounted on the vehicle 1c, and a power storage device 8b and an auxiliary power supply device 9b are mounted on the vehicle 1d. However, as the vehicle to which the present invention is applied, the mounting positions of the power storage devices 8a and 8b and the auxiliary power supply devices 9a and 9b are not limited to the vehicles 1a and 1d located at the head of the train organization. The railcar drive system according to the present invention includes a power storage device and an auxiliary power supply device mounted on a plurality of vehicles that constitute a train formation, and in a situation where electric power can be obtained by the current collector. The power is supplied to the control device and the power storage device is charged by the auxiliary power supply device. Also, in a situation where power cannot be obtained by the current collector, the situation is determined, the specific power storage device supplies power to the specific inverter drive device, and the specific inverter drive device has a variable voltage variable frequency (VVVF). ) To drive the electric motor to accelerate the vehicle.

また一般に、列車編成には、車両１ｂ、１ｃのように輪軸を電動機で駆動する電動車のほかに、輪軸を電動機で駆動しない付随車が存在する。本発明の鉄道車両の駆動システムにおいても、車両１ａ、車両１ｄと同様の先頭車（付随車）、車両１ｂ、１ｃと同様の電動車のほか、中間付随車も連結した列車編成とすることが考えられる。   Generally, in train formation, there are accompanying vehicles that do not drive the wheel shaft with an electric motor in addition to the electric vehicles that drive the wheel shaft with an electric motor, such as the vehicles 1b and 1c. Also in the railway vehicle drive system of the present invention, the train organization may include a leading vehicle (accompanied vehicle) similar to the vehicles 1a and 1d, an electric vehicle similar to the vehicles 1b and 1c, and an intermediate associated vehicle. Conceivable.

以上の構成によれば、従来の列車システムに備えられている制御装置に電力を供給する蓄電装置を活用することで、新たな機器を追加することなく第三軌条や架線などの給電手段がない区間で自立走行を可能とし、自立走行する際は、前記蓄電装置の蓄電手段を「制御電源用」と「自立走行用」の二つに区分することで、安定な制御装置への電力供給と、走行距離に応じて十分なインバータ装置への電力供給を両立するとともに、自立走行しないときは、二つに区分した蓄電手段へ個別充電により両者の蓄電量を等しくして、従来どおりの十分な制御電源への電力供給量を確保できる、電気鉄道車両の駆動システムを提供できる。   According to the above configuration, there is no power supply means such as a third rail or an overhead wire without adding new equipment by utilizing a power storage device that supplies power to a control device provided in a conventional train system. When self-sustained travel is possible in the section, when the self-sustained travel is performed, the power storage means of the power storage device is divided into two types, “for control power” and “for self-sustained travel”, so that power supply to a stable control device can be achieved. In addition to providing sufficient power supply to the inverter device according to the travel distance, and when not running independently, the power storage amount of both is equalized by individual charging to the power storage means divided into two, sufficient as usual It is possible to provide a drive system for an electric railway vehicle that can secure a power supply amount to the control power source.

さて、図２において、集電装置３ａから給電された電力は、高速度遮断器１０を経由する。インバータ回路１４が動作していないとき、及び緊急時には、高速度遮断機１０、断流器１１ａ、１１ｂにより集電装置３ａからの給電を切断できる。高速度遮断器１０を経由した電力は、まずインバータ駆動装置６ａの構成要素である断流器１１ａ、断流器１１ｂに送られる。断流器１１ａはインバータ回路１４が動作していないときに、電力線とインバータ回路１４の接続を断つ役割をもつ。また、断流器１１ｂは、電力線の電力をコンデンサ１３に充電完了するまでは開放状態として突入電流を減流する抵抗器１６を介した電流経路を構成する。   Now, in FIG. 2, the power supplied from the current collector 3 a passes through the high-speed circuit breaker 10. When the inverter circuit 14 is not operating and in an emergency, the high-speed circuit breaker 10 and the current breakers 11a and 11b can cut off the power supply from the current collector 3a. The electric power that has passed through the high-speed circuit breaker 10 is first sent to the circuit breaker 11a and the circuit breaker 11b that are components of the inverter drive device 6a. The circuit breaker 11a has a role of disconnecting the connection between the power line and the inverter circuit 14 when the inverter circuit 14 is not operating. Further, the breaker 11b constitutes a current path through the resistor 16 that is in an open state and reduces the inrush current until the power of the power line is completely charged in the capacitor 13.

コンデンサ１３の充電が完了したあとは、断流器１１ｂを接続状態として、抵抗器１６を介さない電流経路を構成する。電圧検出器５１ａは、集電装置３ａと接地点２１ａの間に設置し、集電装置３ａから供給される電力の電圧値Ｖ_ｓ（対地電位）を検出する。断流器１１ｂを経由した電力は、リアクトル１２、及びコンデンサ１３で構成するＬＣ回路（フィルタ回路）で高周波数域の変動分を除去して、インバータ回路１４に入力する。インバータ回路１４は、入力された直流電力を可変電圧可変周波数（VVVF）の３相交流電力に変換して、主電動機１５ａ、１５ｂを駆動する。電圧検出器５１ｂは、コンデンサ１３の両端の直流部電圧Ｖ_ｆｃを検出する。   After the charging of the capacitor 13 is completed, the current breaker 11b is connected to form a current path not through the resistor 16. The voltage detector 51a is installed between the current collector 3a and the grounding point 21a, and detects the voltage value V_s (ground potential) of power supplied from the current collector 3a. The electric power that has passed through the circuit breaker 11b is input to the inverter circuit 14 after the fluctuation in the high frequency region is removed by an LC circuit (filter circuit) constituted by the reactor 12 and the capacitor 13. The inverter circuit 14 converts the input DC power into three-phase AC power having a variable voltage variable frequency (VVVF), and drives the main motors 15a and 15b. The voltage detector 51 b detects the DC voltage V_fc across the capacitor 13.

電流検出器５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、インバータ回路１４と、主電動機１５ａ、１５ｂ間の３相交流電力線を流れる各相の電流をI_u、I_v、I_wを検出する。電流検出器５２ｄは、集電装置３ａとインバータ回路１４の間にある直流電力部のうち、断流器１１ｂよりも、インバータ回路１４に近い側に配置して、インバータ回路１４の入出力電流を検出する。
なお、本実施形態では、インバータ回路１４が駆動する主電動機が２台（電動機１５ａ、１５ｂ）の場合を示しているが、これは本発明としてインバータ回路１４を駆動する主電動機の台数を既定するものではない。 Current detectors 52a, 52b, and 52c detect I_u, I_v, and I_w of the current of each phase flowing through the inverter circuit 14 and the three-phase AC power line between the main motors 15a and 15b. The current detector 52d is arranged closer to the inverter circuit 14 than the current breaker 11b in the DC power unit between the current collector 3a and the inverter circuit 14, and the input / output current of the inverter circuit 14 is supplied. To detect.
In the present embodiment, the case where two main motors (motors 15a and 15b) are driven by the inverter circuit 14 is shown, but this defines the number of main motors that drive the inverter circuit 14 as the present invention. It is not a thing.

