JP6186231B2 - 鉄道車両用駆動システム - Google Patents

Description

本発明は，エンジン発電駆動方式の鉄道車両の駆動システムに関する．

鉄道車両を駆動するためには動力源が不可欠であり，車両の運行中は動力源を基に車両を駆動するための動力を発生させ，かつ車輪を回転させる駆動系を健全に動作させることが重要である。
鉄道車両を走行させる動力源は，一般的に次の２通りが考えられる。
（１）地上側の発電設備から架線等の給電設備を通じて車両に電力を供給する（電化路線）
（２）車両上にエンジン等を搭載する（非電化路線）

地上側に発電設備等の動力源をもつ電化路線の場合，架線等の給電設備より給電された電力を車両上に取り入れ，電力変換器等により電動機を駆動して車輪とレールの間に引張力を発生させて車両を駆動する（Electric Multiple Unit）。

一方，地上側に発電設備等の動力源をもたない非電化路線では，車両上のエンジンを動力源として，エンジンで発電機を駆動して発生させた電力をもとに電力変換器等を用いて電動機を駆動して車輪とレールの間に引張力を発生させて車両を駆動する（電気式気動車，Diesel Electric Multiple Unit）。また，エンジンを動力源とする車両では，エンジンの軸出力を変速機等で制御して直接，車輪を駆動し，車輪とレールの間に引張力を発生させて車両を駆動する方式もある（気動車，Diesel Multiple Unit）。

エンジンを動力源とした車両では，エンジン出力する際に発生する気筒内爆発音，エンジンの吸気を加給する際のターボチャージャ回転音，エンジンの冷却水を冷却する際のラジエータファンの回転音等の動作音が発生する。気筒内爆発音，ターボチャージャ回転音はおもにエンジン出力が高いほど音響パワーが大きくなる。一方，ラジエータファンは，一般的にエンジン自体の回転で駆動されるため，その回転音の音響パワーはエンジン回転数に比例する。ラジエータファンの回転音は回転数の６乗に比例するため，回転数が大きくなるに従い回転音は加速的に大きくなる。このため，高回転域ではエンジン騒音はラジエータファンの回転音が支配的となる。

このエンジン騒音は，駅周辺地域，特に駅構内で問題視される。これは，列車が駅から出発する際，車両の加速ともにエンジンは最高出力に達し，ラジエータファンの回転音が支配的な状況下で多くの乗客の待つホームを，さらに駅近傍の街区を通過する。エンジンの容量にもよるが，一般的な電気式気動車（Diesel Electric Multiple Unit）用のエンジンでは，車両側面10m程度離れた位置では最高出力時に100dBAを超えるエンジン騒音が測定される。

ところで，エンジンの出力は，如何なる回転数で発生できるわけではない。各回転数での「最大出力を規定したエンジン性能曲線がエンジン毎に定義されている。さらにエンジンの回転数，出力に対して燃料消費量を規定した燃料消費量マップが定義されており，省エネルギを意識した駆動システム設計にはこれを無視することはできない。例えば，エンジンの排ガス低減と燃料消費量低減を目的に，エンジン出力増加時にエンジン回転数を無理なく追従させる方法として，エンジンの出力を回転数の３乗に比例（（エンジン出力）＝F（(エンジン回転数)^3））するエンジン出力曲線の定義が知られている。

エンジンの定常状態および過渡状態での動作点管理に重点を置き，排ガスや燃料消費量の低減などの観点から所望の動作点上でのエンジンの動作制御を可能にするディーゼル動車駆動装置の制御システムとして，特開2012-191715号公報に示されている「ディーゼル動車駆動装置の制御システム」を挙げられる。

特開2012-191715号公報の「ディーゼル動車駆動装置の制御システム」では，エンジンと，エンジンにより駆動される発電機と，発電機の出力する交流電力を直流電力へ変換するコンバータと，車両を推進させる主電動機と，直流電力を変換して交流電力を生成して主電動機を駆動するインバータ装置とを備える列車制御システムであり，エンジンの制御目標となるエンジン動作点を予め設定し，エンジンの動作点が設定されたエンジン動作点に追従するようにインバータ装置を制御するディーゼル動車駆動装置の制御システムについて述べられている。

図７は，特許文献１の図３に示されている,エンジン動作調整部における動作点調整方法を示す図である。

エンジン制御装置において，インバータ装置の消費電力を含む消費電力合計値「ΣP」１２６と，エンジン動作点「Ｐ（ｎ）」１２８の情報とを比較し，エンジン動作点がＰ（ｎ）±δＰの範囲に収まっていない場合には，エンジン回転数指令部からのエンジン回転数指令値を調整して，エンジン動作点が所望の動作点範囲内（Ｐ（ｎ）±δＰの範囲内）となるようなエンジン回転数指令調整値「ｎ＊＊」１２４を生成し，エンジンへ伝達する。エンジン出力の時間応答は，インバータ制御装置へ入力され，インバータ装置の交流電力で駆動する主電動機のトルクを制御する。

