JP5891989B2 - 駆動システムおよびこれを搭載した鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は，電動機の駆動装置に関し，特に複数の異なる電力源から電力を得る鉄道車両用の駆動装置に関する。

鉄道には，トロリーワイヤーやサードレールを介して地上から列車に電力を供給する設備が具備されている区間（以下，「電化区間」と言う。）と，地上からの電力供給設備が
なく列車自身が有している発電手段により電力を得る（または動力源により動力を得る）
区間（以下，「非電化区間」という。）の二種類の区間がある。電化区間では列車の制動
時に発生する回生電力を他の列車で消費することが可能であるため，一般的に電化方式の
方がエネルギー効率が高く，列車量の多い区間が優先的に電化される傾向にある。また，
昨今では，エネルギー単価の高騰を背景に，非電化区間の電化計画が進んでいる。

一方で，列車の運用を効率的に行うためには，電化，非電化区間の区別なく走行できる
列車が望まれる。このような列車を実現する手段としては，電力源／動力源を持たない車
両によって構成される列車編成を，電化区間では電気機関車で牽引し，非電化区間では内
燃機関を動力源とする，例えば，ディーゼル機関車で牽引する方式が一般的に広く用いら
れている。

電気機関車，ディーゼル機関車に関らず機関車は，多くの機器を搭載しており，通常，
列車を構成する客車の数倍の重量がある。例えば，日本国内を走行している新幹線列車の
ように，駆動装置などの列車に必要な機能を分散配置した動力分散型の列車と比較して，
機関車は，軸重のある車軸により，軌道へのダメージが大きくなる，あるいは，重量が集
中した車両に対しては，大容量のブレーキ装置が必要であるなどの理由により，列車の高
速化に限界があると言う課題があった。

一方で，機能分散型の列車においては，電化区間用，非電化区間用のそれぞれに最適化
する必要があり，共通化できないという課題がある。

このような課題に対して，特許文献１では，架線電圧またはディーゼルエンジン（およ
び燃料電池／Gas Cell）による発電手段すなわち異なる電力源（文献１ Fig１：１１お
よび１２，２１，３１）およびこれらの電力源から得られる電力を直流電圧に変換し直流
電圧に変化する電力変換器（文献１ Fig１：１３，２０，３２）を有し，走行区間に合
せて，これらを適宜切替えることにより，上記の課題を解消できる鉄道用車両駆動装置お
よびそれを用いた鉄道用車両を実現する手段が掲載されている。

EP 1 186497 A1，Railway vehicle with power supply system，ALSTOM LHB GmbH

しかしながら，上記文献１においては電力源（架線，エンジンにより駆動される発電機，燃料電池）毎に，電力源の電圧を直流電圧（文献１ Fig１：１）に変換する適切な電力変換器が必要（文献１ Fig１：１３，２５，３２）となるため，列車の編成重量が増大する，ぎ装スペースを確保する必要があるため列車編成構成の自由度が低下する，保守費用の増大，部品点数増大による信頼性の低下などの課題があった。また，機器数が多く一両に納まらないため，複数の車両に機器を分散配置する必要があり，編成構成上の自由を妨げるという課題もある。

ここで、上記課題を解決する手段として、各電力源（架線，エンジンにより駆動される発電機など）からの交流電圧を、各電力源の交流電圧に応じて直流電圧に変換する制御を行うことにより、コンバータを複数の電力源に対して共通化する駆動システムが考えられる。しかし、このような駆動システムでは、電化区間から非電化区間へ侵入する際、及び非電化区間から電化区間へ侵入する際に、物理的な回路の切り替えと共に、コンバータの制御も切り替える必要があり、特許文献１と比較して電源の切り替えが複雑になるという課題がある。

このように、物理的な回路の切り替え及びコンバータの制御も切り替える場合には、装置の安全を確保しつつ、安定した駆動を実現することが難しいという問題がある。また、装置の安全性確保や駆動の安定化を図ろうとすると、電源の切り替えに長い時間を要するという問題が生じる。電源の切り替えに長い時間を要すると、編成を加速できない時間が長くなるため、この加速できない時間を考慮した運行ダイヤとする必要があり、運行の自由度が小さくなるという問題が生じる。または、空調装置や照明装置などの車両内の補助機器への電力供給が絶たれた時間が長引くため、乗客へのサービスが低下するという問題が生じる。