以上の構成により、（ａ）電力線から供給される電力を集電装置３ａ、３ｂより取り入れ、これを動力源として車両を駆動する「通常走行モード」、（ｂ）蓄電装置８の蓄電エネルギを動力源として車両を駆動する「バッテリ走行モード」を実現する。以下、各モードについて説明する。   With the above configuration, (a) “normal traveling mode” in which the power supplied from the power line is taken in from the current collectors 3 a and 3 b and the vehicle is driven using this as a power source, and (b) the power stored in the power storage device 8 is used as power. "Battery travel mode" that drives the vehicle as a source is realized. Hereinafter, each mode will be described.

（ａ）通常走行モード
運転台の「バッテリ入り」スイッチをオンにすることで、蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂが投入され、蓄電手段１７ａと、蓄電手段１７ｂは、電力供給手段２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと、車両間電力渡り手段２３ａ、２３ｂ、２３ｃを介して出力端子が接続される。これにより、蓄電手段１７ａ、１７ｂから補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力が供給される。 (A) Normal travel mode By turning on the “battery-loaded” switch of the cab, the power storage means contactors 18a and 18b are turned on, and the power storage means 17a and the power storage means 17b are connected to the power supply means 24a, 24b and 24c. , 24d and the output terminals are connected via the inter-vehicle power transfer means 23a, 23b, 23c. Thereby, electric power is supplied from power storage means 17a, 17b to auxiliary machines 22a, 22b, 22c, 22d.

次に、「パンタ上昇」スイッチをオンにすることで、集電装置３ａ、３ｂは電力線と接するように動作する。電力線と、集電装置３ａ、３ｂが接すると、インバータ駆動装置６ａ、６ｂへ電力が供給される。以下、インバータ駆動装置６ａについて機器の動作を説明するが、「（ａ）通常走行モード」では、インバータ駆動装置６ｂの機器動作は、インバータ駆動装置６ａと同様のものとする。
インバータ駆動装置６ａの高速度遮断器１０の直前まで電力線から電力が供給され、電圧検出装置５１ａが検出する電圧値Ｖ_ｓは、電力線と等しい電圧であるＶ_ｓ_０を示す。一方、集電装置３ａが電力線と接すると、補助電源装置９ａ、９ｂにも電力が供給される。これにより、補助電源装置は動作を開始（ゲートスタート）する。 Next, by turning on the “panter up” switch, the current collectors 3 a and 3 b operate so as to be in contact with the power line. When the power line is in contact with the current collectors 3a and 3b, power is supplied to the inverter drive devices 6a and 6b. Hereinafter, the operation of the device with respect to the inverter drive device 6a will be described. In “(a) normal running mode”, the device operation of the inverter drive device 6b is the same as that of the inverter drive device 6a.
Power is supplied from the power line to the immediately preceding high-speed circuit breaker 10 of the inverter drive unit 6a, the voltage value V _s detected by the voltage detecting unit 51a shows a V _S_0 a voltage equal to the power line. On the other hand, when the current collector 3a is in contact with the power line, power is also supplied to the auxiliary power supplies 9a and 9b. As a result, the auxiliary power supply device starts operation (gate start).

補助電源装置は動作を開始後、運転台で「リセット」スイッチをオンにする。
「リセット」スイッチは本来、インバータ駆動装置６ａが故障等を検知して保護動作モードに遷移したとき、安全確認後に保護動作モードから抜けるためのスイッチであり、通常、インバータ駆動制御装置の電源を投入した直後は安全の観点から一旦、保護動作モードに遷移させ、安全確認後に「リセット」スイッチをオンにして、正常モードに復帰させる。正常モード復帰により、高速度遮断器１０が投入される。 After the auxiliary power supply starts operation, the “reset” switch is turned on in the cab.
The “Reset” switch is a switch for exiting the protective operation mode after confirming safety when the inverter drive device 6a detects a failure or the like and shifts to the protective operation mode. Normally, the inverter drive control device is turned on. Immediately after this, the mode is temporarily shifted to the protection operation mode from the viewpoint of safety, and after the safety is confirmed, the “reset” switch is turned on to return to the normal mode. By returning to the normal mode, the high speed circuit breaker 10 is turned on.

運転台で力行ノッチを投入すると、断流器１１ａが投入され、電力線からの電力は、抵抗器１６を介してコンデンサ１３に充電される。ここで、抵抗器１６は、電力線からの電力をコンデンサ１３に充電するときの突入電流を所定値よりも小さく抑えるために設けている。コンデンサ１３の充電により電圧検出手段５１ｂの電圧値Ｖ_ｆｃは上昇する。Ｖ_ｆｃが前述の電圧検出手段５１ａの電圧値Ｖ_ｓ_０に漸近することで、引続き断流器１１ｂが投入され、電力線からの電力は、抵抗器１６を介さずにインバータ回路１４まで供給される。インバータ主回路１４は動作を開始（ゲートスタート）し、インバータ主回路１４の動作により、電動機１５ａ、１５ｂは駆動され、車両の加速が始まる。 When the power running notch is turned on at the cab, the circuit breaker 11 a is turned on, and the power from the power line is charged to the capacitor 13 via the resistor 16. Here, the resistor 16 is provided in order to suppress the inrush current when the power from the power line is charged in the capacitor 13 to be smaller than a predetermined value. As the capacitor 13 is charged, the voltage value V_fc of the voltage detecting means 51b increases. By V _Fc asymptotically approaches the voltage value V _S_0 of the voltage detecting means 51a described above, it is subsequently breaker 11b is turned on, power from the power line is supplied to the inverter circuit 14 without passing through the resistor 16. The inverter main circuit 14 starts its operation (gate start), and the motors 15a and 15b are driven by the operation of the inverter main circuit 14 to start the acceleration of the vehicle.

