JP6080507B2 - Railway vehicle drive system - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン及びバッテリを備える鉄道車両駆動システムに関する。   The present invention relates to a railway vehicle drive system including an engine and a battery.

近年、エンジンとバッテリとを組み合わせたハイブリッド鉄道車両の開発が進められている。ハイブリッド鉄道車両は、制動時に発生する回生エネルギをバッテリに充電し、力行時にバッテリから負荷に放電することで回生エネルギを再利用し、省エネルギ化を図っている。   In recent years, development of hybrid railway vehicles combining an engine and a battery has been promoted. The hybrid railway vehicle charges the battery with regenerative energy generated during braking, and recycles the regenerative energy by discharging from the battery to the load during power running to save energy.

例えば、特許文献１には、第１制御手段と第２制御手段とを備えるリターダ装置について記載されている。ここで、第１制御手段は、高圧巻線及びバッテリを用いて、かご形多相誘導機を電動機又は発電機として機能させる。また、第２制御装置は、低圧巻線及びバッテリを用いて、かご形多相誘導機を発電機として機能させる。   For example, Patent Document 1 describes a retarder device including first control means and second control means. Here, a 1st control means makes a cage | basket | type multiphase induction machine function as an electric motor or a generator using a high voltage | pressure winding and a battery. In addition, the second control device causes the squirrel-cage multiphase induction machine to function as a generator using a low voltage winding and a battery.

特開平６−２９４３６９号公報JP-A-6-294369

特許文献１に記載の技術では、バッテリを２群構成とし、それぞれをかご形多相誘導機に並列接続している。この場合、１つのバッテリからの電力でかご形多相誘導機を駆動するため、それぞれを大容量のバッテリにする必要がある。したがって、コストが増大するとともに、大きな設置スペースを確保しなければならないという問題がある。   In the technique described in Patent Document 1, the batteries are configured in two groups, and each of them is connected in parallel to a cage multiphase induction machine. In this case, since the squirrel-cage multiphase induction machine is driven by the electric power from one battery, each needs to be a large capacity battery. Therefore, there is a problem that the cost increases and a large installation space must be secured.

そこで、本発明は、低コストの鉄道車両駆動システムを提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide a low-cost railway vehicle drive system.

前記課題を解決するために、本発明に係る鉄道車両駆動システムは、エンジンにより駆動される発電機と、前記エンジンの起動後に、前記発電機によって生成される交流電力を直流電力に変換する第１電力変換器と、前記エンジンの起動後に、前記直流電力を交流電力に変換して、減速機を介して輪軸に接続された走行用電動機に出力する第２電力変換器と、前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間に開閉器を介して並列接続されるエンジン起動用バッテリと、前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間に並列接続され、前記第１電力変換器から入力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を補機に出力する第３電力変換器と、を備え、前記エンジンの起動時に、前記エンジン起動用バッテリから供給される直流電力を、前記第１電力変換器によって交流電力に変換し、当該交流電力により前記発電機を電動機として動作させて前記エンジンを起動し、さらに、前記エンジンの駆動による前記発電機の発電電力を、前記第１電力変換器を介して前記エンジン起動用バッテリに充電した後、前記走行用電動機を駆動する力行運転を開始し、停止ブレーキの実行中、前記開閉器を開状態とし、前記走行用電動機の回生による発電電力を、前記第２電力変換器及び前記第３電力変換器を介して前記補機に供給することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a railway vehicle drive system according to the present invention includes a generator driven by an engine, and a first converter that converts AC power generated by the generator into DC power after the engine is started. A power converter, a second power converter that converts the DC power into AC power after the engine is started, and outputs the AC power to a traveling motor connected to a wheel shaft via a reduction gear; and the first power conversion An engine start-up battery connected in parallel via a switch between the converter and the second power converter, and connected in parallel between the first power converter and the second power converter, the DC power inputted from the first power converter and converted into AC power, comprising: a third power converter for outputting the AC power to auxiliary equipment, and at the start of the engine is supplied from the engine start battery DC power And converted into AC power by the first power converter, the generator is operated as a motor by the AC power to start the engine, further, the generated power of the generator by the drive of the engine, the After charging the engine start-up battery via the first power converter, the power running operation for driving the travel motor is started, and the switch is opened during the execution of the stop brake, and the travel motor Power generated by regeneration is supplied to the auxiliary machine via the second power converter and the third power converter .

本発明によれば、低コストの鉄道車両駆動システムを提供できる。   According to the present invention, a low-cost railway vehicle drive system can be provided.

本発明の第１実施形態に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。It is a lineblock diagram of a rail car drive system concerning a 1st embodiment of the present invention. エンジンを起動させる際の電力供給を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric power supply at the time of starting an engine. エンジン起動用バッテリを充電する際の電力供給を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric power supply at the time of charging the battery for engine starting. 鉄道車両の停車時における電力供給を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric power supply at the time of a stop of a rail vehicle. 力行運転を行う際の電力供給を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric power supply at the time of performing a power running operation. 抑速ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric power supply at the time of performing a deceleration brake. 停止ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric power supply at the time of performing a stop brake. 本発明の第２実施形態に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the rail vehicle drive system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。It is a block diagram of the rail vehicle drive system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 比較例に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。It is a lineblock diagram of a rail car drive system concerning a comparative example. 比較例に係る鉄道車両駆動システムが備える２次電池の構成図である。It is a block diagram of the secondary battery with which the rail vehicle drive system which concerns on a comparative example is provided.

本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

≪第１実施形態≫
＜鉄道車両駆動システムの構成＞
図１は、鉄道車両駆動システムの構成図である。以下では、図１に示す鉄道車両駆動システム１００を非ハイブリッド型の鉄道車両に搭載する場合について説明する。ここで、「非ハイブリッド型」とは、エンジンの動力により発電機を駆動することにより力行運転などを行い、後記する第２実施形態のように負荷への電力供給をアシスト可能な大容量のバッテリを備えないものを意味している。 << First Embodiment >>
<Configuration of railway vehicle drive system>
FIG. 1 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system. Below, the case where the railway vehicle drive system 100 shown in FIG. 1 is mounted in a non-hybrid railway vehicle will be described. Here, the “non-hybrid type” is a large-capacity battery capable of assisting power supply to a load as in a second embodiment to be described later by performing a power running operation by driving a generator by the power of the engine. It means something without.

鉄道車両駆動システム１００は、エンジン１と、誘導発電機２と、コンバータ３と、エンジン起動用バッテリ４と、インバータ５と、誘導電動機６と、減速機７と、サービス電源用インバータ８と、を備えている。   The railway vehicle drive system 100 includes an engine 1, an induction generator 2, a converter 3, an engine starting battery 4, an inverter 5, an induction motor 6, a speed reducer 7, and a service power source inverter 8. I have.

エンジン１は、例えば軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、制御装置（図示せず）から入力されるエンジン出力指令信号に応じて駆動し、軸出力を生成する。なお、制御装置から入力される前記エンジン出力指令信号は、加速、減速等の運転指令（図示せず）や、バッテリ４の充電量、車両の速度に応じて生成される。
誘導発電機２は、エンジン１の軸出力を動力としてロータ（図示せず）を回転させ、これを３相交流電力に変換してコンバータ３に出力する。 The engine 1 is, for example, a diesel engine using light oil as fuel, and is driven according to an engine output command signal input from a control device (not shown) to generate a shaft output. The engine output command signal input from the control device is generated according to an operation command (not shown) such as acceleration or deceleration, the charge amount of the battery 4, and the vehicle speed.
The induction generator 2 rotates a rotor (not shown) using the shaft output of the engine 1 as power, converts this into three-phase AC power, and outputs it to the converter 3.

コンバータ３（第１電力変換器）は、エンジン１が起動された後に誘導発電機２から入力される交流電力を直流電力に変換し、インバータ５に出力する。ちなみに、前記直流電力は、制御装置（図示せず）から入力されるコンバータ発電指令信号によって調整される。   Converter 3 (first power converter) converts AC power input from induction generator 2 after engine 1 is started into DC power and outputs it to inverter 5. Incidentally, the DC power is adjusted by a converter power generation command signal input from a control device (not shown).