本発明は、複数の交流電力源に対してコンバータが共通化された駆動システムにおいて、電力源の切り替えの際に、装置の安全を確保しつつ、安定した駆動を実現することを目的とする。または、さらに電源切り替えを速やかに行うことを目的とする。

上記課題を解決するための一つの解決手段は、交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換装置と、第一の電力変換装置で変換された直流電力を電源として電動機を駆動する第二の電力変換装置と，エンジン及び当該エンジンと連結した発電機を有する発電ユニットと，を備え，第一の電力変換装置は，単相交流を供給する第一の交流電源と第一の接触器を介して接続され，三相交流を供給する発電ユニットと第二の接触器を介して接続されており，第一の電力変換装置は，第一及び第二の接触器により接続される交流電源に応じた電力変換動作を行う駆動システムを複数備え、互いに連結される複数車両に駆動システムを搭載した編成列車において，第一の交流電源から交流電力を収集する集電装置と，一次巻線側で第三の接触器を介して集電装置と接続され、二次巻線側で第一の接触器を介して第一の電力変換装置と接続され、第一の交流電源からの交流電力を降圧して第一の電力変換装置に供給する変圧器を、編成車両内にそれぞれ２つ以上備え、複数の集電装置は互いに接続する電量ラインを更に備え、第一の電力変換装置の交流側を第一の交流電源から発電ユニットに切り替える場合に、第一の電力変換装置のスイッチング動作を停止して、第一の接触器を開放する第１ステップと、第二の接触器を閉じて、第一の電力変換装置により単相交流を直流に変換するスイッチング動作を開始する第２ステップと、電動機からのトルク出力を許可する第３ステップと、を備えることである。

または、第一の電力変換装置の交流側を発電ユニットから前記第一の交流電源に切り替える場合に、第一の電力変換装置のスイッチング動作を停止して、第二の接触器を開放する第１ステップと、第一の接触器を閉じて、第一の電力変換装置により三相交流を直流に変換するスイッチング動作を開始する第２ステップと、電動機からのトルク出力を許可する第３ステップと、を備えることである。

本発明によれば、複数の交流電力源に対してコンバータが共通化された駆動システムにおいて、電力源の切り替えの際に、装置の安全を確保しつつ、安定した駆動を実現することができる。または、さらに電源切り替えを速やかに行うことができる。

本発明の一実施形態を示す駆動システム図である。 本発明の駆動システムを列車に搭載した場合の一構成例を示す図である。 電化区間から非電化区間へ侵入する場合の切り替えフローを示す図である。 非電化区間から電化区間へ侵入する場合の切り替えフローを示す図である。 本発明の一実施形態を示す他の駆動システム図である。 本発明の一実施形態を示す他の駆動システム図である。

以下，本発明の実施形態について，図面を用いて説明する。本発明を構成する鉄道車両用駆動システムの例および鉄道車両編成への適用例を図１〜図６を用いて説明する。

〔実施例１〕図１に示すように本実施例の駆動システムは，単相交流電源である変電所と接続される架線（図示しない）から単相交流電力を取り込む集電装置１と，架線電圧を降圧する主変圧器１１とを備え，主変圧器１１の低圧側には巻線が二つ配置されており，各巻線には単相交流が供給される。また，駆動システムは，自己消弧能力を有する半導体素子（例えばＩＧＢＴ）とダイオードとが逆並列に接続された接続体を二個直列接続して構成されたスイッチング回路を二相分備えた交流電力を直流電力に変換する電源用電力変換回路２１および電源用電力変換回路２２と，前記主変圧器１１と前記電源用電力変換回路２１，２２の間に接続された接触器１２と，前記電源用電力変換回路２１，２２の直流側に接続され直流電圧を平滑する平滑コンデンサ３と，前記平滑コンデンサ３の両端の電圧を電圧源として，半導体素子の組合せにより構成され主電動機５を駆動する電動機駆動用変換回路４と，エンジンおよび該エンジンと連結した発電機からなり三相交流電源を供給する発電ユニット６と，前記主変圧器１１と前記電源用電力変換回路２１，２２の接続点（前記電源用電力変換回路２１，２２の交流側）と，前記発電ユニット６の三相交流出力との間に接続された接触器１３と，を有する鉄道車両用駆動システムである。