（ｂ）バッテリ走行モード
前述のように、運転台の「バッテリ入り」スイッチをオンにすることで、蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂが投入される。蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂの投入により、蓄電手段１７ａと、蓄電手段１７ｂは、電力供給手段２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと、車両間電力渡り手段２３ａ、２３ｂ、２３ｃを介して出力端子が接続される。これにより、蓄電手段１７ａ、１７ｂから補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力が供給される。 (B) Battery running mode As described above, the storage means contactors 18a and 18b are turned on by turning on the "battery-on" switch of the cab. When the power storage means contactors 18a and 18b are turned on, the power storage means 17a and the power storage means 17b are connected to the output terminals through the power supply means 24a, 24b, 24c and 24d and the inter-vehicle power transfer means 23a, 23b and 23c. Is done. Thereby, electric power is supplied from power storage means 17a, 17b to auxiliary machines 22a, 22b, 22c, 22d.

次に、「バッテリ走行」スイッチをオンにすることで、蓄電装置８ａの蓄電手段接触器１８ａが開放され、蓄電手段１７ａからは、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力（Control Power）が供給されなくなる。   Next, by turning on the “battery running” switch, the power storage device contactor 18a of the power storage device 8a is opened, and the power (Control Power) is supplied from the power storage device 17a to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c, and 22d. It will not be supplied.

バッテリ走行モードは、蓄電装置８ａの蓄電手段１７ａを、蓄電手段接続装置７を介して、インバータ駆動装置６ａに接続し、蓄電手段１７ａからインバータ回路１４に電力を供給することで、車両を加速させる。一方、編成内の他の蓄電手段１７ｂは、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力を供給する。すなわち、バッテリ走行するために必要な電力（自立走行用電力）は蓄電手段１７ａで供給し、補機すなわち車両用制御電源、表示灯、非常灯等の重要負荷用の電源として必要な電力（制御電源用電力）は蓄電手段１７ｂで供給することにより、所定距離をバッテリ走行する蓄電エネルギと、制御装置を動作させる蓄電エネルギをそれぞれ確実に確保し、安定かつ確実なバッテリ走行を実現する。   In the battery running mode, the power storage device 17a of the power storage device 8a is connected to the inverter drive device 6a via the power storage device connection device 7, and the vehicle is accelerated by supplying power from the power storage device 17a to the inverter circuit 14. . On the other hand, the other power storage means 17b in the train supplies power to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c, and 22d. In other words, the power necessary for battery running (self-sustained running power) is supplied by the power storage means 17a, and the power required for the auxiliary load, that is, the power source for important loads such as the vehicle control power supply, the indicator light, and the emergency light (control). (Power for power supply) is supplied by the power storage means 17b, so that the power storage energy for running the battery over a predetermined distance and the power storage energy for operating the control device are reliably secured, thereby realizing stable and reliable battery travel.

なお、バッテリ走行モードでは、蓄電手段１７ａより電力が供給されるインバータ駆動装置６ａを動作させ、電動機１５ａ、１５ｂの駆動トルクで車両を加速させる。電力が供給されないインバータ駆動装置６ｂは動作させず、電動機１５ｃ、１５ｄは駆動トルクを発生しない。これは、蓄電手段１７ａの限られた電力をインバータ駆動装置６ａに集中して割り振り、電動機１５ａ、１５ｂのみで必要最小限の走行を可能にするためのものである。その際、可能な限り電力消費を低減するため、必要最小限加速が得られる力行を実行するとともに、その後の惰行走行を最大限有効活用する運動モードを自動的に選択するようにすると好適である。
また、バッテリ走行モードでは、電力線からの電力を受けないため、補助電源装置９ａ、９ｂからは、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、蓄電手段１７ａ、１７ｂに電力を供給できず、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄについては、他の蓄電手段１７ｂから電力供給を受けることになる。 In the battery running mode, the inverter driving device 6a to which electric power is supplied from the power storage means 17a is operated, and the vehicle is accelerated by the driving torque of the electric motors 15a and 15b. The inverter drive device 6b to which power is not supplied is not operated, and the motors 15c and 15d do not generate drive torque. This is for allocating the limited electric power of the power storage means 17a to the inverter driving device 6a in a concentrated manner, and enabling the minimum required traveling only by the electric motors 15a and 15b. At that time, in order to reduce power consumption as much as possible, it is preferable to execute power running that provides the minimum necessary acceleration and to automatically select an exercise mode that makes the best use of coasting after that. .
Further, in the battery running mode, since power from the power line is not received, power cannot be supplied from the auxiliary power supply devices 9a, 9b to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c, 22d and the power storage means 17a, 17b. , 22b, 22c and 22d are supplied with electric power from the other power storage means 17b.

次に、運転台で「リセット」スイッチをオンにする。前述のように、「リセット」スイッチは本来、インバータ駆動装置６ａが故障等を検知して保護動作モードに遷移したとき、安全確認後に保護動作モードから抜けるためのスイッチであり、通常、インバータ駆動制御装置の電源を投入した直後は安全の観点から一旦、保護動作モードに遷移させ、安全確認後に「リセット」スイッチをオンにして、正常モードに復帰させる。正常モード復帰により、主回路蓄電手段接触器１９ａ、１９ｂが投入される。   Next, turn on the “Reset” switch on the cab. As described above, the “reset” switch is originally a switch for exiting the protective operation mode after confirming safety when the inverter driving device 6a detects a failure or the like and makes a transition to the protective operation mode. Immediately after turning on the power of the apparatus, the mode is temporarily shifted to the protection operation mode from the viewpoint of safety, and after confirming the safety, the “reset” switch is turned on to return to the normal mode. By returning to the normal mode, the main circuit power storage means contactors 19a and 19b are turned on.

ここで、主回路蓄電手段接触器１９ａ、１９ｂは、前述のように低電圧仕様である蓄電装置１７ａ、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに、誤って電力線からの高電圧が印加されることにより破損することがないよう、電力線からの高電圧が印加されていないことを確認した上で投入する必要がある。このため、「（１）電圧検出手段５１の電圧値Ｖ_ｓが零に漸近していること」、「（２）高速度遮断器１０と断流器１１ａの両方、または何れかが開放されていること」、「（３）蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂが開放されていること」を満たしているときに、前記「リセット」スイッチをオンにしたときに、主回路蓄電手段接触器１９ａ、１９ｂの投入を許可する。 Here, in the main circuit power storage means contactors 19a and 19b, the high voltage from the power line is erroneously applied to the power storage device 17a and the auxiliary machines 22a, 22b, 22c and 22d which are low voltage specifications as described above. It is necessary to input after confirming that the high voltage from the power line is not applied, so that it is not damaged by the above. For this reason, “(1) the voltage value V_s of the voltage detection means 51 is asymptotic to zero”, “(2) either or both of the high-speed circuit breaker 10 and the circuit breaker 11a are opened. When the “reset” switch is turned on when “(3) the storage means contactors 18a, 18b are open” is satisfied, the main circuit storage means contactors 19a, 19b Allow the input of.