特開２０１２−１９１７１５号公報

前述のように，エンジンを動力源とした車両では，エンジン出力が高いほど大きくなる気筒内爆発音，ターボ回転音だけでなく，音響パワーがエンジンの回転数の６乗に比例するラジエータファンの回転音が存在する。このため，エンジン騒音は，エンジンの回転数が大きくなるに従い音響パワーは加速的に大きくなり，高回転域でラジエータファンの回転音が支配的となる。

そのため，エンジン騒音を低減するためには，エンジンの回転数を低減すればよい。しかし，エンジン自体の出力特性として，一般的に低回転数ではエンジン出力が制限される。また，エンジンの回転数と出力の関係は，特許文献１でも示されているように，エンジンの排ガス低減，燃料消費量低減など，エンジン騒音低減とは異なる側面での目的を実現するための制限が設けられる場合が多い。このため，エンジン騒音低減のみに着目して回転数を低減すると，その出力を供給する車両の駆動力，サービス機器の消費電力が制限され，列車の運行に支障し得ることはもとより，排ガス規制への準拠，CO2低減目標達成に対する影響が懸念される。

本発明は，エンジン発電駆動方式の鉄道車両において，車両の駆動に必要なエンジン出力を制限することなく，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する駆動システムを提供することを目的とする。

本発明では，エンジン発電駆動方式の鉄道車両用駆動システムにおいて，列車が駅を出発するとき，車両が駅構内を走行している間は補助機器の消費電力を予定された制限値まで低減してエンジン発電電力を抑制することで，より低いエンジン回転数で車両の駆動に必要なエンジン出力を負担する。本発明によれば，駅出発から駅構内を抜けるまでの間，車両の走行性能に影響することなくエンジンの回転数を低減し，エンジンから発生する騒音を低減できる。

本発明の効果は，車両の駆動に必要なエンジン出力を制限することなく，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する鉄道車両用駆動システムを提供できることにある。

本発明の鉄道車両用駆動システムにおける，一実施形態の基本構成を示す図。 本発明の一実施形態における，各機器の構成と接続を示す図。 本発明の一実施形態における，列車が駅を出発する際の機器の動作を示す図。 本発明の一実施形態における，エンジン出力曲線に対する実際の出力点の動きを示す図。 本発明の一実施形態における，エンジン騒音低減制御を実現する機能ブロック図。 本発明の一実施形態における，エンジン騒音低減制御の動作を示すタイムチャート。 図７は，特許文献１の図３に示されている,エンジン動作調整部における動作点調整方法を示す図。

以下，本発明の実施の形態について，図面を用いて説明していく．

図１は，本発明の鉄道車両用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，またはその一部である．車両１ａと車両１ｂは車間連結器２ａで連結されている。同じく，車両１ｂと車両１ｃは車間連結器２ｂで，車両１ｃと車両１ｄは車間連結器２ｃで連結されている。

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．
車両１ａには，エンジン及び発電機で構成されるエンジン発電装置６ａ，コンバータ装置７ａ，インバータ装置８ａ，情報制御装置１１ａを搭載している。エンジン発電装置６ａにより発電された交流電力は，交流電力線１３ａを介してコンバータ装置７ａの交流側端子に入力される。コンバータ装置７ａは，入力された交流電力を直流電力に変換して，当該直流電力は，直流側出力端子から直流電力線１２ａを介してインバータ装置８ａの直流側端子と，車両１ｂに搭載されている後述する補助電源装置９ａの直流側端子にそれぞれ入力される。ここで，本実施形態では補助電源装置９ａは車両１ａに隣接する車両１ｂに搭載しているが，これは補助電源装置９ａを搭載する車両を限定するものではない。補助電源装置９ａは車両１ａに搭載される場合，または車両１ｃや１ｄのように車両１ａに隣接していない車両に搭載することも考えられる。インバータ装置８ａは，入力された直流電力をもとに，可変電圧可変周波数の交流電力に変換して，図示していない交流電動機の発生トルクを制御し，図示していない減速器を介して輪軸５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの全て，またはその一部を駆動する。情報制御装置１１ａは，車両内情報伝達手段１５ａを介してコンバータ装置７ａおよびインバータ装置８ａと接続され，車両間情報伝達手段１６ａを介して車両１ｂに搭載され後述する情報制御装置１１ｂと接続されている。