図１の例では，列車が架線下すなわち電化区間を走行している場合においては前記接触器１２を閉じ，前記接触器１３を開いた状態とする。前記電源用電力変換回路２１，２２には主変換器１１からそれぞれ単相交流電力が供給されるため，前記電源用電力変換回路２１，２２を構成する半導体素子を単相交流を直流へ変換するように適宜スイッチングさせることで，架線から供給される単相の交流電圧を前記電源用電力変換回路２１，２２によって変換し，直流電圧を得て，電動機駆動用変換回路４により主電動機５を駆動する。

一方，列車が架線の無い区間すなわち非電化区間走行している場合には，前記接触器１２を開き，前記接触器１３を閉じた状態とする。ここで，発電ユニット６から供給される三相交流の二相分は前記電源用電力変換回路２１の交流側に接続され，残る一相分は前記電源用電力変換回路２２を構成する二相分の電力変換回路の一相分２２１を構成する半導体素子に接続されている。前記電源用電力変換回路２２の一相分２２１を構成する半導体素子と，前記電源用電力変換回路２１の二相分の電力変換回路と，を三相交流を直流に変換するように適宜スイッチングさせ，前記発電ユニット６の三相交流出力電圧を直流電圧に変換する。また，このとき前記電源用電力変換回路２２のスイッチング動作していない一相分２２２を構成する半導体素子に対しては，不必要なスイッチングを防止するためオフ指令を与える。ここで，車両が架線下（電化区間）を走行中であって架線が異常状態である場合に，上述の制御を行っても，本発明の効果を得ることができる。

次に、図１に示した駆動システムを編成列車に搭載した場合の構成図を図２に示す。図２では、図１に示した４つの駆動システムが複数の車両に搭載された実施例を示している。この実施例においては、先頭及び後尾車両に集電装置１及び主変圧器１１を搭載し、先頭側の２つの駆動システムは、先頭車両に搭載された主変圧器１１から単相交流（巻線２つ分）を受ける。後尾側の２つの駆動システムは、後尾車両に搭載された主変圧器１１から単相交流（巻線２つ分）を受ける。また、図２における電力変換装置７は、図２における電源用電力変換回路２１，２２と直流フィルタコンデンサ３と電動機駆動用変換回路４を示している。

また、先頭側の集電装置１と後尾側の集電装置１は、電力ライン８で接続されており、先頭車両の主変圧器１１及び後尾車両の主変圧器１１は、それぞれ先頭側の集電装置１と後尾側の集電装置１のいずれからも電力供給を受けることが可能となっている。この電力ライン８を備えることにより、一方の集電装置１に異常が発生した場合であっても他方の集電装置１から電力供給を受けることができ、運行を継続させることが可能となる。

本実施例では、電源用電力変換回路２１，２２を架線と発電機で共通化し、かつ、走行位置が電化区間と非電化区間のいずれであるかに応じて、接触器１２，１３，１５，１６及び電源用電力変換回路２１，２２の制御モードを適切に切り替えることにより、電化区間と非電化区間を安全に走行することができ、かつ駆動システムの切り替えをスムーズに行うことを可能としている。

図３と図４を用いて、駆動システムの切り替えシーケンスを詳細に説明する。まず、図３は、電化区間から非電化区間へ列車が侵入する場合の電源切り替えフローを示している。まず、ステップ１０１として、エンジンがアイドリング状態であり発電が可能であること、及び運転台からのノッチ指令がオフとなっていることを確認してステップ１０２に移行する。当該ステップ１０１での確認処理は、駆動システムで自動的に行っても良く、また運転台に確認状況を表示して運転手により確認を行っても良い。