主回路蓄電手段接触器１９ａ、１９ｂが投入されると、蓄電手段１７ａの電圧がインバータ駆動装置６ａのインバータ回路１４に印加され、まずインバータ回路１４に並列に接続されたコンデンサ１３が充電される。コンデンサ１３は、蓄電手段１７ａの出力電圧よりも高電圧な電力線から電力供給を受けることを想定して電圧仕様を決定する。前述のように、電力線からの電力によりコンデンサ１３を充電する通常走行モードでは、突入電流を防止するため抵抗器１６を介して充電した。これに対し、バッテリ走行モードでは、蓄電手段１７ａの電力でコンデンサ１３を充電する場合は同様の抵抗器を介さずに充電する。これは、蓄電手段１７ａは前述のように補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにも電力を供給するため、蓄電手段１７ａの出力電圧は、ＤＣ１１０Ｖ±３０％、あるいはそれ以下想定しており、電力線の電圧よりも遥かに低電圧であるため実現できるのである。   When the main circuit power storage means contactors 19a, 19b are turned on, the voltage of the power storage means 17a is applied to the inverter circuit 14 of the inverter driving device 6a, and the capacitor 13 connected in parallel to the inverter circuit 14 is charged first. The capacitor 13 determines the voltage specification on the assumption that power is supplied from a power line higher than the output voltage of the power storage means 17a. As described above, in the normal running mode in which the capacitor 13 is charged by the power from the power line, the capacitor 13 is charged through the resistor 16 in order to prevent an inrush current. On the other hand, in the battery running mode, when the capacitor 13 is charged with the electric power of the power storage means 17a, it is charged without going through a similar resistor. This is because the power storage means 17a also supplies power to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c and 22d as described above, and therefore the output voltage of the power storage means 17a is assumed to be DC110V ± 30% or less. This can be realized because the voltage is much lower than the voltage.

運転台で力行ノッチを投入すると、コンデンサ１３の充電はすでに開始されており、Ｖ_ｆｃが前述の電圧検出手段５１ｃの電圧値Ｖ_ｂａｔ_０に漸近する状態に至ることで、充電完了を認識する。この充電完了状態で、力行ノッチが投入されると、インバータ主回路１４は動作を開始（ゲートスタート）し、インバータ主回路１４の動作により、電動機１５ａ、１５ｂは駆動され、車両の加速が始まる。 When turning on the power running notch in the cab, the charging of the capacitor 13 has already been started, that V _Fc reaches a state that approaches the voltage value V _Bat_0 of the voltage detecting means 51c described above, recognizes the completion of charging. When the power running notch is turned on in this charging completion state, the inverter main circuit 14 starts to operate (gate start), and the motors 15a and 15b are driven by the operation of the inverter main circuit 14 to start the acceleration of the vehicle.

以上の構成によれば、従来の列車システムに備えられている制御装置に電力を供給する蓄電装置を活用することで、新たな機器を追加することなく第三軌条や架線などの給電手段がない区間で自立走行を可能とし、自立走行する際は、前記蓄電装置の蓄電手段を「制御電源用」と「自立走行用」の二つに区分することで、安定な制御装置への電力供給と、走行距離に応じて十分なインバータ装置への電力供給を両立するとともに、自立走行しないときは、二つに区分した蓄電手段へ個別充電により両者の蓄電量を等しくして、従来どおりの十分な制御電源への電力供給量を確保できる、電気鉄道車両の駆動システムを提供できる。   According to the above configuration, there is no power supply means such as a third rail or an overhead wire without adding new equipment by utilizing a power storage device that supplies power to a control device provided in a conventional train system. When self-sustained travel is possible in the section, when the self-sustained travel is performed, the power storage means of the power storage device is divided into two types, “for control power” and “for self-sustained travel”, so that power supply to a stable control device can be achieved. In addition to providing sufficient power supply to the inverter device according to the travel distance, and when not running independently, the power storage amount of both is equalized by individual charging to the power storage means divided into two, sufficient as usual It is possible to provide a drive system for an electric railway vehicle that can secure a power supply amount to the control power source.

図３は、本発明の電気鉄道車両の駆動システムの一実施形態における機器動作を示す波形図である。
（ａ）は電力線から供給される電力を集電装置３ａ、３ｂより取り入れ、これを動力源として車両を駆動する場合（通常走行モード）の車両及び各機器の動作を示す図、（ｂ）は蓄電装置８の蓄電エネルギを動力源として車両を駆動する場合（バッテリ走行モード）の車両及び各機器の動作を示す図である。 FIG. 3 is a waveform diagram showing device operations in an embodiment of the electric railway vehicle drive system of the present invention.
(A) is the figure which shows operation | movement of a vehicle and each apparatus when taking in the electric power supplied from an electric power line from current collector 3a, 3b, and driving a vehicle by using this as a motive power source (normal driving mode), (b) It is a figure which shows operation | movement of a vehicle and each apparatus in the case of driving a vehicle using the electrical storage energy of the electrical storage apparatus 8 as a motive power source (battery driving mode).

まず、（ａ）通常走行モードについて、車両及び各機器の動作を時刻（ｔ０〜ｔ６）の経過に基づいて説明する。
時刻ｔ０では、電力線と集電装置３ａ、３ｂは接しておらず、車両及び各機器に電力供給されていない。ただし、蓄電手段１７ａの電力は蓄電手段接続装置には供給されており、電圧検出手段５１ｃが検出する電圧値Ｖ_ｂｔｒは、蓄電手段７ａの出力電圧であるＶ_ｂｔｒ_０を示している。
時刻ｔ１では、「バッテリ入り」スイッチをオンにすることで、Battery ON信号がオンする。Battery ON信号オンにより、蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂが投入され、その状態を示すBATK1信号、BATK2信号がオンする。蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂの投入により、蓄電手段１７ａと、蓄電手段１７ｂは、電力供給手段２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと、車両間電力渡り手段２３ａ、２３ｂ、２３ｃを介して出力端子が接続される。これにより、蓄電手段１７ａ、１７ｂから補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力（Control Power）が供給される。 First, regarding (a) the normal travel mode, the operation of the vehicle and each device will be described based on the passage of time (t0 to t6).
At time t0, the power line and the current collectors 3a and 3b are not in contact with each other, and power is not supplied to the vehicle and each device. However, the electric power of the power storage means 17a is supplied to the power storage means connection device, and the voltage value V_btr detected by the voltage detection means 51c indicates V_btr_0 that is the output voltage of the power storage means 7a.
At time t1, the Battery ON signal is turned on by turning on the “battery inserted” switch. When the Battery ON signal is turned on, the storage means contactors 18a and 18b are turned on, and the BATK1 and BATK2 signals indicating the state are turned on. When the power storage means contactors 18a and 18b are turned on, the power storage means 17a and the power storage means 17b are connected to the output terminals through the power supply means 24a, 24b, 24c and 24d and the inter-vehicle power transfer means 23a, 23b and 23c. Is done. Thereby, electric power (Control Power) is supplied from power storage means 17a, 17b to auxiliary machines 22a, 22b, 22c, 22d.