車両１ｂには，補助電源装置９ａ，サービス機器１０ａ，情報制御装置１１ｂを搭載している。補助電源装置９ａは，直流電力線１２ａを介して直流側端子に入力された直流電力を，定電圧・定周波数の交流電力に変換し，当該交流電力は，交流電力線１４ａを介して空調装置，調理装置などのサービス機器１０ａに入力される。補助電源装置９ａが出力する交流電力は，周波数６０Ｈｚ交流４４０Ｖ，周波数６０Ｈｚ交流２２０Ｖなど複数の電源仕様を備えており，サービス機器１０ａである空調装置，調理装置などの機器仕様にあわせて供給できる。情報制御装置１１ｂは，車両内情報伝達手段１５ｂを介して補助電源装置９ａと，車両内情報伝達手段１５ｃを介してサービス機器１０ａと接続され，車両間情報伝達手段１６ａを介して車両１ａに搭載される情報制御装置１１ａと，車両間情報伝達手段１６ｂを介して車両１ｃに搭載される後述する情報制御装置１１ｃと接続されている。

車両１ｄには，エンジン及び発電機で構成されるエンジン発電装置６ｂ，コンバータ装置７ｂ，インバータ装置８ｂ，情報制御装置１１ｄを搭載している。エンジン発電装置６ｂにより発電された交流電力は，交流電力線１３ｂを介してコンバータ装置７ｂの交流側端子に入力される。コンバータ装置７ｂは，入力された交流電力を直流電力に変換して，当該直流電力は，直流側出力端子から直流電力線１２ｂを介してインバータ装置８ｂの直流側端子と，車両１ｃに搭載されている後述する補助電源装置９ｂの直流側端子にそれぞれ入力される。ここで，本実施形態では補助電源装置９ｂは車両１ｄに隣接する車両１ｃに搭載しているが，これは補助電源装置９ｂを搭載する車両を限定するものではない。補助電源装置９ｂは車両１ｄに搭載される場合，または車両１ａや１ｂのように車両１ｄに隣接していない車両に搭載することも考えられる。インバータ装置８ｂは，入力された直流電力を，可変電圧可変周波数の交流電力に変換して，図示していない交流電動機の発生トルクを制御し，図示していない減速器を介して輪軸５ｍ，５ｎ，５ｏ，５ｐの全て，またはその一部を駆動する。情報制御装置１１ｄは，車両内情報伝達手段１５ｆを介してコンバータ装置７ｂおよびインバータ装置８ｂと接続され，車両間情報伝達手段１６ｃを介して，車両１ｃに搭載され後述する情報制御装置１１ｃと接続されている。

車両１ｃには，補助電源装置９ｂ，サービス機器１０ｂ，情報制御装置１１ｃを搭載している。補助電源装置９ｂは，直流電力線１２ｂを介して直流側端子に入力された直流電力を，定電圧定周波数交流電力に変換し，当該交流電力は，交流電力線１４ｂを介して空調装置，調理装置などのサービス機器１０ｂに入力される。補助電源装置９ｂが出力する交流電力は，周波数６０Ｈｚ交流４４０Ｖ，２２０Ｖなど複数の電源仕様を備えており，サービス機器１０ｂである空調装置，調理装置などの仕様にあわせて供給できる。情報制御装置１１ｃは，車両内情報伝達手段１５ｅを介して補助電源装置９ｂと，車両内情報伝達手段１５ｄを介してサービス機器１０ｂと接続され，車両間情報伝達手段１６ｂを介して車両１ｂに搭載される情報制御装置１１ｂと，車両間情報伝達手段１６ｃを介して車両１ｄに搭載される情報制御装置１１ｄと接続されている。

以上の構成により，情報制御装置１１ａは，図示していない乗降口の側扉開情報が開状態から閉状態に移行し，かつインバータ装置８ａで算出される電動機のロータ周波数（絶対値）が零から正値に移行したとき，車両の駅出発状態を検知して駅出発信号を生成する。また，編成内の他車両に備えられている情報制御装置の情報を基に，編成列車の車両数である編成情報と，自車の連結位置を示す自車位置情報を取得し，編成情報と自車位置情報より車両が駅構内を離れるまでに走行する距離である駅構内走行距離を算出する。また，前記ロータ周波数を駅出発信号発信時点から積算して駅出発後の走行距離を算出する。駅出発後，走行距離が駅構内走行距離を超過までは，車両が駅構内を走行していること示す駅構内走行中信号を算出，このとき運転台のスイッチ扱いにより補機負荷低減許可信号が出力され，ノッチ扱いにより力行中信号が出力されているとき，補機負荷低減指令が出力される。情報制御装置１１ａが出力した補機負荷低減指令はサービス機器に入力され，消費電力を予定された制限値まで低減する。

すなわち，本発明によれば，ディーゼルエンジン発電駆動方式の鉄道車両用駆動システムにおいて，列車が駅を出発するとき，車両が駅構内を走行している間は空調等のサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減してエンジン発電電力を抑制することで，より低いエンジン回転数で必要なエンジン出力を負担し，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する鉄道車両用駆動システムを提供できる。