次に、ステップ１０２として、電化区間用の駆動制御から非電化区間用の駆動制御へ切り替えるトリガを入力する。当該トリガは、列車が電化区間用の駆動制御から非電化区間用の駆動制御へ切り替えを行う所定区間に在線していることを検知して自動的に入力、または運転手により入力される。ここで、列車が所定区間に在線しているかどうかの判断は、集電装置電圧の検出結果により判断しても良い。また，速度発電機やＧＰＳにより生成される列車の走行位置と，予め記憶しておいた所定区間の位置情報とを比較した結果により判断しても良い。また，地上子などの地上側設備から電化／非電化区間の情報を受信して判断することも可能である。

ステップ１０２により切り替えトリガが入力されると、ステップ１０３，１０４，１０５へ移行する。ステップ１０３では、接触器１６及び接触機１５を開いて集電装置１と主変圧器１１の間を遮断する。そして、ステップ１０６に移行する。次に、ステップ１０６として集電装置１を降下させて収納する。

ステップ１０５では、車両内の空調装置や照明装置などの補助機器へ電力を供給する編成内に存在する全ての補助電源装置（ＡＰＳ）のスイッチング素子のゲートをオフ状態としてスイッチング動作を停止させる。

ステップ１０４では、編成内に存在する全ての電源用電力変換回路２１，２２（コンバータ）のスイッチング素子のゲートをオフ状態としてスイッチング動作を停止させる。また、接触器１２を開いて主変圧器１１と電源用電力変換回路２１，２２の間を遮断する。ここで、電化区間を走行している場合には、接触器１３は開放状態であるため、編成内に存在する全ての電源用電力変換回路２１，２２はいずれの電力源からも遮断された状態となる。次に、ステップ１０７に移行する。

ステップ１０７では、接触器１３を閉じて発電機と電源用電力変換回路２１，２２を接続状態とする。このように、接触器１２を開いた後に接触器１３を閉じることで、主変圧器１１と発電機が接続状態となり、大きな電圧が印加されることを防止することができる。次に、ステップ１０８に移行する。

ステップ１０８では、編成内に存在する全ての電源用電力変換回路２１，２２（コンバータ）のスイッチング動作をスタートさせる。ここでの電源用電力変換回路２１，２２（コンバータ）のスイッチング動作は、上述した通り、前記電源用電力変換回路２２の一相分２２１を構成する半導体素子と，前記電源用電力変換回路２１の二相分の電力変換回路と，を三相交流を直流に変換するように適宜スイッチングさせ，前記発電ユニット６の三相交流出力電圧を直流電圧に変換する動作である。また，前記電源用電力変換回路２２の発電機に接続されていない一相分２２２を構成する半導体素子に対しては，不必要なスイッチングを防止するためオフ指令を与える。次に、ステップ１０９に移行する。

ステップ１０９では、編成内に存在する全ての補助電源装置（ＡＰＳ）のスイッチング動作を再開させて、補助機器への電力供給を開始する。

次に、ステップ１１０では、ステップ１０３で接触器１６と接触器１５が開放状態となっていること、及びステップ１０９で編成内に存在する全ての補助電源装置（ＡＰＳ）がスイッチング動作を再開させたことのそれぞれのアンド条件が成立した場合に、ステップ１１１へ移行する。図３では、編成内に存在する全ての補助電源装置（ＡＰＳ）がスイッチング動作を再開させたことを、ステップ１１０のアンド条件の一つとしたが、ステップ１０９に代えて、ステップ１０８での編成内に存在する全てのコンバータのスイッチング動作スタートをアンド条件の一つとしても良い。

ステップ１１１では、ステップ１１０のアンド条件が成立したことを条件として、運転台からのノッチ入力に応じて、電動機駆動用変換回路４の動作を開始し、主電動機５からのトルク出力を許可する。言い換えると、ステップ１１０でのアンド条件が成立しない場合は、主電動機５からのトルク出力を禁止する。