ここで、補機２２ａとしては、前述のように、車両用制御電源、表示灯、非常灯等の重要負荷用の電源を想定しており、車両の制御電源の一般にＤＣ１１０Ｖ（定格）を用いることから、補助電源装置９ａの供給電圧、蓄電装置８ａの出力電圧は、変動分を考えてＤＣ１１０Ｖ±３０％、あるいはそれ以下であるとしてもよい。   Here, as described above, the auxiliary machine 22a is assumed to be a power source for important loads such as a vehicle control power source, an indicator light, an emergency light, etc., and DC110V (rated) is generally used as the vehicle control power source. Therefore, the supply voltage of the auxiliary power supply device 9a and the output voltage of the power storage device 8a may be DC 110V ± 30% or less in consideration of fluctuations.

時刻ｔ２では、「パンタ上昇」スイッチをオンにすることで、PAN UP信号がオンする。PAN UP信号のオンにより、集電装置３ａ、３ｂは電力線と接するように動作する。電力線と、集電装置３ａ、３ｂが接すると、インバータ駆動装置６ａ、６ｂへ電力が供給される。以下、インバータ駆動装置６ａについて機器の動作を説明するが、「（ａ）通常走行モード」では、インバータ駆動装置６ｂの機器動作は、インバータ駆動装置６ａと同様であるとする。
インバータ駆動装置６ａの高速度遮断器１０の直前まで電力線から電力が供給され、電圧検出装置５１ａが検出する電圧値Ｖ_ｓは、電力線と等しい電圧であるＶ_ｓ_０を示す。
一方、集電装置３ａが電力線と接すると、補助電源装置９ａ、９ｂにも電力が供給される。これにより、補助電源装置は動作を開始（ゲートスタート）し、その状態を示すAPS gate start信号がオンする。 At time t2, the “PAN UP” switch is turned on to turn on the PAN UP signal. When the PAN UP signal is turned on, the current collectors 3a and 3b operate so as to be in contact with the power line. When the power line is in contact with the current collectors 3a and 3b, power is supplied to the inverter drive devices 6a and 6b. Hereinafter, the operation of the device with respect to the inverter driving device 6a will be described. In “(a) normal traveling mode”, the device operation of the inverter driving device 6b is assumed to be the same as that of the inverter driving device 6a.
Power is supplied from the power line to the immediately preceding high-speed circuit breaker 10 of the inverter drive unit 6a, the voltage value V _s detected by the voltage detecting unit 51a shows a V _S_0 a voltage equal to the power line.
On the other hand, when the current collector 3a is in contact with the power line, power is also supplied to the auxiliary power supplies 9a and 9b. As a result, the auxiliary power supply device starts operating (gate start), and the APS gate start signal indicating the state is turned on.

時刻ｔ３では、運転台で「リセット」スイッチがオンにされ、Reset信号がオンする。「リセット」スイッチは本来、インバータ駆動装置６ａが故障等を検知して保護動作モードに遷移したとき、安全確認後に保護動作モードから抜けるためのスイッチである。通常、インバータ駆動制御装置の電源を投入した直後は安全の観点から一旦、保護動作モードに遷移させ、安全確認後に「リセット」スイッチを扱い、正常モードに復帰させる。正常モード復帰により、高速度遮断器１０ａが投入され、その状態を示すＨＢ信号がオンする。   At time t3, the “reset” switch is turned on in the cab, and the Reset signal is turned on. The “reset” switch is originally a switch for exiting the protection operation mode after confirming safety when the inverter driving device 6a detects a failure or the like and shifts to the protection operation mode. Normally, immediately after the inverter drive control device is turned on, it is temporarily switched to the protection operation mode from the viewpoint of safety, and after confirming the safety, the “reset” switch is handled to return to the normal mode. By returning to the normal mode, the high-speed circuit breaker 10a is turned on, and the HB signal indicating the state is turned on.

時刻ｔ４では、運転台で力行ノッチが投入され、Powering信号がオンする。Powering信号のオンにより、断流器１１ａが投入されその状態を示すＬＢ１信号がオンする。断流器１１ａが投入されると、電力線からの電力は、抵抗器１６を介してコンデンサ１３に充電される。ここで、抵抗器１６は、電力線からの電力をコンデンサ１３に充電するときの突入電流を所定値よりも小さく抑えるために設けている。コンデンサ１３の充電により電圧検出手段５１ｂの電圧値Ｖ_ｆｃは上昇する。Ｖ_ｆｃが前述の電圧検出手段５１ａの電圧値Ｖ_ｓ_０に漸近する状態に至ることで、断流器１１ｂを投入、その状態を示すＬＢ２信号がオンする。断流器１１ｂの投入により、電力線からの電力は、抵抗器１６を介さずにインバータ回路１４まで供給される。 At time t4, a power running notch is turned on at the cab and the Powering signal is turned on. When the powering signal is turned on, the circuit breaker 11a is turned on and the LB1 signal indicating the state is turned on. When the circuit breaker 11 a is turned on, the power from the power line is charged to the capacitor 13 via the resistor 16. Here, the resistor 16 is provided in order to suppress the inrush current when the power from the power line is charged in the capacitor 13 to be smaller than a predetermined value. As the capacitor 13 is charged, the voltage value V_fc of the voltage detecting means 51b increases. When V_fc approaches the voltage value V_s_0 of the voltage detection means 51a, the circuit breaker 11b is turned on, and the LB2 signal indicating the state is turned on. By turning on the current breaker 11b, the power from the power line is supplied to the inverter circuit 14 without going through the resistor 16.

時刻ｔ５では、電力線からの電力は、抵抗器１６を介さずにインバータ回路１４まで供給される。インバータ主回路１４は動作を開始（ゲートスタート）し、その状態を示すINV gate start信号がオンする。インバータ主回路１４の動作により、電動機１５ａ、１５ｂは駆動され、車両の加速が始まる。   At time t <b> 5, power from the power line is supplied to the inverter circuit 14 without going through the resistor 16. The inverter main circuit 14 starts operation (gate start), and an INV gate start signal indicating the state is turned on. The electric motors 15a and 15b are driven by the operation of the inverter main circuit 14, and the acceleration of the vehicle starts.