エンジン起動用バッテリ４は、コンバータ３とインバータ５との間に並列接続され、複数の単電池（２次電池）が直列接続された直列ユニットを有している。エンジン起動用バッテリ４は、エンジン１を起動する際に用いられるバッテリであり、一端（最も電位の高い箇所）が開閉器Ｑ１及び配線ａ４を介して配線ａ２に接続され、他端（最も電位の低い箇所）が配線ａ１を介して配線ａ３に接続されている。なお、前記単電池として、例えば、リチウムイオン蓄電池を用いることができる。
さらに、開閉器Ｑ１には、直列接続された開閉器Ｑ２及び充電抵抗Ｒ２が、並列に接続されている。 The engine starting battery 4 is connected in parallel between the converter 3 and the inverter 5 and has a series unit in which a plurality of single cells (secondary batteries) are connected in series. The engine starting battery 4 is a battery used when starting the engine 1, and one end (a portion having the highest potential) is connected to the wiring a <b> 2 via the switch Q <b> 1 and the wiring a <b> 4 and the other end (the highest potential). The lower part) is connected to the wiring a3 via the wiring a1. As the unit cell, for example, a lithium ion storage battery can be used.
Furthermore, a switch Q2 and a charging resistor R2 connected in series are connected in parallel to the switch Q1.

例えば、エンジン起動用バッテリ４から放電する際、制御装置（図示せず）によって開閉器Ｑ１はオフにされ、開閉器Ｑ２はオンにされる。これによって、コンバータ３の二次側（直流側）に大電流が流入することを防止しつつ、コンデンサＣ１を充電できる。
その後、制御装置によって、所定のタイミングで開閉器Ｑ１はオンにされ、開閉器Ｑ２はオフにされる。これによって、開閉器Ｑ１を介してエンジン起動用バッテリ４から放電される。
また、配線ａ４に設置されている電流検出器Ｐ１は、検出した電流値を制御装置（図示せず）に出力する。 For example, when discharging from the engine starting battery 4, the switch Q1 is turned off and the switch Q2 is turned on by a control device (not shown). As a result, the capacitor C1 can be charged while preventing a large current from flowing into the secondary side (DC side) of the converter 3.
Thereafter, the controller Q1 is turned on and the switch Q2 is turned off at a predetermined timing by the control device. As a result, the engine starting battery 4 is discharged via the switch Q1.
Moreover, the current detector P1 installed in the wiring a4 outputs the detected current value to a control device (not shown).

図１に示すように、エンジン起動用バッテリ４は直列ユニットを１つ備え、当該直列ユニットは、複数（例えば、２個）の単電池４ａ，４ｂが直列接続された構成となっている。このようにエンジン起動用バッテリ４を少数の単電池で構成することにより、設置スペースを小さくできるとともに、コストを低減できる。   As shown in FIG. 1, the engine starting battery 4 includes one series unit, and the series unit has a configuration in which a plurality of (for example, two) unit cells 4 a and 4 b are connected in series. By configuring the engine starting battery 4 with a small number of single cells as described above, the installation space can be reduced and the cost can be reduced.

インバータ５（第２電力変換器）は、配線ａ２，ａ３を介してコンバータ３に接続されている。インバータ５は、エンジン１が起動された後に、コンバータ３から入力される直流電力を３相交流電力に変換して誘導電動機６に出力する。すなわち、制御装置（図示せず）から入力される制御信号に従って、インバータ５が有する複数のスイッチング素子（図示せず）のオン／オフが切り替わり、運転指令に応じた所定の振幅及び周波数の３相交流電力を誘導電動機６に出力するようになっている。   The inverter 5 (second power converter) is connected to the converter 3 via wirings a2 and a3. The inverter 5 converts the DC power input from the converter 3 into three-phase AC power and outputs it to the induction motor 6 after the engine 1 is started. That is, on / off of a plurality of switching elements (not shown) included in the inverter 5 is switched in accordance with a control signal input from a control device (not shown), and three phases having a predetermined amplitude and frequency according to the operation command are switched. AC power is output to the induction motor 6.

誘導電動機６（走行用電動機）は、力行運転時においてインバータ５から入力される三相交流電力を軸トルクに変換し、減速機７に出力するものであり、鉄道車両の車輪駆動用の電動機である。また、回生運転時において誘導電動機６は、力行運転時とは逆に発電機として機能する。なお、誘導電動機６のロータ（図示せず）は、減速機７の回転軸に固定されている。
減速機７は、誘導電動機６の回転速度を、異なる歯数の歯車の組み合わせ等で減速し、これによって増幅された軸トルクで輪軸Ａを駆動して鉄道車両を加減速する。また、減速機７は、回生運転時において輪軸Ａの回転を増速し、誘導電動機６に伝達する。 The induction motor 6 ( traveling motor ) converts the three-phase AC power input from the inverter 5 during powering operation into shaft torque and outputs it to the speed reducer 7, and is a motor for driving wheels of a railway vehicle. is there. In addition, during the regenerative operation, the induction motor 6 functions as a generator contrary to the power running operation. The rotor (not shown) of the induction motor 6 is fixed to the rotation shaft of the speed reducer 7.
The speed reducer 7 decelerates the rotational speed of the induction motor 6 by a combination of gears having different numbers of teeth, etc., and drives the wheel shaft A with the shaft torque amplified thereby to accelerate and decelerate the railway vehicle. Further, the speed reducer 7 increases the rotation speed of the wheel shaft A during the regenerative operation and transmits it to the induction motor 6.

サービス電源用インバータ８（第３電力変換器）は、配線ａ５，ａ６を介してコンバータ３から入力される直流電力を３相交流電圧に変換し、補機Ｂに出力する。なお、サービス電源用インバータ８から出力される３相交流電圧は、制御装置（図示せず）から入力される制御信号に応じて、所定の振幅・周波数に調整される。
補機Ｂは、例えば空調機器や照明機器であり、サービス電源用インバータ８から供給される交流電力により作動する。なお、補機Ｂは、誘導電動機６よりも低い電圧で作動する。 Service power supply inverter 8 ( third power converter) converts the DC power input from converter 3 via wirings a5 and a6 into a three-phase AC voltage and outputs it to auxiliary machine B. The three-phase AC voltage output from the service power source inverter 8 is adjusted to a predetermined amplitude and frequency according to a control signal input from a control device (not shown).
The auxiliary machine B is , for example, an air conditioner or a lighting device, and operates by AC power supplied from the service power source inverter 8. The auxiliary machine B operates at a voltage lower than that of the induction motor 6.

制御装置（図示せず）は、鉄道車両駆動システム１００全体の動作を統括制御し、コンバータ３、インバータ５、サービス電源用インバータ８、及び開閉器Ｑ１，Ｑ２に制御信号を出力する。なお、制御装置が行う処理の詳細については、後記する。   A control device (not shown) controls the overall operation of the railway vehicle drive system 100 and outputs control signals to the converter 3, the inverter 5, the service power source inverter 8, and the switches Q1 and Q2. Details of processing performed by the control device will be described later.

＜鉄道車両駆動システムの動作＞
（１．エンジン起動時）
図２は、エンジンを起動させる際の電力供給を示す説明図である。なお、図２では、コンデンサＣ１、開閉器Ｑ１，Ｑ２、抵抗器Ｒ２、及び電流検出器Ｐ１の記載を省略している（図３〜図７も同様）。
制御装置は、運転席の操作手段（図示せず）から鉄道車両駆動システム１００の起動指令を受けた場合、エンジン１を起動させる。
すなわち、制御装置は、開閉器Ｑ１をオフ、開閉器Ｑ２をオンにし、コンデンサＣ１を充電する（図１参照）。そして、コンデンサＣ１が所定電圧となった場合、制御装置は開閉器Ｑ１をオン、開閉器Ｑ２をオフにして、エンジン起動用バッテリ４からコンバータ３に所定の直流電圧（例えば、ＤＣ３４０Ｖ）を供給する（破線矢印を参照）。 <Operation of railway vehicle drive system>
(1. When the engine starts)
FIG. 2 is an explanatory diagram showing power supply when starting the engine. In FIG. 2, the description of the capacitor C1, the switches Q1 and Q2, the resistor R2, and the current detector P1 is omitted (the same applies to FIGS. 3 to 7).
The control device starts the engine 1 when receiving a start command for the railway vehicle drive system 100 from an operating means (not shown) in the driver's seat.
That is, the control device turns off the switch Q1, turns on the switch Q2, and charges the capacitor C1 (see FIG. 1). When the capacitor C1 reaches a predetermined voltage, the control device turns on the switch Q1, turns off the switch Q2, and supplies a predetermined DC voltage (for example, DC 340V) from the engine starting battery 4 to the converter 3. (See dashed arrow).