図３では、ステップ１０１〜ステップ１１１をすべて説明したが、本発明の効果を発生させるための最小限の構成は、ステップ１０２，ステップ１０４，ステップ１０７，ステップ１０８，ステップ１１１である。つまり、切り替えトリガが入力され（Ｓ１０２）、その後、編成内に存在する全てのコンバータのゲートオフとコンバータと架線間を遮断し（Ｓ１０４）、その後、編成内に存在する全てのコンバータと発電機を接続し、コンバータをゲートスタートさせ（Ｓ１０７，Ｓ１０８）、その後、主電動機からのトルク出力を許可する（Ｓ１１１）。

編成内に存在する全てのコンバータのゲートオフとコンバータと架線間の遮断を行った後に、コンバータと発電機を接続することにより、架線と発電機が接続されて発電機などに過大な電圧が印加させることを防止できる。また、編成内に存在する全てのコンバータが非電化区間用のスイッチング動作を開始した後に、主電動機からのトルク出力を許可することにより、電動機駆動用変換回路４の入力電圧が確保された状態で初めてトルク出力を許可するため、安定した駆動出力を行うことが可能となる。つまり、直流電力を生成する電力変換回路を構成する半導体素子を各電源に対して共有化し，かつ安全を確保しつつ、安定した駆動を実現することができるという本発明の効果を達成できる。

なお、上記した最小限の構成に加えて、ステップ１０３，ステップ１１０を有することにより、ステップ１０３とステップ１０４，１０７〜１０９を並行して行うことが可能となり、集電装置と主変圧器との切り離し処理を行う場合にも、電力源の切り替えを速やかに行うことが可能となります。さらに、ステップ１０５を有することにより、ステップ１０５とステップ１０４，１０７〜１０９を並行して行うことが可能となり、同様に電力源の切り替えを速やかに行うことが可能となります。

次に、図４を用いて、非電化区間から電化区間へ列車が侵入する場合の電源切り替えフローを説明する。まず、ステップ２０１として、集電装置１１が上昇しており、架線から電力を受けることができる状態であること、及び運転台からのノッチ指令がオフとなっていることを確認してステップ２０２に移行する。当該ステップ２０１での確認処理は、駆動システムで自動的に行っても良く、また運転台に確認状況を表示して運転手により確認を行っても良い。

次に、ステップ２０２として、非電化区間用の駆動制御から電化区間用の駆動制御へ切り替えるトリガを入力する。当該トリガは、列車が非電化区間用の駆動制御から電化区間用の駆動制御へ切り替えを行う所定区間に在線していることを検知して自動的に入力、または運転手により入力される。ここで、列車が所定区間に在線しているかどうかの判断は、集電装置電圧の検出結果により判断しても良い。また，速度発電機やＧＰＳにより生成される列車の走行位置と，予め記憶しておいた所定区間の位置情報とを比較した結果により判断しても良い。また，地上子などの地上側設備から電化／非電化区間の情報を受信して判断することも可能である。

ステップ２０２により切り替えトリガが入力されると、ステップ２０３，２０４，２０５へ移行する。ステップ２０３では、接触器１６及び接触機１５を閉じて集電装置１と主変圧器１１の間を接続する。

ステップ２０５では、編成内に存在する全ての補助電源装置（ＡＰＳ）のスイッチング素子のゲートをオフ状態としてスイッチング動作を停止させる。

ステップ２０４では、編成内に存在する全ての電源用電力変換回路２１，２２（コンバータ）のスイッチング素子のゲートをオフ状態としてスイッチング動作を停止させる。また、接触器１３を開いて発電機と電源用電力変換回路２１，２２の間を遮断する。ここで、非電化区間を走行している場合には、接触器１２は開放状態であるため、編成内に存在する全ての電源用電力変換回路２１，２２はいずれの電力源からも遮断された状態となる。次に、ステップ２０６とステップ２０９に移行する。