時刻ｔ６では、運転台で力行ノッチの投入は解除され、Powering信号はオフする。Powering信号のオフにより、インバータ主回路１４は動作を停止（ゲートストップ）し、その状態を示すINV gate start信号がオフする。インバータ主回路１４の停止により、車両の加速は終わる。   At time t6, the power running notch is released from the cab and the Powering signal is turned off. When the powering signal is turned off, the inverter main circuit 14 stops operating (gate stop), and the INV gate start signal indicating the state is turned off. When the inverter main circuit 14 stops, the acceleration of the vehicle ends.

次に、（ｂ）バッテリ走行モードについて、車両及び各機器の動作を時刻（ｔ０〜ｔ６）の経過に基づいて説明する。
時刻ｔ０では、電力線と集電装置３ａ、３ｂは接しておらず、車両及び各機器に電力供給されていない。ただし、蓄電手段１７ａの電力は蓄電手段接続装置には供給されており、電圧検出手段５１ｃが検出する電圧値Ｖ_ｂｔｒは、蓄電手段７ａの出力電圧であるＶ_ｂｔｒ_０を示している。
時刻ｔ１では、「バッテリ入り」スイッチをオンにすることで、Battery ON信号がオンする。Battery ON信号オンにより、蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂが投入され、その状態を示すＢＡＴＫ１信号、ＢＡＴＫ２信号がオンする。蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂの投入により、蓄電手段１７ａと、蓄電手段１７ｂは、電力供給手段２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと、車両間電力渡り手段２３ａ、２３ｂ、２３ｃを介して出力端子が接続される。これにより、蓄電手段１７ａ、１７ｂから補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力（Control Power）が供給される。
ここで、補機２２ａは制御装置等の電源を想定している。車両の制御電源の一般にＤＣ１１０Ｖ（定格）を用いることから、補助電源装置９ａの供給電圧、蓄電装置８ａの出力電圧は、変動分を考えてＤＣ１１０Ｖ±３０％、あるいはそれ以下であるとしてもよい。 Next, regarding (b) battery travel mode, the operation of the vehicle and each device will be described based on the passage of time (t0 to t6).
At time t0, the power line and the current collectors 3a and 3b are not in contact with each other, and power is not supplied to the vehicle and each device. However, the electric power of the power storage means 17a is supplied to the power storage means connection device, and the voltage value V_btr detected by the voltage detection means 51c indicates V_btr_0 that is the output voltage of the power storage means 7a.
At time t1, the Battery ON signal is turned on by turning on the “battery inserted” switch. When the Battery ON signal is turned on, the storage means contactors 18a and 18b are turned on, and the BATK1 signal and the BATK2 signal indicating the state thereof are turned on. When the power storage means contactors 18a and 18b are turned on, the power storage means 17a and the power storage means 17b are connected to the output terminals through the power supply means 24a, 24b, 24c and 24d and the inter-vehicle power transfer means 23a, 23b and 23c. Is done. Thereby, electric power (Control Power) is supplied from power storage means 17a, 17b to auxiliary machines 22a, 22b, 22c, 22d.
Here, the auxiliary machine 22a is assumed to be a power source of a control device or the like. Since DC110V (rated) is generally used as a vehicle control power supply, the supply voltage of the auxiliary power supply device 9a and the output voltage of the power storage device 8a may be DC110V ± 30% or less in consideration of fluctuations.

時刻ｔ２では、「バッテリ走行」スイッチをオンにすることで、BatRun信号がオンする。BatRun信号のオンにより、蓄電装置８ａの蓄電手段接触器１８ａを開放し、その状態を示すＢＡＴＫ１信号はオフする。これにより、蓄電手段１７ａ、から補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力（Control Power）が供給されなくなる。
バッテリ走行モードは、蓄電装置８ａの蓄電手段１７ａを、蓄電手段接続装置７を介して、インバータ駆動装置６ａに接続し、蓄電手段１７ａからインバータ回路１４に電力を供給することで、車両を加速させる。一方、編成内の他の蓄電手段１７ｂは、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに電力を供給する。すなわち、バッテリ走行するために必要な電力（自立走行用電力）は蓄電手段１７ａで供給し、補機すなわち制御装置の電源として必要な電力（制御電源用電力）は蓄電手段１７ｂで供給することにより、所定距離をバッテリ走行する蓄電エネルギと、制御装置を動作させる蓄電エネルギをそれぞれ確実に確保し、安定かつ確実なバッテリ走行を実現する。なお、バッテリ走行モードでは、蓄電手段１７ａより電力が供給されるインバータ駆動装置６ａを動作させ、電動機１５ａ、１５ｂの駆動トルクで車両を加速させる。電力が供給されないインバータ駆動装置６ｂは動作させず、電動機１５ｃ、１５ｄは駆動トルクを発生しない。また、バッテリ走行モードでは、電力線からの電力を受けないため、補助電源装置９ａ、９ｂからは、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、蓄電手段１７ａ、１７ｂに電力を供給できない。 At time t2, the BatRun signal is turned on by turning on the “battery running” switch. When the BatRun signal is turned on, the power storage means contactor 18a of the power storage device 8a is opened, and the BATK1 signal indicating the state is turned off. Thereby, electric power (Control Power) is no longer supplied from the power storage means 17a to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c, and 22d.
In the battery running mode, the power storage device 17a of the power storage device 8a is connected to the inverter drive device 6a via the power storage device connection device 7, and the vehicle is accelerated by supplying power from the power storage device 17a to the inverter circuit 14. . On the other hand, the other power storage means 17b in the train supplies power to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c, and 22d. That is, the power required for battery running (self-sustained running power) is supplied by the power storage means 17a, and the power required as a power source for the auxiliary equipment, that is, the control device (control power power) is supplied by the power storage means 17b. In addition, it is possible to reliably secure the stored energy for battery running for a predetermined distance and the stored energy for operating the control device to realize stable and reliable battery running. In the battery running mode, the inverter driving device 6a to which electric power is supplied from the power storage means 17a is operated, and the vehicle is accelerated by the driving torque of the electric motors 15a and 15b. The inverter drive device 6b to which power is not supplied is not operated, and the motors 15c and 15d do not generate drive torque. Further, in the battery running mode, since power from the power line is not received, power cannot be supplied from the auxiliary power supply devices 9a, 9b to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c, 22d and the power storage units 17a, 17b.