また、制御装置は、エンジン１の起動時においてコンバータ３をインバータ動作させ、直流電圧を交流電圧に変換する。さらに、制御装置は、当該交流電圧により誘導発電機２に交流電流を流入させてモータ駆動させ、エンジン１を起動（つまり、クランキング）する。ちなみに、エンジン１の起動時において、インバータ５及びサービス電源用インバータ８には電力供給されない。
また、制御装置は、エンジン１を起動した後、エンジン起動用バッテリ４からの電力により誘導発電機２を励磁する。 Further, the control device causes the converter 3 to perform an inverter operation when the engine 1 is started, and converts a DC voltage into an AC voltage. Further, the control device causes the alternating current to flow into the induction generator 2 by the alternating voltage and drives the motor to start the engine 1 (that is, cranking). Incidentally, when the engine 1 is started, power is not supplied to the inverter 5 and the service power source inverter 8.
Further, the control device excites the induction generator 2 with the electric power from the engine starting battery 4 after starting the engine 1.

（２．充電時）
図３は、エンジン起動用バッテリを充電する際の電力供給を示す説明図である。
制御装置は、前記したエンジン１の起動後、次回の起動時に備えてエンジン起動用バッテリ４を充電する。すなわち、制御装置は開閉器Ｑ１（図１参照）をオンしたまま、エンジン１の駆動によって誘導発電機２のロータ（図示せず）を回転させる。これによって、誘導発電機２からコンバータ３に交流電力が出力される。そして、制御装置は、誘導発電機２から入力される交流電力をコンバータ３によって直流電力に変換し、開閉器Ｑ１を介してエンジン起動用バッテリ４に供給（充電）する（破線矢印を参照）。
ちなみに、当該充電時において、インバータ５及びサービス電源用インバータ８には電力供給されない。 (2. When charging)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing power supply when charging the engine starting battery.
The control device charges the engine startup battery 4 in preparation for the next startup after the startup of the engine 1 described above. That is, the control device rotates the rotor (not shown) of the induction generator 2 by driving the engine 1 with the switch Q1 (see FIG. 1) turned on. As a result, AC power is output from the induction generator 2 to the converter 3. And a control apparatus converts the alternating current power input from the induction generator 2 into direct-current power with the converter 3, and supplies (charges) it to the engine starting battery 4 via the switch Q1 (refer broken line arrow).
Incidentally, power is not supplied to the inverter 5 and the service power source inverter 8 during the charging.

（３．停車時）
図４は、鉄道車両の停車時における電力供給を示す説明図である。
鉄道車両が停車しているときにも、空調機器や照明機器を含む補機Ｂに電力供給する必要がある。したがって、制御装置は、開閉器Ｑ１（図１参照）をオンからオフに切り替えて、回路からエンジン起動用バッテリ４を切り離した後、コンバータ３を用いて所定の直流電圧（例えば、ＤＣ６８０Ｖ）の定電圧発電を開始する。
そして、前記した直流電圧が生成された後、制御装置１１はサービス電源用インバータ８のスイッチング素子（図示せず）をオン／オフして直流電力を交流電力に変換し、補機Ｂ（空調機器や照明機器）に出力する。 (3. When stopped)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing power supply when the railway vehicle is stopped.
Even when the railway vehicle is stopped, it is necessary to supply power to the auxiliary machine B including the air conditioning equipment and the lighting equipment. Therefore, the control device switches the switch Q1 (see FIG. 1) from on to off, disconnects the engine starting battery 4 from the circuit, and then uses the converter 3 to set a predetermined DC voltage (for example, DC680V). Start voltage generation.
After the DC voltage is generated, the control device 11 turns on / off a switching element (not shown) of the service power source inverter 8 to convert DC power into AC power, and the auxiliary machine B (air conditioner) Or lighting equipment).

（４．力行運転時）
図５は、力行運転を行う際の電力供給を示す説明図である。
制御装置はコンバータ３を制御し、前記した定電圧発電を継続する。また、運転席の操作手段（図示せず）から力行ノッチ指令が入力されると、制御装置はインバータ５に運転指令信号を出力し、インバータ５はコンバータ３から入力される直流電圧を３相交流電圧に変換する。そして、インバータ５から入力される３相交流電力により誘導電動機６を駆動し、輪軸Ａを回転させる。また、制御装置は、サービス電源用インバータ８の動作を継続させ、補機Ｂに交流電力を供給する（破線矢印を参照）。 (4. During power running)
FIG. 5 is an explanatory diagram showing power supply when performing a power running operation.
The control device controls the converter 3 and continues the constant voltage power generation described above. In addition, when a power running notch command is input from a driver's seat operating means (not shown), the control device outputs a driving command signal to the inverter 5, and the inverter 5 converts the DC voltage input from the converter 3 into a three-phase AC. Convert to voltage. Then, the induction motor 6 is driven by the three-phase AC power input from the inverter 5 to rotate the wheel shaft A. Further, the control device continues the operation of the service power source inverter 8 and supplies AC power to the auxiliary machine B (see the broken line arrow).

また、制御装置は、誘導電動機６及び補機Ｂで必要となる電力に応じてエンジン１の出力（エンジンノッチや回転速度）を制御する。
なお、力行運転時において開閉器Ｑ１，Ｑ２(図１参照)はオフ状態であり、エンジン起動用バッテリ４には電力供給されない。前記したように、エンジン１を起動した直後にエンジン起動用バッテリ４を充電するので、エンジン起動用バッテリ４はほぼ満充電の状態になっている。 Further, the control device controls the output (engine notch and rotation speed) of the engine 1 according to the electric power required for the induction motor 6 and the auxiliary machine B.
During power running, the switches Q1 and Q2 (see FIG. 1) are in an off state, and no power is supplied to the engine starting battery 4. As described above, since the engine starting battery 4 is charged immediately after the engine 1 is started, the engine starting battery 4 is almost fully charged.

（５．惰行運転時）
惰行運転時における電力供給は、前記した停車時（図４参照）の場合と同様である。
制御装置１１は、コンバータ３を用いた定電圧発電（例えば、ＤＣ６８０Ｖ）を継続するとともに、補機Ｂに給電可能な所定出力でエンジン１を駆動する
なお、惰行運転時においてインバータ５には電力供給されず、誘導電動機６は停止状態となっている。
制御装置は、コンバータ３を用いた定電圧発電（例えば、ＤＣ６８０Ｖ）を継続するとともに、補機Ｂに給電可能な所定出力でエンジン１を駆動する。そして、エンジン１の駆動により誘導発電機２で生成される交流電力をコンバータ３によって直流電力に変換し、サービス電源用インバータ８に出力する。 (5. During coasting operation)
The power supply during coasting operation is the same as that when the vehicle is stopped (see FIG. 4).
The control device 11 continues constant voltage power generation (for example, DC 680 V) using the converter 3 and drives the engine 1 with a predetermined output capable of supplying power to the auxiliary machine B. Note that power is supplied to the inverter 5 during coasting operation. The induction motor 6 is in a stopped state.
The control device continues constant voltage power generation (for example, DC 680 V) using the converter 3 and drives the engine 1 with a predetermined output capable of supplying power to the auxiliary machine B. Then, AC power generated by the induction generator 2 by driving the engine 1 is converted into DC power by the converter 3 and output to the inverter 8 for service power supply.

さらに、サービス電源用インバータ８において前記直流電力を交流電力に変換し、補機Ｂに出力する（図４の破線矢印を参照）。これによって、サービス電源用インバータ８による補機Ｂへの電力供給が継続される（破線矢印を参照）。
なお、惰行運転時においてインバータ５には電力供給されず、誘導電動機６は停止状態となっている。また、惰行運転時においてエンジン起動用バッテリ４には電力供給されない。 Further, the service power inverter 8 converts the DC power into AC power and outputs it to the auxiliary machine B (see the broken line arrow in FIG. 4). Thereby, the power supply to the auxiliary machine B by the service power source inverter 8 is continued (see the broken line arrow).
During the coasting operation, power is not supplied to the inverter 5 and the induction motor 6 is in a stopped state. In addition, power is not supplied to the engine starting battery 4 during coasting operation.