次に、ステップ２１０では、ステップ２０３で接触器１６と接触器１５が開放状態となっていること、及びステップ２０４でコンバータのスイッチング動作を停止させて接触器１３を開いたこと、のアンド条件が成立した場合に、ステップ２０６に移行する。次に、ステップ２０６では、接触器１２を閉じて主変圧器１１と電源用電力変換回路２１，２２を接続状態とする。このように、接触器１３を開いた後に接触器１２を閉じることで、主変圧器１１と発電機が接続状態となって大きな電圧が印加されることを防止することができる。次に、ステップ２０７に移行する。ここで、接触器１２には、突入電流を防止する抵抗器（図示しない）が備えられており、架線とコンバータ７が接続された時に図１に示す直流フィルタコンデンサに突入電流が流れることを防止するために、接触器１５，１６を閉じた後に、接触器１２を閉じる必要がある。

ステップ２０７では、編成内に存在する全ての電源用電力変換回路２１，２２（コンバータ）のスイッチング動作をスタートさせる。前記電源用電力変換回路２１，２２には主変換器１１からそれぞれ単相交流電力が供給されるため，ここでの電源用電力変換回路２１，２２（コンバータ）のスイッチング動作は、前記電源用電力変換回路２１，２２を構成する半導体素子を単相交流を直流へ変換する動作である。これにより架線から供給される単相の交流電圧は前記電源用電力変換回路２１，２２によって直流電圧に変換される。次に、ステップ１０９に移行する。

ステップ２０８では、編成内に存在する全ての補助電源装置（ＡＰＳ）のスイッチング動作を再開させて、補助機器への電力供給を開始する。次に、ステップ２１１及びステップ２１２に移行する。

ステップ２０９では、エンジンをアイドリング状態にする。このように、ステップ２０４にて、コンバータをゲートオフし、発電機とコンバータとを遮断した後に、エンジンをアイドリング状態とすることにより、コンバータが発電機から所望の電力を得られないという状態を回避することが可能となり、安定した制御を行うことが可能となります。

ここで、図４では、編成内に存在する全ての補助電源装置（ＡＰＳ）がスイッチング動作を再開させたことを、ステップ２１１及びステップ２１２への移行条件としたが、ステップ２０８に代えて、ステップ２０７での編成内に存在する全てのコンバータのスイッチング動作スタートをステップ２１１及びステップ２１２への移行条件としても良い。

ステップ２１１では、ステップ２１０のアンド条件が成立したことを条件として、運転台からのノッチ入力に応じて、電動機駆動用変換回路４の動作を開始し、主電動機５からのトルク出力を許可する。言い換えると、ステップ２１０でのアンド条件が成立しない場合は、主電動機５からのトルク出力を禁止する。

ステップ２１２では、ステップ２０８が成立したことを条件として、エンジンを停止させる。ここで、ステップ２０８又はステップ２０７が成立する前は、エンジンを起動（アイドル状態）しておき、ステップ２０８又はステップ２０７が成立した後に、エンジン停止を行うことにより、何らかの異常により電化区間用の駆動システムへの切り替えが成立しなかった場合に、速やかにエンジンによる非電化区間用の駆動システムに移行させることができるという効果がある。

図４では、ステップ２０１〜ステップ２１２をすべて説明したが、本発明の効果を発生させるための最小限の構成は、ステップ２０２，ステップ２０４，ステップ２０６，ステップ２０７，ステップ２１１である。つまり、切り替えトリガが入力され（Ｓ２０２）、その後、編成内に存在する全てのコンバータのゲートオフとコンバータと発電機間の遮断を行い（Ｓ２０４）、その後、編成内に存在する全てのコンバータと架線を接続し、コンバータをゲートスタートさせ（Ｓ２０６，Ｓ２０７）、その後、主電動機からのトルク出力を許可する（Ｓ２１１）。

編成内に存在する全てのコンバータのゲートオフとコンバータと発電機間の遮断を行った後に、コンバータと架線を接続することにより、架線と発電機が接続されて発電機などに過大な電圧が印加させることを防止できる。また、編成内に存在する全てのコンバータが電化区間用のスイッチング動作を開始した後に、主電動機からのトルク出力を許可することにより、電動機駆動用変換回路４の入力電圧が確保された状態で初めてトルク出力を許可するため、安定した駆動制御を行うことが可能となる。つまり、直流電力を生成する電力変換回路を構成する半導体素子を各電源に対して共有化し，かつ安全を確保しつつ、安定した駆動を実現することができるという本発明の効果を達成できる。