時刻ｔ３では、運転台で「リセット」スイッチが扱われ、Reset信号がオンする。「リセット」スイッチは本来、インバータ駆動装置６ａが故障等を検知して保護動作モードに遷移したとき、安全確認後に保護動作モードから抜けるためのスイッチである。通常、インバータ駆動制御装置の電源を投入した直後は安全の観点から一旦、保護動作モードに遷移させ、安全確認後に「リセット」スイッチを扱い、正常モードに復帰させる。正常モード復帰により、主回路蓄電手段接触器１９ａ、１９ｂが投入され、その状態を示すＢＫ信号がオンする。   At time t3, the “reset” switch is handled in the cab, and the Reset signal is turned on. The “reset” switch is originally a switch for exiting the protection operation mode after confirming safety when the inverter driving device 6a detects a failure or the like and shifts to the protection operation mode. Normally, immediately after the inverter drive control device is turned on, it is temporarily switched to the protection operation mode from the viewpoint of safety, and after confirming the safety, the “reset” switch is handled to return to the normal mode. By returning to the normal mode, the main circuit power storage means contactors 19a and 19b are turned on, and the BK signal indicating the state is turned on.

ここで、主回路蓄電手段接触器１９ａ１９ｂは、低電圧仕様である蓄電装置１７ａ、補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに、電力線からの高電圧が印加されないことを確認した上で投入する必要がある。このため、「（１）電圧検出手段５１の電圧値Ｖ_ｓが零に漸近していること」、「（２）高速度遮断器１０と断流器１１ａの両方、または何れかが開放されていること」、「（３）蓄電手段接触器１８ａ、１８ｂが開放されていること」を満たしているときに、前記「リセット」スイッチを扱ったときに、主回路蓄電手段接触器１９ａ、１９ｂの投入を許可する。 Here, the main circuit power storage means contactor 19a19b needs to be turned on after confirming that a high voltage from the power line is not applied to the power storage device 17a and auxiliary devices 22a, 22b, 22c, and 22d, which are low voltage specifications. is there. For this reason, “(1) the voltage value V_s of the voltage detection means 51 is asymptotic to zero”, “(2) either or both of the high-speed circuit breaker 10 and the circuit breaker 11a are opened. When the “reset” switch is handled when “(3) the storage means contactors 18a, 18b are open” is satisfied, the main circuit storage means contactors 19a, 19b Allow entry.

主回路蓄電手段接触器１９ａ、１９ｂが投入されると、蓄電手段１７ａの電圧がインバータ駆動装置６ａのインバータ回路１４に印加され、まずインバータ回路１４に並列に接続されたコンデンサ１３が充電される。コンデンサ１３は、蓄電手段１７ａの出力電圧よりも高電圧な電力線から電力供給を受けることを想定して電圧仕様を決定する。前述のように、電力線からの電力によりコンデンサ１３を充電する通常走行モードでは、突入電流を防止するため抵抗器１６を介して充電した。これに対し、バッテリ走行モードでは、蓄電手段１７ａの電力でコンデンサ１３を充電する場合は同様の抵抗器を介さずに充電する。これは、蓄電手段１７ａは前述のように補機２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにも電力を供給するため、蓄電手段１７ａの出力電圧は、ＤＣ１１０Ｖ±３０％、あるいはそれ以下想定しており、電力線の電圧よりも遥かに低電圧であるため実現できるのである。   When the main circuit power storage means contactors 19a, 19b are turned on, the voltage of the power storage means 17a is applied to the inverter circuit 14 of the inverter driving device 6a, and the capacitor 13 connected in parallel to the inverter circuit 14 is charged first. The capacitor 13 determines the voltage specification on the assumption that power is supplied from a power line higher than the output voltage of the power storage means 17a. As described above, in the normal running mode in which the capacitor 13 is charged by the power from the power line, the capacitor 13 is charged through the resistor 16 in order to prevent an inrush current. On the other hand, in the battery running mode, when the capacitor 13 is charged with the electric power of the power storage means 17a, it is charged without going through a similar resistor. This is because the power storage means 17a also supplies power to the auxiliary machines 22a, 22b, 22c and 22d as described above, and therefore the output voltage of the power storage means 17a is assumed to be DC110V ± 30% or less. This can be realized because the voltage is much lower than the voltage.

時刻ｔ４では、運転台で力行ノッチが投入され、Powering信号がオンする。コンデンサ１３の充電は時刻ｔ３の時点で開始され、電圧検出手段５１ｂの電圧値Ｖ_ｆｃは上昇する。Ｖ_ｆｃが前述の電圧検出手段５１ｃの電圧値Ｖ_ｂａｔ_０に漸近する状態に至ることで、充電完了を認識する。この充電完了状態において、Powering信号がオンすることにより、インバータ主回路１４は動作を開始（ゲートスタート）し、その状態を示すINV gate start信号がオンする。インバータ主回路１４の動作により、電動機１５ａ、１５ｂは駆動され、車両の加速が始まる。
時刻ｔ６では、運転台で力行ノッチの投入は解除され、Powering信号はオフする。Powering信号のオフにより、インバータ主回路１４は動作を停止（ゲートストップ）し、その状態を示すINV gate start信号がオフする。インバータ主回路１４の停止により、車両の加速が終了する。 At time t4, a power running notch is turned on at the cab and the Powering signal is turned on. Charging of the capacitor 13 is started at time t3, and the voltage value V_fc of the voltage detecting unit 51b increases. When V_fc is asymptotic to the voltage value V_bat_0 of the voltage detection means 51c described above, the completion of charging is recognized. When the Powering signal is turned on in this charging completion state, the inverter main circuit 14 starts operation (gate start), and the INV gate start signal indicating the state is turned on. The electric motors 15a and 15b are driven by the operation of the inverter main circuit 14, and the acceleration of the vehicle starts.
At time t6, the power running notch is released from the cab and the Powering signal is turned off. When the powering signal is turned off, the inverter main circuit 14 stops operating (gate stop), and the INV gate start signal indicating the state is turned off. When the inverter main circuit 14 is stopped, the acceleration of the vehicle is completed.