図２は，本発明の一実施形態における，各機器の構成と接続を示す図である。

エンジン発電装置６は，エンジン２１，発電機２２，回転速度検出器２３で構成される。発電機２２は，エンジン２１により駆動され三相交流電力を出力する。回転速度検出器２３は，エンジン２１と結合された発電機の駆動軸の回転速度を検出し，検出された回転速度情報は図示していないコンバータ装置７の制御装置に入力される。

コンバータ装置７は，コンバータ回路２４，交流電流検出器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，コンデンサ２６ａで構成される。前述の発電機２２が出力する三相交流電力はコンバータ回路２４に入力され，直流電力に変換される。コンデンサ２６ａの両端電圧は，抵抗器２９と直列接続される電圧検出器３０により検出され，当該コンデンサ２６ａの電圧検出値は，コンバータ回路２４におけるＰＷＭ制御の基準電圧とする。コンバータ装置７では，電流検出器２５ａ，２５ｂ，２５ｃで検出される交流電流Iu_c，Iv_c，Iw_cを基に，コンデンサ２６ａの両端電圧が所定値に保持されるようにコンバータ回路２４を制御する（定電圧制御）。

インバータ装置８は，インバータ回路２８，交流電流検出器２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，コンデンサ２６ｂで構成される。コンバータ装置７が出力する直流電力は，インバータ回路２８に入力され，三相交流電力に変換される。三相交流電力は，電動機１５に入力されこれを駆動する。コンデンサ２６ｂの両端電圧は，抵抗器２９と直列接続される電圧検出器３０により検出され，インバータ回路２８におけるＰＷＭ制御の基準電圧とする。インバータ装置８では，電流検出器２５ｄ，２５ｅ，２５ｆで検出される交流電流Iu_i，Iv_i，Iw_iを基に励磁電流（ｄ軸電流），トルク電流（ｑ軸電流）を算出し，励磁電流，トルク電流が，それぞれ車両の走行に必要な電動機１５のトルク出力を定める励磁電流パタン，トルク電流パタンに追従するようにインバータ回路２８を制御する（ベクトル制御）。

補助電源装置９は，直流電力線１２を介して直流側端子に入力された直流電力をもとに，定電圧定周波数交流電力に変換し，当該交流電力は，交流電力線１４を介して空調装置，調理装置などのサービス機器１０に入力される。補助電源装置９が出力する交流電力は，周波数６０Ｈｚ交流４４０Ｖ，周波数６０Ｈｚ交流２２０Ｖなど複数の電源仕様を備えており，サービス機器１０である空調装置，調理装置などの仕様にあわせて供給できる。

情報制御装置１１は，車両内情報伝達手段１５ａを介してコンバータ装置７，インバータ装置８と，車両内情報伝達手段１５ｂを介して補助電源装置９と，車両内情報伝達手段１５ｃを介してサービス機器１０と接続される。

以上の構成により，情報制御装置１１において，図示していない乗降口の側扉開情報が開状態から閉状態に移行し，かつインバータ装置８で算出される電動機のロータ周波数（絶対値）が零から正値に移行したとき，車両の駅出発状態を検知して駅出発信号を生成する。また，編成内の他車両に備えられている情報制御装置からの情報を基に，編成列車の車両数である編成情報と，自車の連結位置を示す自車位置情報を取得し，編成情報と自車位置情報より車両が駅構内を離れるまでに走行する距離である駅構内走行距離を算出する。また，前記ロータ周波数を駅出発信号発信時点から積算して駅出発後の走行距離を算出する。駅出発後，走行距離が駅構内走行距離を超過するまでは，車両が駅構内を走行していることを示す駅構内走行中信号を算出，このとき運転台のスイッチ扱いにより補機負荷低減許可信号が出力され，ノッチ扱いにより力行中信号が出力されているとき補機負荷低減指令が出力される。情報制御装置１１が出力した補機負荷低減指令はサービス機器に入力され，消費電力を予定された制限値まで低減する。

すなわち，本発明によれば，ディーゼルエンジン発電駆動方式の鉄道車両用駆動システムにおいて，列車が駅を出発するとき，車両が駅構内を走行している間は空調等のサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減してエンジン発電電力を抑制することで，より低いエンジン回転数で必要なエンジン出力を負担し，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する鉄道車両用駆動システムを提供できる。

図３は，本発明の一実施形態における，列車が駅を出発する際の機器の動作を示す図である。

図３は，縦軸に時刻（下方向に時間の経過を示す），横軸に車両の走行距離をとり，これらに対する，インバータ装置に駆動されるモータ出力と，空調等のサービス機器消費電力と，これらの合計であるエンジン出力の推移を示している。