なお、上記した最小限の構成に加えて、ステップ２０３，ステップ２１０を有することにより、ステップ２０３とステップ２０４，２０５を並行して行うことが可能となり、集電装置と主変圧器の接続処理を行う場合にも、電力源の切り替えを速やかに行うことが可能となります。さらに、ステップ２０５を有することにより、ステップ２０５とステップ２０４，２０６〜２０８を並行して行うことが可能となり、同様に電力源の切り替えを速やかに行うことが可能となります。ここで、図４では、ステップ２０６の前段で、ステップ２０３とステップ２０４のアンド条件を取るステップ２１０を配置したが、直流フィルタコンデンサへの突入電流を防止する対策が実施されていれば、ステップ２０６への移行条件はステップ２０４が完了とし、ステップ２１１及び２１２への移行条件を、ステップ２０３と２０８が完了したアンド条件としても良い。

〔実施例２〕次に，図５を用いて別の実施例について説明する。本実施例は、主変圧器１１の低圧側の一巻線に対して一つのコンバータが接続される場合の例である。本実施例では、主変圧器１１の低圧側の一巻線に電源用電力変換装置２１が接続されており，低圧側の一巻線と電源用電力変換装置２１との間には，接触器１４が接続されている。つまり，図１における接触器１２に替わって，一相分（二相）タイプの接触器１４が接続されている。さらに，図１における電源用電力変換回路２２に替わり，電力変換回路一相分の電源用電力変換回路２３を備える。つまり，発電ユニット６から供給される三相交流の二相分は前記電源用電力変換回路２１の交流側に接続され，残る一相分は前記電源用電力変換回路２３の交流側に接続されている。他の駆動システムの構成及び電源の切り替えフローは実施例１と同様である。

図５の例では，架線下すなわち電化区間においては前記接触器１４を閉じ，前記接触器１３を開き，架線を電源として前記電源用電力変換回路２１を構成する半導体素子を単相交流を直流へ変換するように適宜スイッチングさせ，直流電圧を得て，電動機駆動用変換回路４にて主電動機５を駆動する。このとき，前記電源用電力変換回路２３を構成する半導体素子に対しては，不必要なスイッチングを防止するためオフ指令を与える。

一方，架線の無い区間すなわち非電化区間では，前記接触器１４を開き，前記接触器１３を閉じ，前記電源用電力変換回路２１と，前記一相分の電源用電力変換回路２３を構成する半導体素子を三相交流を直流に変換するように適宜スイッチングさせ，前記発電ユニット６の三相交流出力を直流に変換する。

〔実施例３〕次に，図６を用いて別の実施例について説明する。本実施例は、主変圧器１１の低圧側の一巻線に対して一つのコンバータが接続される場合の実施例であり，図５に示す実施例の一相分の電力変換回路２３に替わり，ダイオードからなる電力変換回路２４を適用したものである。他の駆動システムの構成及び電源の切り替えフローは、実施例１や実施例２と同じである。

上述した各実施例の駆動システムを列車に搭載した構成図として図２に示すように、４つの駆動システムを４つの車両に分けて搭載した例を示したが、列車に搭載される駆動システムの数は、特に限定されない。また、要求される輸送量に応じて、駆動システムを搭載した車両の間に適宜客車が追加しても良い。

１ 集電装置
３ 直流フィルタコンデンサ
４ 電動機駆動用変換回路（モータ駆動用インバータ回路）
５ 主電動機
６ 発電ユニット
７ 電力変換装置
８ 電力ライン
１１ 主変圧器
１２，１３，１４，１５ 接触器
２１，２２，２３ 電源用電力変換回路
２４ ダイオードからなる電力変換回路
２２１，２２２ 電源用電力変換回路２２を構成する変換回路一相分

Claims (8)

