JPWO2017188057A1 - 電気鉄道車両の駆動システム及び車両駆動方法 - Google Patents
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Abstract
電気鉄道車両の駆動システムにおいて、バッテリー走行モードで車両を走行するとき、集電装置からの給電を第1のスイッチ装置で遮断し、バッテリーからの給電を第2のスイッチ装置によりインバータ装置12に給電可能とし、バッテリー走行モードにおいて、車両の走行指令を受けたとき、インバータ装置に流れる電流をフィルタ充電回路切換ユニットにて遮断し、バッテリーから供給される電力をインバータ装置のフィルタコンデンサに蓄電し、バッテリー走行モードの動作状態において、車両を移動する指令を受けたとき、バッテリーから給電される電力により電動機を駆動するシステム。
Description
更に詳しくは、本発明は、例えば、第三軌条や架線などの電力供給手段が設備されていない車庫内に敷設された線路(レール)において電気鉄道車両を走行させる駆動システム及び車両駆動方法に関する。
架線方式は、車両の屋根上の空間に敷設された電力供給電線から、パンタグラフなどにより電力を給電する方式である。この方式は、設備上の自由度が高いことから、電力を供給する方法として、一般に広く採用されている。
一方、第三軌条方式は、車両走行用レールとは別に、当該車両走行用レールと並行して、電力供給用レール(第三の給電用レール:以下、第三軌条と称する)を敷設し、車両の台車上に設備した集電靴を介して電力を給電する方式である。この方式は、車両が走行する空間が限られ、架線方式の電力供給電線を敷設することが難しい地下鉄などで主に採用されている。
このため、車庫において車両のメンテナンスを行う場合、安全を確保するため、第三軌条を敷設していない作業用区域、つまり、車庫内に車両を引き込む場合がある。
この第三軌条方式の鉄道では、安全確保上、車両のメンテナンスを行う車庫には第三軌条を敷設されないのが一般的である。従って、車両を車庫に引き込んだあと、車両を車庫から出庫する際には、作業者が車庫内で車両の集電靴に電力給電線を接続する作業、及び当該電力給電線から供給される電力によって車両を第三軌条のある区間まで走行させたあとに、集電靴から接続した電力給電線を解除する作業が発生する。
よって、作業者による手作業が必要なく、かつ、外部からの電力供給を必要とせずに自力で第三軌条を敷設していない作業用区域から第三軌条が敷設されている作業用区域へ移動できる駆動システムが望まれる。
因みに、主回路の専用蓄電装置を用いない通常の駆動システムにあっては、架線などの外部から給電を受けない場合、自力で動作することができない課題があった。
鉄道車両の外部から電力を得る第1の給電手段と、前記鉄道車両の車上に装備された制御機器に電力を供給する第2の給電手段と、前記第1の給電手段により得られた電力を給電し、前記鉄道車両を駆動する電動機を駆動するインバータ装置、を備えた電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記鉄道車両の運転指令を行う運転指令手段と、前記インバータ装置を制御するコントロールユニットと、を有し、
前記運転指令手段は、
第1の運転走行モード指令、第2の運転走行モード指令、及び前記インバータ装置を制御する制御指令を出力する運転指令器を含み、
前記コントロールユニットは、
前記運転指令器から前記第1の運転走行モード指令を受けたとき、前記第1の給電手段からの電力を前記インバータ装置に給電し、
前記運転指令器から前記第2の運転走行モード指令を受けたとき、前記第1の給電手段からの給電を遮断し、かつ、前記第2の給電手段からの電力を前記インバータ装置に給電し、
前記制御機器に供給する第2の給電手段を前記車両の駆動用電源とすることを特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
電気鉄道車両の駆動システムは、集電装置1、制御回路用電源2、運転台3、インバータ装置12、を備えている。
制御回路用電源2は、例えば、集電装置1の電圧を800Vとした場合、図示していないが、集電装置1の電圧をコンバータ装置により、その1/10である80V程度の低電圧に変換し、当該低電圧を充電する電池を含むバッテリーからなる。
そして、この制御回路用電源2(以下、バッテリーと称する)は、第2の給電手段(制御回路用給電装置)を構成する。
本例では、低圧の充電可能なバッテリーを使用するが、これは、バッテリーに限るものではなく、蓄電機能を有する装置(蓄電手段)であればよい。
換言すれば、車両を駆動する車両駆動用として利用できる蓄電機能を有する低電圧の電源であればよい。
運転指令装置31は、図2にて後述するが、運転指令情報を出力する運転指令器を構成する専用装置であって、運転モード切換装置311及びコントローラ(マスタコントローラ3121、サブコントローラ3122)312、を有する。
運転指令装置31の構成及び動作の詳細については後述する。
これらのコントロール部は、1つのコントロール部で兼用してもよい。
すなわち、外部電力回路切換スイッチ装置(SW1)5、制御電力回路切換スイッチ装置(SW2)8を制御する制御指令とは別にフィルタ充電回路切換ユニット(SW3)6における充電遮断(CHK)制御指令、電流遮断(LB)制御指令、などを出力する。
これらの制御指令に基づく各スイッチ装置や充電遮断器、電流遮断器の制御については後述する。
また、このとき、フィルタコンデンサ(C)9に充電・蓄電した電力を利用して、インバータ装置12におけるインバータ回路13を駆動させて、電動機11により車両を走行させることができる。
換言すれば、バッテリー2は、電動機11の駆動用電源として利用される。
運転指令装置31は、運転モード切換装置311、主幹制御装置(以下、コントローラと称する)312、コントローラ切換スイッチ313、車両移動制御指令装置315、を有する。
運転モード切換レバー3111をバッテリー走行モードに切り替えた場合には、その逆となる。