（６．抑速ブレーキ時）
図６は、抑速ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。
抑速ブレーキを行う際、制御装置は誘導電動機６を発電機として動作させ、インバータ５を回生モードで動作させる。
この場合、輪軸Ａの慣性モーメントにより誘導電動機６のロータ（図示せず）を回転させ、交流電力を生成する。そして、制御装置１１は、誘導電動機６からの前記交流電力を、インバータ５及びサービス電源用インバータ８により所定の位相・振幅・周波数の交流電力に変換し、補機Ｂに交流電力を供給する（破線矢印を参照）。 (6. During deceleration braking)
FIG. 6 is an explanatory diagram showing power supply when the deceleration brake is performed.
When performing the deceleration brake, the control device operates the induction motor 6 as a generator and operates the inverter 5 in the regeneration mode.
In this case, the rotor (not shown) of the induction motor 6 is rotated by the inertia moment of the wheel shaft A to generate AC power. And the control apparatus 11 converts the said alternating current power from the induction motor 6 into alternating current power of a predetermined | prescribed phase, amplitude, and frequency by the inverter 5 and the inverter 8 for service power supplies, and supplies alternating current power to the auxiliary machine B ( (See dashed arrow).

また、制御装置は、エンジン１の出力をオフにし（つまり、アイドリング状態とし）、コンバータ３をインバータ動作させ、誘導発電機２をモータ動作させる。そうすると、当該モータ動作によりエンジン１の回転速度が上昇し、発電ブレーキ（エンジンブレーキ）を実行できる。   Further, the control device turns off the output of the engine 1 (that is, in an idling state), operates the converter 3 as an inverter, and operates the induction generator 2 as a motor. If it does so, the rotational speed of the engine 1 will raise by the said motor operation | movement, and an electric power generation brake (engine brake) can be performed.

（７．停止ブレーキ時）
図７は、停止ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。
駅で停車するために減速する際、制御装置は誘導電動機６を発電機として動作させ、インバータ５を回生モードで動作させる。
この場合、制御装置は、誘導電動機６を発電機として動作させることで得られる交流電力を、インバータ５及びサービス電源用インバータ８により所定の位相・振幅・周波数の交流電力に変換し、補機Ｂに出力する（破線矢印を参照）。 (7. During stop brake)
FIG. 7 is an explanatory diagram showing power supply when the stop brake is performed.
When decelerating to stop at the station, the control device operates the induction motor 6 as a generator and operates the inverter 5 in the regeneration mode.
In this case, the control device converts AC power obtained by operating the induction motor 6 as a generator into AC power having a predetermined phase, amplitude, and frequency by the inverter 5 and the service power source inverter 8, and the auxiliary machine B (See dashed arrow).

このとき、制御装置は、回生失効時に備えてエンジン１を継続して駆動し、コンバータ３を定電圧制御（例えば、ＤＣ６８０Ｖ）する。
また、回生運転時において制御装置は、開閉器Ｑ１，Ｑ２（図示せず）をオフ状態とし、エンジン起動用バッテリ４の充電を停止している。
なお、回生運転時に空気ブレーキ又はエンジンブレーキを併用して所望の制動力を得ることが好ましい。 At this time, the control device continuously drives the engine 1 in preparation for when the regeneration expires, and controls the converter 3 at a constant voltage (for example, DC 680 V).
Further, during regenerative operation, the control device turns off the switches Q1 and Q2 (not shown) and stops charging the engine starting battery 4.
In addition, it is preferable to obtain a desired braking force by using an air brake or an engine brake together during the regenerative operation.

＜効果＞
本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００によれば、エンジン起動用バッテリ４から供給される電力によりエンジン１を起動させる。したがって、起動専用のモータスタータを設置する必要がないぶん、コストを削減できる。
また、エンジン起動用バッテリ４は、エンジン１の起動に必要となるぶんの単電池（例えば、直列接続された２個の単電池４ａ，４ｂ）で構成すればよい。したがって、エンジン起動用バッテリ４の設置スペースを小さくできるとともに、バッテリ電圧を低電圧とすることができるため、バッテリ実装時の絶縁設計の簡略化、コストの大幅な削減ができる。 <Effect>
According to the railway vehicle drive system 100 according to the present embodiment, the engine 1 is started by the electric power supplied from the engine starting battery 4. Therefore, it is not necessary to install a motor starter dedicated to starting, and the cost can be reduced.
Further, the engine starting battery 4 may be configured by as many unit cells as necessary for starting the engine 1 (for example, two unit cells 4a and 4b connected in series). Therefore, the installation space of the engine starting battery 4 can be reduced, and the battery voltage can be lowered. Therefore, the insulation design when the battery is mounted can be simplified and the cost can be greatly reduced.

また、エンジン起動用バッテリ４から放電し、電力を取り出すのはエンジン１の起動時のみであり、その後はエンジン１の駆動により誘導発電機２のロータ（図示せず）を回転させて交流電力を生成する。また、次回のエンジン１の起動時に備えて、鉄道車両の走行を開始する前にエンジン起動用バッテリ４を充電する。
このように、走行中はエンジン起動用バッテリ４の充放電を行わないため、制御装置の処理負荷を軽減できる。 In addition, the engine starting battery 4 is discharged and the electric power is taken out only when the engine 1 is started. Thereafter, the rotor of the induction generator 2 is rotated by driving the engine 1 to generate AC power. Generate. Further, in preparation for the next startup of the engine 1, the battery 4 for starting the engine is charged before the running of the railway vehicle is started.
Thus, since the engine starting battery 4 is not charged / discharged during traveling, the processing load of the control device can be reduced.

≪第２実施形態≫
図８は、第２実施形態に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。第２実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００Ａは、ハイブリッド型のシステムである。ここで「ハイブリッド型」とは、エンジンにより駆動される発電機から供給される電力と、バッテリから供給される電力と、のうち少なくとも１つを用いて電動機などを駆動する場合を意味している。
第２実施形態は、第１実施形態で説明したエンジン起動用バッテリ４に代えて、主バッテリ４１及び非常用バッテリ４２を備える点が異なるが、その他は第１実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。 << Second Embodiment >>
FIG. 8 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to the second embodiment. The railway vehicle drive system 100A according to the second embodiment is a hybrid system. Here, the “hybrid type” means a case where an electric motor or the like is driven using at least one of electric power supplied from a generator driven by an engine and electric power supplied from a battery. .
The second embodiment is the same as the first embodiment except that a main battery 41 and an emergency battery 42 are provided instead of the engine starting battery 4 described in the first embodiment. Therefore, the different part will be described, and the description of the overlapping part will be omitted.

主バッテリ４１（第１バッテリ）は、コンバータ３に並列接続され、直流電力を充電又は放電するバッテリである。主バッテリ４１は、複数の単電池（２次電池）が直列接続された直列ユニットを複数有し、これら複数の直列ユニットが並列接続されている。
このように、複数の直列ユニットを並列接続することによって主バッテリ４１の必要容量を確保するとともに冗長化している。すなわち、主バッテリ４１が有する単電池のいずれかに異常が生じた場合、セルコントローラ（図示せず）による異常信号に基づき制御装置（図示せず）が当該単電池の属する直列ユニットを切り離し、他の直列ユニットから誘導電動機６に電力供給できるようになっている。
なお、前記単電池として、例えば、リチウムイオン蓄電池を用いることができる。 The main battery 41 (first battery) is a battery that is connected in parallel to the converter 3 and charges or discharges DC power. The main battery 41 has a plurality of series units in which a plurality of single cells (secondary batteries) are connected in series, and the plurality of series units are connected in parallel.
In this way, the necessary capacity of the main battery 41 is secured and redundant by connecting a plurality of series units in parallel. That is, when an abnormality occurs in one of the cells of the main battery 41, a control device (not shown) disconnects the series unit to which the cell belongs, based on an abnormality signal from a cell controller (not shown), It is possible to supply power to the induction motor 6 from the series unit.
As the unit cell, for example, a lithium ion storage battery can be used.