1. 交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換装置と、
   前記第一の電力変換装置で変換された直流電力を電源として電動機を駆動する第二の電力変換装置と，
   エンジン及び当該エンジンと連結した発電機を有する発電ユニットと，を備え，
   前記第一の電力変換装置は，半導体素子とダイオードとが逆並列に接続された接続体を二個直列接続して構成されたスイッチング回路を四相分有し、四相分の前記スイッチング回路は，単相交流を供給する第一の交流電源と第一の接触器を介して接続され，三相分の前記スイッチング回路は，三相交流を供給する前記発電ユニットと第二の接触器を介して接続されており，
   前記第一の電力変換装置は，前記第一及び第二の接触器により接続される交流電源に応じた電力変換動作を行う駆動システムを複数備え、互いに連結される複数車両に前記駆動システムを搭載した編成列車において，
   前記第一の交流電源から交流電力を収集する集電装置と，一次巻線側で第三の接触器を介して前記集電装置と接続され、二次巻線側で前記第一の接触器を介して前記第一の電力変換装置の四相分の前記スイッチング回路と接続され、第一の交流電源からの交流電力を降圧して第一の電力変換装置に供給する変圧器を、前記編成車両内にそれぞれ２つ以上備え、
   複数の前記集電装置を互いに接続する電力ラインを更に備え、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記第一の交流電源から前記発電ユニットに切り替える場合に、
   前記第一の電力変換装置のスイッチング動作を停止して、前記第一の接触器を開放する第１ステップと、
   前記第二の接触器を閉じて、前記第二の接触器を介して前記発電ユニットと接続される三相分の前記スイッチング回路をスイッチングさせ、前記第二の接触器を介して前記発電ユニットと接続されない一相分の前記スイッチング回路をオフ状態とさせ、前記第一の電力変換装置により三相交流を直流に変換するスイッチング動作を開始する第２ステップと、
   前記電動機からのトルク出力を許可する第３ステップと、を備え、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記発電ユニットから前記第一の交流電源に切り替える場合に、
   前記第一の電力変換装置のスイッチング動作を停止して、前記第二の接触器を開放する第１ステップと、
   前記第一の接触器を閉じて、前記第一の電力変換装置により単相交流を直流に変換するスイッチング動作を開始する第２ステップと、
   前記電動機からのトルク出力を許可する第３ステップと、を備えることを特徴とする編成列車。
2. 請求項１に記載の編成列車において、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記第一の交流電源から前記発電ユニットに切り替える場合に、
   前記第三の接触器の開放動作を、前記第１及び第２ステップと並行して実施し、
   前記第２ステップ及び前記第三の接触器の開放が完了したことを条件に、前記第３ステップを実施することを特徴とする編成列車。
3. 請求項２に記載の編成列車において、
   前記第三の接触器の開放後に、前記集電装置を収納位置に移動させることを特徴とする編成列車。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の編成列車において、
   前記第一の電力変換装置から出力される直流電力を電源として車両内の補助機器に電力供給を行う補助電源装置を備え、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記第一の交流電源から前記発電ユニットに切り替える場合に、
   前記補助電源装置のスイッチング停止を、前記第１及び第２ステップと並行して実施することを特徴とする編成列車。
5. 請求項１に記載の編成列車において、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記発電ユニットから前記第一の交流電源に切り替える場合に、
   前記第１ステップを、前記第三の接触器を閉じる動作と並行して実施し、前記第１ステップと、前記第三の接触器を閉じる動作が完了したことを条件に前記第２ステップを実施し、
   前記第２ステップが完了したことを条件に、前記第３ステップを実施することを特徴とする編成列車。
6. 請求項１に記載の編成列車において、
   前記第一の電力変換装置から出力される直流電力を電源として車両内の補助機器に電力供給を行う補助電源装置を備え、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記発電ユニットから前記第一の交流電源に切り替える場合に、
   前記補助電源装置のスイッチング停止を、前記第１及び第２ステップと並行して実施することを特徴とする編成列車。
7. 請求項１に記載の編成列車において、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記発電ユニットから前記第一の交流電源に切り替える場合に、 前記第２ステップの実施後に、エンジンを停止させることを特徴とする編成列車。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の編成列車において、
   前記第一の電力変換装置の交流側を前記発電ユニットから前記第一の交流電源に切り替える場合に、 前記第１ステップの実施後に、エンジンをアイドリング状態に移行させることを特徴とする編成列車。