また、バッテリー2により車両を走行する距離には制限があり、バッテリー2の許容容量や車両の重量にもよるが、この距離は、安全性を考慮し、一定となるように限定するとよい。例えば、バッテリー2により車両が走行できる距離は50mとする。この距離50mは、車両を第三軌条のない区間から第三軌条のある区間まで移動するに十分な距離とする。
これらのため、回生電流をインバータ装置12からバッテリー2に流すことを禁止する。
また、バッテリー2の電圧は、例えば、集電装置1の入力電圧800V(500〜900V)の1/10〜1/5の入力電圧80V(50〜120V)と低い電源容量とする。そして、コントロールユニット4では、バッテリー2からの低い電源容量に応じて、所望の論理計算処理を行い、適切な制御指令を出力する。
フィルタ充電回路切換ユニット(SW3)6は、電流遮断部、つまり、充電遮断器(CHK)61、電流遮断器(LB)62、及び充電抵抗器(CHRe)63、を有する。
ストレージオペレーションが時間t1で立上ってから所定時間、例えば、1秒(1s)経過すると、時間t2で外部電力回路切換スイッチ装置(SW1)5がオフし、通常走行モードを開放・切断する(図4A参照)。
ここで、ストレージモードを立ち上げた時間t1から所定時間経過して時間t2で外部電力回路切換スイッチ装置(SW1)5をオフする理由は、ストレージオペレーション指令の誤検知を防ぐためである。
ここで、外部電力回路切換スイッチ装置(SW1)5と制御電力回路切換スイッチ装置(SW2)8の制御タイミングを変える理由は、外部電力回路切換スイッチ装置(SW1)5の切断に遅延が発生することを考慮し、外部電力回路切換スイッチ装置(SW1)5と制御電力回路切換スイッチ装置(SW2)8が同時にオンすることを防ぐためである。
ステップS101:コントロールユニット4は、運転指令装置31の運転モードに応じた処理を開始する。
2 制御回路用電源(バッテリー)
3 運転台
31 運転指令装置(運転指令器)
312 コントローラ
3121 メインマスタコントローラ(メインマスコン)
3122 サブマスタコントローラ(サブマスコン)
4 コントロールユニット
5 外部電力回路切換スイッチ装置(SW1)
6 フィルタ充電回路切換ユニット(SW3)
61 充電遮断器
62 電流遮断器
63 充電抵抗器
7 電圧計測器
8 制御電力回路切換スイッチ装置(SW2)
9 フィルタコンデンサ
10 フィルタリアクトル
11 電動機
12 インバータ装置
13 インバータ回路
14 グランド
311 運転モード切換装置
3111 運転モード切換レバー
Claims (14)
- 鉄道車両の外部から電力を得る第1の給電手段と、前記鉄道車両の車上に装備された制御機器に電力を供給する第2の給電手段と、前記第1の給電手段により得られた電力を給電し、前記鉄道車両を駆動する電動機を駆動するインバータ装置、を備えた電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記鉄道車両の運転指令を行う運転指令手段と、前記インバータ装置を制御するコントロールユニットと、を有し、
前記運転指令手段は、
第1の運転走行モード指令、第2の運転走行モード指令、及び前記インバータ装置を制御する制御指令を出力する運転指令器を含み、
前記コントロールユニットは、
前記運転指令器から前記第1の運転走行モード指令を受けたとき、前記第1の給電手段からの電力を前記インバータ装置に給電し、
前記運転指令器から前記第2の運転走行モード指令を受けたとき、前記第1の給電手段からの給電を遮断し、かつ、前記第2の給電手段からの電力を前記インバータ装置に給電し、
前記制御機器に供給する第2の給電手段を前記鉄道車両の駆動用電源とすることを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項1に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記第2の給電手段は、出力定格電圧が、前記第1の給電手段の出力定格電圧よりも低く、前記インバータ装置及び前記電動機を介して前記鉄道車両を移動できる電圧を蓄電する機能を有する電源装置であり、
前記インバータ装置は、
前記第1の給電手段からの電力を前記インバータ装置に給電し、又は給電を遮断する第1のスイッチ装置と、
前記第2の給電手段からの電力を前記インバータ装置に給電し、又は給電を遮断する第2のスイッチ装置と、
前記第2の給電手段からの電力を前記インバータ装置に給電したとき、当該インバータ装置に流れる電流を遮断して、前記第2の給電手段からの電力を当該インバータ装置における充電機能を有する充電回路に充電する充電回路切換ユニットを有し、
前記コントロールユニットは、
前記第2の運転走行モード指令を受けたとき、前記第1のスイッチ装置をオフに制御し、前記第2のスイッチ装置をオンに制御し、前記運転指令器からストレージモード指令を受けた状態で、前記鉄道車両を移動する走行指令を受けたとき、前記充電回路切換ユニットをオンに制御し、
前記充電回路に充電した電圧を前記鉄道車両の駆動用電源とすることを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項2に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充電回路は、給電された電力に含まれる高周波成分を除去するフィルタコンデンサを含むフィルタ充電回路であり、
前記充電回路切換ユニットは、前記フィルタ充電回路をオン・オフ制御するフィルタ充電回路切換ユニットであり、
前記第2のスイッチ装置は、前記第1のスイッチ装置がオフしてから所定時間経過した後にオンする
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項3に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記フィルタ充電回路切換ユニットは、