主バッテリ４１の一端（最も電位の高い箇所）は、開閉器Ｑ３及びリアクトルＬ１を介して配線ａ２に接続されている。また、主バッテリ４１の他端（最も電位の低い箇所）は、配線ａ１を介して配線ａ３に接続されている。
さらに、開閉器Ｑ３には、直列接続された開閉器Ｑ４及び充電抵抗Ｒ４が、並列に接続されている。なお、開閉器Ｑ３，Ｑ４、及び充電抵抗Ｒ４については、第１実施形態の場合と同様であるから、説明を省略する。 One end (location with the highest potential) of the main battery 41 is connected to the wiring a2 via the switch Q3 and the reactor L1. The other end of the main battery 41 (the place with the lowest potential) is connected to the wiring a3 via the wiring a1.
Further, a switch Q4 and a charging resistor R4 connected in series are connected in parallel to the switch Q3. Note that the switches Q3 and Q4 and the charging resistor R4 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

主バッテリ４１が備えるそれぞれの単電池の充放電は、セルコントローラ（図示せず）によって制御される。また、セルコントローラは、それぞれの単電池の電圧、電流、温度などを監視し、直列ユニット内の単電池の電圧を均等化する機能を有している。
リアクトルＬ１は、コンバータ３の二次側から出力される電流のリプルを抑制するためのものである。電流検出器Ｐ２は、主バッテリ４１の充放電電流を検出して制御装置に出力する。 Charging / discharging of each unit cell included in the main battery 41 is controlled by a cell controller (not shown). The cell controller has a function of monitoring the voltage, current, temperature, etc. of each unit cell and equalizing the voltage of the unit cells in the series unit.
Reactor L <b> 1 is for suppressing ripple of current output from the secondary side of converter 3. The current detector P2 detects the charge / discharge current of the main battery 41 and outputs it to the control device.

非常用バッテリ４２（第２バッテリ）は、主バッテリ４１が故障した場合などの非常時に用いられるバッテリであり、コンバータ３に並列接続され、直流電力を充電又は放電する。非常用バッテリ４２の一端（最も電位の高い箇所）は開閉器Ｑ５を介して配線ａ２に接続され、他端（最も電位の低い箇所）は配線ａ５を介して配線ａ３に接続されている。非常用バッテリ４２は、主バッテリ４１よりも低電圧、小容量であり、図８に示す例では２個の単電池が直列接続された構成となっている。
電流検出器Ｐ３は、非常用バッテリ４２の充放電電流を検出して制御装置に出力する。
なお、非常用バッテリ４２、開閉器Ｑ５，Ｑ６、及び充電抵抗Ｒ６については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。 The emergency battery 42 (second battery) is a battery used in an emergency such as when the main battery 41 fails, and is connected in parallel to the converter 3 to charge or discharge DC power. One end (location with the highest potential) of the emergency battery 42 is connected to the wiring a2 via the switch Q5, and the other end (location with the lowest potential) is connected to the wiring a3 via the wiring a5. The emergency battery 42 has a lower voltage and a smaller capacity than the main battery 41. In the example shown in FIG. 8, two unit cells are connected in series.
The current detector P3 detects the charge / discharge current of the emergency battery 42 and outputs it to the control device.
Note that the emergency battery 42, the switches Q5 and Q6, and the charging resistor R6 are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

＜鉄道車両駆動システムの動作＞
エンジン１を起動させる際、制御装置は、主バッテリ４１からの電力により、エンジン１を起動（つまり、クランキング）する。つまり、主バッテリ４１は、第１実施形態で説明した「エンジン起動用バッテリ４」と同様の機能を有している。
制御装置は、エンジンを起動する際、主バッテリ４１（非常時においては、非常用バッテリ４２）から供給される直流電力をコンバータ３によって交流電力に変換し、当該交流電力により誘導発電機２を電動機として動作させてエンジン１を起動する。 <Operation of railway vehicle drive system>
When starting the engine 1, the control device starts (i.e. cranks) the engine 1 with the electric power from the main battery 41. That is, the main battery 41 has the same function as the “engine starting battery 4” described in the first embodiment.
When starting the engine, the control device converts DC power supplied from the main battery 41 (emergency battery 42 in an emergency) into AC power by the converter 3, and the induction generator 2 is driven by the AC power using the AC power. To start the engine 1.

また、運転席の操作手段（図示せず）から力行ノッチ指令が入力されると、制御装置はエンジン１によって誘導発電機２を駆動し、誘導発電機２からの交流電力、及び／又は主バッテリ４１からの直流電力により誘導電動機６（走行用電動機）を力行運転するとともに、補機Ｂを駆動する。 In addition, when a power running notch command is input from a driver's seat operating means (not shown), the control device drives the induction generator 2 by the engine 1, and the AC power from the induction generator 2 and / or the main battery. The induction motor 6 ( traveling motor ) is powered by the direct-current power from 41 and the auxiliary machine B is driven.

このように、制御手段はエンジン１が起動された後に、誘導発電機２によって生成される交流電力をコンバータ３によって直流電力に変換する。また、エンジン１が起動された後に、コンバータ３及び／又は主バッテリ４１から入力される直流電力をインバータ５によって交流電力に変換し、誘導電動機６に出力する。同様に、エンジン１が起動された後に、コンバータ３及び／又は主バッテリ４１から入力される直流電力をサービス電源用インバータ８によって交流電力に変換し、補機Ｂに出力する。   Thus, the control means converts the AC power generated by the induction generator 2 into DC power by the converter 3 after the engine 1 is started. Further, after the engine 1 is started, the DC power input from the converter 3 and / or the main battery 41 is converted into AC power by the inverter 5 and output to the induction motor 6. Similarly, after the engine 1 is started, the DC power input from the converter 3 and / or the main battery 41 is converted into AC power by the service power source inverter 8 and output to the auxiliary machine B.

また、運転席の操作手段（図示せず）からブレーキの制御信号が入力された場合、制御装置は、誘導電動機６を発電機として動作させて回生電力で補機Ｂを駆動する。また、制御装置は、余剰電力を主バッテリ４１に充電する。
また、エンジン１の起動時において主バッテリ４１が故障していた場合、制御装置は、開閉器Ｑ３をオンからオフに切り替え、開閉器Ｑ６（その後、開閉器Ｑ５）をオフからオンに切り替えて、非常用バッテリ４２からの電力によりエンジン１を起動させる。 When a brake control signal is input from a driver's seat operating means (not shown), the control device operates the induction motor 6 as a generator to drive the auxiliary machine B with regenerative power. Further, the control device charges the main battery 41 with surplus power.
When the main battery 41 is out of order when the engine 1 is started, the control device switches the switch Q3 from on to off, switches the switch Q6 (and then the switch Q5) from off to on, The engine 1 is started by the electric power from the emergency battery 42.

つまり、非常用バッテリ４２も、第１実施形態で説明した「エンジン起動用バッテリ４」と同様の機能を有している。
なお、非常時には、非常用バッテリ４２を用いてエンジン１を起動し、その後は誘導発電機２からの電力のみによって誘導電動機６及び補機Ｂを駆動することが好ましい。これによって、非常用バッテリ４２は小容量のものを用いることができる。 That is, the emergency battery 42 has the same function as the “engine starting battery 4” described in the first embodiment.
In an emergency, it is preferable to start the engine 1 using the emergency battery 42 and then drive the induction motor 6 and the auxiliary machine B only by the electric power from the induction generator 2. As a result, the emergency battery 42 having a small capacity can be used.