本実施形態では，編成列車は４両編成であり，先頭車である１号車と最後尾車である４号車にエンジン等の駆動システムを搭載する。１号車のエンジンは，１号車に搭載されている電動機を駆動すると共に，１，２号車のサービス機器消費電力を負担する。また，４号車のエンジンは，４号車に搭載されている電動機を駆動すると共に，３，４号車のサービス機器消費電力を負担する。ただし，これは本発明にて編成列車の構成車両数とエンジン等の駆動システムの搭載する車両位置，サービス機器消費電力の負担範囲を限定するものではない。あくまでも本発明の機器動作を説明する上で仮定した編成車両構成である。

時刻T0では，編成列車は駅を出発した直後であり，編成列車は「（A）駅構内のプラットフォーム脇(Station area, beside the station)」の領域を走行している。

ここでは，電動機出力，サービス機器消費電力をそれぞれ５段階で示しており，従来技術における駅出発時には，電動機出力「５」サービス機器消費電力「５」となることを想定している。

本実施例では，列車が駅を出発するとき（時刻T0），空調等のサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減する。ここでは，１，２および３，４号車はともに「（A）駅構内のプラットフォーム脇(Station area, beside the station)」の領域を走行しているため，電動機出力「５」は変更しないが，サービス機器消費電力を「１」とする。これにより，１および４号車のエンジン出力は，本来必要な「１０」に対して「６」に低減される。すなわち，エンジン出力の低減により，本来よりも低いエンジンの回転数でエンジンを運転できる。

時刻T1では，編成列車は駅を出発後，車両の一部，少なくとも先頭車である１号車が「（B）駅構外(Outside of station area)」の領域を走行し，その他の車両は「（A）駅構内のプラットフォーム脇(Station area, beside the station)」の領域を走行している。

この場合では，１，２号車は，少なくとも１号車が「（B）駅構外(Outside of station area)」の領域を走行しているため，引き続き電動機出力は「５」，サービス機器消費電力は本来必要な「５」に復帰している。これにより，１号車のエンジン出力は，本来必要な「１０」を出力している。

また，３，４号車は「（A）駅構内のプラットフォーム脇(Station area, beside the station)」の領域を走行しているため，引き続き電動機出力は「５」，サービス機器消費電力は「１」とする。これにより，４号車のエンジン出力は，本来必要な「１０」に対して「６」に低減される。すなわち，エンジン出力の低減により，本来よりも低いエンジンの回転数でエンジンを運転できる。

時刻T2では，編成列車は駅を出発後，すべての車両が「（B）駅構外(Outside of station area)」の領域を走行している。

この場合では，１，２および３，４号車はともに「（B）駅構外(Outside of station area)」の領域を走行しているため，引き続き電動機出力は「５」，サービス機器消費電力は本来必要な「５」に復帰している。これにより，１および４号車のエンジン出力は，本来必要な「１０」を出力している。

すなわち，本発明によれば，ディーゼルエンジン発電駆動方式の鉄道車両用駆動システムにおいて，列車が駅を出発するとき，車両が駅構内を走行している間は空調等のサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減してエンジン発電電力を抑制することで，より低いエンジン回転数で必要なエンジン出力を負担し，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する鉄道車両用駆動システムを提供できる。

図４は，本発明の一実施形態における，エンジン出力曲線に対する実際の出力点の動きを示す図である。

図４は，横軸にエンジン回転数，縦軸にエンジン出力をとり，両者の関係であるエンジン出力特性を示している。

エンジン性能曲線（Performance curve）は，エンジンの出力限界を示すものであり，各エンジン回転数にて，エンジン性能曲線を超えてエンジン出力を得ることができない。

また，エンジン出力曲線は（PowerCurve）は，実際にエンジンを運転する上で定義するエンジン回転数とエンジン出力の関係であり，両者をこの曲線に追従するようにエンジン回転数，またはエンジン出力を調整制御する。例えば，エンジンの排ガス低減と燃料消費量低減を目的に，エンジン出力増加時にエンジン回転数を無理なく追従させる方法として，エンジンの出力を回転数の３乗に比例（（エンジン出力）＝F（(エンジン回転数)^3））するエンジン出力曲線の定義が知られている。

編成列車が「（B）駅構外(Outside of station area)」に存在する場合は，エンジン出力は本来必要な「１０」を出力する。

このときのエンジン出力Ｐｂは，エンジン出力曲線上ではＸｂ点に相当し，これを出力するためのエンジン回転数はエンジン出力曲線を参照してＲｂに決定される。すなわち，「（B）駅構外(Outside of station area)」では，エンジン回転数Ｒｂで運転される。

これに対し，編成列車が「（A）駅構内のプラットフォーム脇(Station area, beside the station)」に存在する場合は，エンジン出力は，本来必要な「１０」に対して「６」に低減される。このときのエンジン出力Ｐａは，エンジン出力曲線上ではＸａ点に相当し，これを出力するためのエンジン回転数はエンジン出力曲線を参照してＲａに決定される。すなわち，編成列車が「（A）駅構内のプラットフォーム脇(Station area, beside the station)」に存在する場合は，「（B）駅構外(Outside of station area)」に存在する場合におけるエンジン回転数Ｒｂよりも低い回転数Ｒａで運転される。