前記鉄道車両を移動する指令を受けたとき、オンし、電流を遮断する機能を有する充電遮断器と、当該充電遮断器に並列に接続され、当該充電遮断器が所定時間経過してオフしたとき、オンし、電流を遮断する機能を有する電流遮断器を含み、
前記フィルタ充電回路は、
前記第2の給電手段から給電された電力に含まれる高周波成分を除去し、かつ、前記充電遮断器がオンしてから前記電流遮断器がオフするまで、前記第2の給電手段から給電された電力を充電する機能を有するフィルタコンデンサを含む、
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項2に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記第2の給電手段は、蓄電機能を有するバッテリーからなり、
更に、電圧計測器を有し、
前記電圧計測器は、
前記インバータ装置に供給される電圧を測定し、当該測定した電圧を前記コントロールユニットに供給し、
前記コントロールユニットは、
前記電圧計測器により測定した電圧値が基準値以下に低下したとき、前記インバータ装置のインバータ回路をオフ状態に制御する
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項1に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記コントロールユニットは、
前記第2の運転走行モード指令を受けた状態において、前記運転指令器からブレーキ指令を受けたとき、電気ブレーキを作動不可能に制御し、その他のブレーキを作動制御する
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項2に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記インバータ装置は、更に前記第2の給電手段の破壊を防止する破壊防止手段を有し、
前記破壊防止手段は、前記第1のスイッチ装置がオフできない場合、前記第1の給電手段より給電された電力を前記第2の給電手段への供給を阻止する
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項2に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記コントロールユニットは、前記第1のスイッチ装置がオフできない場合、前記第2のスイッチ装置のオンを禁止する制御指令を出力し、前記第1の給電手段より給電された第1の電力の前記第2の給電手段への供給経路を遮断状態に維持する
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 請求項4に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記第2の給電手段の電力容量は、前記第2の給電手段から給電を受けて前記鉄道車両を走行している状態では、前記鉄道車両の最高速度、最長走行距離、前記電動機の出力性能、を安予め設定した基準値以内に設定することを特徴とする電気鉄道車両の駆動システム。 - 鉄道車両の外部から給電される第1の給電手段から第1の電力を受けて電動機を駆動するインバータ装置を備えた電気鉄道車両を駆動する駆動システムにおける駆動方法であって、
前記インバータ装置のコントロールユニットは、
運転指令器から第1の通常走行モード指令を受けたとき、前記第1の給電手段から給電される第1の電力を受けて前記電動機を駆動し、
前記運転指令器から第2の非通常走行モード指令を受けたとき、前記第1の給電手段からの第1の電力を遮断し、かつ、前記鉄道車両の車上に装備された制御機器に電力を供給する第2の給電手段からの第2の電力を受けて前記電動機を駆動し、
第2の給電手段からの前記第2の電力により、前記電気鉄道車両を駆動する
ことを特徴とする駆動システムにおける車両駆動方法。 - 請求項10に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法において、
前記コントロールユニットは、更に
前記第2の非通常走行モード指令を受けた状態において、前記運転指令器からブレーキ指令を受けたとき、電気ブレーキを作動不可能に制御し、その他のブレーキを作動制御することを特徴とする電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法。 - 請求項10に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法において、
前記コントロールユニットは、更に
前記第1の給電手段からの第1の電力を遮断できない場合、前記第1の給電手段から給電される第1の電力を前記第2の給電手段への供給を阻止することを特徴とする電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法。 - 請求項10に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法において、
前記コントロールユニットは、更に
前記第1の給電手段からの第1の電力を遮断できない場合、前記第2の給電手段からの第2の給電を禁止し、前記第1の電力の前記第2の給電手段への供給を遮断状態に維持する
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法。 - 請求項10に記載された電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法において、
前記コントロールユニットは、
前記第2の給電手段の第2の給電電圧値が基準値以下に低下したとき、前記インバータ装置のインバータ回路をオフ状態に制御する
ことを特徴とする電気鉄道車両の駆動システムにおける車両駆動方法。
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