＜効果＞
本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００Ａによれば、主バッテリ４１を用いた充放電制御を行うことで、排ガス及び騒音を低減し、省エネルギ化を図ることができる。また、主バッテリ４１が故障した場合、非常用バッテリ４２を用いてエンジン１を起動することで運転を継続できる。
また、非常用バッテリ４２は、エンジン１の起動に必要な電圧を生成できればよく、少数の単電池（例えば、直列接続された２個の単電池）を備える構成とすればよい。したがって、バッテリ（主バッテリ４１及び非常用バッテリ４２）にかかるコストを低減できるとともに、バッテリの設置に必要なスペースを小さくできる。 <Effect>
According to the railway vehicle drive system 100A according to the present embodiment, by performing charge / discharge control using the main battery 41, exhaust gas and noise can be reduced and energy saving can be achieved. When the main battery 41 fails, the operation can be continued by starting the engine 1 using the emergency battery 42.
Further, the emergency battery 42 only needs to be able to generate a voltage necessary for starting the engine 1, and may be configured to include a small number of single cells (for example, two single cells connected in series). Therefore, the cost required for the batteries (the main battery 41 and the emergency battery 42) can be reduced, and the space necessary for installing the battery can be reduced.

≪第３実施形態≫
図９は、第３実施形態に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。第３実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００Ｂは、ハイブリッド型のシステムである。
第３実施形態は、リアクトル９、三相コンデンサ１０、開閉器Ｑ７，Ｑ８、及び充電抵抗Ｒ８を備え、非常用バッテリ４３がサービス電源用インバータ８と補機Ｂとの間に接続されている点が第２実施形態と異なるが、その他は第２実施形態と同様である。したがって、当該異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。 «Third embodiment»
FIG. 9 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to the third embodiment. The railway vehicle drive system 100B according to the third embodiment is a hybrid system.
The third embodiment includes a reactor 9, a three-phase capacitor 10, switches Q7 and Q8, and a charging resistor R8, and an emergency battery 43 is connected between the service power supply inverter 8 and the auxiliary machine B. Is different from the second embodiment, but is otherwise the same as the second embodiment. Therefore, the different part will be described, and the description of the overlapping part will be omitted.

図９に示すように、リアクトル９は、サービス電源用インバータ８の第１レグ、第２レグ、第３レグにそれぞれ直列に接続されている。三相コンデンサ１０は、リアクトル９よりも補機Ｂ側に設置され、デルタ結線されている。リアクトル９及び三相コンデンサ１０は、サービス電源用インバータ８から入力される交流電圧に含まれる高周波成分を抑制して正弦波状の電圧とし、開閉器Ｑ９を介して補機Ｂに供給するためのものである。   As shown in FIG. 9, the reactor 9 is connected in series to the first leg, the second leg, and the third leg of the service power source inverter 8. The three-phase capacitor 10 is installed closer to the auxiliary machine B than the reactor 9, and is delta-connected. Reactor 9 and three-phase capacitor 10 suppress a high-frequency component contained in the AC voltage input from service power source inverter 8 to a sine wave voltage and supply it to auxiliary machine B via switch Q9. It is.

非常用バッテリ４３（第２バッテリ）は、サービス電源用インバータ８と補機Ｂとの間に並列接続され、直流電力を充電又は放電するバッテリである。なお、非常用バッテリ４３は、主バッテリ４１（第１バッテリ）が故障した場合などの非常時に用いられ、主バッテリ４１よりも小容量のバッテリである。なお、図９に示す例では、非常用バッテリ４３は、２個の単電池が直列接続された構成となっている。
ちなみに、第３実施形態で用いる非常用バッテリ４３の電圧は、第２実施形態の非常用バッテリ４２の電圧よりも低くできる。
非常用バッテリ４３の一端（最も電圧の高い箇所）は、開閉器Ｑ７を介して配線ａ６に接続されている。なお、非常用バッテリ４３を配線ａ７又は配線ａ８に接続してもよい。
また、非常用バッテリ４３の他端（最も電圧の低い箇所）は、配線ａ９を介してインバータ５の下アーム（配線ａ６）に接続されている。 The emergency battery 43 (second battery) is a battery that is connected in parallel between the service power source inverter 8 and the auxiliary machine B and charges or discharges DC power. The emergency battery 43 is used in an emergency such as when the main battery 41 (first battery) fails, and has a smaller capacity than the main battery 41. In the example shown in FIG. 9, the emergency battery 43 has a configuration in which two single cells are connected in series.
Incidentally, the voltage of the emergency battery 43 used in the third embodiment can be made lower than the voltage of the emergency battery 42 of the second embodiment.
One end (the place with the highest voltage) of the emergency battery 43 is connected to the wiring a6 via the switch Q7. The emergency battery 43 may be connected to the wiring a7 or the wiring a8.
The other end of the emergency battery 43 (the lowest voltage portion) is connected to the lower arm (wiring a6) of the inverter 5 through the wiring a9.

＜鉄道車両駆動システムの動作＞
以下では、主バッテリ４１が故障した場合などの非常時において、非常用バッテリ４３を用いてエンジン１を起動する場合について説明する。なお、主バッテリ４１が正常である場合での鉄道車両駆動システム１００Ｂの動作は、第２実施形態と同様である。 <Operation of railway vehicle drive system>
Below, the case where the engine 1 is started using the emergency battery 43 at the time of emergency, such as when the main battery 41 fails, is demonstrated. The operation of the railway vehicle drive system 100B when the main battery 41 is normal is the same as in the second embodiment.

非常時においてエンジン１を起動する際、制御装置は、開閉器Ｑ７をオフ、開閉器Ｑ８をオンにして、エンジン起動用バッテリ４からの電力でコンデンサＣ１を充電する。そして、コンデンサＣ１が所定電圧となった場合、制御装置は開閉器Ｑ７をオンし、開閉器Ｑ８をオフにする。
さらに、制御装置はサービス電源用インバータ８を昇圧用のコンバータとして動作させ、非常用バッテリ４２から供給される電圧を昇圧して所定電圧とし、配線ａ５，ａ６を介してコンバータ３に供給する。また、制御装置は、コンバータ３をインバータとして動作させて直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力により誘導発電機２をモータ駆動させてエンジン１を起動（つまり、クランキング）する。 When starting the engine 1 in an emergency, the control device turns off the switch Q7 and turns on the switch Q8, and charges the capacitor C1 with the electric power from the engine starting battery 4. When the capacitor C1 reaches a predetermined voltage, the control device turns on the switch Q7 and turns off the switch Q8.
Further, the control device operates the service power source inverter 8 as a boosting converter, boosts the voltage supplied from the emergency battery 42 to a predetermined voltage, and supplies it to the converter 3 via the wirings a5 and a6. Further, the control device operates the converter 3 as an inverter to convert DC power into AC power, and drives the induction generator 2 with the AC power to start the engine 1 (that is, cranking).

＜効果＞
本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００Ｂによれば、非常用バッテリ４３から供給される電圧を、サービス電源用インバータ８をコンバータ３として動作させることで昇圧し、当該電圧によって誘導発電機２をモータ動作させてエンジン１を起動する。
したがって、非常用バッテリ４３に用いる単電池として安価かつ低電圧のものを使用できるため、第２実施形態と比較してさらにコストを削減できる。 <Effect>
According to the railway vehicle drive system 100B according to the present embodiment, the voltage supplied from the emergency battery 43 is boosted by operating the service power source inverter 8 as the converter 3, and the induction generator 2 is motorized by the voltage. The engine 1 is started by operating.
Therefore, since a unit cell used for the emergency battery 43 can be inexpensive and low voltage, the cost can be further reduced as compared with the second embodiment.

また、鉄道車両駆動システム１００Ｂでは、補機Ｂに電力供給する際に用いるインバータ５を、前記した昇圧用のコンバータとして用いる。したがって、昇圧用のコンバータを別途設ける必要がなくなるため、コスト及び設置スペースを削減できる。   Further, in the railway vehicle drive system 100B, the inverter 5 used when supplying power to the auxiliary machine B is used as the above-described boost converter. Therefore, it is not necessary to separately provide a boosting converter, so that cost and installation space can be reduced.

≪比較例≫
図１０は、比較例に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。鉄道車両駆動システム２００は、エンジン２１と、誘導発電機２２と、電力変換器２３と、負荷２４と、二次電池２５と、二次電池情報監視部２６と、制御装置２７と、を備えている。
そして、誘導発電機２２に設けられた速度信号発生器２３ａから出力される速度信号Ｎｇが速度検出部２７ｂに入力され、速度検出部２７ｂから入力される回転周波数Ｆｇは、制御部２７ａ及びエンジン始動判定部２７ｃに出力される。 ≪Comparative example≫
FIG. 10 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to a comparative example. The railway vehicle drive system 200 includes an engine 21, an induction generator 22, a power converter 23, a load 24, a secondary battery 25, a secondary battery information monitoring unit 26, and a control device 27. Yes.
The speed signal Ng output from the speed signal generator 23a provided in the induction generator 22 is input to the speed detection unit 27b, and the rotation frequency Fg input from the speed detection unit 27b is determined by the control unit 27a and the engine start. The data is output to the determination unit 27c.