すなわち，本発明によれば，ディーゼルエンジン発電駆動方式の鉄道車両用駆動システムにおいて，列車が駅を出発するとき，車両が駅構内を走行している間は空調等のサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減してエンジン発電電力を抑制することで，より低いエンジン回転数で必要なエンジン出力を負担し，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する鉄道車両用駆動システムを提供できる。

図５は，本発明の一実施形態における，エンジン騒音低減制御を実現する情報制御装置１１の機能ブロック図である。

駅出発判定部５１は，得られる乗降口の側扉開情報と，インバータ装置８で算出される電動機のロータ周波数を入力する。側扉開情報が開状態から閉状態に移行し，かつロータ周波数（絶対値）が零から正値に移行したとき，車両の駅出発状態を検知して駅出発信号として「１」を出力する。ここで，本実施例では，駅種発判定部が駅出発信号「１」を出力する条件として，側扉開情報及びロータ周波数を用いているが，これに限られず，側扉開情報が開状態から閉状態に移行したこと，ロータ周波数（絶対値）が零から正値に移行したこと，運転台から加速ノッチが入力されたこと，のいずれかを条件としても良い。

駅構内走行距離算出部５２は，編成内の他車両に備えられている情報制御装置１１から取得する，編成列車の車両数である編成情報と，自車の連結位置を示す自車位置情報を入力として，編成情報と自車位置情報より車両が駅構内を離れるまでに走行する距離である駅構内走行距離を算出する。例えば，図３における４号車に搭載された情報制御装置１１には，編成情報として「４両」，自車位置情報として「４両目」という情報が入力され，駅構内走行距離として４号車が停止位置から駅構内を進出する位置までの距離が算出される。

駅構内残距離算出部５３は，ロータ周波数（絶対値），駅出発信号，駅構内走行距離を入力として，駅出発信号が「０」から「１」に遷移した時点からロータ周波数（絶対値）を積算して駅出発後の走行距離を演算し,駅出発後の走行距離から駅構内走行距離を減算して駅構内走行残距離を算出する。

駅出発信号が出力されて，駅構内走行残距離がゼロから正値になった時点で，車両が駅構内を走行していることを示す駅構内走行中信号は「１」を出力する。論理和回路５５は，駅構内走行中信号と，運転台のスイッチ扱いにより出力される補機負荷低減許可信号と，同じく運転台のノッチ扱いにより出力される力行中信号を入力として，これら信号が全て「１」のときに補機負荷低減指令として「１」を出力する。補機負荷低減指令は情報制御装置１１からサービス機器に入力され，消費電力を予定された制限値まで低減する。

図５では，駅構内走行中信号と補記負荷低減許可信号と力行中信号の３つのアンド条件が成立した場合に，サービス機器の消費電力を制限することを説明したが，必ずしもこれら３つの信号のアンド条件が必須ではなく，少なくとも駅構内走行中信号が入力されていれば，サービス機器の消費電力を制限することができる。

また，駅構内を進出した位置に地上子を設け，駅出発信号が出力されたことを条件に，サービス機器の消費電力制限を開始し，前記地上子を検出した場合にサービス機器の消費電力制限を終了することによっても，駅構内走行中にサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減させることができる。

すなわち，本発明によれば，エンジン発電駆動方式の鉄道車両用駆動システムにおいて，列車が駅を出発するとき，車両が駅構内を走行している間は空調等のサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減してエンジン発電電力を抑制することで，より低いエンジン回転数で必要なエンジン出力を負担し，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する鉄道車両用駆動システムを提供できる。

図６は，図５に示した本発明の一実施形態における，エンジン騒音低減制御の動作を示すタイムチャートである。

タイムチャートは，縦軸に示す各信号の動きを，横軸に示す経過時間に従い動作する様子を示している。

時刻T0において，車両は走行中であり，走行速度に比例する電動機のロータ周波数は時間の経過とともに減速している。情報制御装置１１より得られる編成情報は，当該編成が「５両編成」であることを示しており，自車位置情報は当該車両が「４号車」であることを示している。これらの情報は編成固有の情報なので列車の運行中に変化することはない。この時刻において，補機負荷はX1であり，補助電源装置９はこれに相当する電力を供給している。また，運転台のスイッチ扱いにより出力される補機負荷低減許可信号は「１」なので，出発時に車両が駅構内を走行している間，サービス機器の消費電力を制限してエンジン発電電力を抑え，より低いエンジン回転数として駅構内の騒音を低減する，「低騒音駅出発制御」の動作を許可する。

車両の減速により，時刻T1にてロータ周波数はゼロとなり車両は停止する。ここでは，列車編成が駅ホームの所定位置（先頭車両が駅ホームの先端に近い位置に停車することを想定）に停車する状況を想定している。