１…車両、２…車間連結器、３…集電装置、４…台車、５…輪軸、６…インバータ駆動装置、７…蓄電手段接続装置、８…蓄電装置、９…補助電源装置、１０…高速度遮断機、１１…断流器、１２…リアクトル、１３…コンデンサ、１４…インバータ回路、１５…電動機、１６…抵抗器、１７…蓄電手段、１８…蓄電手段接触器、１９…主回路・蓄電手段接触器、２０…ダイオード手段、２１…接地手段、２２…補機、２３…車両間電力渡り手段、２４…電力供給手段、５１…電圧検出手段、５２…電流検出手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle, 2 ... Inter-vehicle connector, 3 ... Current collector, 4 ... Carriage, 5 ... Wheel shaft, 6 ... Inverter drive device, 7 ... Power storage means connection device, 8 ... Power storage device, 9 ... Auxiliary power supply device, 10 ... High-speed circuit breaker, 11 ... Circuit breaker, 12 ... Reactor, 13 ... Capacitor, 14 ... Inverter circuit, 15 ... Electric motor, 16 ... Resistor, 17 ... Power storage means, 18 ... Power storage means contactor, 19 ... Main circuit Power storage means contactor, 20 ... diode means, 21 ... grounding means, 22 ... auxiliary equipment, 23 ... inter-vehicle power transfer means, 24 ... power supply means, 51 ... voltage detection means, 52 ... current detection means

Claims (5)

車両の外部から電力を得る第一の給電手段と、車両に配備され、車両用制御電源及び表示灯や非常灯を含む補機に電力を供給する電源として、蓄電手段を備えた複数の第二の給電手段と、前記第一の給電手段より得られる直流電力をより低電圧の直流電力に変換し、前記複数の第二の給電手段のそれぞれを充電すると共に前記補機へ前記直流電力を供給する複数の第一の電力変換手段と、前記第一の給電手段より得られる直流電力を交流電力に変換する第二の電力変換手段と、該交流電力により駆動され、車両をけん引する力を発生する交流電動機と、前記複数の第二の給電手段に充電された直流電力より電力供給され、前記第一および前記第二の電力変換手段の動作を制御する制御手段を備え、
前記第一の給電手段より得られる直流電力を前記第二の電力変換装置に供給して交流電動機を駆動し、かつ前記複数の第二の給電手段に充電された直流電力を前記制御手段に供給する第一の機器動作モードと、前記複数の第二の給電手段のうち、特定の第二の給電手段に充電された直流電力を前記車両用制御電源及び前記表示灯や前記非常灯を含む前記補機の電源として供給し、残りの第二の給電手段に充電された直流電力を、前記第二の電力変換装置に供給して、前記交流電動機を駆動する第二の機器動作モードを備え、前記第一の機器動作モードまたは前記第二の機器動作モードを選択して構成する電力供給選択手段と、
前記第一の給電手段から供給される電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、を備え、
前記電力供給選択手段は、前記第一の機器動作モードから前記第二の機器動作モードへ切替を行う際に、運転台のスイッチ入力に基づき、前記特定の第二の給電手段と前記補機の間に設けられた第一の接触器を投入し、更に、前記電圧検出手段の電圧検出値が零近傍である場合に、前記残りの第二の給電手段と前記第二の電力変換装置の間に設けられた第二の接触器を投入することを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 First power supply means for obtaining power from the outside of the vehicle, and a plurality of second power supply means provided as power supplies for supplying power to the vehicle control power supply and auxiliary equipment including indicator lights and emergency lights. The DC power obtained from the first power feeding means and the DC power obtained from the first power feeding means are converted into DC power having a lower voltage, and each of the plurality of second power feeding means is charged and the DC power is supplied to the auxiliary machine. a plurality of first power conversion unit, and a second power converter for converting DC power obtained from said first feed means into AC power, is driven by the AC power, the power to drive the vehicle occurs that an AC motor for said a plurality of second direct-current power charged in the power supply means of the power supply, and control means for controlling the operation of said first contact and said second power conversion means,
By supplying the DC power obtained from said first feed means to the second power conversion device to drive the AC motor, and supplying the DC power charged in the plurality of second power supply means to said control means a first device operation mode, among the plurality of second power supply means, a particular second the vehicle controlling electrostatic Minamoto及 beauty the DC power charged in the feeding means display lamps and the emergency lights the supplied as a power supply for auxiliary equipment, including the DC power charged in the rest of the second feeding means, it is supplied to the second power converter, a second device operation mode for driving the AC motor Power supply selection means configured to select and configure the first device operation mode or the second device operation mode ,
Voltage detection means for detecting the voltage value of the power supplied from the first power supply means ,
When the power supply selection means switches from the first equipment operation mode to the second equipment operation mode, based on the switch input of the cab, the specific second power feeding means and the auxiliary machine A first contactor provided between the second power supply unit and the second power converter when the voltage detection value of the voltage detection unit is close to zero. A drive system for an electric railway vehicle, characterized in that a second contactor provided in the vehicle is inserted . 請求項１の電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記第二の給電手段に充電され、前記制御手段または前記第一の電力変換装置に供給される直流電力は、１５０Ｖ以下の電圧であることを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 The drive system for an electric railway vehicle according to claim 1,
The drive system for an electric railway vehicle, wherein the DC power charged in the second power supply means and supplied to the control means or the first power converter is a voltage of 150 V or less. 請求項１の電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記第二の給電手段は、鉄道車両の制御電源を供給する鉛蓄電池であり、第二の給電手段に充電され、前記制御手段または前記第一の電力変換装置に供給される直流電力は、１５０Ｖ以下の電圧であることを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 The drive system for an electric railway vehicle according to claim 1,
Said 2nd electric power feeding means is a lead acid battery which supplies the control power supply of a rail vehicle, and the direct-current power supplied to said 2nd electric power feeding means and supplied to said control means or said 1st power converter device is 150V An electric railway vehicle drive system having the following voltage: 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記電力供給選択手段は、前記第一の機器動作モードから前記第二の機器動作モードへ切替を行う際に、前記電圧検出手段の電圧検出値が零近傍であり、かつ前記第一の給電手段が前記第二の電力変換手段から遮断されており、かつ前記残りの第二の給電手段と前記補機の間に設けられた第三の接触器が開放されている場合に、前記残りの第二の給電手段と前記第二の電力変換装置の間に設けられた前記第二の接触器を投入することを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 The drive system for an electric railway vehicle according to any one of claims 1 to 3 ,
When the power supply selection means switches from the first device operation mode to the second device operation mode, the voltage detection value of the voltage detection means is near zero, and the first power supply means Is disconnected from the second power conversion means, and the third contactor provided between the remaining second power supply means and the auxiliary machine is opened, the remaining second A drive system for an electric railway vehicle, wherein the second contactor provided between the second power feeding means and the second power converter is inserted . 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電気鉄道車両の駆動システムにおいて、The drive system for an electric railway vehicle according to any one of claims 1 to 4,
前記第二の電力変換手段を複数備え、A plurality of the second power conversion means,
前記第二の接触器は、前記残りの第二の給電手段と複数の前記第二の電力変換手段の少なくとも１つとの間に設けられており、The second contactor is provided between the remaining second power feeding means and at least one of the plurality of second power conversion means,
前記第二の接触器が設けられていない他の前記第二の電力変換手段には、前記第二の機器動作モードの時に前記残りの第二の給電手段から電力が供給されないことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。The other second power conversion means not provided with the second contactor is not supplied with power from the remaining second power supply means in the second device operation mode. Electric railway vehicle drive system.
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