また、電圧検出器ＰＴから出力される二次電池電圧Ｖｂは、エンジン始動判定部２７ｃに入力され、二次電池２５から出力される二次電池情報Ｓｂ０は、二次電池情報監視部２６に入力される。
さらに、二次電池情報監視部２６から出力される二次電池情報Ｓｂ１と、エンジン始動判定部２７ｃから出力される始動許可信号Ｓｓとは、制御部２７ａに入力される。また、制御部２７ａから出力される駆動信号Ｓｇが電力変換器２３に入力され、スイッチ開閉信号Ｓｓｗが開閉器２８に入力される。 The secondary battery voltage Vb output from the voltage detector PT is input to the engine start determination unit 27c, and the secondary battery information Sb0 output from the secondary battery 25 is input to the secondary battery information monitoring unit 26. Is done.
Further, the secondary battery information Sb1 output from the secondary battery information monitoring unit 26 and the start permission signal Ss output from the engine start determination unit 27c are input to the control unit 27a. In addition, the drive signal Sg output from the control unit 27 a is input to the power converter 23, and the switch open / close signal Ssw is input to the switch 28.

図１１は、比較例に係る鉄道車両駆動システムが備える２次電池の構成図である。なお、図１１では、二次電池情報監視部２６及び制御装置２７（図１０参照）の記載を省略している。
比較例に係る鉄道車両駆動システム２００は、電力変換器２３と負荷２４との間に並列に接続される２つのバッテリ２５ａ，２５ｃを備えている。このように同じ機能の２つのバッテリを設けることで、一方のバッテリが故障した場合に備えて冗長化している。
それぞれのバッテリ２５ａ，２５ｄは、単電池を複数個直列接続したものを１ユニットとし、複数の前記ユニットが並列接続されている。なお、リアクトルＬａ，Ｌｃは、電圧のリプル抑制のために設けられている。また、電流検出器Ｐａは、バッテリ２５ａの充放電電流値を制御装置２７（図１０参照）に出力し、電力検出器Ｐｃはバッテリ２５ｃの充放電電流値を制御装置２７に出力する。 FIG. 11 is a configuration diagram of a secondary battery included in a railcar drive system according to a comparative example. In addition, in FIG. 11, description of the secondary battery information monitoring part 26 and the control apparatus 27 (refer FIG. 10) is abbreviate | omitted.
The railcar drive system 200 according to the comparative example includes two batteries 25 a and 25 c connected in parallel between the power converter 23 and the load 24. By providing two batteries having the same function in this way, redundancy is provided in case one battery fails.
Each of the batteries 25a and 25d is a unit obtained by connecting a plurality of single cells in series, and a plurality of the units are connected in parallel. The reactors La and Lc are provided to suppress voltage ripple. Further, the current detector Pa outputs the charge / discharge current value of the battery 25a to the control device 27 (see FIG. 10), and the power detector Pc outputs the charge / discharge current value of the battery 25c to the control device 27.

比較例の構成では、バッテリ２５ａ又はバッテリ２５ｃからの電力で負荷を駆動するため、バッテリ２５ａ，２５ｃの両方を大容量にする必要がある。したがって、バッテリ２５ａ，２５ｃを搭載するために大きな設置スペースを確保する必要があるとともに、コストが増大するという問題があった。   In the configuration of the comparative example, since the load is driven by the electric power from the battery 25a or the battery 25c, it is necessary to increase the capacity of both the batteries 25a and 25c. Therefore, there is a problem that it is necessary to secure a large installation space for mounting the batteries 25a and 25c, and the cost increases.

これに対して、前記各実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００（１００Ａ，１００Ｂ）は、エンジン起動用のバッテリ（第１実施形態ではエンジン起動用バッテリ４、第２実施形態・第３実施形態では、主バッテリ４１及び非常用バッテリ４２）を備えている。当該エンジン起動用のバッテリは、エンジン１を起動する際に必要となる電力を供給できればよく、少数（例えば、２個）の単電池で足りる。
したがって、前記各実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００は、前記した比較例に対して設置スペース及びコストを大幅に削減できる。 On the other hand, the railway vehicle drive system 100 (100A, 100B) according to each of the above embodiments includes a battery for starting the engine (in the first embodiment, the engine starting battery 4, in the second and third embodiments). A main battery 41 and an emergency battery 42). The engine starting battery only needs to be able to supply electric power necessary for starting the engine 1, and a small number (for example, two) of single cells is sufficient.
Therefore, the railway vehicle drive system 100 according to each of the embodiments can greatly reduce the installation space and cost compared to the comparative example described above.

≪変形例≫
以上、本発明に係る鉄道車両駆動システムについて各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、ハイブリッド型である第３実施形態の鉄道車両駆動システム１００Ｂの構成から主バッテリ４１を省略し、非常用バッテリ４３をエンジン起動用バッテリとして用いてもよい。この場合、鉄道車両駆動システムを、第１実施形態と同様に非ハイブリッド型として機能させる。 ≪Modification≫
As mentioned above, although each embodiment demonstrated the railcar drive system which concerns on this invention, the embodiment of this invention is not limited to these description, A various change etc. can be performed.
For example, the main battery 41 may be omitted from the configuration of the railway vehicle drive system 100B of the third embodiment that is a hybrid type, and the emergency battery 43 may be used as the engine start-up battery. In this case, the railway vehicle drive system is caused to function as a non-hybrid type as in the first embodiment.

また、前記各実施形態では、発電機が誘導発電機である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、発電機が備えるステータが永久磁石を備える構成としてもよい。また、発電機として同期発電機を用いてもよい。
また、前記各実施形態では、電動機が誘導電動機６である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、電動機が備えるステータが永久磁石を備える構成としてもよい。また、電動機として同期電動機を用いてもよい。 Moreover, although each said embodiment demonstrated the case where a generator was an induction generator, it is not restricted to this. That is, it is good also as a structure with which the stator with which a generator is provided is equipped with a permanent magnet. Moreover, you may use a synchronous generator as a generator.
Moreover, although each said embodiment demonstrated the case where the electric motor was the induction motor 6, it does not restrict to this. In other words, the stator included in the electric motor may include a permanent magnet. Moreover, you may use a synchronous motor as an electric motor.

また、第２実施形態および第３実施形態では、シリーズハイブリッド方式の鉄道車両について説明したが、パラレルハイブリッド方式への適用も可能である。すなわち、図８、図９においてエンジン１が出力する軸トルクと電動機が出力する軸トルクが変速機を介して車軸に入力される構成としてもよい。   Further, in the second embodiment and the third embodiment, the series hybrid type railway vehicle has been described, but application to a parallel hybrid type is also possible. That is, in FIGS. 8 and 9, the shaft torque output from the engine 1 and the shaft torque output from the electric motor may be input to the axle via the transmission.