時刻T2では，列車が駅に停車した後，客扱いのため乗降ドアを開くことで，側扉開情報が「０」から「１」に遷移している。

時刻T3では，客扱いが終了し，列車の出発に備えて乗降ドアが閉じられ，側扉開情報が「１」から「０」に遷移している。

時刻T4では，運転台のノッチ扱いにより力行が開始され，力行中信号が「０」から「１」に遷移している。これによりロータ周波数はゼロから徐々に増加している。

駅出発判定部５１は，側扉開情報が開状態「１」から閉状態「０」に遷移し，かつロータ周波数（絶対値）が零から正値に増加したことで,車両の駅出発状態を検知して駅出発信号が「０」から「１」に遷移，一定期間後に「０」に戻るワンショット動作をする。

駅構内走行距離算出部５２は，編成情報「５両編成」と，自車位置情報「４号車」より車両が駅構内を離れるまでに走行する距離を求める。いま，１号車を先頭に走行している場合を考える。１両あたりの車両長を２６ｍ／両とすると，４号車が駅構内を離れるまでに走行する距離は，１号車から４号車までの合計車両長に相当するから，駅構内走行距離は，
２６ｍ／両×（４両(号車)―１両(号車)＋１両）＝１０４ｍ
である。一方，５号車を先頭に走行する場合については，４号車が駅構内を離れるまでに走行する距離は，５号車と４号車の合計車両長に相当するから，駅構内走行距離は，
２６ｍ／両×（５両(号車)―４両(号車)＋１両）＝５２ｍ
である。

駅構内残距離算出部５３は，駅構内走行距離が「１０４ｍ」がセットされており，時刻T４で車両が出発したことを示す駅出発信号が「０」から「１」に遷移すると，駅構内走行残距離として「１０４ｍ」を出力する。駅構内走行残距離がゼロから正値になると，比較器５４の出力である駅構内走行中信号は「０」から「１」に遷移する。このとき,前述のように補機負荷低減許可信号と，力行中信号はともに「１」であるから，論理和回路５５の出力である補機負荷低減指令は「０」から「１」に遷移する。

その後，駅構内走行残距離は，車両の加速にともない初期値である「１０４ｍ」から，ロータ周波数（絶対値）の積算値をもとに求める駅出発後の走行距離を減算することで,徐々に減少していく。

時刻T5では，構内走行残距離は0mとなり，４号車の車両が駅ホームを離れたこと示している。これにより，駅構内走行中信号は「１」から「０」に遷移，さらに，論理和５５に出力である補機負荷低減指令も「１」から「０」に遷移する。

なお，実際の補機負荷は，補機負荷低減信号が，情報制御装置１１からサービス機器１０に伝送され，補機負荷低減信号が「１」の間，すなわち，時刻T４から時刻T5までの期間は，サービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減する。

すなわち，本発明によれば，エンジン発電駆動方式の鉄道車両用駆動システムにおいて，列車が駅を出発するとき，車両が駅構内を走行している間は空調等のサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減してエンジン発電電力を抑制することで，より低いエンジン回転数で必要なエンジン出力を負担し，駅構内におけるエンジン騒音の低減を実現する鉄道車両用駆動システムを提供できる。

本発明の方法によれば，駅出発から駅構内を抜けるまでの間，構内車両の走行性能に影響することなくエンジンの回転数を低減し，エンジンから発生する騒音を低減できる。この際，サービス機器の消費電力を予定された制限値まで制限されるが，消費電力を制限するサービス機器を空調装置，調理装置など一定期間の消費電力低減の影響の少ない機器に限定するとなお良い。

例えば，駅出発から駅構内を抜けるまでは最大でも週十秒であるから，空調装置をオフしても駅構内を抜けた後に空調パワーをアップすれば乗客の感じる室内気温の変動は僅少であり，乗客に対するサービス低下には繋がらない。あるいは，駅停車中に予め空調パワーをアップして，前記乗客の感じる室内気温の変動を平均化できる。また，駅出発から駅構内を抜けるまでの数十秒間，オーブンや電磁調理器等の調理装置をオフしても，駅構内を抜けた後にオーブンや電磁調理器のパワーをアップすれば，調理時間は若干延びる可能性はあるが，乗客に対するサービス低下は許容範囲といえる。

また，他の実施形態として，インバータ装置８で算出される電動機のロータ周波数（絶対値）が正値から零に移行した場合，つまり，鉄道車両が駅へ停車した場合に，サービス機器の消費電力の制限を開始し，電動機のロータ周波数（絶対値）が所定の値に達した場合，つまり，鉄道車両が駅構内を進出した場合に，サービス機器の消費電力の制限を修了することもできる。当該実施形態によれば，駅停車中にもサービス機器の消費電力が制限されるが，駅発車から駅構内進出までの間，確実にエンジン出力を低減することができ，駅構内における騒音を確実に低減できる。