１００，１００Ａ，１００Ｂ 鉄道車両駆動システム
１ エンジン
２ 誘導発電機
３ コンバータ（第１電力変換器）
４ エンジン起動用バッテリ
４１ 主バッテリ（第１バッテリ）
４２，４３ 非常用バッテリ（第２バッテリ）
５ インバータ（第２電力変換器）
６ 誘導電動機（走行用電動機）
７ 減速機
８ サービス電源用インバータ（第３電力変換器）
Ａ 輪軸
Ｂ 補機
Ｑ１，Ｑ２ 開閉器
Ｑ３，Ｑ４ 開閉器（第１開閉器）
Ｑ５，Ｑ６ 開閉器（第２開閉器）
Ｑ７，Ｑ８ 開閉器（第２開閉器） 100, 100A, 100B Railway vehicle drive system 1 Engine 2 Induction generator 3 Converter (first power converter)
4 Engine start-up battery 41 Main battery (first battery)
42,43 Emergency battery (second battery)
5 Inverter (second power converter)
6 Induction motor ( motor for driving )
7 Reducer 8 Service power supply inverter ( third power converter)
A Wheel axle B Auxiliary machine
Q1, Q2 switch
Q3, Q4 switch (first switch)
Q5, Q6 Switch (second switch)
Q7, Q8 switch (second switch)

Claims (3)

エンジンにより駆動される発電機と、
前記エンジンの起動後に、前記発電機によって生成される交流電力を直流電力に変換する第１電力変換器と、
前記エンジンの起動後に、前記直流電力を交流電力に変換して、減速機を介して輪軸に接続された走行用電動機に出力する第２電力変換器と、
前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間に開閉器を介して並列接続されるエンジン起動用バッテリと、
前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間に並列接続され、前記第１電力変換器から入力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を補機に出力する第３電力変換器と、を備え、
前記エンジンの起動時に、前記エンジン起動用バッテリから供給される直流電力を、前記第１電力変換器によって交流電力に変換し、当該交流電力により前記発電機を電動機として動作させて前記エンジンを起動し、さらに、前記エンジンの駆動による前記発電機の発電電力を、前記第１電力変換器を介して前記エンジン起動用バッテリに充電した後、前記走行用電動機を駆動する力行運転を開始し、
停止ブレーキの実行中、前記開閉器を開状態とし、前記走行用電動機の回生による発電電力を、前記第２電力変換器及び前記第３電力変換器を介して前記補機に供給すること
を特徴とする鉄道車両駆動システム。 A generator driven by an engine;
A first power converter that converts AC power generated by the generator into DC power after the engine is started;
A second power converter for converting the DC power into AC power after starting the engine and outputting the AC power to a traveling motor connected to a wheel shaft via a reduction gear ;
An engine starting battery connected in parallel via a switch between the first power converter and the second power converter ;
The first power converter is connected in parallel between the first power converter and the second power converter, converts DC power input from the first power converter into AC power, and outputs the AC power to an auxiliary machine. 3 power converters ,
When starting the engine, the DC power supplied from the engine start-up battery is converted into AC power by the first power converter, by the AC power to operate as a motor to the generator to start the engine Furthermore, after charging the engine starting battery via the first power converter with the power generated by the generator driven by the engine, the power running operation for driving the traveling motor is started,
During execution of the stop brake, the switch is opened, and power generated by regeneration of the traveling motor is supplied to the auxiliary machine via the second power converter and the third power converter. Railway vehicle drive system. エンジンにより駆動される発電機と、
前記エンジンの起動後に、前記発電機によって生成される交流電力を直流電力に変換する第１電力変換器と、
前記第１電力変換器に第１開閉器を介して並列接続され、直流電力を充電又は放電する第１バッテリと、
前記第１電力変換器に第２開閉器を介して並列接続され、前記第１バッテリよりも容量が小さく、直流電力を充電又は放電する第２バッテリと、
前記エンジンの起動後に、前記第１電力変換器及び／又は前記第１バッテリから入力される直流電力を交流電力に変換して、減速機を介して輪軸に接続された走行用電動機に出力する第２電力変換器と、
前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間に並列接続され、前記第１電力変換器から入力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を補機に出力する第３電力変換器と、を備え、
前記エンジンの起動時に、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの一方から供給される直流電力を、前記第１電力変換器によって交流電力に変換し、当該交流電力により前記発電機を電動機として動作させて前記エンジンを起動し、さらに、前記エンジンの駆動による前記発電機の発電電力を、前記第１電力変換器を介して前記一方に充電した後、前記走行用電動機を駆動する力行運転を開始し、
停止ブレーキの実行中、前記第１開閉器を開状態にするとともに、前記第２開閉器を開状態とし、前記走行用電動機の回生による発電電力を、前記第２電力変換器及び前記第３電力変換器を介して前記補機に供給すること
を特徴とする鉄道車両駆動システム。 A generator driven by an engine;
A first power converter that converts AC power generated by the generator into DC power after the engine is started;
A first battery connected in parallel to the first power converter via a first switch and charging or discharging DC power;
A second battery connected in parallel to the first power converter via a second switch, having a smaller capacity than the first battery, and charging or discharging DC power;
After the engine is started, the DC power input from the first power converter and / or the first battery is converted into AC power and output to a traveling motor connected to the wheel shaft via a reduction gear . Two power converters ;
The first power converter is connected in parallel between the first power converter and the second power converter, converts DC power input from the first power converter into AC power, and outputs the AC power to an auxiliary machine. 3 power converters ,
When starting the engine, the DC power supplied from one of the first battery and the second battery is converted into AC power by the first power converter to operate as an electric motor to the generator by the AC power The engine is started , and the power generated by the generator driven by the engine is charged to the one through the first power converter, and then the power running operation is started to drive the motor for traveling. ,
During execution of the stop brake, the first switch is opened, the second switch is opened, and the power generated by the regeneration of the traveling motor is supplied to the second power converter and the third power. A railcar drive system, characterized in that it is supplied to the auxiliary machine via a converter . エンジンにより駆動される発電機と、
前記エンジンの起動後に、前記発電機によって生成される交流電力を直流電力に変換する第１電力変換器と、
前記第１電力変換器に第１開閉器を介して並列接続され、直流電力を充電又は放電する第１バッテリと、
前記エンジンの起動後に、前記第１電力変換器及び／又は前記第１バッテリから入力される直流電力を交流電力に変換して、減速機を介して輪軸に接続された走行用電動機に出力する第２電力変換器と、
前記第１電力変換器と前記第２電力変換器との間に並列接続され、前記第１電力変換器から入力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を補機に出力する第３電力変換器と、
前記第３電力変換器と前記補機との間に第２開閉器を介して並列接続され、前記第１バッテリよりも容量が小さく、直流電力を充電又は放電する第２バッテリと、を備え、
前記エンジンの起動時に、
前記第１バッテリから供給される直流電力を、前記第１電力変換器によって交流電力に変換し、当該交流電力により前記発電機を電動機として動作させて前記エンジンを起動するか、
又は、
前記第２バッテリから供給される直流電力を、前記第３電力変換器によって昇圧し、昇圧された直流電力を前記第１電力変換器によって交流電力に変換し、当該交流電力により前記発電機を電動機として動作させて前記エンジンを起動し、
前記エンジンの起動後、前記第１バッテリ及び前記第２バッテリのうち前記エンジンの起動に用いた方に、前記エンジンの駆動による前記発電機の発電電力を前記第１電力変換器を介して充電した後、前記走行用電動機を駆動する力行運転を開始し、
停止ブレーキの実行中、前記第１開閉器を開状態にするとともに、前記第２開閉器を開状態とし、前記走行用電動機の回生による発電電力を、前記第２電力変換器及び前記第３電力変換器を介して前記補機に供給すること
を特徴とする鉄道車両駆動システム。 A generator driven by an engine;
A first power converter that converts AC power generated by the generator into DC power after the engine is started;
A first battery connected in parallel to the first power converter via a first switch and charging or discharging DC power;
After the engine is started, the DC power input from the first power converter and / or the first battery is converted into AC power and output to a traveling motor connected to the wheel shaft via a reduction gear . Two power converters;
The first power converter is connected in parallel between the first power converter and the second power converter, converts DC power input from the first power converter into AC power, and outputs the AC power to an auxiliary machine. 3 power converters,
A second battery connected in parallel via a second switch between the third power converter and the auxiliary machine, having a capacity smaller than that of the first battery and charging or discharging DC power;
When starting the engine,
DC power supplied from the first battery is converted into AC power by the first power converter, the generator is operated as an electric motor by the AC power, or the engine is started,
Or
The DC power supplied from the second battery is boosted by the third power converter, the boosted DC power is converted to AC power by the first power converter, and the generator is driven by the AC power. start the engine is operated as a,
After the engine is started, the power generated by the generator driven by the engine is charged via the first power converter to the one of the first battery and the second battery used for starting the engine. After that, start a power running operation to drive the electric motor for running,
During execution of the stop brake, the first switch is opened, the second switch is opened, and the power generated by the regeneration of the traveling motor is supplied to the second power converter and the third power. A railcar drive system, characterized in that it is supplied to the auxiliary machine via a converter .
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