また，この実施形態において，駅構内を進出した位置に地上子を設け，前記地上子を検出した場合に駅構内を進出したと判断して，サービス機器の消費電力制限を終了することによっても，駅構内走行中にサービス機器の消費電力を予定された制限値まで低減させることができる。

1…車両，２…車間連結器，４…台車，５…輪軸，６…エンジン発電装置，７…コンバータ装置，８…インバータ装置，９…補助電源装置，１０…サービス機器，１１…情報制御装置，１２…直流電力線，１３…交流電力線，１４…サービス機器電力線，１５…車両内情報伝達手段，１６…車両間情報伝達手段，２１…エンジン，２２…発電機，２３…回転速度検出器，２４…コンバータ回路，２５…交流電流検出器，２６…コンデンサ，２７…直流電流検出器，２８…インバータ回路，２９…抵抗器，３０…電圧検出器，５１…駅出発判定部，５２…駅構内走行距離算出部，５３…駅構内残距離算出部，５４…比較器，５５…論理和回路，

Claims (9)

1. エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換器と，
   前記直流電力を交流電力に変換し，電動機を制御する第二の電力変換器と，
   前記直流電力を交流電力に変換し，車両補助機器に電力を供給する第三の電力変換器と，
   前記第一の電力変換器と，前記第二の電力変換器と，前記第三の電力変換器から得られる情報をもとに，前記車両補助機器に動作指令を与える制御装置を備え，
   鉄道車両が駅を出発してから駅構内を進出するまでの間，前記制御装置は，前記補助機器の消費電力を予定された所定値まで低減する動作指令を与えることを特徴とする，鉄道車両の駆動システム。
2. 請求項１の鉄道車両の駆動システムにおいて，
   前記制御装置は，前記電動機の回転数の絶対値が零から正の値に移行した場合に鉄道車両が駅を出発したと判断して，前記補助機器の消費電力を前記所定値まで低減する動作指令を出力し，前記電動機の回転数の積算値が所定値まで達した場合に鉄道車両が駅構内を進出したと判断して，前記補助機器の消費電力の低減を終了することを特徴とする鉄道車両の駆動システム。
3. 請求項１の鉄道車両の駆動システムにおいて，
   前記制御装置は，前記電動機の回転数の絶対値が零となったときに駅への停車を判断し，前記電動機の回転数の積算値が所定値に達するまで鉄道車両が駅構内を走行していると判断して，前記補助機器の消費電力を前記所定値まで低減する動作指令を出力し，前記電動機の回転数の積算値が所定値まで達した場合に鉄道車両が駅構内を進出したと判断して，前記補助機器の消費電力の低減を終了することを特徴とする鉄道車両の駆動システム。
4. 請求項２又は請求項３の鉄道車両の駆動システムにおいて，
   前記制御装置は，前記補助機器の消費電力を前記所定値まで低減する動作指令を与えた後，軌道上の駅構内を進出した位置に設けられた地上子を検出した場合に，鉄道車両が駅構内を進出したと判断して，前記補助機器の消費電力の低減を終了することを特徴とする鉄道車両の駆動システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項の鉄道車両の駆動システムにおいて，
   前記エンジンの回転数は，前記補助機器の消費電力を低減する前のエンジン出力値と，
   前記補助機器の消費電力の低減値を差し引いたエンジン出力値の比率に基づいてエンジン回転数を変更することを特徴とする，鉄道車両の駆動システム。
6. 請求項１の鉄道車両の駆動システムにおいて，
   前記制御装置は，編成内の車両毎に設けられ，他車両に搭載された他の制御装置と情報伝達手段を介して情報通信を行うことにより生成した編成列車の車両数と，自車の連結位置をもとに自車が駅構内を離れるまでに走行する駅構内走行距離を算出し，
   乗降扉が開状態から閉状態に移行し，かつ前記電動機の回転数が零から正値に移行したことを検知した時点から前記電動機の回転数を積算した駅出発後の走行距離が，算出した前記駅構内走行距離を超過するまでの間は，前記補助機器の消費電力を予定された所定値まで低減する動作指令を与えることを特徴とする，鉄道車両の駆動システム。
7. 請求項６の鉄道車両の駆動システムにおいて，
   前記エンジンの回転数は，前記補助機器の消費電力を低減する前のエンジン出力値と，前記補助機器の消費電力の低減値を差し引いたエンジン出力値の比率に基づいてエンジン回転数を変更することを特徴とする，鉄道車両の駆動システム。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項の鉄道車両の駆動システムにおいて，
   前記制御装置は，前記補助機器として，空調装置または調理装置の消費電力を低減する動作指令を与えることを特徴とする鉄道車両の駆動システム。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項の鉄道車両の駆動システムと前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを搭載し，複数の車両で構成される編成列車。